JPH05104256A

JPH05104256A - プロセスラインの溶接良否判定方法及び装置

Info

Publication number: JPH05104256A
Application number: JP26373691A
Authority: JP
Inventors: Noboru Ohira; 昇大平; Kozo Maeda; 孝三前田; Mamoru Inaba; 護稲葉; Yoichi Miyagawa; 洋一宮川
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1991-10-11
Filing date: 1991-10-11
Publication date: 1993-04-27

Abstract

(57)【要約】【目的】プロセスラインの鋼帯接続部の溶接の良否判
定において、いかなる材質の組み合わせの場合でも適正
に判定できるようにする。【構成】鋼帯１，２の材質の組み合わせごとに重ね厚
みと溶接良好温度域３６の関係を制御装置２３に記憶さ
せ、溶接部３の測定温度が当該材質の組み合わせにおけ
る重ね厚みのときの溶接良好温度域内に入っているかど
うかを比較することにより溶接の良否を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シーム溶接など抵抗溶
接によるプロセスラインの鋼帯接続溶接部の溶接の良否
を判定する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば連続溶融亜鉛鍍金ライン、連続電
気鍍金ライン（錫鍍金、亜鉛鍍金、クロム鍍金等）、連
続焼鈍ライン等では鋼帯コイルを巻き戻してライン内に
通板し、該コイルの後端部と新たな鋼帯コイルの先端部
を重ね溶接により接続して通板し、連続的に通板操業し
ている。ところが上記のような連続プロセスラインの鋼
帯溶接部がライン内で破断することがあり、一度破断す
れば復旧までに多くの時間を要し、設備の稼動率を低下
させる。連続プロセスラインの入側における溶接時に溶
接の良否を判定するものとして、例えば特開昭６３−２
０３２８５号公報がある。これは、鋼帯の重ね厚みと、
溶接良好温度域の関係を制御器に記憶させておき、溶接
時の鋼帯接続溶接部の鋼帯重ね厚みと、溶接直後の溶接
部の温度測定値を制御器に導入し、該温度測定値が上記
溶接良好温度域内に入っているかどうかで溶接の良否を
判定するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に示された方
法では、対象とする鋼板の材質を普通鋼としているが、
実際のプロセスラインでは６０ｋｇ／mm²を越える高張
力鋼、合金元素成分の多い深絞り高張力鋼などの特殊鋼
と、一般材、軟質鋼などの普通鋼とが前後に組み合わさ
れて接続され通板することも多い。後述するように、接
続する鋼板の材質が変わると溶接良好温度域も異なるの
で、上記のように種々の材質が通板するラインにおいて
は重ね厚み情報と溶接直後の温度測定値だけで良否判定
するのは困難である。また、溶接良好温度域を全ての組
み合わせの場合に見逃し無く判定できるように定める
と、溶接良好温度域が狭くなり、適正な判定が困難にな
る。また、いくつかの材質の組み合わせ全てにおいて溶
接不良が判定できるように判定温度域を決めると、ある
材質の組み合わせの場合に大きな過検出領域が存在する
結果、必要以上に頻繁な警報出力となり、再溶接等によ
るライン入側の停止時間が増大し、場合によってはライ
ン停止にもつながり稼動率の低下を招く。

【０００４】次に、鋼帯が溶接部で破断する場合、エッ
ジ部から破断する場合が多く、両エッジ部近傍の溶接の
良否は特に重大である。ところが上記公報の方法では特
にエッジ部に重点をおいた溶接良否判定は行っていな
い。

【０００５】また、上記公報の方法では溶接部の温度を
溶接直後に測定することとしているが、溶接機によって
は電極周辺に十分なスペースが無いことが多いこと、放
射温度計の光軸と鋼帯法線のなす角度が大きくなると温
度測定誤差が大きくなったり放射温度計の視野が広がる
ことから、溶接点直後を放射温度計の視野とすることが
不可能なことがある。また、放射温度計の視野中心と溶
接部との距離が大きくなると、その距離をキャリッジが
移動する間に溶接部が冷却し溶接部温度が低下するが、
材質や鋼帯重ね厚みによってキャリッジ移動速度が異な
るので、その温度降下の程度も一定でなくなり、温度測
定値と鋼帯重ね厚みのみによる良否判定では誤差が大き
くなる。

