JP7435930B1 - 電縫鋼管の溶接管理装置、電縫鋼管の溶接管理方法、電縫鋼管の製造方法および電縫鋼管の溶接管理システム - Google Patents

Abstract

溶接欠陥を抑止できる技術の提供。電縫溶接前において、オープン管の少なくとも片側のエッジ部の肉厚方向の温度分布の情報に基づいて、エッジ部の外表面温度Ｔ０、内表面温度Ｔｉおよび肉厚中心温度Ｔｃを検出する電縫溶接前エッジ温度検出部１２２と、外表面温度Ｔ０と内表面温度Ｔｉとの温度差ΔＴを算出するエッジ温度差算出部１２５と、オープン管の両エッジ部と溶接点とを含む領域の画像情報に基づいて、エッジ部に沿って収束する２つの直線を抽出して、２つの直線の交点であるＶ収束点を抽出するＶ収束点抽出部１３３と、Ｖ収束角度θを算出するＶ収束角度算出部１３４と、Ｖ収束点から溶接点までの距離を狭間隙長さＬとして算出する狭間隙長さ算出部１３５と、ΔＴ、Ｔｃ、θおよびＬの情報に基づいて、電縫溶接条件の良否を判定する溶接状態判定部１４１とを備える電縫鋼管の溶接管理装置１００。

Description

本発明は、電縫鋼管の電縫溶接直前におけるオープン管のエッジ部について画像解析を行うことで溶接欠陥を抑止することを可能にする電縫鋼管の溶接管理装置、電縫鋼管の溶接管理方法、電縫鋼管の製造方法および電縫鋼管の溶接管理システムに関する。

電縫鋼管は、ロール成形を用いて、鋼板又は鋼帯に対して周方向に連続的な曲げ加工を施し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にした管形のオープン管とし、その後突き合わせたオープン管両エッジ部を連続的に電縫溶接して製造される。

電縫溶接時において、上記両エッジ部をコンタクトチップによる直接通電もしくは誘導コイルによる誘導電流で融点以上に加熱し、その直後に溶接ロール（スクイズロール）で両エッジの接合部を衝合（アプセット）する。その際、鋼板又は鋼帯の溶融加熱過程で発生する酸化物（ペネトレータ）をアプセットにより管の内外面に流出させ、余盛（ビード）と称する不要部分に排出させて溶接欠陥の発生を抑止している。電縫溶接後、余盛部は切削工具等により管から切削除去される。

溶接欠陥を抑制するために、ペネトレータの発生や、溶接されるまでのペネトレータ同士の凝集を極力抑制することが重要である。そのためには、上記溶融加熱過程から両エッジ部の接合開始までの時間が過大にならないように溶接条件を調整する必要がある。また、アプセットの工程でペネトレータをビードへ滞りなく排出することも重要である。そのためには、接合開始までのエッジ部の肉厚方向の温度分布の偏差を小さくし、アプセット中の溶融エッジ部の凝固によるペネトレータの排出不良を抑制する必要がある。
上記問題を解決する方法として、電縫鋼管の製造における溶接欠陥抑止には種々の技術が開示されており、例えば、電縫溶接現象を映像化し、かつ、溶融加熱過程におけるエッジ部の温度を測定した溶接工程の溶接管理システムが提案されている。

特許文献１では、衝合前のオープン管の両エッジの外面および内面の角部位置の座標を、撮影した画像から検出すると共に両エッジの外面および内面の角部の温度分布を算出し、検出した座標と算出した温度分布とを照合してその検出座標におけるエッジの温度を求めて両エッジの加熱条件を制御する溶接温度測定方法が提案されている。

特許文献２では、電縫溶接の画像を取得し、衝合前のオープン管の両エッジがＶ字状に収束するＶ収束部位を含む領域の画像を取得し、前記画像において両エッジの衝合部、及び両エッジが幾何学的になす収束点のいずれかにおいて、肉厚内部における溶融部が表面へ排出し始める領域の温度を輝度レベルで温度変換し、その温度が閾値以上であるか否かを判定する電縫溶接の操業上の監視装置が提案されている。

特許文献３では、電縫溶接の画像を取得し、衝合前のオープン管の両エッジがＶ字状に収束するＶ収束部位を含む領域の画像を取得し、前記両エッジが幾何学的に交わる第一のＶ収束点と、前記金属板の前記両エッジ部の衝合点である第二のＶ収束点との距離L、および、この第一のＶ収束点でのＶ収束角θを測定し、前記距離LとV収束角θがあらかじめ明らかにしていた許容範囲内を満たすか否かを判定する操業上の監視装置が提案されている。

特開平１１－３３６２１号公報 特許第５５４９９６３号公報 特許第５０７９９２９号公報

特許文献１では、接合端面の内外面における角（コーナー）部の温度を測定しているため、衝合前の両端面同士のラップ状態の影響を監視することはできる。一方で、電縫溶接の高周波加熱で最も加熱されにくい肉厚中央部の温度情報を得ることができないため、肉厚中央部の加熱不足が原因で十分な溶接部特性を得られないという問題がある。

特許文献２では、両エッジの衝合部、及び両エッジが幾何学的になす収束点のいずれかにおいて、外表面あるいは内表面の温度に対して、下限値を設定して溶接条件の良否判定を行っているが、こちらも特許文献１と同様に、肉厚中央部の温度情報を得ることができないため、十分な溶接部特性を得られないという問題がある。

特許文献３では、電縫溶接の管外面側から撮影した画像を解析して得られる数値データを用いて溶接条件の良否判定を行っているが、実際の電縫溶接は両エッジの端面が平行に向かい合うＩ形の突合せだけではなく、溶接前における両エッジのエッジフォーミングによって、端部近傍の曲率分布が変化するため、Ｖ字形あるいは逆Ｖ字形の突合せにもなる。このような場合、電縫溶接の見た目は管外面側と管内面側では変化し、管外面側の画像では両エッジ部の突合せ状態が判別できず、十分な溶接部特性が得られないという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、溶接欠陥を抑止することを可能にする電縫鋼管の溶接管理装置、電縫鋼管の溶接管理方法、電縫鋼管の製造方法および電縫鋼管の溶接管理システムを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した目的を達成するためには、電縫溶接における両エッジ部端面の肉厚方向の温度情報、特に管厚中央と、管外表面および管内表面の温度差とを管理することに着目した。
さらに、電縫溶接において、両エッジ部に沿って収束する２つの直線が幾何学的に成す角度（Ｖ収束角度θ）、および上記２つの直線の交点をＶ収束点としたとき、両エッジが接合して溶接を開始する溶接点とＶ収束点との間の距離である狭間隙長さＬの関係に着目した。そして、本発明者らは、Ｖ収束角度θおよび狭間隙長さＬが、スクイズロールによるアプセット後の溶接部に残存する酸化物（ペネトレータ）の形態および溶接部特性に及ぼす影響について鋭意研究を行った。その結果、以下のことが明らかになった。

ここでは、電縫溶接の流れについて、図３および図４に示す電縫溶接の加熱から溶接までの一例をもって説明する。
従来、電縫溶接では、直接通電加熱方式、あるいは誘導加熱方式による高周波電流を用いた加熱を行っている。このとき、高周波加熱特有の加熱現象で、加熱の初期段階に表皮効果が発現する。そのため、肉厚中央部に比べて先にエッジ部の外表面および内表面側の温度が高温になる。このエッジ部の熱伝導により肉厚中央部への熱の移動が発生する。

次いで、加熱過程が進行すると、端面同士の距離が近くなるため、近接効果が発現して肉厚中央部の昇温速度が増加する。そして、エッジ部の管厚全体の極表層部を融点まで加熱しながら、スクイズロールによるアプセットを経て衝合部で電縫溶接が成される。このとき、エッジ部の溶融金属は表面に分布していたペネトレータとともに、管外部に排出されて溶接ビード２０３を形成する。

