JP2000292413A - 溶接欠陥の検出装置および電縫加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘導加熱コイルが金属管内に発生させる誘導
電流の変化を鋭敏に検出して、溶接欠陥の発生を鋭敏に
検出できる装置を提供する。 【解決手段】 板条材Ｔを断面Ｃ字状に丸めて誘導加熱
コイル１４に通し、板条材Ｔの両側縁Ｅ１，Ｅ２を突き
合わせることにより溶接する電縫加工装置に付設される
溶接欠陥の検出装置であって、誘導加熱コイル１４の近
傍で両側縁Ｅ１，Ｅ２の少なくとも一ケ所に沿う位置に
配置された有効電流検出コイル３０と、誘導加熱コイル
１４の近傍で板条材Ｔの両側縁以外の外周面の少なくと
も一ケ所に沿う位置に配置された無効電流検出コイル３
２と、有効電流検出コイル３０および無効電流検出コイ
ル３２に発生する誘導電流の差分信号を検出する差動回
路４２とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板条材を溶接して
金属管を製造する電縫加工において、溶接欠陥の発生を
検出するための溶接欠陥の検出装置および電縫加工装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属管の製造方法の一種として、電縫加
工が従来より使用されている。電縫加工では、帯状をな
す金属製の板条材を走行させつつ、この板条材を複数の
フォーミングロールを通して断面Ｃ字状に成形し、この
板条材を誘導加熱コイルに通して誘導加熱し、さらに誘
導加熱された板条材の両側縁を一対のスクイズロールで
突き合わせて溶接することにより、金属管を連続的に製
造する。

【０００３】ところで、電縫加工方法により製造された
金属管には、微細な溶接欠陥が生じることがあり、製品
の信頼性を高める観点から、このような溶接欠陥を含む
部分は除去する必要がある。そこで従来より、電縫加工
により得られた金属管に対しては、渦流探傷が行われて
きた。

【０００４】渦流探傷とは、溶接後の金属管を連続的に
走行させつつ、金属管の近傍に探傷コイルを配置し、こ
のコイルに高周波電流を流すことにより金属管内に渦電
流を発生させ、金属管に溶接欠陥があれば渦電流に異常
が生じてコイルのインダクタンスが変化することを利用
して、溶接欠陥を検出する方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の渦流
探傷装置では、一見閉じている微細な溶接欠陥を検出す
ることが難しかった。このように一見閉じている溶接欠
陥は渦電流にほとんど影響を与えないためである。

【０００６】そこで、本発明者らは、溶接欠陥そのもの
を検出するのではなく、溶接条件の乱れを検出すること
により、溶接欠陥の発生を推論することを発案した。す
なわち、誘導加熱コイルへの通電により生じる金属管内
を流れる電流量を監視することにより、溶接欠陥の発生
を検出できるのではないかと考えた。

【０００７】しかし、金属管に沿って検出コイルを配置
し、この検出コイルで金属管内を流れる誘導電流を検出
することを試みたところ、誘導加熱コイルが発生する強
力な高周波磁場により検出コイルに大きな誘導電流が直
接発生してしまい、金属管内に流れる微弱な誘導電流の
変化を捕らえることができないという問題が見いだされ
た。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、誘導加熱コイルが金属管内に発生させる誘導電
流の変化を検出して、溶接欠陥の発生を鋭敏に検出でき
る溶接欠陥の検出装置および電縫加工装置を提供するこ
とを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の溶接欠陥の検出装置は、誘導加熱コイルの
近傍で前記両側縁の少なくとも一ケ所に沿う位置に配置
された有効電流検出コイルと、前記誘導加熱コイルの近
傍で前記板条材の両側縁以外の外周面の少なくとも一ケ
所に沿う位置に配置された無効電流検出コイルと、前記
有効電流検出コイルおよび無効電流検出コイルに発生す
る誘導電流の差分を検出する差動回路とを具備すること
を特徴としている。