【０００６】したがって、本発明の目的は、第一に、対
象とする鋼板が高張力鋼や深絞り高張力鋼、あるいは一
般鋼、軟質鋼などの組み合わせになっても、それぞれの
組み合わせにに対応して適正に溶接の良否を判定できる
ようにすることである。第二に、鋼帯の種々の接続形態
の場合でも正確に鋼帯接続部のエッジ位置を検出し、温
度プロフィール上で正確なエッジ位置を求めることによ
り、重点的にエッジ近傍の溶接の良否を判定できるよう
にすることである。第三に、鋼帯の材質や鋼帯重ね厚み
によりキャリッジ移動速度が異なる場合でも溶接部の温
度降下を一定に保ち、高精度の溶接の良否判定ができる
ようにすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上記第一の目的
は、対象とする鋼板が高張力鋼、深絞り高張力鋼、一般
鋼、軟質鋼などの組み合わせになっても、先行及び後行
鋼帯の材質の組み合わせごとに、鋼帯重ね厚みと溶接良
好温度域の関係をあらかじめ制御装置に記憶させ、実際
の溶接にあたって、先行及び後行鋼帯の材質情報と重ね
厚み情報と溶接直後の溶接部の温度測定値を上記制御装
置に入力し、該温度測定値が、該当する鋼帯材質の組み
合わせにおける重ね厚みのときの上記溶接良好温度域内
に入っているかどうかを比較することにより、溶接の良
否を判定することで達成できる。

【０００８】本発明の上記第二の目的は、上記制御装置
にさらに鋼帯接続部のエッジ位置を検出して入力し、溶
接部の温度測定値から板幅方向の温度プロフィールを求
めるとともに、この温度プロフィール上で両側のエッジ
位置を求め、両エッジ部近傍の温度測定値が上記溶接良
好温度域内に入っているかどうかを比較することによ
り、種々の鋼帯接続形態における溶接の良否を判定する
ことで達成できる。また、この場合において、エッジ部
近傍の温度測定ピッチを中央区間より細かくし、さら
に、上記温度プロフィール上から、両エッジ部近傍にお
ける一定幅のエッジ部区間と中央区間について温度測定
値の平均値を求め、その平均値間の最大値と最小値の差
が所定値内に入っているかどうかを比較することによ
り、溶接の良否判定の精度を高めることができる。

【０００９】本発明の上記第三の目的は、温度測定点を
溶接点より溶接進行方向の後方一定距離に保持しつつ、
両鋼帯の材質情報と重ね厚み情報に基づく溶接速度で移
動させることで達成できる。

【００１０】また、本発明方法を実施する溶接良否判定
装置は、一対の溶接用電極輪を備えるキャリッジと、該
キャリッジに設置され、溶接用電極輪より溶接進行方向
の後方一定距離に温度測定点を保持する温度検出器と、
溶接に必要な諸パラメータを入力する入力装置と、温度
検出器からの温度検出値と入力装置による設定値とを比
較することにより溶接良否判定信号を出力する制御装置
とを少なくとも具備する構成とされ、さらに好ましく
は、上記溶接用電極輪より溶接進行方向の前方一定距離
にて鋼帯接続部のエッジ位置を検出するようキャリッジ
に設置されたエッジ検出器と、上記制御装置により求め
られた板幅方向の温度プロフィール上においてエッジ位
置を演算する演算装置とを本装置に付加する構成とされ
る。ここで、上記の「溶接に必要な諸パラメータ」と
は、先行及び後行鋼帯の材質、重ね厚み、先行及び後行
鋼帯の材質の組み合わせごとの鋼帯重ね厚みと溶接良好
温度域の関係、溶接速度（キャリッジ走行速度）、溶接
用電極輪の加圧力、溶接電圧、溶接電流等の情報をい
う。

