JPH0616945B2

JPH0616945B2 - 鋼材溶接部の品質管理方法

Info

Publication number: JPH0616945B2
Application number: JP62141078A
Authority: JP
Inventors: 一治花崎
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-06-05
Filing date: 1987-06-05
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPS63305244A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、形鋼、鋼管等の鋼材の溶接部の金属組織、機
械的強度等の品質を管理する方法に関するものである。

（ロ）従来技術形鋼、鋼管等の鋼材のうち、溶接によつて連続的に製造
されるものがある。これら溶接鋼材においては、溶接部
は溶接後周囲の熱伝達が急速に行われ、急冷される。こ
れにより変態が進行し、金属組織、機械強度等の品質バ
ラツキを生じる。

従来、変態の進行を測定する方法が確立されていなかつ
たので、連続溶接ライン内で、品質管理は行われていな
かつた。

溶接部の超音波探傷を行うと、溶接部近傍に不明エコー
が発生し、正確な探傷が得られなかつた。

これを改善するために、特開昭６１−34460号公報で
は、まず溶接鋼材を熱処理し、その後溶接部の超音波探
傷を行うことを提案している。しかし、この方法では、
ノイズ・エコーの大きさから細粒組織を判定することに
ついては示唆していない。

一方、特公昭５９−１３７０６号公報では、フエライト
・センサにより溶接鋼材の溶接部の位置を検出し、駆動
装置を鋼材に追従させる装置を提案している。しかし、
この公報では、フエライト・センサがいかなるものであ
るか、溶接部のフエライト量が母材のそれと異なる原因
はなにか、それを防止する方法はないかなどについて
は、一切明らかにしていない。

（ハ）発明が解決しようとする問題点本発明が解決しようとする問題点は、溶接鋼材の溶接部
を超音波探傷するさいに発生する不明エコーを積極的に
活用して、溶接部の品質管理を行うことにある。

（ニ）問題点を解決するための手段本発明の鋼材溶接部の品質管理方法は、鋼材の連続溶接
ラインにおいて、鋼材溶接部に超音波を入射すること、
該溶接部からのエコー高さおよび該溶接部の温度を測定
すること、該測定値にもとづいて溶接部の温度−変態量
・変態速度特性を求めること、該特性と予め求めてある
溶接鋼材の強度とから溶接温度を求めること、該溶接温
度にもとづいて実際の溶接温度を制御することによつ
て、上記問題点を解決している。

（ホ）実施例図面を参照して、本発明の方法について説明する。第１
図は本発明の方法の工程をグラフを参照して示す。第２
図は本発明の方法を実施する装置の概略構成を示す。

まず、第１図を参照して、本発明の方法の概略について
説明する。鋼材の連続溶接ラインにおいて、鋼材溶接部
に超音波を入射する(１)。その超音波入射の状況を(Ａ)
図に示す。

次いで、溶接部から反射するエコーを測定する(２)。そ
の状況を(Ｂ)図に示す。(Ｂ)図に示すように、不明エコ
ーが存在する。そこで、不明エコーの平均レベルＨ₁を
溶接部エコーのレベルＨ_０を基準としてエコー高さＨ
（Ｈ_１／Ｈ_０×１００％）で表す。

一方、溶接部の温度測定をし(９)、先に求めたエコー高
さＨを取り込んで、温度−エコー高さ特性計算をする
(３)。この温度−エコー高さ特性を(Ｃ)図に示す。

温度−エコー高さ特性から、変態速度を計算する(４)。
不明エコーは変態速度および変態量に関係する。変態量
とは、オーステナイト量をいう。変態速度とは、オース
テナイト量の減少量をいう。一般に、熱間鋼材を急冷す
ると、γ相からα相への変態がＡｒ₃点で進行せず、γ
相で固定される。これが４００〜５００℃のＭｃ点でγ
相からマルテンサイトに変態する。このマルテンサイト
量が機械的強度等の品質に影響を与える。

このようにして求めた変態速度とエコー高さとの関係を
(Ｄ)図に示す。

変態速度を時間で積分し、変態量を求める。(５)。この
結果を、(Ｅ)図に示す。

前述した溶接部の測定温度と、この測定温度から伝熱計
算（１０）をした結果と、前述の変態速度および変態量
とから、温度−変態量特性、温度−変態速度特性を計算
する(６)。この計算結果を(Ｆ)図に示す。

オフラインで予め溶接鋼材の強度試験によつて鋼材の強
度を計測しておく（１２）。この計測結果を(Ｈ)図に示
す。

前述の特性と強度試験結果と多重相関式とより、溶接強
度を計算する(７)。この結果を(Ｇ)図に示す。

溶接強度から溶接温度を求め、この理論溶接温度にもと
づいて、溶接温度を制御する(８)。

温度とエコー高さの測定には、オンライン方式も、オフ
ライン方式とがある。オンライン方式とは、溶接ライン
にそつて複数個のセンサを配列し、溶接部の同一箇所が
各センサを順次通過するさいに、順次断続的に測定する
方式である。オフライン方式とは、溶接機を停止させ、
溶接部の同一箇所を１個のセンサによつて連続的に測定
する方式である。

