JPS5825882A - 高周波溶接鋼管の溶接入熱制御方法 - Google Patents

高周波溶接鋼管の溶接入熱制御方法

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JPS5825882A
JPS5825882A JP12304081A JP12304081A JPS5825882A JP S5825882 A JPS5825882 A JP S5825882A JP 12304081 A JP12304081 A JP 12304081A JP 12304081 A JP12304081 A JP 12304081A JP S5825882 A JPS5825882 A JP S5825882A
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JP
Japan
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width
melting
pipe
heat input
plate thickness
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Pending
Application number
JP12304081A
Other languages
English (en)
Inventor
Michio Saito
斎藤 通生
Eiichi Yokoyama
横山 栄一
Akio Ejima
江島 彬夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
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Publication of JPS5825882A publication Critical patent/JPS5825882A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/24Electric supply or control circuits therefor
    • B23K11/25Monitoring devices

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】 この発明は高周波溶接鋼管の溶接入熱制御方法に関し、
とくにエツジ部の表面溶融幅から板厚中央部溶融量を推
定してこれe適正値′にする電源電圧の制御を内容とす
る溶接入熱の制御方法について提案するものである。
電縫鋼管の製造に当っては、表皮効果や近接効果と呼ば
れる高周波電流特有の性質を利用した高周波溶接法が広
く採用されており、効率の良い加熱ができることから高
速化によく適合する利点がある。この高周波溶接法にお
いて大切なことの1つに溶接入熱の管理がある。従来、
そうした溶接入力の管理方法としては、主にオペレータ
による溶接部の溶鋼の目視観察や、スクイズロール後で
のVシェープエツジの排出ビードの測温などにもとづい
て手動で入力調整をしていた。このような従来技術の場
合、操作する人によって板厚あるいは造管速度などの変
化による溶鋼の表面温度や色の変動に対する応答性に個
人差や限界があり、そのためにしばしばコールドウェル
ドやベネトレーターと称する溶接欠陥を発生することが
あった。
また、その他の従来技術として発1!器のル−ト電圧、
電流、グリッド電流によって溶接入熱の自動制御を行う
方法が提案されている。この方法の場合、発振器や伝送
回路、パイプ内の熱損失があるために、精度が悪く実用
的ではない。
従*は上述したように精度の良い1l11接現象の把握
という点に欠けるところがあり、適切なlII接入熱の
制御ができないという欠点があった。この発明は将にこ
の点についての解決を与えることを目的とするものであ
り、V形エツジの収束点の前の段階におけるエツジ表面
加熱状況から板厚中央部溶融量の適正値を求め、それに
よって電源電圧を制御し溶接入熱量を決定するようにし
た方法について提案するものである。以下にその構成の
詳細について説明する。
オープンパイプのエツジ部に高周波電流を流したとき、
そのエツジの加熱溶融幅はヒート量、板厚、造管速度の
影響を受けて変化する。例えば1ヒート量の変化につい
て考えると、そのヒート量が少ないとエツジ部の表面加
熱幅が狭くなり板厚中央部の加熱溶融が不十分となる。
これに対し、ヒート量を増すと逆に表面加熱幅が広くな
って板厚中央部の加熱溶融が拡大し、メタル70−がゆ
るくなる傾向が見られる。このように、板厚中央部の溶
融量を推定するには、エツジ!!面における加熱溶融状
