KR20170118810A

KR20170118810A - 전봉 용접관의 제조 상황 감시 방법, 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치, 및 전봉 용접관의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170118810A
Application number: KR1020177026085A
Authority: KR
Inventors: 도시후미 고다마; 다카토시 오카베; 슈이치 사토
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-10-25
Also published as: CN107249806A; WO2016143473A1; US20180104763A1; EP3269490A1; JP6015883B1; JPWO2016143473A1; EP3269490B1; EP3269490A4; US10744589B2; CN107249806B; RU2682511C1

Abstract

띠상의 강대를 원통상으로 성형하고, 강대의 폭 방향 양단부를 길이 방향을 따라 맞댐 용접함으로써 제조되는 전봉 용접관의 제조 상황을 감시하는 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치 (1) 로서, 강대의 폭 방향 양단부가 맞댐 용접되는 영역에 대향하는 개구부 (2a) 를 갖고, 개구부 (2a) 로부터 상기 영역에 불활성 가스를 분출함으로써 상기 영역을 불활성 가스로 실드하는 노즐 (2) 의 내부에 배치된, 상기 영역을 시야에 포함하는 촬상부 (3) 와 촬상부 (3) 에 의해 촬영된 화상에 기초하여 맞댐 용접부의 양부를 판정하는 해석부 (4) 를 구비한다.

Description

전봉 용접관의 제조 상황 감시 방법, 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치, 및 전봉 용접관의 제조 방법{METHOD OF MONITORING MANUFACTURING STATUS OF ELECTRIC RESISTANCE WELDED PIPE, DEVICE FOR MONITORING MANUFACTURING STATUS OF ELECTRIC RESISTANCE WELDED PIPE, AND METHOD OF MANUFACTURING ELECTRIC RESISTANCE WELDED PIPE}

본 발명은 전봉 용접관의 제조 상황 감시 방법, 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치, 및 전봉 용접관의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 전봉 용접관 (이하, 전봉 강관으로 약기) 은 강대 등의 금속띠 (금속판을 포함) 를 관상으로 성형하면서 길이 방향으로 반송하고, 고주파 유도 가열 압접이나 저항 가열 압접 등의 수단을 이용하여 금속띠의 폭 방향 양단부를 길이 방향을 따라 연속적으로 맞댐 용접함으로써 제조된다. 전봉 강관의 제조 공정에서는 맞댐 용접부에 산화물 등의 이물질을 잔존시키지 않도록 하는 것이 맞댐 용접부의 강도와 같은 품질관리상 중요하다. 이 때문에, 전봉 강관의 품질관리에 대해서는 비특허문헌 1 에 개시되어 있는 바와 같은 초음파 검사 장치를 이용하여 맞댐 용접부를 중심으로 전봉 강관 내부의 탐상을 실시하는 기술이 보급되어 있다.

한편, 전봉 강관의 제조시의 품질관리에 대해서는 특허문헌 1 에 개시되어 있는 바와 같은 광 절단법을 이용하여 용접 비드부의 형상을 측정하고, 측정 결과로부터 용접 비드부의 특징량을 산출하여 품질관리에 이용하는 기술이 제안되어 있다. 이 기술에서는 단면의 메탈 플로우와의 사이에 상관관계를 갖는 특징량이 온라인으로 산출되기 때문에, 용접 공정을 일단 중단하고 용접 맞댐부를 채취하여 단면을 관찰하는 공정을 생략할 수 있다. 또, 품질관리에 관한 다른 기술로서는 특허문헌 2 에 개시되어 있는 바와 같은 촬상 장치에 의해 촬영된 용접 맞댐부의 화상으로부터 평면 형상의 특징량을 산출하고, 평면 형상의 특징량이 관리 범위내에 있는지 여부를 판정하는 기술이 있다.

일본 특허 제4374845호 일본 특허 제5510615호 일본 공개특허공보 2011－206813호

철과 강 Vol.9 (1993) No.7 p.91

그러나, 비특허문헌 1 에 기재된 기술은 전봉 강관의 품질 보증에는 유효하지만, 탐상 결과와 제조 조건이 일의적으로 결부되지 않기 때문에 탐상 결과를 제조 조건에 반영시키기가 어렵다. 또, 초음파 검사 장치가 최종 검사공정에 설치되어 있는 경우에는 제조부터 검사까지의 리드 타임이 크기 때문에 용접 불량이 발견되었을 경우에 제품의 손실이 크다. 또, 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는 용접 전력 (입열) 이나 맞댐 용접부의 단차 등은 적확하게 판별할 수 있지만, 개재물 배출에 보다 밀접하게 관계되는 맞댐 상태와 제조 조건의 상관은 얻어지기 어렵다. 한편, 특허문헌 2 에 기재된 기술은 맞댐 용접부의 평면 형상을 검출하므로 상기와 같은 문제는 발생하지 않는다.