前述しているように、電縫溶接では肉厚中央部の温度は、エッジ部の内面および外面よりも加熱が遅延するため、相対的に温度が低くなりやすい。エッジ部の肉厚中央部の加熱が不十分であると、加熱過程において、肉厚中央部で発生したペネトレータを溶接ビード２０３へ排出するための十分な溶接金属量が得られないという問題がある。
この問題に対して、加熱過程において、肉厚中央部の近接効果を早期に発現させる必要がある。そのためには、Ｖ収束角度を調整することや、ワークコイルとスクイズロールとの距離を短くするといった対策を講じること等が必要になる。
また、加熱過程において、エッジ部の内面および外面の温度偏差は接合する両エッジの突合せ状態によって変化する。すなわち、電縫溶接において、管の円筒断面を正面（管軸方向正面）からみたときの両エッジの突合せが傾かず、両エッジ面が真正面から接合されるＩ形突合せが理想的であり、このときの両エッジ部の内面および外面の温度偏差はほぼ無く、スクイズロールによるアプセットにおいて管の内面側および外面側の外部へペネトレータが滞りなく排出される。
一方、両エッジの突合せが傾くと、エッジ部の接合面に均等な近接効果が発生せず、両エッジ間距離が短い箇所に加熱が偏ってしまう。例えば、円筒断面を正面からみたときの両エッジの突合せがＶ形突合せであればエッジ部の内面側、逆Ｖ形突合せであればエッジ部の外面側の温度上昇が顕著になり、両エッジ間距離が長くなった部位では加熱が不十分になってしまう。その結果、スクイズロールのアプセットにおいて、加熱が不十分であった側のペネトレータの排出が阻害され、溶接部品質の悪化の原因となる。
そのため、電縫溶接ではスクイズロールによるアプセットを行うまでの加熱工程において肉厚中央部の加熱の遅延と、エッジ部の内面および外面の温度偏差を抑制できる溶接条件を確立することが溶接部品質を確保するうえで重要である。

本発明は上記知見に基づくものであり、その要旨は以下の通りである。
［１］鋼板又は鋼帯に対して周方向に曲げ加工を施し、両エッジ部を突き合わせてオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対してアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の溶接管理装置であって、
電縫溶接前において、オープン管の少なくとも片側のエッジ部の肉厚方向の温度分布の情報に基づいて、前記エッジ部の外表面温度Ｔ_ｏ、内表面温度Ｔ_ｉおよび肉厚中心温度Ｔｃを検出する電縫溶接前エッジ温度検出部と、
前記外表面温度Ｔ_ｏと前記内表面温度Ｔ_ｉとの温度差ΔＴを算出するエッジ温度差算出部と、
前記オープン管の両エッジ部と、前記オープン管の両エッジ部が接合して溶接を開始する溶接点とを含む領域の画像情報に基づいて、
前記エッジ部に沿って収束する２つの直線を抽出して、前記２つの直線の交点であるＶ収束点を抽出するＶ収束点抽出部と、
前記２つの直線が成すＶ収束角度θを算出するＶ収束角度算出部と、
前記Ｖ収束点から前記溶接点までの距離を狭間隙長さＬとして算出する狭間隙長さ算出部と、
前記肉厚中心温度Ｔｃに対する前記温度差ΔＴの割合：ΔＴ／Ｔｃ、前記Ｖ収束角度θおよび前記狭間隙長さＬの情報に基づいて、電縫溶接条件の良否を判定する溶接状態判定部と、
を備える、電縫鋼管の溶接管理装置。
［２］前記溶接状態判定部は、
前記狭間隙長さＬが、前記肉厚中心温度Ｔｃに対する前記温度差ΔＴの割合：ΔＴ／Ｔｃおよび前記Ｖ収束角度θの値に応じて予め設定された上限値以下である場合に電縫溶接条件が良好であると判定する、前記［１］に記載の電縫鋼管の溶接管理装置。
［３］前記溶接状態判定部は、
前記肉厚中心温度Ｔｃに対する前記温度差ΔＴの割合：ΔＴ／Ｔｃが、前記Ｖ収束角度θの値および前記Ｌの値に応じて予め設定された範囲内であるか否かで電縫溶接条件の良否を判定する、前記［１］または［２］に記載の電縫鋼管の溶接管理装置。
［４］鋼板又は鋼帯に対して周方向に曲げ加工を施し、両エッジ部を突き合わせてオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対してアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の溶接管理方法であって、
電縫溶接前において、オープン管の少なくとも片側のエッジ部の温度分布の情報に基づいて、前記エッジ部の外表面温度Ｔ_ｏ、内表面温度Ｔ_ｉおよび肉厚中心温度Ｔｃを検出する電縫溶接前エッジ温度検出工程と、
前記外表面温度Ｔ_ｏと前記内表面温度Ｔ_ｉとの温度差ΔＴを算出するエッジ温度差算出工程と、
前記オープン管の両エッジ部と、前記オープン管の両エッジ部が接合して溶接を開始する溶接点とを含む領域の画像情報に基づいて、
前記エッジ部に沿って収束する２つの直線を抽出して、前記２つの直線の交点であるＶ収束点を抽出するＶ収束点抽出工程と、
前記２つの直線が成すＶ収束角度θを算出するＶ収束角度算出工程と、
前記Ｖ収束点から前記溶接点までの距離を狭間隙長さＬとして算出する狭間隙長さ算出工程と、
前記肉厚中心温度Ｔｃに対する前記温度差ΔＴの割合：ΔＴ／Ｔｃ、前記Ｖ収束角度θおよび前記狭間隙長さＬの情報に基づいて、電縫溶接条件の良否を判定する溶接状態判定工程と、
を含む、電縫鋼管の溶接管理方法。
［５］鋼板又は鋼帯に対して周方向に曲げ加工を施し、両エッジ部を突き合わせてオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対してアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の製造方法であって、
前記電縫溶接の際、前記［４］に記載の電縫鋼管の溶接管理方法により溶接管理を行う、電縫鋼管の製造方法。
［６］前記［１］～［３］のいずれかに記載の電縫鋼管の溶接管理装置と、
電縫溶接前において、オープン管の少なくとも片側のエッジ部の温度分布の情報を取得するエッジ温度情報取得装置と、
電縫溶接前において、オープン管の両エッジ部および該両エッジ部が収束して形成される溶接点を撮影する溶接部撮影装置と、
を備える、電縫鋼管の溶接管理システム。

本発明によれば、溶接欠陥を抑止することができる。

本発明を実施するための溶接管理装置およびそれを含めた溶接管理システムを説明するための説明図である。 本実施の形態の溶接管理装置の処理手順を示すフローチャートである。 電縫溶接の溶接部画像の各部位の説明図である。 電縫溶接でのエッジ部加熱およびアプセットによるビードの形成を説明するための図である。 電縫溶接のエッジ部の管内外表面温度差と肉厚中心部の温度との比（ΔＴ／Ｔｃ）および狭間隙長さＬの値に応じた電縫溶接品質の良否結果（へん平高さ試験結果）を示すグラフである。 Ｖ収束角度θ１～θ３それぞれにおいて、狭間隙長さＬとΔＴ／Ｔｃの値に応じた電縫溶接の良否結果を説明するための概念図である。 実施例における電縫溶接の許容範囲を説明するためのグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である溶接管理装置および溶接管理システムを詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

まず、図１を参照して、本実施の形態の対象とする処理の流れと、溶接管理システムおよび該システムが有する溶接管理装置の概略構成について説明する。図１は、本発明を実施するための形態の１例を示す溶接管理装置およびそれを含めた溶接管理システムを説明するための図である。

