JPH04250334A - ストリップ溶接部の検査方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、連続式ミルの前処理
設備の一つであるストリップ溶接機における溶接部の良
否を判定する方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼においては、連続式ミル、例えば酸
洗、冷間圧延、焼鈍あるいはめっき等において数多く使
用されている。連続式ミルにおいては、前処理としてル
ーパー等の装置によりラインを停止させずに先行ストリ
ップと後行ストリップを接続する電気抵抗溶接、スポッ
ト溶接、フラッシュバット溶接、レーザー溶接等の溶接
機が備えられている。

【０００３】上記溶接機により溶接された溶接部の良否
判定は、後工程における溶接部破断によるライン停止を
防止する上で極めて重要である。従来の溶接部の良否判
定は、バルジテスト（押込み割れ試験）または溶接部を
ハンマーで叩いて溶接強度を確認するハンマーテスト等
の人手による試験が実施されていた。

【０００４】また、自動的に溶接部の溶接強度の良否を
監視する方法としては、溶接部に流れる溶接電流と溶接
部にかかる溶接電圧を検出し、該溶接電流と溶接電圧と
から溶接エネルギーを求め、前記溶接エネルギーと基準
溶接エネルギーとの比と通電時間との関係を求め、基準
時間における前記比と基準値とを比較して溶接強度の良
否を監視する方法（特開昭５０−８３２４５号公報）、
被溶接材両面の電極内に相対向して超音波振動子を配設
し、いずれか一方を駆動してパルス状の超音波を被溶接
材中に送出透過させ、その透過波を他方の超音波振動子
で検出し、この検出された透過波の尖頭値が溶接電流の
通電開始後一旦増大したのち急激に減少したときの極小
値と、この後時間の経過と共に増大する透過波の通電終
了時点での値との差から、被溶接材に形成される溶接部
の大きさを推定し、この推定値から溶接状態の良否を判
定する方法（特開昭５２−１５０７６０号公報）、ある
いは電極と被溶接材とが接触する外周部近傍の被溶接材
表面から輻射される輻射波を光ファイバーを用いて赤外
線検出器に導き、前記輻射波を赤外線検出器により温度
に変換し、該温度の変化によって溶接部の接合良否を判
定する方法（特開昭５６−９９０８２号公報）等多くの
提案が行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記したバルジテスト
は、試験片をサンプリングし、ライン外での試験機で押
込み割れを目視判定する間、ラインを停止させる必要が
あり、ラインを停止させないためには巨大なループ設備
を必要とし、コスト上好ましくない。また、ハンマーテ
ストは、スポット的に溶接部上をハンマーで叩いて目視
判定するため、長時間を必要とし、バルジテストと同様
の欠点を有している。

【０００６】さらに特開昭５０−８３２４５号公報の方
法は、溶接電流と溶接電圧から求めた溶接エネルギーと
基準溶接エネルギーとの比と通電時間の関係に基き、基
準時間における前記比と基準値を比較して溶接強度の良
否を監視するため、被溶接材の表面の汚れ等が溶接エネ
ルギーと溶接部品質との相関に影響を与えることとなり
、正確に溶接部の良否を判定することができない。また
、特開昭５２−１５０７６０号公報の方法は、透過波の
尖頭値の極小値と通電終了時点での値との差から、被溶
接材に形成される溶接部の大きさを推定し、この推定値
から溶接状態の良否を判定するため、溶接部の大きさと
溶接状態の良否との相関に疑問があり、正確に判定する
ことができない。さらにまた、特開昭５６−９９０８２
号公報の方法は、溶接部外周近傍からの輻射波を光ファ
イバーにより赤外線検知器に導いて温度に変換し、該温
度変化によって溶接部の接合良否を判定するため、板厚
の変化等により温度が変化し、正確に溶接部の接合良否
を判定することができない。

【０００７】上記のとおりいずれの方法においても、実
際の溶接部強度を正確に検出できないため、下工程の連
続式ミルにおける溶接部の破断を十分に防止することが
できない状況である。しかし、これらの連続式ミルにお
いては、一度ストリップ溶接部の破断が発生すれば、復
旧までに長時間のライン停止を余儀なくされ、その経済
的損失が莫大なものとなる。

【０００８】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、溶接直後の溶接部の良否を実際の引張り試験に
より自動的に判定できる溶接部の良否判定方法および装
置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を行った。その結果、連続式
ミルにおける先行ストリップと後行ストリップとの溶接
は、クランプ本体でそれぞれ先行材と後行材とを固定し
た状態で溶接することに着目し、溶接直後に所定の張力
をクランプ本体に付与して被溶接材を引張り、その際の
被溶接材の変位量により溶接部の良否を正確に判定でき
ることを究明し、この発明に到達した。