그런데, 일반적으로, 라인 파이프나 자동차 서스펜션재 등의 고급품용 전봉 강관의 제조 라인에는 1 쌍의 스퀴즈 사이드 롤에 추가하여 1 쌍의 스퀴즈 탑 롤이 전봉 강관의 상방에 설치되어 있다. 이 때문에, 특허문헌 2 에 기재된 기술을 고급품용 전봉 강관의 제조 라인에 적용했을 경우, 맞댐 용접부가 스퀴즈 탑 롤의 사이에 위치함으로써 스퀴즈 탑 롤의 냉각이나 윤활을 위해서 사용되는 물이 맞댐 용접부에 체류하여, 전봉 강관의 상방으로부터 맞댐 용접부의 명료한 화상이 잘 얻어지지 않기 때문에, 맞댐 용접부의 양부 판정이 곤란해진다. 게다가 최근, 저항용접에서도 이용되기 시작한 가스 실드 병용 용접에 있어서는 불활성 가스를 분출하는 노즐이 맞댐 용접부의 바로 위에 배치되기 때문에, 특허문헌 2 에 기재된 기술에 의하면, 전봉 강관의 상방에 배치되는 촬상 장치의 시야를 확보할 수 없게 되어 맞댐 용접부의 양부 판정이 곤란해진다.

한편, 특허문헌 3 에 기재된 발명을 모방하여, 전봉 강관의 가열 개시 위치로부터 용접점에 이르는 부분 전체를 실드 박스로 덮고, 실드 박스내에 소정 유량의 가스를 공급하는 실드 용접 장치를 도입하고, 이 실드 용접 장치에 관찰 장치를 설치하는 방법을 이용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이와 같은 방법에 의하면, 장치 구조가 대규모, 또한 복잡해져, 강관의 제조 사이즈를 변경할 때마다 강관의 공급·배출부의 실드 지그를 교환, 조정할 필요가 생기는 등, 능률면에서의 단점이 크다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 가스 실드 병용 용접이어도 냉각수나 윤활수의 영향을 받지 않고 전봉 용접관의 맞댐 용접부의 양부를 판정할 수 있는 전봉 용접관의 제조 상황 감시 방법 및 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명의 다른 목적은 가스 실드 병용 용접이어도 냉각수나 윤활수의 영향을 받지 않고 전봉 용접관의 맞댐 용접부의 양부를 판정하고, 판정 결과에 기초하여 용접 불량이 발생하는 것을 억제할 수 있는 전봉 용접관의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관련된 전봉 용접관의 제조 상황 감시 방법은 띠상의 강대를 원통상으로 성형하고, 그 강대의 폭 방향 양단부를 길이 방향을 따라 맞댐 용접함으로써 제조되는 전봉 용접관의 제조 상황을 감시하는 전봉 용접관의 제조 상황 감시 방법으로서, 강대의 폭 방향 양단부가 맞댐 용접되는 영역에 대향하는 개구부를 갖고, 상기 개구부로부터 상기 영역에 불활성 가스를 분출함으로써 상기 영역을 상기 불활성 가스로 실드하는 가스 실드 노즐의 내부에, 상기 영역을 시야에 포함하는 촬상 수단을 배치하고, 상기 촬상 수단에 의해 촬영된 화상에 기초하여 맞댐 용접부의 양부를 판정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 전봉 용접관의 제조 상황 감시 방법은 상기 발명에 있어서, 상기 가스 실드 노즐의 개구부는 상기 강대가 용융을 개시하는 위치와 강대의 길이 방향 양단부가 맞대어지는 위치와의 사이에 위치하고, 강대의 유도 가열 개시점 사이의 소정의 구간에 있어서, 상기 가스 실드 노즐과는 다른 노즐로부터 강대의 폭 방향 양단부에 불활성 가스를 분사하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치는 띠상의 강대를 원통상으로 성형하고, 그 강대의 폭 방향 양단부를 길이 방향을 따라 맞댐 용접함으로써 제조되는 전봉 용접관의 제조 상황을 감시하는 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치로서, 강대의 폭 방향 양단부가 맞댐 용접되는 영역에 대향하는 개구부를 갖고, 상기 개구부로부터 상기 영역에 불활성 가스를 분출함으로써 상기 영역을 상기 불활성 가스로 실드하는 가스 실드 노즐의 내부에 배치된, 상기 영역을 시야에 포함하는 촬상 수단과, 상기 촬상 수단에 의해 촬영된 화상에 기초하여 맞댐 용접부의 양부를 판정하는 해석 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 전봉 용접관의 제조 방법은 띠상의 강대를 원통상으로 성형하고, 그 강대의 폭 방향 양단부를 길이 방향을 따라 맞댐 용접함으로써 제조되는 전봉 용접관의 제조 방법으로서, 강대의 폭 방향 양단부가 맞댐 용접되는 영역에 대향하는 개구부를 갖고, 상기 개구부로부터 상기 영역에 불활성 가스를 분출함으로써 상기 영역을 상기 불활성 가스로 실드하는 가스 실드 노즐의 내부에, 상기 영역을 시야에 포함하는 촬상 수단을 배치하고, 상기 촬상 수단에 의해 촬영된 화상에 기초하여 맞댐 용접부의 양부를 판정하는 판정 스텝과, 상기 판정 스텝의 결과에 기초하여 상기 전봉 용접관을 제조하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 전봉 용접관의 제조 상황 감시 방법 및 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치에 의하면, 가스 실드 병용 용접이어도 냉각수나 윤활수의 영향을 받지 않고 전봉 용접관의 맞댐 용접부의 양부를 판정할 수 있다.