鋼板（又は鋼帯）は、ロール成形によって連続的に円筒形状へと成形された後、図中の矢印方向（溶接方向）を進行方向として進みながら、フィンパスロール２によって円筒形状の安定性が確保されつつ、両エッジ部の突き合わせ位置がセンタリングされながらオープン管１へと成形される。その後、オープン管１の両エッジ部は、高周波発振装置３から一対のコンタクトチップ３１ａ、３１ｂを介して高周波電流が供給されて、溶融するまで加熱される。コンタクトチップの代わりに誘導加熱のワークコイルを用いることも可能である。

次に、オープン管１は、スクイズロール４１ａ、４１ｂ、トップロール４２ａ、４２ｂからなるロール群で囲まれた溶接スタンド４０を通過しながら両エッジ部が圧接され、溶鋼が外部（管状の鋼板の外周面および内周面）に排出されながら溶接（電縫溶接）される。

電縫溶接においては、スクイズロール４１ａ、４１ｂよりも上流側（溶接方向の反対方向側）でオープン管１の両エッジ部が近接し、接合が開始される位置を溶接点とする。この溶接点は、溶接速度と電縫溶接の投入電力との大小関係によって位置が溶接方向の前後に移動する。

また、投入電力が大きい場合は、オープン管１の両エッジ部が成す直線の幾何学的な交点（Ｖ収束点（両エッジ部に沿って収束する２つの直線の交点））と、溶接点とが一致しない状態が発生する。これは、スクイズロール４１ａ、４１ｂより上流側において、オープン管１の両エッジ部が近接する速度より、両エッジ部に通電された電流により発生した電磁力で、エッジ部端面にできた溶融部が外部へ排出される速度の方が大きいために発生する現象である。

溶接管理システム１０は、電縫溶接前において、オープン管の少なくとも片側のエッジ部の温度分布の情報を取得するエッジ温度情報取得装置１１と、電縫溶接前において、オープン管の両エッジ部および該両エッジ部が収束して形成される溶接点を撮影する溶接部撮影装置１２と、溶接管理装置１００と、を有する。以下、エッジ温度情報取得装置１１、溶接部撮影装置１２、溶接管理装置１００について順に説明する。

エッジ温度情報取得装置１１は、例えば、サーモグラフィのように温度分布を２次元画像に基づいて計測可能な温度計を有する。また、エッジ温度情報取得装置１１は、エッジ温度分布を取得するために、エッジ部を撮影する撮影機（カメラ）を有する。
この撮影機によりコンタクトチップ３１ａ、３１ｂと溶接スタンド４０の間に位置するオープン管１のエッジ部の所定領域を肉厚方向に全厚撮影できるように、エッジ温度情報取得装置１１は設置され、位置調整がなされる。エッジ温度情報取得装置１１の撮影機は、少なくとも向い合う一方のエッジ部において管外面から管内面まで加熱された表面を撮影する。このとき、上記温度計としては放射温度計や、二色温度計などが挙げられるが、温度分布を取得できる温度計であればいずれでもよい。また、エッジ温度情報取得装置１１は、光学系の調整のためのズームレンズや露光調整器などの調整器も有する。上記調整器は、撮影視野は１００ｍｍ×４０ｍｍとし、分解能としては５００μｍ／画素もしくはそれよりも高い分解能を確保することが好ましい。分解能は、１００μｍ／画素もしくはそれよりも高い分解能であることがより好ましい。
このとき、撮影機（カメラ）の画素数は１９２０×１０８０以上であることが好ましい。分解能が５００μｍ／画素よりも低い分解能であるとエッジ部温度の検出精度が悪化する場合がある。

溶接部撮影装置１２は、例えば、カメラを有しており、このカメラを用いて、溶接方向に対して溶接スタンド４０の下流側が撮影可能となるように設置され、オープン管１の両エッジ部（溶接部）が加熱されて溶融し圧接される様子を撮影する。この溶接部撮影装置１２により撮影される撮影画像に、後述する接合点（Ｖ収束点）、およびスクイズロール４１ａ、４１ｂのロールセンターが含まれるように、溶接部撮影装置１２の位置調整を行う。このとき、カメラはカラー画像撮影用、モノクロ画像撮影用のいずれのカメラでもよい。
また、溶接部撮影装置１２には、光学系の調整のためのズームレンズや露光調整器などの調整器も含まれる。上記調整器は、撮影視野は１００ｍｍ×４０ｍｍとし、分解能としては１００μｍ／画素もしくはそれよりも高い分解能を確保することが好ましい。分解能は、５０μｍ／画素もしくはそれよりも高い分解能であることがより好ましい。このとき、カメラの画素数は１９２０×１０８０以上であることが好ましい。分解能が１００μｍ／画素よりも低い分解能であると、Ｖ収束点や溶接点の検出精度が悪化する場合がある。また、電縫溶接の溶接速度は、１００ｍ／ｍｉｎを超える速度で溶接される場合があり、撮影視野１００ｍｍの領域以内で、任意の撮影点を１回以上撮影するためにはフレーム速度を２０ｆｐｓ（ｆｒａｍｅｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）以上に設定することが好ましい。フレーム速度が２０ｆｐｓ未満の場合、電縫管の溶接部には溶接の画像解析が実施できていない領域が発生し、溶接欠陥を見逃す可能性がある。

溶接管理装置１００は、鋼板又は鋼帯に対して周方向に曲げ加工を施し、両エッジ部を突き合わせてオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対してアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の溶接管理装置であって、電縫溶接前において、オープン管の少なくとも片側のエッジ部の肉厚方向の温度分布の情報に基づいて、エッジ部の外表面温度Ｔ_ｏ、内表面温度Ｔ_ｉおよび肉厚中心温度Ｔｃを検出する電縫溶接前エッジ温度検出部１２２と、外表面温度Ｔ_ｏと内表面温度Ｔ_ｉとの温度差ΔＴを算出するエッジ温度差算出部１２５と、オープン管の両エッジ部と、オープン管の両エッジ部が接合して溶接を開始する溶接点とを含む領域の画像情報に基づいて、エッジ部に沿って収束する２つの直線を抽出して、２つの直線の交点であるＶ収束点を抽出するＶ収束点抽出部１３３と、２つの直線が成すＶ収束角度θを算出するＶ収束角度算出部１３４と、Ｖ収束点から溶接点までの距離を狭間隙長さＬとして算出する狭間隙長さ算出部１３５と、肉厚中心温度Ｔｃに対する温度差ΔＴの割合：ΔＴ／Ｔｃ、Ｖ収束角度θおよび狭間隙長さＬの情報に基づいて、電縫溶接条件の良否を判定する溶接状態判定部１４１と、を有する。
また、溶接管理装置１００は、溶接状態判定部１４１による判定結果を出力する出力部１４２を有してもよい。

溶接管理装置１００は、例えば、入力部１１０として、エッジ温度分布データ入力部１１１および溶接部撮影データ入力部１１２を有することができる。溶接管理装置１００は、エッジ温度分布データ入力部１１１による入力操作により、エッジ温度情報取得装置１１で取得したエッジ温度分布情報を取得する。また、溶接管理装置１００は、溶接部撮影データ入力部１１２による入力操作により、溶接部撮影装置１２で撮像された溶接部の画像情報を取得する。
溶接管理装置１００は、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータで構成され、ＣＰＵ等による演算処理機能、ＧＰＵ等による画像処理機能、後述の記憶部１４３の一例としてのＲＯＭやＲＡＭ等の各種メモリ機能を有する。また、溶接管理装置１００は、その他、データ通信端子で接続されたハードディスク等の記録媒体、グラフィックへの表示装置やアラーム装置等の出力部を備える。