【００１１】

【作用】本発明者らが検討した結果、溶接部の温度が高
くなるとオーバーヒートの現象になり、温度が低くなる
と溶融再凝固部（ナゲット）が小さくなる。さらに温度
が低くなると接続強度が低下し溶接部が割れる破断が発
生する。本発明者らは図２に示すようにバルジ試験機に
よる破断面の観察や表面の観察、及び接続強度の測定に
よって、溶接直後の表面温度（溶接後０．５秒の時間経
過後に測定）と溶接の良否は強い相関があり、溶接良好
な温度域は図１に示すように鋼板の材質によって変わる
ことが明らかになった。図１は鋼帯重ね厚みと溶接良好
温度域の関係を示すものであり、（ａ）図は６０ｋｇ／
mm²高張力鋼と６０ｋｇ／mm²高張力鋼の組み合わせの
場合、（ｂ）図は６０ｋｇ／mm²高張力鋼と軟質鋼の組
み合わせの場合、（ｃ）図は軟質鋼と軟質鋼の組み合わ
せの場合であり、（ｄ）図はこれら三者を組み合わせた
もので、三者に共通の溶接良好温度域は斜線で示す範囲
Ａとなる。したがって、実際に使用する溶接良好温度域
を（ａ），（ｂ），（ｃ）の全ての場合に判定できるよ
うに定めると、図１（ｄ）の斜線部分の範囲Ａとなるた
め、溶接良好温度域つまり判定温度域は狭くなり、適正
な判定が困難になる。また、溶接部の温度測定値がＤ1
の領域にある場合は図１（ｄ）では溶接不良と判定され
るが、これが（ａ）の組み合わせである場合は実際には
溶接不良ではなく、過検出ということになる。またＤ2
の領域にある場合も溶接不良と判定されるが、これが
（ａ）または（ｃ）の組み合わせである場合、実際には
溶接不良ではなく、やはり過検出ということになる。そ
こで、先行及び後行鋼帯の材質の全ての組み合わせにつ
いて、材質の組み合わせごとの鋼帯重ね厚みと溶接良好
温度域の関係を事前に調査し、これを制御装置に記憶さ
せておけば、実際の溶接にあたって、鋼帯の材質と重ね
厚みと溶接部温度測定値の各データを制御装置に入力す
るだけで、該当する材質の組み合わせと重ね厚みのとき
の溶接良好温度域内にその温度測定値が入っているか否
かを制御装置が判断するので、それぞれの材質の組み合
わせに対応して適正な溶接良否判定が可能になる。した
がって、例えば図１の（ａ）の組み合わせであればその
組み合わせの鋼帯重ね厚みと溶接良好温度域の関係で溶
接の良否を判定し、（ｂ）の組み合わせであればその組
み合わせの鋼帯重ね厚みと溶接良好温度域の関係で溶接
の良否を判定し、（ｃ）の組み合わせであればその組み
合わせの鋼帯重ね厚みと溶接良好温度域の関係で溶接の
良否を判定するので、上記のような溶接不良とか過検出
といった判定上の問題はなくなる。なお、温度測定値が
当該溶接良好温度域の範囲外のときは警報を出し、再溶
接などの手段により破断を防止する措置をとることはい
うまでもない。