まず、オンライン方式について説明する。実機溶接で
は、材料を連続的に搬送しながら溶接するので、同一点
の温度およびエコー高さを連続的に測定できない。溶接
温度は、表面の温度測定値により代表されるため溶接直
後は代表性が良いが、搬送により空冷または水冷され、
低温域になると精度が悪化する。

その結果、同一ポイントのデータは、温度、エコー高さ
とも溶接点の下流で位置トラツキングにより離散的にし
かサンプリングができない。特に、エコー高さは、探触
子の有効長さ（１０mm〜２０mm）と繰返し周波数および
ライン速度から連続測定可能な範囲に限られる。溶接点
から下流まで（低温域まで）長い距離にわたつて測定す
るためには、上流側と下流側とのそれぞれに少なくとも
１個のセンサを設ける必要がある。

したがつて、オンラインでは、ライン停機（または実験
機で）させて同一点を連続的に測定し、温度、エコー高
さの特性曲線を求める。以下、その具体的工程について
説明する。

まず、第３図に示すように、溶接点と下流側に材料Ｍの
進行方向にそつて複数箇（図示例では、５個）の超音波
探傷用のセンサＳ₁，Ｓ₂，……Ｓ₅とこれらに対応し
て温度測定用のセンサＰ₁，Ｐ₂，……Ｐ₅を配置す
る。測定器ＰＧによつて材料Ｍの搬送速度を検出する。

各センサＰ₁，Ｐ₂，……Ｐ₅が材料の同一点をサンプ
リングするように超音波の発信タイミングを制御する。
サンプリング周期Ｔ_０は、ライン速度を一定とすれば、
ほぼ一定ピツチになる。このようにして、各センサ
Ｓ₁，Ｓ₂，……Ｓ₅で検出したエコー高さＨ₁，
Ｈ₂，……Ｈ₅および各センサＰ₁，Ｐ₂，……Ｐ₅で
検出した温度ｔ₁，ｔ₂……ｔ₅から、第１図(Ｃ)に示
すような温度−エコー高さの特性細線を得る。

次いで、第４図に示す各工程を経て、温度−変態量特性
および温度−変態速度特性を求める。

まず、(Ａ)図に示すように、サンプリング周期Ｔ₀およ
びエコー高さＨから変態速度Ｖを求める。次いで、(Ｂ)
図に示すように変態速度Ｖを時間軸上で展開する。任意
の時間Ｔにおける変態量をＷ(Ｔ)で表す。

(Ｃ)図に示すように、前述した温度−エコー高さ特性か
ら各測定温度ｔ₁，ｔ₂……ｔ₅を時間軸上で展開する。
図中、実線の曲線は伝熱モデルによつて求めたものであ
る。

(Ｄ)図に示すように、変態量Ｗは、変態速度を時間積分
して求め、温度軸上で再度展開する。変態速度Ｖは伝熱
計算により修正して求められる。

次に、オフライン方式について説明する。ラインを停止
し、溶接部を空冷させながら、そのエコー高さを連続的
に測定する。温度については、伝熱モデルにより計算す
る。

第１図(Ｃ)に示すように、温度−エコー高さ特性を求め
る。

温度−変態速度特性は、溶接ＳＨ−ＣＣＴ曲線として理
論的に求められる。

これらの特性をもとに第５図に示す操作により、第１図
(Ｄ)に示す変態速度−エコー高さ特性が求められる。

以上の工程を実施する装置の概略構成を、第２図に示
す。本発明の装置は、溶接装置２１、測定装置２２、２
４、保温・冷却装置２３、演算装置２５、制御装置２６
からできている。

鋼材はまず溶接装置２１によつて溶接される。溶接鋼材
は保温・冷却装置２３を通つて製品になる。保温・冷却
装置２３の入側および出側に測定装置２２、２４が設け
られる。

測定装置２２、２４は、超音波探触子、温度計、接触ロ
ーラ等からできている。測定装置２２、２４からの測定
結果が演算装置２５に送られる。

演算装置２５には、オフラインからの強度試験値が入力
される。演算装置２５では前述した工程を経て最終的に
理論溶接温度が求められ、制御装置２６に送られる。

制御装置２６は、溶接装置２１に入熱制御信号を、ま
た、保温・冷却装置２３に保温もしくは冷却制御信号を
送る。

（ヘ）効果本発明の方法によれば、オンラインで溶接鋼材の品質を
測定できるとともに、その品質を管理することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の工程をグラフを参照して示すフローチ
ヤート。第２図は本発明の方法を実施する装置の概略構
成図。第３図はオンライン方式による測定例の概略説明
図。第４図はオンライン方式による各特性の求め方の説
明図。第５図はオフライン方式による特性の求め方の説
明図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼材の連続溶接ラインにおいて、鋼材溶接
部に超音波を入射すること、該溶接部からのエコー高さ
および該溶接部の温度を測定すること、該測定値にもと
づいて溶接部の温度−変態量・変態速度特性を求めるこ
と、該特性と予め求めてある溶接鋼材の強度とから溶接
温度を求めること、該溶接温度にもとづいて実際の溶接
温度を制御することからなる鋼材溶接部の品質管理方
法。