溶接管理装置１００では、処理プログラム等を記憶したメモリおよび処理プログラムを実行するＣＰＵ等を用いて、エッジ温度分布処理部１２１において、エッジ部の外表面温度Ｔ_ｏと内表面温度Ｔ_ｉの差ΔTの算出を行い、また、肉厚中心温度Ｔｃを検出する。また、溶接管理装置１００では、溶接画像処理部１３１において、Ｖ収束角度θの算出および狭間隙長さＬの算出も行う。これらのΔＴ、Ｔｃ、θ、Ｌの情報に基づいて、溶接状態判定部１４１において電縫溶接条件の良否を判定する。

溶接管理装置１００の構成およびその機能についてより詳細に説明する。

エッジ温度分布処理部１２１は、電縫溶接前エッジ温度検出部１２２、エッジ温度差算出部１２５を有する。

まず、電縫溶接前エッジ温度検出部１２２では、高周波電流によって加熱された少なくとも一方のエッジ部の管外面から管内面までの肉厚方向の温度分布を検出する。
電縫溶接前エッジ温度検出部１２２は、空間座標算出部１２３（温度検出範囲の空間座標算出部１２３）と肉厚方向温度分布検出部１２４（指定位置肉厚方向温度分布検出部１２４）とを有していてよい。
空間座標算出部１２３では、温度分布の情報を得るための所定領域のエッジ部における、温度分布情報が含まれた画素情報に基づいて、３次元の空間の座標を算出する。
特に限定されないが、空間座標算出部１２３は、２次元座標として表示し得る画像データに基づいて空間座標を算出することができる。空間座標算出部１２３は、２次元の画像データ内の画像そのものに対してＸ座標およびＹ座標を設定し、さらに、画像の奥行方向にＺ座標を設定し、画像データを３次元データとして扱うことができる。
また、肉厚方向温度分布検出部（指定位置肉厚方向温度分布検出部）１２４では、管長手方向の予め設定された位置における温度分布の検出を行う。肉厚方向温度分布検出部１２４は、少なくとも、エッジ部の外表面温度Ｔ_ｏ、内表面温度Ｔ_ｉを検出する。また、肉厚方向温度分布検出部１２４は、肉厚中心温度Ｔｃも検出する。

エッジ温度差算出部１２５では、予め設定された位置（指定位置）におけるオープン管エッジ部の外表面温度Ｔ_ｏと内表面温度Ｔ_ｉとの温度差ΔＴを算出する。

溶接管理装置１００は、エッジ温度分布処理部１２１において、上記のような一連の処理を行う。

溶接画像処理部１３１は、管エッジ画像検出部１３２、Ｖ収束点抽出部１３３、Ｖ収束角度算出部１３４および狭間隙長さ算出部１３５を有する。
エッジ温度分布処理部１２１における上記の処理と並行して、まず、管エッジ画像検出部１３２では、溶接画像の情報に基づいて、Ｖ収束点周辺の赤熱したエッジ部の両端を検出する。

Ｖ収束点抽出部１３３では、オープン管の両エッジ部と、オープン管の両エッジ部が接合して溶接を開始する溶接点とを含む領域の画像情報に基づいて、エッジ部に沿って収束する２つの直線を生成して、２つの直線の交点であるＶ収束点を抽出する。上記の画像情報は、溶接部撮影装置１２が撮影することで得られる画像情報である。

Ｖ収束角度算出部１３４により、上記の２つの直線が成すＶ収束角度θを算出する。

狭間隙長さ算出部１３５では、Ｖ収束点から溶接点までの距離を狭間隙長さＬとして算出する。

溶接管理装置１００は、溶接画像処理部１３１において、上記のような一連の処理を行う。

さらに、溶接管理装置１００では、上記の温度差ΔＴ、Ｖ収束角度θおよび狭間隙長さＬに基づく溶接状態判定部１４１による溶接判定、および出力部１４２による判定結果の出力等を行い、溶接管理処理を実行する。

ここで、図２のフローチャートを参照して、溶接管理装置１００による溶接管理処理手順について説明する。図２は、本実施の形態の溶接管理装置の処理手順を示すフローチャートである。図２のフローチャートでは、例えば、操作者によりエッジ温度分布データ入力部１１１への溶接管理処理開始の指示入力があったタイミングで、ステップＳ１の処理に進む。ステップＳ１～Ｓ５は、エッジ温度分布処理ステップとも記す。また、操作者により溶接部撮影データ入力部１１２への溶接管理処理開始の指示入力があったタイミングで、ステップＳ６の処理に進む。ステップＳ６～Ｓ９は、溶接部画像処理ステップとも記す。ステップＳ１からの処理（エッジ温度分布処理ステップ）およびステップＳ６からの処理（溶接部画像処理ステップ）は同時並行に進んでもよい。

ステップＳ１の処理では、高周波加熱によって加熱されたオープン管１の両エッジ部の少なくとも一方に対し、エッジ温度分布処理部１２１が、エッジ温度情報取得装置１１から、溶接前の予め設定される長手方向の位置において、エッジ部の全厚にわたる２次元の温度分布の情報を取得する。
エッジ温度分布処理部１２１は、撮像された画像情報を含む温度分布の情報のうち、エッジ部の接合面上の２次元の温度分布の情報、すなわち、管長手方向と肉厚方向の２次元の温度分布の情報を検出する。
これにより、ステップＳ１の処理は完了し、溶接管理処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、ステップＳ１の処理で取得（撮像）した２次元の温度分布の情報、あるいは、エッジ温度情報取得装置１１に付属しているカメラ（ＣＣＤカメラ）によって撮影された画像情報から、電縫溶接前エッジ温度検出部１２２に含まれる空間座標算出部１２３（温度検出範囲の空間座標算出部１２３）が、複数の座標標準点を検出し、画素から長さの単位へと空間座標変換を行う。

ここでいう座標標準点は、座標位置あるいは各々の標準点間距離が予め自明なマーカーであることが好ましいが、この限りではない。空間座標算出部１２３により、任意の２点の標準点間距離を検出し、該標準点間距離の実空間距離を入力することで、温度分布の情報の画像情報内の空間座標変換を行う。空間座標算出部１２３では、同時に上記温度分布の情報の画像情報において、任意の位置に２次元座標の原点の設定を行う。また、空間座標算出部１２３では、画素から長さの単位へ座標変換するために必要な演算式を、前もって導出しておいてもよい。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、溶接管理処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、電縫溶接前エッジ温度検出部１２２に含まれる肉厚方向温度分布検出部（指定位置肉厚方向温度分布検出部）１２４が、上記の空間座標変換処理後の温度分布の情報から、管の長手方向の任意の位置における、エッジ部の肉厚方向の温度分布を座標値とともに検出する。
管の長手方向の任意の位置については、特に限定されないが、スクイズロール４１ａ、４１ｂのロール中央部に対して溶接方向の反対方向へ３ｍｍの位置から、スクイズロール４１ａ、４１ｂのロール中央部と、コンタクトチップ３１あるいはワークコイル（図示せず）との中間位置までにおける任意の位置であることが好ましい。
肉厚方向温度分布検出部１２４が温度分布を検出する範囲は、指定した管の長手位置に対して±０．５ｍｍの長手方向の領域を含み、肉厚方向温度分布検出部１２４はエッジ部の全厚の領域を検出する。
エッジ部の外表面および内表面に該当する角部は、高周波加熱特有の表皮効果によって、角部以外の平坦部などに比べ加熱されやすい傾向を示す。
そのため、肉厚方向の温度分布は、エッジ部の外面および内面の角部位置を頂点（ピーク）とした温度分布となる。この特徴より、全厚領域の判定として、肉厚方向の温度分布に基づいて、エッジ部の外面および内面位置に検出されたピーク間の距離を、管の肉厚と判定する。そして、その判定した管の肉厚（管肉厚判定値）と、予め設定していた管の肉厚（実肉厚）との誤差が±３％以内であれば、温度分布測定結果は十分な精度が得られていると判断する。
上記誤差が±３％以内の範囲になければ、エッジ温度分布情報取得装置１１の視野調整を行い、再度、ステップＳ１～Ｓ３の処理を行い、上記誤差が±３％以内になるまで繰り返す。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、溶接管理処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、電縫溶接前エッジ温度検出部１２２が、オープン管の少なくとも片側のエッジ部の温度分布の情報に基づいて、エッジ部の外表面温度Ｔ_０および内表面温度Ｔ_ｉを検出する。
具体的には、上記の検出した肉厚方向の温度分布の情報を用いて、電縫溶接前エッジ温度検出部１２２（肉厚方向温度分布検出部１２４）が、エッジ部の管外表面および管内表面位置における温度情報のピーク中央位置（ピークの頂点位置）の温度をそれぞれ、外表面温度Ｔ_ｏ、内表面温度Ｔ_ｉとして検出する。
また、電縫溶接前エッジ温度検出部１２２（肉厚方向温度分布検出部１２４）は、管エッジ部の外表面および内表面位置における温度のピーク間の中央部位置の温度を検出し、これを肉厚中央部の温度Ｔｃとする。
これにより、ステップＳ４の処理は完了し、溶接管理処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、エッジ温度差算出部１２５が、上記の検出したエッジ部の外表面温度Ｔ_ｏおよび内表面温度Ｔ_ｉの温度差ΔＴを算出する。ここでは、エッジ温度差算出部１２５は、内表面温度Ｔ_ｉから外表面温度Ｔ_ｏを差し引く計算を行い、差分値に正負の符号が付いたまま記憶部１４３に記憶させておくことができる。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、溶接管理処理はステップＳ１０の処理に進む。

