JP5258218B2 - 電縫鋼管の溶接部欠陥の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、電縫鋼管の溶接部に生じるペネトレータと称される微少な溶接欠陥も正確に検出することができるオンラインによる電縫鋼管の溶接部欠陥の検査方法に関するものである。

従来から、高強度を有する高級な電縫鋼管は自動車のインパクトビーム用あるいはプロペラシャフト用などの鋼管素管として供給されている。この場合、供給先において最終形状に加工するに際し、表面傷あるいは溶接欠陥等があると割れ等が生じるという問題があるため、製管工場において事前に超音波探傷装置などの探傷装置を用い傷検査を行ってから出荷されるのが一般的である。

しかしながら、電縫鋼管にあっては溶接部にペネトレータと称される酸化物残存による微少な溶接欠陥が発生する場合があり、このペネトレータは超音波が通過してしまうため、超音波探傷装置で正確に検出することは難しいという問題があった。
そこで、ペネトレータ検出のために、鋼管のサンプルを抽出し、このサンプルに荷重をかけて破壊するか否かを試験する抜き取り方式の破壊試験を行い、品質の保証をしていた。ところが、この破壊試験は人的手段により行われるため個人的誤差が生じやすいという問題点があるうえに、オフラインにおける抜き取り検査であるため全数かつ全長にわたる完全な品質保証は難しいという問題点もあった。

一方、ペネトレータのような微少な溶接欠陥を的確に検出することを目的として、特許文献１に示されるように、検査対象物の欠陥が広がる方向に扁平化処理した後に磁粉探傷を行うという検査方法や、特許文献２に示されるように、鋼管端部を一定量押し広げた後、元形状に復元し、この状態で溶接部の超音波探傷を行うという検査方法も提案されている。しかしながら、これらの特許文献に記載の検査方法は、いずれもオフラインにおける抜き取り検査であるために、別の検査用ラインが必要で工程が煩雑化するとともにコスト的にも高くなり、また全数かつ全長にわたって完全に品質を保証することは難しいという問題点が残されていた。
特許第３０７７７９３号公報 特開昭５５−７４４６１号公報

本発明は上記のような問題点を解決して、オンラインによってペネトレータと称される微少な溶接欠陥を、鋼管の全数かつ全長にわたって正確に検出することができる電縫鋼管の溶接部欠陥の検査方法を提供することを目的として完成されたものである。

上記課題を解決するためになされた本発明は、鋼板をロール成形工程、電縫溶接工程、サイジング工程を経て断面が円形の電縫鋼管とする電縫鋼管の製造過程における前記サイジング工程の中で、電縫溶接された断面が円形の鋼管を、変形加工用のサイジングロールにより変形加工を施す前に、電縫溶接された見た目は略円形に見える鋼管を、サイジングロールにより断面円形に整える工程を加え、しかる後に変形加工用のサイジングロールにより溶接部の微少な欠陥が拡大する方向に、断面が円形の鋼管を、鋼管の直径（Ｄ）と、鋼管を押し潰した際の変形後の鋼管高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｄ）を扁平率として、この扁平率が０．９２〜０．９６の範囲で断面が扁平化するように変形加工を施し、次いで、変形した鋼管を断面円形の鋼管に復元した後、溶接部の超音波探傷検査を行うことを特徴とする自動車のインパクトビーム用あるいはプロペラシャフト用電縫鋼管の溶接部欠陥の検査方法である。

本発明の自動車のインパクトビーム用あるいはプロペラシャフト用電縫鋼管の溶接部欠陥の検査方法では、サイジング工程の中で、電縫溶接された断面が円形の鋼管を、変形加工用のサイジングロールにより溶接部の微少な欠陥が拡大する方向に変形加工を施し、次いで、変形した鋼管を断面円形の鋼管に復元した後、溶接部の超音波探傷検査を行うので、酸化物残存による微少な溶接欠陥であるペネトレータが変形加工により拡大されて顕在化し、その後の超音波探傷検査で確実に検出されることとなる。しかも、超音波探傷試験は変形した鋼管を断面円形の鋼管に復元し、出荷する鋼管素管の形状とした後に行うので、塑性加工の最終工程で超音波探傷検査を行うべきという品質保証の考え方にも合致するものであり、また鋼管の全数かつ全長にわたり超音波探傷検査を実施するので、より的確に品質保証ができることとなる。