본 발명에 관련된 전봉 용접관의 제조 방법에 의하면, 가스 실드 병용 용접이어도 냉각수나 윤활수의 영향을 받지 않고 전봉 용접관의 맞댐 용접부의 양부를 판정하고, 판별 결과에 기초하여 용접 불량이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태인 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 촬상부에 의해 촬영된 맞댐 용접부의 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3 은 촬상 조건을 동일하게 유지한 채로 도 1 에 나타내는 촬상부를 노즐로부터 떼어내서 재설치하고, 실드 가스나 퍼지 가스도 적용하지 않고 촬영된 맞댐 용접부의 화상의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태인 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치의 변형예의 구성을 나타내는 모식도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시형태인 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치에 대해 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태인 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태인 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치 (1) 는 강대를 원통상으로 성형하고, 강대의 폭 방향 양단부를 길이 방향을 따라 맞댐 용접함으로써 제조되는 전봉 용접관(이하, 전봉 강관으로 약기) (P) 의 맞댐 용접 상태를 감시하는 장치이고, 노즐 (2), 촬상부 (3), 및 해석부 (4) 를 주된 구성 요소로서 구비하고 있다. 노즐 (2), 촬상부 (3), 및 해석부 (4) 는 각각, 본 발명에 관련된 가스 실드 노즐, 촬상 수단, 및 해석 수단으로서 기능한다.

노즐 (2) 은 맞댐 용접부를 포함하는 전봉 강관 (P) 의 2 차원 영역에 대향 배치된 개구부 (2a) 를 갖고, 개구부 (2a) 에서 2 차원 영역을 향하여 실드 가스 (불활성 가스) 를 분출함으로써 2 차원 영역을 실드 가스로 실드하는 호른상의 노즐에 의해 구성되어 있다.

강대의 길이 방향에 있어서의 개구부 (2a) 의 치수는 맞댐 용접부의 전후 30 mm 정도 또는 촬상부 (3) 의 길이 시야의 크기보다 크게 설계되어 있다. 한편, 강대의 폭 방향에 있어서의 개구부 (2a) 의 치수는 10 mm 정도 또는 전봉 강관 (P) 의 상방에 배치된 1 쌍의 스퀴즈 탑 롤 (R) 에 간섭하지 않을 만큼의 크기로 설계되어 있다.

또한, 강대의 판두께에 관계되는 용접 전력이나 강대의 반송 속도에 따라 강대의 바람직한 맞댐각이 변화하고, 결과적으로 반송 라인 상에 있어서의 맞댐 용접 위치가 강대의 길이 방향으로 변동하는 경우가 있다. 이 때문에, 강대의 길이 방향에 있어서의 개구부 (2a) 의 치수를 맞댐 용접 위치의 변동폭을 고려한 크기로 하거나, 노즐 (2) 을 길이 방향으로 이동할 수 있게 함으로써 맞댐 용접 위치의 변동을 커버할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또, 노즐 (2) 에 대한 실드 가스의 공급은 도시되지 않은 가스 공급원 및 배관 경로를 사용하여 실시하면 된다. 또, 가스 공급원 및 배관 경로는 실드 가스의 종별에 따라 시판되고 있는 봄베, 탱크, 및 배관재를 사용하여 구성하면 되고, 또 필요에 따라 실드 가스의 압력이나 유량을 조정하는 기구를 설치해도 된다.