【００１２】次に、鋼帯の接続形態は図３の（ａ）〜
（ｄ）に例示するように種々の形態がある。図３におい
て、１は先行鋼帯、２は後行鋼帯、３は溶接部、３１，
３２はエッジ部である。そこで、鋼帯接続部のエッジ部
近傍の溶接の良否を判定する場合には、まずエッジ位置
を検出し、このエッジ位置を板幅方向の温度プロフィー
ル上で正確に求める。温度プロフィールは上記の温度測
定値から求めるが、エッジ部近傍はより厳密に求める。
しかるのち、両側のエッジ部近傍の温度測定値が当該溶
接良好温度域内に入っているかどうかを判定すればよ
い。このとき、温度測定値の平均値をエッジ部側区間と
中央区間についてそれぞれ求め、その最大値と最小値の
差が所定の設定値内にあるかどうかを判定することによ
り、エッジ部近傍の溶接良否判定精度を一層高めること
ができる。このようにして図３に例示する種々の接続形
態に対応して、適正にかつ重点的にエッジ部近傍の溶接
の良否を判定することができる。

【００１３】次に、溶接速度すなわちキャリッジ走行速
度は鋼帯の材質の組み合わせ及び重ね厚みによって異な
る。また同じ重ね厚みでも材質が異なれば溶接速度が異
なることは知られている。例えば、重ね厚みが１．６mm
のものを溶接速度７ｍ／minまたは１０ｍ／min で溶接
し、溶接点より１００mm後方の点で測定した場合の両溶
接速度間の温度降下の差は約６０℃にもなる。しかし、
本発明では上述のように鋼帯の材質情報と重ね厚み情報
を得ているので、温度測定点を溶接点の後方一定距離に
保ちながら当該材質及び重ね厚みに基づく溶接速度で移
動させれば、温度降下は一定となり、測定誤差はほとん
ど生じない。

【００１４】

【実施例】図４は本発明において使用する溶接機の一実
施例を示す概略構成図であり、図において、１０はキャ
リッジで、コ字状の枠体からなり、走行車輪１１により
鋼帯接続部３上を板幅方向に移動するようになってい
る。１２はキャリッジ１０に設置された上下一対の溶接
用電極輪で、先行鋼帯１と後行鋼帯２を抵抗溶接で重ね
溶接し、鋼帯接続部（溶接部でもある）３を形成するた
めのものである。５は例えば放射温度計からなる温度検
出器で、キャリッジ１０に設置され、その測定点（放射
温度計の視野中心点）６は、溶接用電極輪１２の中心線
つまり溶接点１３より後方の一定距離ＷS に保持されて
いる。７，８はそれぞれ発光器７ａ，８ａ及び受光器７
ｂ，８ｂからなる２個のエッジ検出器で、図５に示すよ
うに一方のエッジ検出器７はその光軸が先行鋼帯１上を
垂直に横切るように、他方のエッジ検出器８はその光軸
が後行鋼帯２上を垂直に横切るように、それぞれホルダ
ー１４によりキャリッジ１０に取り付けられている。ま
た、エッジ検出器７，８は溶接点１３より前方の一定距
離ＷL に保持されている。図中、１５は上下一対の鋼帯
押えロール、１６は溶接用電極輪１２の取付部材、１７
は温度検出器５の取付部材、１８は鋼帯押えロール１５
の取付部材である。

【００１５】図６は本発明の溶接良否判定装置の制御系
の一実施例を示すブロック図である。図において、２０
はエッジ検出器７，８のＡＮＤ回路、２１は溶接速度設
定器、２２はエッジ位置演算装置、２３は制御装置、２
４は鋼帯材質・厚さ設定器で、溶接速度設定器２１と共
に制御装置２３に対する入力装置２５を構成する。２６
は温度検出器５の出力アンプ、２７は警報スピーカー、
２８は表示装置である。