上記のステップＳ１～Ｓ５と並行して行われるステップＳ６の処理では、高周波加熱によって赤熱に加熱されているエッジ部について、溶接部撮影装置１２により撮像された画像情報に基づいて、溶接画像処理部１３１の管エッジ画像検出部１３２がそのエッジ検出を行う。ここでは、エッジ検出方法については微分法を用いるが、これに限らない。具体的に図３および図４を示しながら説明する。

図３は、電縫溶接の溶接部画像の各部位の説明図である。図４は、電縫溶接でのエッジ部加熱およびアプセットによるビードの形成を説明するための図である。
まず、管エッジ画像検出部１３２は、撮像された画像を用いて加熱部２０１周辺の輝度の変化から、溶接部のエッジ検出画像２０を得る。また、同時に画像の画素数から長さ単位へ換算処理を行う。ここでは、エッジ検出画像２０の左下の端部を原点としたＸＹの２軸の座標系とし、長さをミリメートルとして扱うが、この限りではない。画素数から長さ単位への換算処理においてはあらかじめ、ゲージなどの標準試料を同一の視野で撮影することで、１００ｍｍあたりの画素数を検出し、画素数から長さへの換算処理を行う。以上により、ステップＳ６の処理は完了し、溶接管理処理はステップＳ７の処理に進む。

ステップＳ７の処理では、Ｖ収束点抽出部１３３が、溶接部のエッジ検出画像（オープン管の両エッジ部と、オープン管の両エッジ部が接合して溶接を開始する溶接点とを含む領域の画像）の情報に基づいて、エッジ部に沿って収束する２つの直線を生成し、２つの直線の交点であるＶ収束点を抽出する。

具体的には、例えば、まず、Ｖ収束点抽出部１３３は、上記の溶接部のエッジ検出画像２０において、両エッジ部同士が接合していない状態の開口部２０２から、鉛直方向（溶接方向に対して垂直な方向（管周方向））に画像処理を行い、最初にエッジを検出した位置を各エッジ部上の点とする。Ｖ収束点抽出部１３３は、この処理を開口部２０２の長手方向の全長のうちの数点（例えば、３～１０点）で同様の処理を行う。そして、Ｖ収束点抽出部１３３は、各エッジ部上に検出された複数の点から最小二乗法によって、オープン管の両エッジ端面を近似した直線Ｌａ、Ｌｂを生成する。ここでは、開口部２０２は、両エッジの加熱部２０１に挟まれた領域であり、各エッジ部上の点を検出する前に予め、開口部２０２に含まれる位置を手動で指定することなどがあるが、これに限らない。
Ｖ収束点抽出部１３３は、直線Ｌａ、Ｌｂの交点をＶ収束点２０４として抽出する。
これにより、ステップＳ７の処理は完了し、溶接管理処理はステップＳ８の処理に進む。

ステップＳ８の処理では、Ｖ収束角度算出部１３４が、上記のオープン管両エッジの検出により算出された直線Ｌａ、Ｌｂを用いてＶ収束角度θを算出し、抽出する。溶接部のエッジ検出画像におけるＶ収束角度θはＬａ、Ｌｂの２直線が成す角度であり、開口部２０２側の鋭角の角度とする。
溶接部のエッジ検出画像におけるＶ収束点２０４はＬａ、Ｌｂの２直線が成す交点である。検出されたＶ収束角度θについては、Ｖ収束角度算出部１３４が、幾何学的な式を用いて算出することができる。また、V収束点２０４については、Ｖ収束点抽出部１３３が、それぞれ幾何学的な式を用いて算出し、数値化および座標データ化を行うことができる。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、溶接管理処理はステップＳ９の処理に進む。

ステップＳ９の処理では、狭間隙長さ算出部１３５が、Ｖ収束点２０４と実際にオープン管両エッジ端面２０２ａ、２０２ｂが物理的に接合する点（以降、溶接点２０５とする（図３参照））との距離である狭間隙長さＬを算出し、抽出する。ここでは狭間隙長さ算出部１３５がまず、溶接点２０５の位置検出を行う。
狭間隙長さ算出部１３５は、Ｖ収束点２０４の位置よりも下流側（溶接方向側）に開口部２０２の有無を判定する。このとき、狭間隙長さ算出部１３５は、Ｖ収束点２０４よりも下流側において所定の閾値よりも小さい輝度を有する画素が溶接方向に連続的に存在する場合を開口部２０２有りと判定する。この開口部２０２の有無の判定は一定時間の間におけるエッジ検出画像２０で繰り返し行い、狭間隙長さ算出部１３５は、開口部２０２有りと判定された最下流位置を溶接点２０５とみなし、溶接点２０５の座標データとして検出する。判定に要する時間はスクイズロール（ＳＱロール）１周期以上であることが好ましい。
なお、Ｖ収束点２０４の位置と溶接点２０５の位置との鉛直方向側のずれについては、電縫鋼管の製造中に生じるねじれ（管の周方向の回転）により発生する可能性があるが、必要に応じて位置補正により調整することができる。しかしながら、上述した溶接点２０５の位置検出において、この鉛直方向側のずれは発生しても検出結果に影響しない範囲内である。

狭間隙長さ算出部１３５は、溶接点の座標データのうち、水平成分の位置座標から前記Ｖ収束点２０４の座標データのうち、水平成分の位置座標を差し引いた数値を狭間隙長さＬとして算出を行う。ここで、Ｖ収束点２０４の位置よりも下流側（溶接方向側）に開口部２０２が無いと判定される場合は、狭間隙長さ算出部１３５は、前記狭間隙長さＬは０であるとして算出を行う。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、溶接管理処理はステップＳ１０の処理に進む。

ステップＳ１０の処理では、ステップＳ５とステップＳ９の処理が完了した後に、溶接状態判定部１４１が、上記記肉厚中心温度Ｔｃに対する上記指定位置の管エッジ表面の外表面温度Ｔ_０および内表面温度Ｔ_ｉの温度差ΔＴの割合：ΔＴ／Ｔｃと、上記Ｖ収束角度θと、上記狭間隙長さＬとに基づいて電縫溶接条件の良否判定を行う。
この良否判定について、溶接状態判定部１４１は、狭間隙長さＬが、肉厚中心温度Ｔｃに対する上記温度差ΔＴの割合：ΔＴ／ＴｃおよびＶ収束角度θの値に応じて予め設定された上限値以下である場合に電縫溶接条件が良好であると判定してもよい。
また、溶接状態判定部は、肉厚中心温度Ｔｃに対する前記温度差ΔＴの割合：ΔＴ／Ｔｃが、Ｖ収束角度θの値および前記Ｌの値に応じて予め設定された範囲内であるか否かで電縫溶接条件の良否を判定してもよい。