況を把握すれば足り、そのようなエツジ表面の加熱溶融
幅(:エッジ表面溶融幅という)の定量的な把握によっ
て、溶接入熱の制御ができる。本発明はかかる知見にも
とづいてなされたものである。以下にエツジ表面溶融幅
と板厚中央部溶融量との関係について&!切する。
181図において/はコンタクシチップ、コはスクイズ
ロール、Jは溶融ビード、参はV収量点である。同図の
bは、オープンパイプのムーム部におけるエツジ端面(
非加熱溶融部)jと、収束点近くのB−B部におけるエ
ツジ端面≦であり、溶融加熱後に電磁圧力によってその
表裏面に博鋼が流出した状態を示している。また、図中
すのJ点鎖線jは当初のエツジgawであり、加熱溶融
時エツジ端面は6で、7は板表面溶融幅、lは表面Hム
2幅(溶接熱影響部)、デは板厚中央部溶融幅(加熱溶
融前エツジ端間を基準とする巾)、loは板厚中央部の
HAZ幅である。
182図は溶接入熱(プレート電流、プレート電圧)を
変化させて造管した場合のV@収束点事直前のHAZ幅
、溶融幅を示したものである。図から判るように、入熱
が高くなるにつれてHAZ幅が広くなる傾向があり、そ
れがある入熱以上になるとその増加がゆるやかになる。
一方、溶融幅の方は高大熱域で広くなる傾向を示してい
る。この傾向はエツジの板厚方向の中央部より表面側の
はうが大きい。これは高周波電流の表皮効果によって電
流がエツジ角に集中して流れようとする特性のためと考
えられる。このように、ヒート量が大きくなりすぎると
溶融幅の変動が大きくなることが判った。
tsJ図はオペレーター観察では最適と考えられる溶融
状態下で、板厚、造管速度を変化させた場合のRム2幅
、溶融幅を示している。図かられかるように、板厚が厚
くなると表11iHム2幅は着しく広くなる傾向が見ら
れるのに対し、板厚中央部のHム2幅は逆にせまくなる
傾向がある。表面溶融幅も板厚増加につれて顕著に広く
なる傾向がある。
また、同図のbで判るように造管速度が遅くなると、表
面・中央部のHム2幅、表面溶融幅がいずれも広くなる
傾向がある。上述の傾向は熱伝導による熱の放散が多い
と溶融ビード外観が同じでも実質入熱は多いことを意味
している。その他、同図から板厚中央の溶融幅は板厚が
厚いほどまた造管速度が遅いほど、(v形収束点参から
アプセット完了までの熱伝導のために)少し広くなる傾
向がある。
以上説明したように、造管条件によってHム2幅溶融幅
が変化するが、欠陥のない溶接部を得るにはアプセット
直前のこれらの値が適正なものでなければならない。そ
れらの値が不適正になると、例えばアプセット直前の溶
融が不十分だとコールドウェルドになり、溶融が過度で
あると収束点の実際の接触位置に関する溶接現象がいわ
ゆる3種溶接現象となってペネトレーターを発生する図
面だ、同−溶接入熱の場合アプセッシ量が大はどメタA
t 7 u−立上がり角度も大になる。
なお、突合わせ条件としてのアップ七ットは、それが強
すぎてメタル70−立上がり角度#(d6gJが過大に
なると、円周方向の延性が低下(シャルピー衝撃特性の
悪化)を招く。そういう意味で適正なアップセットが必
要となり、それは前述したアップセット前のHAZ輻、
l111融輻、造管速度といった条件の調整と合わせて
適宜に決定する。
前述したところから判るように、溶融幅は板表面と板厚
の中央部とでは異なり、とくに板厚中央部における溶融
幅のフントロールは重要である。
しかし、この板厚中央部溶融幅はi[m的には測定でき
ない。そこで本発明では、II J 図、flN 7図
で示したような知見から、w4板厚巾央S躊融幅が板表
面の溶融幅(もしくはHAZ幅)から推定できることが
論証できたので、この表面溶融幅でもって溶接入熱を制
御するようにしたのである。即ち、まず板厚と造管速度
から板厚中央部における最適溶融量に見合う板表面の溶
融幅を基準値として求め、一方検知器によって収束点前
での板表WJiiI融帽をIjiE瀘し、その実測値と
前記基準値との比較にもとづき電源電圧を制御して入熱
量をコントロールする。
なお、前述の板表面溶融幅の実測は、イメージセンサ−
カメラ等の検知器を通して行う。その様子を94図に示
す。阿えば、イメージセンサ−カメラ/lの走査線が造
管方向に直角になるように配置し、パイプ表面(溶融部
も含む)の走査線の状態を該カメラレンズを通してセン
サー//上に結像する。それ−走査回路によって順番に
処理し、各位置での明暗に応じた電気信号を得る・この
時の波形をm1図に示す。溶融部は未溶融部に比較して
明るく、波形のうちの所定のレベル以上のものが溶融部
に相当するセンサー上に結像された溶融部ノ長すj2は
、前記波形信号のうちのあるレベル以上の出力を出すセ
ンサーの数からもとめる。そして、真の溶融ビード幅!