【００１０】また、本発明に係る電縫加工装置は、金属
製の板条材を走行させつつ、この板条材を複数のフォー
ミングロールを通して断面Ｃ字状に成形する管成形機構
と、断面Ｃ字状に成形された前記板条材を誘導加熱する
ための誘導加熱コイルと、誘導加熱された板条材の両側
縁を突き合わせて溶接するためのスクイズ機構と、前記
誘導加熱コイルの近傍で前記両側縁の少なくとも一ケ所
に沿う位置に配置された有効電流検出コイルと、前記誘
導加熱コイルの近傍で前記板条材の両側縁以外の外周面
の少なくとも一ケ所に沿う位置に配置された無効電流検
出コイルと、前記有効電流検出コイルおよび無効電流検
出コイルに発生する誘導電流の差分を検出する差動回路
と、前記差動回路の出力信号に基づいて溶接欠陥の発生
を検出する検出回路とを具備することを特徴としてい
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る溶接欠陥の
検出装置、および電縫加工装置の一実施形態として、内
面溝付伝熱管の製造装置を示している。この内面溝付伝
熱管の製造装置では、まず板条材の表面に伝熱性能を高
めるためのフィンおよび溝を転造したのちに電縫加工を
行っているが、本発明はこれらのフィンおよび溝を形成
しない単純な金属管の製造にも適用できるし、あるいは
フィンや溝以外の構造物を形成してから電縫加工を行う
構成に変更してもよい。

【００１２】まず装置の全体構成を説明すると、図中符
号１は、一定幅の金属製板条材Ｔを連続的に繰り出すア
ンコイラである。アンコイラ１から繰り出された板条材
Ｔは、一対の押さえロール２を経て、対向する溝付ロー
ル４および平滑ロール６の間を通され、溝付ロール４に
よりフィンおよび溝（共に図示略）が転造される。これ
らフィンおよび溝はいかなる形状であってもよく、例え
ば板条材Ｔの長手方向に対して一定角度傾斜した平行線
パターンで転造されていてもよいし、周方向に向けてジ
グザグに延びるパターンであってもよい。

【００１３】溝加工された板条材Ｔは、一対のロール８
を経て、複数対配列されたフォーミングロール１０（管
成形機構）を通して徐々に断面Ｃ字状に丸められ、ロー
リングセパレータ１２により、突き合わせるべき両端縁
間の間隙量が一定に保たれたうえ、誘導加熱コイル１４
に通されて両側縁部が加熱される。ローリングセパレー
タ１２はセラミックス等の絶縁材料で形成され、図２お
よび図３に示すように、その外周面には一定幅の凸部１
２Ａが全周にわたって形成され、この外周凸部１２Ａが
板条材Ｔの側縁部Ｅ１，Ｅ２間に挟まれることにより、
側縁部Ｅ１，Ｅ２間の間隙量が規定される。

【００１４】誘導加熱コイル１４は、丸められた板条材
Ｔを中心として板条材Ｔから一定距離離間して螺旋状に
巻かれた導線を有し、この導線に高周波電流を流すこと
により板条材Ｔ中に誘導電流を発生させ、板条材Ｔをジ
ュール熱で加熱する。このとき板条材Ｔ中に発生する誘
導電流には、図４に示すように、板条材Ｔの側縁部Ｅ
１，Ｅ２に沿って流れ、溶接すべき側縁部Ｅ１，Ｅ２を
加熱するのに役立つ有効電流Ｃ１と、板条材Ｔの幅方向
（管の周方向）に沿って流れ、側縁部Ｅ１，Ｅ２の加熱
には役立たない無効電流Ｃ２との二種類がある。

【００１５】断面Ｃ字状に成形され側縁部Ｅ１，Ｅ２が
加熱された板条材Ｔは、一対のスクイズロール１６（ス
クイズ機構）により両側方から挟まれ、加熱された側縁
部Ｅ１，Ｅ２が突き合わされて連続的に溶接される。こ
うして製造された伝熱管１の外周面には、はみ出した溶
融材料によりビードが形成されているので、ビードカッ
タ１８によりビードが切削される。