電縫溶接条件の良否の判定方法の具体例としては、種々の溶接条件により得られた鋼管を用いて、オフラインで溶接部の評価試験を行う。そして、得られた溶接部の特性と、指定位置の肉厚中央部の温度Ｔｃと、指定位置の管エッジ表面の外表面温度Ｔ_oと内表面温度Ｔ_ｉとの温度差ΔＴと、Ｖ収束角度θと、狭間隙長さＬと、溶接部の評価試験結果との関係性を予め明らかにしておく。より具体的には、上記指定位置における肉厚中央部Ｔｃと、上記指定位置の管エッジ表面の外表面温度Ｔ_ｏおよび内表面温度Ｔ_ｉの温度差ΔＴとの比ΔＴ／Ｔｃの許容範囲の上下限を設定しておく。
ΔＴ／Ｔｃは正負の値を取り得る。ΔＴ／Ｔｃの絶対値が大きい場合、すなわち、ΔＴが過度に大きい、あるいはＴｃが過度に小さい場合、管外部へのペネトレータの排出が阻害されやすい。よって、ΔＴ／Ｔｃについては、正負の許容範囲の上下限内であれば、ペネトレータの排出が阻害されていない溶接条件であることを示している。
上記許容範囲の設定においては、上記狭間隙長さＬと、上記Ｖ収束角度θとをパラメーターとして扱う。オフラインでの溶接部の評価試験はへん平試験、溶接部中の酸化物を検知する超音波探傷試験（ＪＩＳ Ｇ ０５８３『鋼管の自動渦電流探傷検査方法』に準じる）、溶接部から試験片を切出したシャルピー衝撃試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４２『金属材料のシャルピー衝撃試験方法』に準じる）等があるが、所望の特性に合わせて試験方法を選定する。

上記指定位置の肉厚中央部Ｔｃと上記指定位置の管エッジ表面の外表面と内表面との温度差分ΔＴとの比ΔＴ／Ｔｃの許容範囲の上下限の設定方法例を図５および図６に示しながら以下に説明するが、この限りではない。

まず、種々の溶接条件において上記指定位置における肉厚中央部Ｔｃと上記指定位置の管エッジ表面の外表面と内表面との温度差ΔＴの測定位置は任意であるが、スクイズロール４１ａ、４１ｂ（図１再参照）よりも成形機側、すなわち、上流側（溶接方向の反対方向側）の位置でエッジ温度情報取得装置１１により温度測定を行う。さらに、エッジ温度情報取得装置１１は、上記肉厚中央部Ｔｃの温度と管の素材の融点との差が所定値以下となる位置で温度測定を行う。
例えば、上記肉厚中央部Ｔｃの温度と管の素材の融点との差（該融点（℃）－Ｔｃ（℃））が３００℃以下となる位置で温度測定が行われる。
上記肉厚中央部Ｔｃが融点よりも３００℃を超えて低くなった場合、すなわち、上記管の素材の融点（℃）－Ｔｃ（℃）が３００℃超となる場合、溶接するまでの両エッジの加熱過程が不明確になり、上記狭間隙長さＬと両エッジ端面の温度分布の関係性が認められにくくなる。
上記の温度測定において、管の素材の融点（℃）－Ｔｃ（℃）は、２００℃以下であることが好ましく、１００℃以下であることがより好ましい。

次に、任意の上記Ｖ収束角度θを一定とし、溶接の投入電力を変化させながら電縫溶接を行う。このときエッジ温度情報取得装置１１、および溶接部撮影装置１２から得られた情報に基づいて、溶接管理装置１００が、管エッジの端面温度分布からそれぞれ、上記指定位置の肉厚中央部Ｔｃ、上記指定位置の管エッジ表面の外表面温度Ｔ_ｏおよび内表面温度Ｔ_ｉとの温度差ΔＴ、および上記狭間隙長さＬを測定し、それらの平均値を算出する。平均化は１００点の画像データから算出を行う。

上記個々の電縫溶接で得られた電縫管に対して、長さ１００ｍｍのサンプルを任意に５本採取し、ＪＩＳ Ｇ３４７８：２０１５に記載のへん平試験を行う。管の外径Ｄ、へん平試験において溶接部に割れが発生し始めるときの平板間の距離Ｈを用いて、へん平率Ｈ／Ｄを求めて、その中でへん平率Ｈ／Ｄの最大値を用いる。上記へん平率Ｈ／Ｄの最大値から所望のへん平率Ｈ／Ｄを満たす溶接条件を抽出する。

図５は、電縫溶接のエッジ部の管内外表面温度差と肉厚中心部の温度との比（ΔＴ／Ｔｃ）および狭間隙長さＬの値に応じた電縫溶接品質の良否結果（へん平高さ試験結果）を示すグラフを示す。
図５に示す例では、溶接部のへん平率Ｈ／Ｄ（へん平率Ｈ／Ｄの最大値）が０．５以下を合格として〇と表記し、０．５超で不合格として×と表記する。溶接状態判定部１４１は、この合否判定の境界を定め、任意の上記狭間隙長さＬにおける温度比ΔＴ／Ｔｃの上下限を設定する。溶接部品質の合否の境界については、狭間隙長さＬを関数として境界曲線を設定して記憶部１４３に記録する方法や、任意の狭間隙長さLに対して、温度比ΔＴ／Ｔｃの上下限をあらかじめ設定して記憶部１４３に記録する方法などがあるがこの限りではない。

溶接状態判定部１４１は、上記のような任意の上記狭間隙長さＬにおける温度比ΔＴ／Ｔｃの上下限の設定について、Ｖ収束角度θを変更して、同様の合否判定の境界を定める。
また、溶接状態判定部１４１は、狭間隙長さＬについて、ΔＴ／Ｔｃに応じて上限値を設定し、Ｖ収束角度θを変更して、合否判定の境界を定めることもできる。
Ｖ収束角度θは、スクイズロールよりも上流側に存在するフィンパススタンド群のうち最も溶接機側に配置される最終フィンパススタンドのフィンロールのフィン幅を変更することで調整することができるが、この限りではない。

上記のようにして、各Ｖ収束角度θ毎に、狭間隙長さＬにおける温度比ΔＴ／Ｔｃの上下限が得られる。
図６は、Ｖ収束角度θ１～θ３それぞれにおいて、狭間隙長さＬとΔＴ／Ｔｃの値に応じた電縫溶接の良否結果を説明するための概念図である。図６では、狭間隙長さＬと温度比ΔＴ／Ｔｃの関係およびそれぞれの許容範囲（へん平高さ合格範囲）を縦に並べた概念図を示す。
任意のＶ収束角度θ２の条件から得られた任意の狭間隙長さＬにおける温度比ΔＴ／Ｔｃの許容範囲（へん平高さ合格範囲）を内挿計算から算出する。
この算出方法の具体例については、例えば、まず、変数を角度θとし、合格判定の領域Ｒ（Ｌ，ΔＴ／Ｔｃ）はθの関数とする。既知の領域Ｒ１とＲ３から想定している角度θ２の合格判定領域Ｒ２をθの一次関数で計算する。
図６を参照しながら説明すると、θ１とθ３の合格判定領域Ｒ１とＲ３が分かっているとき、例えば、各領域における同一の狭間隙長さＬに対するΔＴ／Ｔｃの下限｜ΔＴ／Ｔｃ｜１、｜ΔＴ／Ｔｃ｜３を求める。
次に、これら２点（θ１、Ｌ、｜ΔＴ／Ｔｃ｜１）と（θ３、Ｌ、｜ΔＴ／Ｔｃ｜３）を結ぶ直線を引く。これにより、｜ΔＴ／Ｔｃ｜はθの一次関数として表すことができるため、任意の角度θ２において、狭間隙長さＬにおける下限｜ΔＴ／Ｔｃ｜２が求められる。これを繰り返し行い、合格領域全体を導出する。