촬상부 (3) 는 노즐 (2) 의 내벽면에 형성된 고정 부재 (2b) 에 의해 노즐 (2) 의 내부에 고정된 촬상 장치에 의해 구성되어 있다. 촬상부 (3) 는 전봉 강관 (P) 의 맞댐 용접부의 화상을 촬영하고, 촬영된 화상의 데이터를 해석부 (4) 에 출력한다. 촬상부 (3) 의 시야 (F) 는 바람직하게는 맞댐 용접부의 반송 방향 상류측 20 mm 의 범위를 포함하는 것이 바람직하다. 또, 반송 방향 하류측 에 있어서의 촬상부 (3) 의 시야는 용접 비드 형성부까지 포함하는 것이 바람직하다.

도 2 는 촬상부 (3) 에 의해 촬영된 맞댐 용접부의 화상의 일례를 나타내는 도면이다. 한편, 도 3 은 촬상 조건 (촬상 거리나 노광 시간, 렌즈의 조리개) 을 동일하게 유지한 채로 촬상부 (3) 를 노즐 (2) 로부터 떼어내서 설치하고, 실드 가스나 퍼지 가스도 적용하지 않고 촬영한 맞댐 용접부의 화상의 일례를 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3 의 비교로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태인 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치에 있어서의 촬상부 (3) 에 의하면, 맞댐 용접부의 화상을 명료하게 촬영할 수 있었다. 이에 비하여, 촬상부 (3) 를 노즐 (2) 로부터 떼어내서 설치하고, 실드 가스나 퍼지 가스도 적용하지 않고 촬영한 경우에는 스퀴즈 탑 롤 (R) 의 냉각수가 맞댐 용접부에 체류하여 명료한 화상을 촬영할 수 없었다. 이상과 같은 점에서, 본 발명의 일 실시형태인 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치에 있어서의 촬상부 (3) 에 의하면, 가스 실드 병용 용접이어도 냉각수나 윤활수의 영향을 받지 않고 전봉 강관 (P) 의 맞댐 용접부의 화상을 명료하게 촬영하고, 촬영된 화상에 기초하여 맞댐 용접부의 양부를 판정할 수 있음이 확인되었다.

또한, 해석부 (4) 의 화상 처리 능력의 관계상, 촬상부 (3) 의 노광 시간은 1/100000 초 이하로 하고, 촬상부 (3) 는 이 노광 시간으로 새츄레이트하지 않는 렌즈 조리개 및 촬상 감도를 갖는 것이 바람직하다. 또, 촬상부 (3) 는 최대한 소형으로 구성하고, 촬상부 (3) 를 내부에 갖는 노즐 (2) 의 관 단면적이 가능한 한 소형이 되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 현시점에서 시판되고 있는 전자 노광 기능이 딸린 촬상 장치로 단면적이 22 mm × 22 mm 인 것이 있으므로 그것을 사용하면 된다.

해석부 (4) 는 퍼스널 컴퓨터 등의 정보처리 장치에 의해 구성되어 있다. 해석부 (4) 는 공지된 에지 추출 처리나 직선 근사 수단을 이용하여 촬상부 (3) 에 의해 촬영된 맞댐 용접부의 화상으로부터 맞댐 용접부의 반송 방향 상류측 및 하류측의 강대의 폭 방향 단부 위치를 추출하고, 추출된 폭 방향 단부 위치에 기초하여 맞댐 용접부의 기하적 특징량을 산출한다. 그리고, 해석부 (4) 는 산출된 기하적 특징량에 기초하여 맞댐 용접부의 양부를 판정하고, 도시되지 않은 표시 수단이나 경보 수단에 판정 결과를 출력한다. 이로써, 오퍼레이터는 판정 결과에 기초하여 전봉 강관의 제조 조건을 조정함으로써 용접 불량이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시형태인 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치의 변형예의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 변형예에서는 노즐 (2) 의 반송 방향 상류측에 보조 노즐 (5) 이 배치되고, 이 보조 노즐 (5) 로부터 강대의 에지부에 불활성 가스가 분사된다. 여기서, 보조 노즐 (5) 로부터 불활성 가스를 분사하는 강대의 범위나 노즐 (2) 의 시야 범위는 강대의 에지부 또는 단면의 온도가 유도 가열 장치 (6) 에 의해 승온되고, 산소 농도 20.1 % 로 산화를 개시하는 온도에 도달하는 위치보다 반송 방향 하류측으로 하면 되고, 노즐 (2) 의 시야 범위로서는 강대의 에지부가 용융을 개시하는 위치를 포함하는 범위로 했다. 이로써, 가스 실드 노즐의 효과를 유지하면서, 노즐 (2) 의 개구부의 길이 방향의 크기를 필요 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 본 변형예의 동작은 도 1 에 나타내는 장치와 동일하므로, 그 설명은 생략한다.