【００１６】次に、図４，５，６を参照して本実施例の
動作を説明する。まず、制御装置２３の内部のメモリに
溶接に必要な諸パラメータを記憶させておく。「溶接に
必要な諸パラメータ」の定義は前述したとおりである。
次に、プロセスラインにおいて鋼帯の接続溶接にあた
り、先行及び後行鋼帯の材質と重ね厚みのデータ、並び
にその材質と重ね厚みに適合する溶接速度、溶接用電極
輪の加圧力、溶接電圧、溶接電流等が制御装置２３に与
えられる。これらのパラメータは入力装置２５により個
々に与えてもよいが、通常は図示しない上位計算機によ
り自動的に設定される。しかるのち、キャリッジ１０が
所定の走行速度で移動を開始し、一対の電極輪１２によ
り鋼帯重ね部を抵抗溶接する。溶接部３の温度測定は温
度検出器である放射温度計５により、溶接点１３から溶
接進行方向の後方の一定距離ＷS に温度測定点６を保ち
ながら連続的に測定する。この温度測定値から図７に示
すような板幅方向の温度プロフィール３０を求め、表示
装置２８に表示する。また、エッジ検出器７，８により
鋼帯接続部３の両側のエッジ位置を検出する。図５の鋼
帯接続態様の場合では溶接の進行に伴い、まず先行鋼帯
１によりエッジ検出器７の光線が遮断され、次いで後行
鋼帯２によりエッジ検出器８の光線が遮断される。そこ
で、エッジ検出器と電極輪中心線（溶接点）との距離を
ＷL ，電極輪中心線と放射温度計の視野中心点（温度測
定点）との距離をＷS ，キャリッジ走行速度（溶接速
度）をＶとすると、２個のエッジ検出器７，８の出力の
ＡＮＤ信号が入力してから、（ＷL ＋ＷS ）／Ｖ秒後にＡＮＤ回路２０によりエッジ検出信号を制御装置２
３に出力すれば、左側のエッジ位置３１を温度プロフィ
ール３０上において正確に求めることができる。同様に
温度プロフィール３０上における右側のエッジ位置３２
も求めることができる。エッジ位置演算装置２２は上式
よりエッジ位置を演算し、その演算値を制御装置２３に
出力する。

【００１７】エッジ部近傍においては、温度の測定ピッ
チをより細かくする。例えば、放射温度計５の視野径に
相当するピッチで温度をサンプリングする。通常、中央
区間３３についてはサンプリングピッチを２０mm程度と
しているが、エッジ部近傍は特に重要であるので、各エ
ッジ位置３１，３２より一定幅のエッジ部区間３４，３
５についてはサンプリングピッチを５mm程度としてい
る。またこのように細かいサンプリングピッチとするこ
とにより温度測定点がエッジから外れる機会が少なくな
る。

【００１８】制御装置２３においては、先行及び後行鋼
帯の材質と重ね厚みと溶接直後の温度測定値が入力され
ると、その温度測定値があらかじめ与えられている当該
鋼帯材質及び重ね厚みのときの溶接良好温度域３６内に
入っているか否かを比較し、溶接良好温度域３６内に入
っていれば表示装置２８に「良」の表示をする。また溶
接良好温度域３６内に入っていなければ警報スピーカー
２７を鳴らし、表示装置２８に「不良」の表示をする。
溶接良否の判定基準は例えば図２に示したバルジ試験の
評価を参考に定められ、溶接良好温度域３６を決定す
る。図２のＮｏ．１からＮｏ．３までは「良」，Ｎｏ．
４からＮｏ．６までは「不良」として溶接良好温度域３
６を決定する。

【００１９】エッジ部近傍の溶接の良否判定にあたって
は溶接良好温度域３６をさらに狭く設定することもで
き、また左右のエッジ部区間３４，３５と中央区間３３
について温度測定値の平均値３６，３７，３８をそれぞ
れ求め、その平均値の最大値と最小値の差が所定値内に
入っているかどうかで、より厳密にエッジ部近傍の溶接
の良否を判定することができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、いかなる
鋼帯材質の組み合わせ、接続形態の場合であっても適正
に溶接の良否を判定することができる。またエッジ部近
傍について重点的に溶接の良否を判定することもでき、
溶接部の温度測定精度もきわめて高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼帯の材質の組み合わせにおける鋼帯重ね厚み
と溶接良好温度域の関係図である。