また、断面が円形の鋼管を、断面が非円形状の鋼管に扁平化するように変形加工を施すので、変形加工用のサイジングロールによって容易に変形加工ができることとなる。

また、鋼管の直径（Ｄ）と、鋼管を押し潰した際の変形後の鋼管高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｄ）を扁平率として、この扁平率が０．９２〜０．９６の範囲で変形加工を施すので、僅かな変形量であり鋼管の変形量を極力少なくすることができるとともに、簡単に変形加工が行えることとなる。

また、変形加工用のサイジングロールにより変形加工を施す前に、電縫溶接された見た目は略円形に見える鋼管を、サイジングロールにより断面円形に整える工程を加えたので、ペネトレータに対して最適な変形を加えることができ、欠陥を確実に拡大し顕在化できることとなる。

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は、電縫鋼管製造工程の要部を示す説明図である。この装置によれば、コイル（図示せず）から連続的に供給された鋼板２０は、ロール成形工程１を経て管形状とされた後、電縫溶接機２により合わせ目部の溶接がなされ、次いで、ビードカット処理工程３、およびシーム部の熱処理工程４を終えると、サイジング工程５において断面が円形の最終製品寸法に整えられ、その後、各種用途の鋼管素管として供給される。

この場合、電縫鋼管の溶接部にペネトレータと称される酸化物残存による微少な溶接欠陥が発生する場合があり、このペネトレータは超音波探傷装置で正確に検出するのが難しいことは前述のとおりである。
そこで、本発明は、鋼板をロール成形工程、電縫溶接工程、サイジング工程を経て断面が円形の電縫鋼管とする電縫鋼管の製造過程における前記サイジング工程の中で、電縫溶接された断面が円形の鋼管を、変形加工用のサイジングロールにより溶接部の微少な欠陥が拡大する方向に変形加工を施し、次いで、変形した鋼管を断面円形の鋼管に復元した後、溶接部の超音波探傷検査を行うことにより、微少な溶接欠陥であるペネトレータを確実に検出して、高度な品質保証を実現するものである。

前記サイジング工程５におけるサイジングロール６は、図２に示されるように、一対のサイドロール６ａ、６ａと、一対の上下ロール６ｂ、６ｂで１セットとなっており、図示のものでは、このようなサイジングロール６のセットが４段配置された構成で、電縫溶接が終わった鋼管を断面が円形の最終製品寸法に徐々に整えていく。
なお、ここでいう電縫溶接された断面が円形の鋼管とは、完全な真円の鋼管を意味するものではなく、溶接処理により若干潰れてはいるが見た目は略円形に見えるものを意味する。一方、サイジング工程５を経た断面が円形の鋼管とは、形が整えられて所定の寸法とされた略真円の鋼管を意味する。

そして本発明では、サイジング工程５の中で、電縫溶接された断面が円形の鋼管を、変形加工用のサイジングロール７により溶接部の微少な欠陥が拡大する方向に変形加工を施す点に特徴を有する。この変形加工により、ペネトレータが存在していると、この部分が割れて開口するために超音波探傷装置で確実に検出することができることとなる。
変形加工の具体的な態様としては、断面が円形の鋼管を押圧して略楕円形状や扁平形状に変形させるのを基本とするが、その他、矩形状や角パイプ状などに変形することもできる。要は、鋼管内面側あるいは外面側に存在しているペネトレータに対し、押圧力をかけることで割れて開口する方向に変形加工を施せばよい。