【００１０】すなわちこの発明は、連続式ミルラインで
の先行材と後行材の溶接直後の溶接良否を判定する溶接
部の検査方法において、溶接部前後に張力を付与して実
張力と時間または実張力と変位量を測定し、実張力と時
間の関係式または実張力と変位量の関係式を求め、実張
力と時間との関係式または実張力と変位量の関係式と予
め定めた寸法、材質等により決定されるそれぞれの基準
パターンを比較し、溶接良否を判定するのである。

【００１１】また、連続式ミルラインでの先行材と後行
材の溶接直後の溶接良否を判定する溶接部の検査方法に
おいて、溶接部前後に張力を付与して実張力と時間また
は実張力と変位量を測定し、実張力と時間の関係式また
は実張力と変位量の関係式を求め、実張力と時間との関
係式または実張力と変位量の関係式と予め定めた寸法、
材質等により決定されるそれぞれの基準パターンを比較
し、溶接不良と判定した場合は溶接部を切断後、溶接パ
ラメーターを変更して再溶接を行うのである。

【００１２】さらに、連続式ミルラインでの先行材と後
行材の溶接部前後に張力を付与する張力付与手段と、付
与された張力を測定する張力測定器と、該張力測定器の
測定結果に基いて実張力と時間との関係式を演算し、予
め備えられた材質により定まる基準パターンと比較し、
溶接良否を判定する溶接判定装置からなるストリップ溶
接部の検査装置である。

【００１３】

【作用】この発明においては、溶接部前後に実際に張力
を付与して引張り試験し、実張力と時間の関係式または
実張力と変位量の関係式を求め、予め定めた寸法、材質
等により決定される基準パターンと比較して溶接良否を
オンラインで判定するから、従来の溶接部近傍の温度や
溶接エネルギー等から溶接良否を推定する方法に比較し
、実際の溶接良否が判断でき、後工程の連続式ミルライ
ンでの加熱、冷却、圧延、酸洗等における溶接部の破断
を完全に防止することができる。前記により溶接部前後
に張力を付与した場合の材料の変位量または時間は、次
式となる。 Ｔ＝Ｅ・ｔ・ｗ・（ｘ／Ｌ） ただし、Ｔ：張力　　（ｋｇｆ／ｍｍ２）Ｅ：ヤング率
　　（ｋｇｆ／ｍｍ２） ｔ：材料の厚さ　　（ｍｍ） ｗ：材料の幅　　（ｍｍ） ｘ：変位量（ｍｍ）または時間（ｓｅｃ）Ｌ：初期の長
さ　　（ｍｍ）

【００１４】また、前記により溶接不良と判定すると、
溶接部を切断後、溶接パラメーターを変更して再溶接す
るから、溶接不良の場合においても、極めて短時間で良
好な再溶接を確実に実施することができ、後工程での溶
接部の破断を未然に防止することができる。溶接パラメ
ーターの変更は、前回の溶接条件より判断して各種パラ
メーターを変更すればよい。

【００１５】さらに、連続式ミルラインでの先行材と後
行材の溶接部前後に張力を付与する張力付与手段と、付
与された張力を測定する張力測定器と、該張力測定器の
測定結果に基いて実張力と時間との関係式を演算し、予
め備えられた寸法、材質等により定まる基準パターンと
比較し、溶接良否を判定する溶接判定装置を設けたから
、溶接直後、測定した溶接部の実張力と時間の関係式と
予め備えられた基準パターンと比較すれば、溶接良否を
容易に判定することができる。

【００１６】この発明において使用する基準パターンは
、被溶接材の板厚、板幅、材質を考慮してグループ化し
、予め設定しておくのである。この場合、被溶接材の降
伏応力は、予め実験により測定されているので、その降
伏応力の７０％程度を目標応力としてパターン化するの
が肝要である。

【００１７】

【実施例】実施例１ 次にこの発明の詳細を電気抵抗溶接法の溶接機を備えた
連続式ミルラインにこの発明装置を設置した場合を示す
図１に基いて説明する。図１において、１は後端面がカ
ットされた先行材、２は前端面がカットされた後行材で
、先行材クランプシリンダー３の作動により開閉するク
ランプ本体４で先行材１を固定する。先行材１に後行材
２を重ね合せたのち、後行材クランプシリンダー５の作
動により開閉するクランプ本体６で後行材２を固定する
。重ね合せた先行材１と後行材２の両面幅方向に電極輪
７を走行させ、電気抵抗溶接法により溶接して先行材１
と後行材２を接続する。後行材クランプシリンダー５の
取付部８には、張力検出器９を介して張力付与シリンダ
ー１０が連結され、クランプ本体６で後行材２を固定し
たのち、張力付与シリンダー１０を作動して後行材２を
進行方向とは逆方向に引張れば、溶接部１１前後に張力
が付与できる。