【図２】溶接良好温度域の判定基準に用いる評価方法の
説明図である。

【図３】鋼帯の接続形態を示す説明図である。

【図４】本発明における溶接機の概略構成図である。

【図５】エッジ検出器と鋼帯接続部の位置関係を示す説
明図である。

【図６】本発明の制御系のブロック図である。

【図７】温度プロフィールの例を示す図である。

【符号の説明】

１先行鋼帯２後行鋼帯３鋼帯接続部（溶接部）５温度検出器６温度測定点７，８エッジ検出器１０キャリッジ１２溶接用電極輪１３溶接点２０ＡＮＤ回路２１溶接速度設定器２２エッジ位置演算装置２３制御装置２４鋼帯材質・厚さ設定器２５入力装置２６出力アンプ２７警報スピーカー２８表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮川洋一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プロセスラインの鋼帯接続溶接部の溶接
の良否を判定する方法において、接続する先行及び後行
鋼帯の材質の組み合わせごとに、鋼帯重ね厚みと溶接良
好温度域の関係をあらかじめ求めておき、溶接にあたっ
て両鋼帯の材質情報、重ね厚み情報及び溶接直後の溶接
部の温度測定値を得、得られた温度測定値が前記におい
て求めておいた両鋼帯の該当する材質の組み合わせにお
ける重ね厚みのときの溶接良好温度域内に入っているか
どうかを比較することにより、溶接の良否を判定するこ
とを特徴とするプロセスラインの溶接良否判定方法。
【請求項２】プロセスラインの鋼帯接続溶接部の溶接
の良否を判定する方法において、接続する先行及び後行
鋼帯の材質の組み合わせごとに、鋼帯重ね厚みと溶接良
好温度域の関係をあらかじめ求めておき、溶接にあたっ
て両鋼帯の材質情報、重ね厚み情報及び溶接直後の溶接
部の温度測定値と、さらに鋼帯接続部のエッジ位置情報
を得、前記温度測定値から板幅方向の温度プロフィール
を求め、該温度プロフィール上において両側のエッジ位
置を求め、両エッジ部近傍における温度測定値が所定の
溶接良好温度域内に入っているかどうかを比較すること
により、溶接の良否を判定することを特徴とするプロセ
スラインの溶接良否判定方法。
【請求項３】前記両エッジ部近傍においては溶接部の
温度測定ピッチを中央区間より細かくすることを特徴と
する請求項２記載のプロセスラインの溶接良否判定方
法。
【請求項４】前記温度プロフィール上から、前記両エ
ッジ部近傍における一定幅のエッジ部区間と中央区間に
ついて温度測定値の平均値を求め、その平均値間の最大
値と最小値の差が所定値内に入っているかどうかを比較
することにより、溶接の良否を判定することを特徴とす
る請求項２または３記載のプロセスラインの溶接良否判
定方法。
【請求項５】温度測定点を溶接点より溶接進行方向の
後方一定距離に保持しつつ、前記両鋼帯の材質情報と重
ね厚み情報に基づく溶接速度で移動させることを特徴と
する請求項１から４までの一に記載のプロセスラインの
溶接良否判定方法。
【請求項６】一対の溶接用電極輪を備えるキャリッジ
と、該キャリッジに設置され、前記溶接用電極輪より溶
接進行方向の後方一定距離に温度測定点を保持する温度
検出器と、溶接に必要な諸パラメータを入力する入力装
置と、前記温度検出器からの温度検出値と前記入力装置
による設定値とを比較することにより溶接良否判定信号
を出力する制御装置とを具備するプロセスラインの溶接
良否判定装置。
【請求項７】前記溶接用電極輪より溶接進行方向の前
方一定距離にて前記キャリッジに設置され、鋼帯接続部
のエッジ位置を検出するエッジ検出器と、前記制御装置
により求められた板幅方向の温度プロフィール上におい
て前記エッジ位置を演算する演算装置とを付加したこと
を特徴とする請求項６記載のプロセスラインの溶接良否
判定装置。