これらの境界条件を用いて、Ｖ収束角度θに応じて、任意の溶接条件における上記狭間隙長さＬにおける温度比ΔＴ／Ｔｃが、上記溶接部の合格範囲内にあるとき、溶接状態判定部１４１は、電縫溶接条件を良好と判定し、満たせない場合は不適と判定する。また、溶接状態判定部１４１は、狭間隙長さＬが、ΔＴ／ＴｃおよびＶ収束角度θの値に応じて予め設定された上限値以下である場合に電縫溶接条件が良好であると判定し、一方で、満たせない場合は不適と判定してもよい。
なお、この処理で得られた結果については、記憶部１４３に記録しておくことができる。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、溶接管理処理はステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ１１の処理では、出力部１４２が、ステップＳ１０で得られた溶接条件の良否判定を外部へ出力する。外部への出力にはオペレータが判定結果を認知する必要があるため、溶接管理装置１００に備えらえたグラフィック装置やアラーム装置等へ出力することが好ましい。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、一連の溶接管理処理を終了させる。

以上、本発明の実施形態として、電縫鋼管の溶接管理装置について説明した。
本発明では、上述した溶接管理装置に用いた溶接管理方法、この溶接管理方法を含む電縫鋼管の製造方法、さらには溶接管理装置を有する溶接管理システムも提供される。
電縫鋼管の製造方法は、鋼板又は鋼帯に対して周方向に連続的な曲げ加工を施し、両エッジ部を突き合わせてオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対して、連続的にアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の製造方法であって、電縫溶接の際、前述した溶接システムにより行われる処理（溶接管理方法）により溶接管理を行う。

このように、本発明によれば、電縫溶接時の端面の加熱分布や狭間隙長さを精度高く測定し、溶接後の排出溶鋼量も考慮することで、溶接欠陥を抑制することができる。
より具体的には、電縫溶接時の肉厚方向の温度分布を小さくし、入熱調整の精度を向上させることで、溶接欠陥を抑止することができる。

また、上述した本発明の実施の形態について、これら実施の形態は本発明を実施するための一例に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内であれば、当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

管厚４ｍｍで鋼管外径がφ１００ｍｍの種々の電縫溶接管に対して、まず、溶接条件の許容範囲を導出するために、狭間隙長さＬにおける温度比ΔＴ／Ｔｃの上下限を導出した。ここでは、エッジ肉厚中央部の温度Ｔｃおよび上記指定位置の管エッジ表面の外表面と内表面との温度差ΔＴを測定する位置を溶接スタンドのスクイズロールの軸直下から上流側（溶接方向の反対方向側）へ５ｍｍ離れた位置とし、成形中のエッジベンド成形を調整して、溶接速度を４０ｍ／ｍｉｎとして電縫溶接を行った。
このとき、フィンパススタンドの最終スタンドのフィンロールのフィン幅を変更してＶ収束角度θを３～５°まで０．５°ピッチで変更した。
そして、各Ｖ収束角度θ条件における、任意の狭間隙長さＬに対する温度比ΔＴ／Ｔｃの上下限を導出した。ここで、ΔＴは測定位置における管エッジの内表面温度Ｔ_ｉから外表面温度Ｔ_ｏを引いた値である。

種々の電縫溶接において、二色式温度計カメラを用いて、フレームレートを２０ｆｐｓとし、管長手方向の画素数を１９２０画素とし、管肉厚方向の画素数を１０８０画素とし、管長手方向の視野を５０ｍｍとして溶接前の温度分布の２次元画像を取得した。また、種々の電縫溶接においてＣＣＤカメラを用いて、フレームレート２０ｆｐｓ、管長手方向の画素数を１９２０画素、管長手方向の視野を６０ｍｍとして、溶接中の溶接部前後の画像を取得した。これら取得した画像から、各フレームの指定位置の肉厚中央部の温度Ｔｃと、指定位置の管エッジ表面の外表面温度Ｔ_ｏおよび内表面温度Ｔ_ｉの温度差ΔＴと、狭間隙長さＬと、前記Ｖ収束角度θを算出した。これら、各々の算出したデータの内、１００データを平均化し、各溶接条件における操業データとした。

また、電縫溶接によって得られた鋼管を１００ｍｍ長さに切り出し、ＪＩＳ Ｇ３４７８：２０１５に基づいて溶接部のへん平試験を行い、へん平率Ｈ／Ｄを測定した。このようにして得られたへん平率Ｈ／Ｄを５回測定した結果の最大値を、各溶接条件における溶接部の品質データとした。前記操業データと溶接部の品質データを用いて、狭間隙長さＬと温度比ΔＴ／Ｔｃの関係を示すマップ上へ反映させ、各溶接条件においてへん平率Ｈ／Ｄの最大値が０．５以下であった鋼管が得られる条件を合格、０．５超であった鋼管が得られる条件を不合格として、合否判定の境界を設定した。
本実施例において、予め測定できていない狭間隙長さＬにおける温度比ΔＴ／Ｔｃの上下限の値は、その前後で明らかになっている狭間隙長さＬにおける温度比ΔＴ／Ｔｃの上下限の値を用いた。上記明らかになっている狭間隙長さＬを関数にした一次関数式を用いて、内挿計算を行い、測定できていない狭間隙長さＬにおける温度比ΔＴ／Ｔｃの上下限の値を得た。
同様に、本実施例において、予め測定できていないＶ収束角度θの条件における温度比ΔＴ／Ｔｃの上下限の値は、その前後で明らかになっている一定の狭間隙長さＬにおける温度比ΔＴ／Ｔｃの上下限の値を用いた。上記Ｖ収束角度θを関数にした一次関数式を用いて、内挿計算を行い、予め測定できていないＶ収束角度θの条件における温度比ΔＴ／Ｔｃの上下限の値を得た。
以上のことから溶接条件の許容範囲を導出した。

次いで、管厚４ｍｍで鋼管外径がφ１００ｍｍの電縫溶接管の製造にあたって、V収束角度θを３°とし、溶接速度を４０ｍ／ｍｉｎとして電縫溶接を行った。
ここでは、エッジ肉厚中央部の温度Ｔｃおよび上記指定位置の管エッジ表面の外表面と内表面との温度差ΔＴの測定条件や狭間隙長さLと、前記Ｖ収束角度θを測定する方法は前記共用範囲の導出の条件と同じである。図７に上記条件であらかじめ導出していた溶接条件の許容範囲例を示す。また、得られた鋼管を１００ｍｍ長さに切り出し、ＪＩＳ Ｇ３４７８：２０１５に基づいて溶接部のへん平試験を行い、へん平率を測定した。へん平試験を１０回行い、いずれにおいても、９回以上のへん平率Ｈ／Ｄが０．５以下であった条件を合格とした。