【００１８】張力検出器９の検出信号は、増幅器１２を
介して溶接判定装置１３に入力される。溶接良否判定装
置１３には、上位コンピューター１４から処理材料の寸
法、材質、各種試験結果が入力される。また、溶接判定
装置１３には、予め板厚、板幅、材質を考慮してグルー
プ化した張力と経過時間または張力と変位量の基準パタ
ーンが入力されており、先行材１と後行材２の板厚、板
幅、材質に応じて基準パターンを選択し、設定された張
力を付与するよう張力付与シリンダー１０を制御する。 さらに溶接判定装置１３は、張力検出器９から入力され
る実張力または図示しない変位計から入力される変位量
に基き、実張力と時間の関係式または実張力と図示しな
い変位計から入力される変位量の関係式を求め、選択し
た基準パターンと比較して溶接部１１の溶接良否を判定
するよう構成する。

【００１９】この場合、溶接が目標張力以上の結合力の
場合は、図２に示すように実張力パターンが基準パター
ンとほぼ同一となる。しかし溶接不良で目標張力に至る
までに破断した場合は、図３に示すパターンとなる。ま
た、目標張力に至るまでに部分破断した場合は、図４に
示すパターンとなる。さらに、目標張力に至るまでに破
断しなかったものの、材料にダメージを与えた場合は、
図５に示すパターンとなる。このような図３ないし図５
に示すパターンの場合は、後工程で破断ないしは破断の
恐れがあるので、溶接不良と判定する。

【００２０】さらに溶接判定装置１３は、図３ないし図
５のパターンを検出した場合、操業オペレータに警報を
発すると共に、溶接のガイダンスとして、電極輪７の異
常摩耗、電極輪７の速度変更、電極輪７の加圧力変更、
溶接電流変更を表示する。さらにまた、溶接判定装置１
３は、ライン速度が速い場合、図示しない溶接制御部に
再溶接を自動指令する。指令を受けた溶接制御部は、前
回溶接条件より判断して各種溶接パラメータを自動修正
し、溶接部を切断したのち、再溶接を行うよう構成する
。

【００２１】上記のとおり構成することによって、先行
材１の後端部と後行材２の先端部を重ね合せたのち、先
行材クランプシリンダー３および後行材クランプシリン
ダー５を作動してクランプ本体４、６により先行材１と
後行材２を固定し、ついで重ね合せ部両面幅方向に電極
輪７を所定の溶接条件で走行させ、電気抵抗溶接法によ
り溶接を完了させる。そして電極輪７をライン外に退避
させたのち、溶接判定装置１３は、張力付与シリンダー
１０を作動して後行材２をクランプした状態で進行方向
とは逆方向に予め設定れたの張力で引張り、張力検出器
９から増幅器１２を介して入力される実張力の基いて実
張力と時間の関係式を演算する。あるいは実張力と図示
しない変位計から入力される材料の変位量に基いて実張
力と変位量の関係式を演算する。

【００２２】溶接判定装置１３は、演算した実張力と時
間の関係式または実張力と変位量の関係式と備えられた
当該材料の目標張力と時間（または変位量）の基準パタ
ーンを比較し、図２ないし図５のうちのどれに該当する
かを判断し、図３ないし図５に該当する場合は、オペレ
ータに溶接不良の警報を発する。さらにまた、溶接判定
装置１３は、ライン速度が速い場合、図示しない溶接制
御部に再溶接を自動指令する。指令を受けた溶接制御部
は、前回溶接条件より判断して各種溶接パラメータを自
動修正し、溶接部を切断したのち、再溶接を行うのであ
る。

【００２３】溶接判定装置１３は、演算した実張力と時
間の関係式または実張力と変位量の関係式と備えられた
当該材料の目標張力と時間（または変位量）の基準パタ
ーンを比較し、図２に該当する場合は、溶接良好と判断
し、張力付与シリンダー１０を所定位置に戻すと共に、
図示しない溶接制御部に溶接良好の信号を出力し、先行
材クランプシリンダー３および後行材クランプシリンダ
ー５を前記と逆作動し、クランプ本体４、６による先行
材１および後行材２の固定を開放し、溶接作業を完了す
る。