【００１６】ビードが切削された電縫管Ｐは冷却槽２０
を通されて強制冷却され、複数対配列されたサイジング
ロール２２を通されて所定の外径まで縮径され、ラフコ
イラ２４で粗く巻き取られる。

【００１７】図２および図３は、本発明の特徴である、
溶接欠陥の検出装置を示している。この装置は、誘導加
熱コイル１４の近傍で、断面Ｃ字状に丸められた板条材
Ｔの両側縁Ｅ１，Ｅ２の少なくとも一ケ所に沿う位置に
配置された有効電流検出コイル３０と、誘導加熱コイル
１４の近傍で、両側縁Ｅ１，Ｅ２以外の外周面の少なく
とも一ケ所に沿う位置に配置された無効電流検出コイル
３２と、有効電流検出コイル３０および無効電流検出コ
イル３２に発生する誘導電流の差分を検出する差動回路
４２（図５参照）とを少なくとも具備したものである。

【００１８】この実施形態では、誘導加熱コイル１４の
板条材走行方向上流側に有効電流検出コイル３０および
無効電流検出コイル３２が配置され、図４に示すよう
に、有効電流検出コイル３０が側縁部Ｅ１の直上にコイ
ル軸線を側縁部Ｅ１に対して垂直にした向きで配置され
る一方、無効電流検出コイル３２は、側縁部Ｅ２側にお
いて、丸められた板条材Ｔの高さ方向の中央部に垂直に
対向した状態で配置されている。このように、コイル３
０，３２のいずれもが板条材Ｔの外周面に対して垂直に
配置された場合には、コイル３０，３２の軸線が誘導加
熱コイル１４の軸線と垂直であるから、誘導加熱コイル
１４が発生する磁束による誘導電流が生じることが少な
く、誘導加熱コイル１４から直接に励起される誘導電流
の影響を受けにくいうえ、この向きならばコイル３０，
３２の取り付けが容易であるという利点を有する。

【００１９】ただし、本発明ではこのようなコイル３
０，３２の配置に限定されず、誘導加熱コイル１４の上
流側に配置する代わりに、図２および図３に併せて記載
したように、誘導加熱コイル１４の下流側に、有効電流
検出コイル３４および無効電流検出コイル３６を配置し
てもよいし、誘導加熱コイル１４の上流側に配置したコ
イル３０，３２と下流側に配置したコイル３４，３６の
全てを同時に使用してもよい。さらに、有効電流検出コ
イル３０（３４）と無効電流検出コイル３２（３６）と
を同じ側縁Ｅ１またはＥ２側に配置してもよいし、無効
電流検出コイル３２（３６）を板条材Ｔの下方などに配
置してもよい。すなわち、無効電流検出コイル３２は側
縁部Ｅ１，Ｅ２以外の部位の近傍に配置されていればよ
い。

【００２０】有効電流検出コイルおよび無効電流検出コ
イルを２個づつ配置する場合には、有効電流検出コイル
３０，３４同士を直列または並列に接続し、無効電流検
出コイル３２，３６同士を直列または並列に接続し、そ
れぞれを１つのコイルと見立てて、後述する回路に接続
してもよい。この場合、各コイル対からの出力信号を平
均化して溶接欠陥の有無を判断することができる。ま
た、コイル３０，３２の対と、コイル３４，３６の対と
にそれぞれ後述する各回路を接続してもよい。この場合
は、各コイル対からの出力信号をコンピューターにより
勘案して、溶接欠陥の有無を判断することができる。

【００２１】コイル３０，３２（３４，３６）の向きに
ついても、さまざまな変更が可能である。例えば、図６
および図８に示すように、有効電流検出コイル３０（３
４）を板条材Ｔの周方向に平行な向きで側縁部Ｅ１の直
上近傍に配置してもよい。この場合には、有効電流Ｃ１
が発生する磁束が有効電流検出コイル３０内をコイル軸
線方向に通過するため、有効電流検出コイル３０がより
鋭敏に有効電流Ｃ１を検出することが可能となる。ま
た、無効電流検出コイル３２（３６）を、図６および図
８に示すように、板条材Ｔの周方向に平行な向きで板条
材Ｔの側方近傍に配置してもよい。