、は該センサー上に結像された溶融幅12とパイプ表面
とイメージセンサ−カメラ間の距at□などによって演
算して求める。
次に、本発明制御方法についてその制御回路を@j図に
示す。図において、イメージセンナ−カメラ/lは%S
CX、センサーf/と演算回路12とからなるもので、
V形エツジ部の板表面溶融幅!、に相当する信号を出力
する。これを比較回路13に入力する。一方、板厚測定
器tS 、造管速度測定器l乙によって測定した板厚t
1造管速度Vを、板表r1n溶融基準値決定回路17へ
入力する。この基準値決定回路17では造管中の板厚、
造管速度に応じた板表1iilIII!融輻の基準値を
決定し、その信号を比較回路13に入力する。比較回路
13では、先のイメージセンサ−カメラ/Iによる表1
iiFIII融幅の実測値と前記基準値とを比較し、そ
の差が零になるように電源電圧を制御し、所望の溶接入
熱にする。
なお、表面溶融幅基準値決定回路〃では、第3図に示す
ような最適中央溶融幅に対する板厚t1造管速度Vと基
準表面溶融幅lの関係データー、あるいは関係式t −
r(t、v)を記憶させてあり、このデーターあるいは
関係式から造管中の板厚、造管速度に対する表面溶融幅
の基準値が決定される。また、実測値のイメージセンサ
−カメラ/rによる表面溶融幅は、電磁力によって表面
にはみでる溶鋼幅も含んでいるので変化が大きいが、平
均値を制御に用いている。
以下この発明の詳細な説明する。
#!7図に示すようにイメージセンサ−カメラ/1を収
束点亭の直前的IOms 、高さ4t0011mの位置
に配設し、そのカメラ走査IIlデが溶接線と直角にな
るようにした。イメージセンサ−カメラ/Iのセンサー
出力波形は、第を図に示すような両エツジの加熱溶融状
態に応じたものが得られる。この波形信号を演算回路1
2に入れ溶融部に相当する最低レベルで波形をスライス
し、その時のスライス幅の2分のlに相当する電気信号
を、片方のエツジの溶融幅の信号として比較回路13に
入れる。実測値に当る信号と基準値に当る信号を比較し
その値が零になるように電源電圧を制御した。
以上説明したように、従来オペレーターの目視゛観察に
より電源電圧を手動で制御していたため、十分に板厚変
動、造管速度変動に追従できず、ペネトレーターあるい
は冷接などの欠陥の発生することがあったが、本発明の
制御方法によるとこのような欠陥の発生が全く見られな
くなった。
なお、本発明は単に電縫鋼管製造分野のみならず、鋼板
、漏鋼などの分野における高周波電気抵抗、誘導WI接
の場合にもその重重適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
図面の111図は造管状態の平面図(勾とエツジ部分の
断面図(b)、12図はヒート係数と溶融幅、Hム2幅
の関係を示す線図、13図は板厚(〜と造管速度―)に
対応する溶融幅、Hム2幅の影響を示す纏1ffl、@
4’図はアップセット量とメタルy a −立上がり角
度との関係を示す線図、Ij図は本発明制御回路のブロ
ック図、第4図はイメージセンサカメラ走査状況の断面
図、第7図はカメラ配置図、第を図はイメージセンサ−
カメラ出力波形図である。 l・・・フンタクトチップ、コ・・・スクイズルール、
J・・・溶融ビード、ダ・・・V収束点、!・・・非加
熱部エツジ端面、4・・・V収束点前エツジ端面、フ・
・・表面溶融幅、l・・・表面Hム2幅、!・・・板厚
中央部溶融幅、10・・・板厚中央部Hム2幅、//・
・・カメラのレンズセ・ンサー、/J・・・イメージセ
ンサ−カメラの演算回路、13・・・比較回路、l炉・
・・表m*融輻基準値設定回路、/J・・・板厚測定回
路、14−・・造管速度測定回路、〃・・・電源電圧制
御回路、/l・・・イメージセンサ−カメラ、lデ・・
・イメージ七ンを一カメツ走査位置、〃・・・溶融部。 第1図 第2図 第3図 (a) (b)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. L オープンパイプのV形エツジ部に高周波電流を流し
    て加熱溶接するに当り、まず板厚と造管速度から板厚中
    央部における最適溶融量に見合う板表面の溶融幅を基準
    値として求め、一方検知器によって収束点前での板表面
    溶融幅を実測し、そのv7&瀾値と前記基準値との比較
    にもとづき電源電圧を制御することを特徴とする高周波
    溶接鋼管の溶接入熱制御方法。
JP12304081A 1981-08-07 1981-08-07 高周波溶接鋼管の溶接入熱制御方法 Pending JPS5825882A (ja)

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