【００２４】実施例２ 実施例１に記載のストリップ溶接部の良否判定装置を使
用し、溶融めっきラインにおいて、先行材、後行材共に
板厚０．４ｍｍ、板幅８００ｍｍ、ヤング率２．１×１
０４ｋｇｆ／ｍｍ２、降伏点５０ｋｇｆ／ｍｍ２の冷延
鋼板の溶接完了後、降伏応力の７０％負荷（３５ｋｇｆ
／ｍｍ２）となるように一定の速度で７秒間徐々に引張
試験を行った。この引張試験を１５０回繰返し、１回毎
に実張力と時間の関係式を演算し、図６に示す基準パタ
ーンと比較した。その結果、基準パターンを±５％外れ
るものが１２回発生した。この溶接不良部は、切断して
再溶接に供した。この切断した溶接不良部を調査したと
ころ、幅方向に部分的な溶接未溶着が発見された。

【００２５】上記のとおり溶接不良をオンラインで検査
し、溶接不良と判断されたものは、溶接部を切断後、再
度溶接条件を変更して再溶接した。そして後工程での溶
接部破断回数、溶接検査時間、再溶接によるライン停止
回数を調査した。その結果を年ベースに換算し、従来の
ハンマーテストによる検査の場合と比較して表１に示す
。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１に示すとおり、本発明の実施により、
溶接部破断による長時間のライン停止が皆無となり、再
溶接による短時間のライン停止も、ハンマーテストによ
る場合の１／１５に減少した。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明によれば、
連続式ミルでのストリップの接続溶接において、溶接不
良を短時間で確実に判定して再溶接するから、溶接部の
破断を皆無とすることができ、後工程における長時間の
ライン停止等の操業トラブルを確実に防止することがで
き、その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のストリップ溶接部検査装置の概略説
明図である。

【図２】溶接が目標張力以上の場合の実張力パターンと
基準パターンが同一の場合のパターンを示すグラフであ
る。

【図３】溶接不良で目標張力に至るまでに破断時のパタ
ーンを示すグラフである。

【図４】溶接不良で目標張力に至るまでに部分破断時の
パターンを示すグラフである。

【図５】溶接不良で目標張力に至るまでに破断しなかっ
たものの、材料にダメージを与えた時のパターンを示す
グラフである。

【図６】実施例２における溶接部一部溶接未溶着の場合
のパターンを示すグラフである。

【符号の説明】

１　　　　先行材 ２　　　　後行材 ３　　　　先行材クランプシリンダー ４、６　　クランプ本体 ５　　　　後行材クランプシリンダー ７　　　　電極輪 ８　　　　クランプ取付部 ９　　　　張力検出器 １０　　張力付与シリンダー １１　　溶接部 １２　　増幅器 １３　　溶接判定装置 １４　　上位コンピュータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　連続式ミルラインでの先行材と後行材
   の溶接直後の溶接良否を判定する溶接部の検査方法にお
   いて、溶接部前後に張力を付与して実張力と時間または
   実張力と変位量を測定し、実張力と時間の関係式または
   実張力と変位量の関係式を求め、実張力と時間との関係
   式または実張力と変位量の関係式と予め定めた寸法、材
   質等により決定されるそれぞれの基準パターンを比較し
   、溶接良否を判定することを特徴とするストリップ溶接
   部の検査方法。
2. 【請求項２】連続式ミルラインでの先行材と後行材の溶
   接直後の溶接良否を判定する溶接部の検査方法において
   、溶接部前後に張力を付与して実張力と時間または実張
   力と変位量を測定し、実張力と時間の関係式または実張
   力と変位量の関係式を求め、実張力と時間との関係式ま
   たは実張力と変位量の関係式と予め定めた寸法、材質等
   により決定されるそれぞれの基準パターンを比較し、溶
   接不良と判定した場合は溶接部を切断後、溶接パラメー
   ターを変更して再溶接を行うことを特徴とするストリッ
   プ溶接部の検査方法。
3. 【請求項３】　　連続式ミルラインでの先行材と後行材
   の溶接部前後に張力を付与する張力付与手段と、付与さ
   れた張力を測定する張力測定器と、該張力測定器の測定
   結果に基いて実張力と時間との関係式を演算し、予め備
   えられた寸法、材質等により定まる基準パターンと比較
   し、溶接良否を判定する溶接判定装置からなるストリッ
   プ溶接部の検査装置。