이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 적용한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 실시형태에 의한 본 발명의 개시의 일부를 이루는 기술 (記述) 및 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않고, 상기 서술한 각 구성 요소를 적절히 조합하여 구성한 것도 본 발명에 포함된다. 즉, 본 실시형태에 기초하여 당업자 등에 의해 이루어지는 다른 실시형태, 실시예 및 운용 기술 (技術) 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 가스 실드 병용 용접이어도 냉각수나 윤활수의 영향을 받지 않고 전봉 용접관의 맞댐 용접부의 양부를 판정할 수 있는 전봉 용접관의 제조 상황 감시 방법 및 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치를 제공할 수 있다.

1 : 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치
2 : 노즐
2a : 개구부
3 : 촬상부
4 : 해석부
5 : 보조 노즐
6 : 유도 가열 장치
P : 전봉 용접관 (전봉 강관)

Claims

띠상의 강대를 원통상으로 성형하고, 그 강대의 폭 방향 양단부를 길이 방향을 따라 맞댐 용접함으로써 제조되는 전봉 용접관의 제조 상황을 감시하는 전봉 용접관의 제조 상황 감시 방법으로서,
강대의 폭 방향 양단부가 맞댐 용접되는 영역에 대향하는 개구부를 갖고, 상기 개구부로부터 상기 영역에 불활성 가스를 분출함으로써 상기 영역을 상기 불활성 가스로 실드하는 가스 실드 노즐의 내부에, 상기 영역을 시야에 포함하는 촬상 수단을 배치하고, 상기 촬상 수단에 의해 촬영된 화상에 기초하여 맞댐 용접부의 양부를 판정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 전봉 용접관의 제조 상황 감시 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 실드 노즐의 개구부는 상기 강대가 용융을 개시하는 위치와 강대의 길이 방향 양단부가 맞대어지는 위치와의 사이에 위치하고, 강대의 유도 가열 개시점 사이의 소정의 구간에 있어서, 상기 가스 실드 노즐과는 다른 노즐로부터 강대의 폭 방향 양단부에 불활성 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 전봉 용접관의 제조 상황 감시 방법.
띠상의 강대를 원통상으로 성형하고, 그 강대의 폭 방향 양단부를 길이 방향을 따라 맞댐 용접함으로써 제조되는 전봉 용접관의 제조 상황을 감시하는 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치로서,
강대의 폭 방향 양단부가 맞댐 용접되는 영역에 대향하는 개구부를 갖고, 상기 개구부로부터 상기 영역에 불활성 가스를 분출함으로써 상기 영역을 상기 불활성 가스로 실드하는 가스 실드 노즐의 내부에 배치된, 상기 영역을 시야에 포함하는 촬상 수단과,
상기 촬상 수단에 의해 촬영된 화상에 기초하여 맞댐 용접부의 양부를 판정하는 해석 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전봉 용접관의 제조 상황 감시 장치.
띠상의 강대를 원통상으로 성형하고, 그 강대의 폭 방향 양단부를 길이 방향을 따라 맞댐 용접함으로써 제조되는 전봉 용접관의 제조 방법으로서,
강대의 폭 방향 양단부가 맞댐 용접되는 영역에 대향하는 개구부를 갖고, 상기 개구부로부터 상기 영역에 불활성 가스를 분출함으로써 상기 영역을 상기 불활성 가스로 실드하는 가스 실드 노즐의 내부에, 상기 영역을 시야에 포함하는 촬상 수단을 배치하고, 상기 촬상 수단에 의해 촬영된 화상에 기초하여 맞댐 용접부의 양부를 판정하는 판정 스텝과,
상기 판정 스텝의 결과에 기초하여 상기 전봉 용접관을 제조하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 전봉 용접관의 제조 방법.