変形加工用のサイジングロール７としては、図３に示すように、ロールの加工用表面を略楕円形状や扁平形状としたロールや、平面形状に加工するためのフラットロール等を用いることができる。
このような変形加工用のサイジングロール７は、サイジング工程中の複数段あるサイジングロールのうちのいずれかに代えてセットすればよい。
図４に、変形加工用のサイジングロールを組み込んだサイジング工程の一例を示す。図４のものは、４段のサイジングロールで構成されており、２段目のサイジングロールの上下ロールとして扁平形状を有する変形加工用のサイジングロール７が組み込んである。また、その後段側には、変形した鋼管を断面円形の鋼管に復元するため３段目、４段目のサイジングロールが設置してある。

そして、前記３段目と４段目のサイジングロールの間には、超音波探傷装置が設置してあり、ここで傷の検査を行うが、ペネトレータが存在していた場合、前段階で変形加工によりこの部分が割れて開口させられているため、超音波探傷装置でこの傷を確実に検出することができることとなる。
なお、図４のものでは、変形加工用のサイジングロール７により鋼管を変形加工した後、３段目の通常のサイジングロールで変形した鋼管を断面円形の鋼管に復元し、その後で溶接部の超音波探傷検査を行っているが、これは塑性加工の最終工程で超音波探傷検査を行うべきという品質保証上の考え方に基づくものである。

また、断面が円形の鋼管を、断面が非円形状の鋼管に扁平化するように変形加工を施す場合、鋼管の直径（Ｄ）と、鋼管を押し潰した際の変形後の鋼管高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｄ）を扁平率として、この扁平率が０．９２〜０．９６の範囲で変形加工を施すことが好ましい。
これは、どの程度の扁平率で超音波探傷検査ができるかを調べた結果、扁平率が０．９６より大きい場合には、微少な欠陥の拡大が十分でなく超音波探傷検査で確実に傷を検出することが難しくなることが判ったからである。一方、扁平率が０．９２より小さい場合には、鋼管の変形加工量が大きくなるため好ましくなく、更に０．９２以上でも欠陥の拡大は十分であり検出可能であることが確認できたからである。

なお、以上の説明では２段目のサイジングロールの上下ロールとして扁平形状を有する変形加工用のサイジングロールを組み込み、３段目と４段目のサイジングロールの間に、超音波探傷装置を設置した場合について説明したが、サイジング工程中に組み込むものであれば何段目に組み込んでもよいことは勿論である。

以上の説明からも明らかなように、本発明はサイジング工程の中で、電縫溶接された断面が円形の鋼管を、変形加工用のサイジングロールにより溶接部の微少な欠陥が拡大する方向に変形加工を施し、次いで、変形した鋼管を断面円形の鋼管に復元した後、溶接部の超音波探傷検査を行うようにしたので、酸化物残存による微少な溶接欠陥であるペネトレータが変形加工により顕在化し、その後の超音波探傷検査で確実に検出されることとなり、また、超音波探傷試験は変形した鋼管を断面円形の鋼管に復元し、出荷する鋼管素管の形状とした後に行うので、塑性加工の最終工程で超音波探傷検査を行うべきという品質保証の考え方にも合致するものである。更には、鋼管の全数かつ全長にわたり超音波探傷検査を実施するので、従来の抜き取り検査に比べてより確実に品質保証ができるという利点も有するものである。