表１に、合格した発明例と不合格である比較例の狭間隙長さL、温度比ΔＴ／Ｔｃおよび鋼管のへん平率の合格判定結果を示す。
発明例１は、成形条件一定のもと許容範囲の狭間隙長さＬ、温度比ΔＴ／Ｔｃの関係を満たすように電縫溶接の投入電力を調整した。
発明例２は、投入電力一定のもと許容範囲の狭間隙長さＬ、温度比ΔＴ／Ｔｃの関係を満たすように成形中のエッジベンドを調整した。
これに対して、比較例１、２は、電縫溶接時の溶接管理を行わず、溶接電力を調整し、排出溶鋼の状態を目視のみで確認した。
発明例３は、成形条件一定のもと許容範囲の狭間隙長さＬ、温度比ΔＴ／Ｔｃの関係を満たすように電縫溶接の投入電力を調整した。これに対して比較例３は、発明例３の条件から、ワークコイル－スクイズロール間距離を長くし、かつ、電縫溶接時の溶接管理を行わず、エッジ部の内外面の温度差Ｔ_ｉ－Ｔ_ｏが発明例３と同等になるように投入電力を調整した。
発明例４は、成形条件一定のもと許容範囲の狭間隙長さＬ、温度比ΔＴ／Ｔｃの関係を満たすように電縫溶接の投入電力を調整した。これに対して比較例４は、発明例４の条件から、エッジベンド量を大きくし、かつ、電縫溶接時の溶接管理を行わず、エッジ部の肉厚中央部の温度Ｔｃが発明例４と同等になるように投入電力を調整した。

得られた電縫鋼管から切り出した１００ｍｍ長さのサンプル１００本に対して、ＪＩＳ Ｇ３４７８：２０１５に基づいて溶接部のへん平試験を行い、へん平率を測定した。へん平率の合格判定は０．５以下を満たした鋼管の本数が占める割合が９０％以上であった場合に合格としている。発明例１、２、３、４では鋼管へん平率が合格値を満たしているのに対し、比較例１、２、３、４ではそれを下回っていることが分かる。

以上説明したとおり、本発明に記載した溶接管理装置を使用することにより、電縫溶接部の品質に優れた電縫鋼管を提供することができる。

１ オープン管
２ フィンパスロール
３ 高周波発振装置
３１、３１ａ、３１ｂ コンタクトチップ
４０ 溶接スタンド
４１ａ、４１ｂ スクイズロール
４２ａ、４２ｂ トップロール
１０ 溶接管理システム
１１ エッジ温度情報取得装置
１２ 溶接部撮影装置
１００ 溶接管理装置
１１０ 入力部
１１１ エッジ温度分布データ入力部
１１２ 溶接部撮影データ入力部
１２１ エッジ温度分布処理部
１２２ 電縫溶接前エッジ温度検出部
１２３ 空間座標算出部
１２４ 肉厚方向温度分布検出部
１２５ エッジ温度差算出部
１３１ 溶接画像処理部
１３２ 管エッジ画像検出部
１３３ Ｖ収束点抽出部
１３４ Ｖ収束角度算出部
１３５ 狭間隙長さ算出部
１４１ 溶接状態判定部
１４２ 出力部
１４３ 記憶部
２０ 溶接部画像のエッジ検出画像
２０１ 加熱部
２０２ 開口部
２０２ａ、２０２ｂ オープン管の両エッジ端面
Ｌａ、Ｌｂ 直線
θ Ｖ収束角度
２０３ 溶接ビード
２０４ Ｖ収束点（接合点）
２０５ 溶接点
Ｌ 狭間隙長さ

Claims (7)

1. 鋼板又は鋼帯に対して周方向に曲げ加工を施し、両エッジ部を突き合わせてオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対してアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の溶接管理装置であって、
   電縫溶接前において、オープン管の少なくとも片側のエッジ部の肉厚方向の温度分布の情報に基づいて、前記エッジ部の外表面温度Ｔ_ｏ、内表面温度Ｔ_ｉおよび肉厚中心温度Ｔｃを検出する電縫溶接前エッジ温度検出部と、
   前記外表面温度Ｔ_ｏと前記内表面温度Ｔ_ｉとの温度差ΔＴを算出するエッジ温度差算出部と、
   前記オープン管の両エッジ部と、前記オープン管の両エッジ部が接合して溶接を開始する溶接点とを含む領域の画像情報に基づいて、
   前記エッジ部に沿って収束する２つの直線を抽出して、前記２つの直線の交点であるＶ収束点を抽出するＶ収束点抽出部と、
   前記２つの直線が成すＶ収束角度θを算出するＶ収束角度算出部と、
   前記Ｖ収束点から前記溶接点までの距離を狭間隙長さＬとして算出する狭間隙長さ算出部と、
   前記肉厚中心温度Ｔｃに対する前記温度差ΔＴの割合：ΔＴ／Ｔｃ、前記Ｖ収束角度θおよび前記狭間隙長さＬの情報に基づいて、電縫溶接条件の良否を判定する溶接状態判定部と、
   を備える、電縫鋼管の溶接管理装置。
2. 前記溶接状態判定部は、
   前記狭間隙長さＬが、前記肉厚中心温度Ｔｃに対する前記温度差ΔＴの割合：ΔＴ／Ｔｃおよび前記Ｖ収束角度θの値に応じて予め設定された上限値以下である場合に電縫溶接条件が良好であると判定する、請求項１に記載の電縫鋼管の溶接管理装置。
3. 前記溶接状態判定部は、
   前記肉厚中心温度Ｔｃに対する前記温度差ΔＴの割合：ΔＴ／Ｔｃが、前記Ｖ収束角度θの値および前記Ｌの値に応じて予め設定された範囲内であるか否かで電縫溶接条件の良否を判定する、請求項１または２に記載の電縫鋼管の溶接管理装置。
4. 鋼板又は鋼帯に対して周方向に曲げ加工を施し、両エッジ部を突き合わせてオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対してアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の溶接管理方法であって、
   電縫溶接前において、オープン管の少なくとも片側のエッジ部の肉厚方向の温度分布の情報に基づいて、前記エッジ部の外表面温度Ｔ_０、内表面温度Ｔ_ｉおよび肉厚中心温度Ｔｃを検出する電縫溶接前エッジ温度検出工程と、
   前記外表面温度Ｔ_ｏと前記内表面温度Ｔ_ｉとの温度差ΔＴを算出するエッジ温度差算出工程と、
   前記オープン管の両エッジ部と、前記オープン管の両エッジ部が接合して溶接を開始する溶接点とを含む領域の画像情報に基づいて、
   前記エッジ部に沿って収束する２つの直線を抽出して、前記２つの直線の交点であるＶ収束点を抽出するＶ収束点抽出工程と、
   前記２つの直線が成すＶ収束角度θを算出するＶ収束角度算出工程と、
   前記Ｖ収束点から前記溶接点までの距離を狭間隙長さＬとして算出する狭間隙長さ算出工程と、
   前記肉厚中心温度Ｔｃに対する前記温度差ΔＴの割合：ΔＴ／Ｔｃ、前記Ｖ収束角度θおよび前記狭間隙長さＬの情報に基づいて、電縫溶接条件の良否を判定する溶接状態判定工程と、
   を含む、電縫鋼管の溶接管理方法。
5. 鋼板又は鋼帯に対して周方向に曲げ加工を施し、両エッジ部を突き合わせてオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対してアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の製造方法であって、
   前記電縫溶接の際、請求項４に記載の電縫鋼管の溶接管理方法により溶接管理を行う、電縫鋼管の製造方法。
6. 請求項１または２に記載の電縫鋼管の溶接管理装置と、
   電縫溶接前において、オープン管の少なくとも片側のエッジ部の温度分布の情報を取得するエッジ温度情報取得装置と、
   電縫溶接前において、オープン管の両エッジ部および該両エッジ部が収束して形成される溶接点を撮影する溶接部撮影装置と、
   を備える、電縫鋼管の溶接管理システム。
7. 請求項３に記載の電縫鋼管の溶接管理装置と、
   電縫溶接前において、オープン管の少なくとも片側のエッジ部の温度分布の情報を取得するエッジ温度情報取得装置と、
   電縫溶接前において、オープン管の両エッジ部および該両エッジ部が収束して形成される溶接点を撮影する溶接部撮影装置と、
   を備える、電縫鋼管の溶接管理システム。

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