実施例においては、ＴＳ：４０〜８０kgf/mm²の高強度を有する電縫鋼管であって、プロペラシャフト用鋼管として、直径（Ｄ）：２５．４〜１３６ｍｍ、厚み（ｔ）：１．６〜５．５ｍｍで、ｔ／Ｄ：２〜６％の範囲にあるもの、またインパクトビーム用電縫鋼管として、直径（Ｄ）：２５．４〜３８．１ｍｍ、厚み（ｔ）：１．４〜３．２ｍｍで、ｔ／Ｄ：４〜１３％の範囲にある鋼管を対象として、予めペネトレータが存在する欠陥サンプルを準備した。
このサンプルを、図５に示すように上下に押し潰して高さ：Ｈ（ｍｍ）とする扁平加工を施した後に、超音波探傷検査（ＵＳＴ）を行い、扁平率（Ｈ／Ｄ）と検出状況（エコー高さ）であるＵＳＴ波高値（ｈ）との関係を調査した。なお、ＵＳＴ波高値（ｈ）は予め人工欠陥を付けた基準片を０ｄＢとして、これを超える場合に欠陥があると判断した。
直径（Ｄ）：１１４．３ｍｍ、厚み４．０ｍｍのプロペラシャフト用電縫鋼管の場合、扁平率（Ｈ／Ｄ）＝０．９９では、ＵＳＴ波高値（ｈ）＝−３ｄＢで欠陥なしと判定した。一方、扁平率（Ｈ／Ｄ）＝０．９６ではＵＳＴ波高値（ｈ）＝５ｄＢ、扁平率（Ｈ／Ｄ）＝０．９２ではＵＳＴ波高値（ｈ）＝９ｄＢ、扁平率（Ｈ／Ｄ）＝０．８８ではＵＳＴ波高値（ｈ）＝１５ｄＢであり、いずれも欠陥ありと判定した。ただし、欠陥長さは、扁平率（Ｈ／Ｄ）＝０．９２では１６ｍｍ、扁平率（Ｈ／Ｄ）＝０．８８では２５ｍｍであり、扁平率が小さくなるほど欠陥長さが拡大する傾向にあることが判明した。
この結果から、扁平率が０．９２〜０．９６の範囲で変形を施せば十分に欠陥を認識できた。
また、直径（Ｄ）：３１．８ｍｍ、厚み１．６ｍｍのインパクトビーム用電縫鋼管の場合、扁平率（Ｈ／Ｄ）＝０．９９では、ＵＳＴ波高値（ｈ）＝−５ｄＢ、扁平率（Ｈ／Ｄ）＝０．９６ではＵＳＴ波高値（ｈ）＝１ｄＢ、扁平率（Ｈ／Ｄ）＝０．９２ではＵＳＴ波高値（ｈ）＝４ｄＢであり、後者の２つについては欠陥ありと判定した。また、欠陥長さは、扁平率（Ｈ／Ｄ）＝０．９２では１３ｍｍ、扁平率（Ｈ／Ｄ）＝０．８８では１８ｍｍであり、扁平率が小さくなるほど欠陥長さが拡大する傾向にあることが判明した。
以上のように、扁平率（Ｈ／Ｄ）が０．９２〜０．９６の範囲のわずかな変形加工を施せば、十分にペネトレータの検出が可能であることが判明し、本発明の検査方法によれば従来検出困難であったペネトレータを確実に検出できることがわかった。

本発明の実施の形態を示す工程説明図である。 （ａ）はサイジングロールのサイドロールを示す正面図、（ｂ）は上下ロールを示す正面図である。 変形加工用のサイジングロールを示す正面図である。 サイジング工程を示す説明図である。 鋼管の扁平加工を示す説明図である。

１ ロール成形工程
２ 電縫溶接機
３ ビードカット処理工程
４ 熱処理工程
５ サイジング工程
６ サイジングロール
６ａ サイドロール
６ｂ 上下ロール
７ 変形加工用のサイジングロール

Claims (1)

1. 鋼板をロール成形工程、電縫溶接工程、サイジング工程を経て断面が円形の電縫鋼管とする電縫鋼管の製造過程における前記サイジング工程の中で、電縫溶接された断面が円形の鋼管を、変形加工用のサイジングロールにより変形加工を施す前に、電縫溶接された見た目は略円形に見える鋼管を、サイジングロールにより断面円形に整える工程を加え、しかる後に変形加工用のサイジングロールにより溶接部の微少な欠陥が拡大する方向に、断面が円形の鋼管を、鋼管の直径（Ｄ）と、鋼管を押し潰した際の変形後の鋼管高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｄ）を扁平率として、この扁平率が０．９２〜０．９６の範囲で断面が扁平化するように変形加工を施し、次いで、変形した鋼管を断面円形の鋼管に復元した後、溶接部の超音波探傷検査を行うことを特徴とする自動車のインパクトビーム用あるいはプロペラシャフト用電縫鋼管の溶接部欠陥の検査方法。

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