【００２２】また、図７および図９に示すように、無効
電流検出コイル３２（３６）を、板条材Ｔの長手方向に
平行な向きで板条材Ｔの側方近傍に配置してもよい。こ
の場合、誘導加熱コイル１４の発生する磁束によりノイ
ズ誘導電流が無効電流検出コイル３２（３６）内に発生
しやすくなるが、有効電流検出コイル３０からの信号か
ら差し引くのでそれを減殺できる。

【００２３】なお、有効電流検出コイル３０（３４）お
よび無効電流検出コイル３２（３６）は同じものである
ことが好ましいが、必要に応じては、巻き数または直径
の異なるものであってもよい。コイル巻数および直径は
製造すべき金属管の直径等に応じて決定すべきものであ
り、本発明では限定されないが、一般的な直径６〜１０
ｍｍ程度の伝熱管の製造に適用する場合には、コイル直
径が１〜３ｍｍ程度、コイル巻数が２〜２０回程度であ
るものが感度および省スペースの点から好適である。ま
た、必要であれば各コイル内に磁性体のコアを入れても
よい。

【００２４】図５は、有効電流検出コイル３０（３４）
および無効電流検出コイル３２（３６）の出力信号の処
理を行うための構成を示している。コイル３０，３２の
出力はレベル位相調整回路４０に入れられ、もっともノ
イズが低下するように信号強度および相互の位相が調整
された後、差動回路４２に入力される。この差動回路４
２では各コイル３０，３２からのレベル・位相調整され
た信号を比較し、差分信号を出力する。差分信号は増幅
回路４４に入力され、増幅された後、検波回路４６で検
波され、フィルタ４８で不要な周波数成分が除去され、
記録計５０に送られる。記録計５０は例えば信号波形を
オシログラフなどで表示するか、オートグラフで記録紙
に記録する。

【００２５】記録計５０の出力（またはフィルタ４８の
出力）はコンピューター５２に伝達され、このコンピュ
ーター５２内に予め蓄積されている一定の判断基準に基
づいて溶接異常の有無が判断される。そして、溶接異常
が検知された場合には、伝熱管Ｐの走行路の近傍に設置
されているマーキング装置５４を作動させ、溶接異常が
生じた箇所に塗料などを吹き付けるか、局部的に金属管
Ｐを変形させてマーキングを行う。マーキング装置５４
の位置は限定されないが、図１に示すように、例えばサ
イジングロール２２の上流側に配置することができる。
なお、金属管Ｐに対してマーキングを行わずに、溶接異
常の箇所を位置データとして別途記録するような構成も
可能である。

【００２６】上記構成からなる溶接欠陥の検出装置およ
び伝熱管の製造装置によれば、有効電流検出コイル３０
で主に、側縁部Ｅ１，Ｅ２に沿う有効電流Ｃ１の強度を
検出する一方、無効電流検出コイル３２で主に、板条材
Ｔの周方向に沿う無効電流Ｃ２を検出し、有効電流Ｃ１
と無効電流Ｃ２との差分信号を差動回路４２で出力する
ことにより、誘導加熱コイル１４が発生する強力な磁力
によって有効電流検出コイル３０に発生する誘導電流の
影響を相殺し、溶接異常に起因する有効電流Ｃ１の変動
を鋭敏に検出することが可能となる。

【００２７】したがって、管が完成した後ではなく、溶
接した瞬間での電流異常を検出することが可能であるか
ら、従来の渦流探傷装置では検出できないような、微細
なもしくは口を完全に閉じている溶接欠陥も鋭敏に検出
することができるという優れた効果を奏する。

【００２８】また、本実施形態では、内面にフィンおよ
び溝が形成された内面溝付伝熱管の製造装置に適用して
いるが、このような内面溝付伝熱管を渦流探傷装置で検
査すると、内面溝が欠陥として誤って検出されやすく、
この点からも検査感度を高めにくい問題を有していた。
これに対し、本実施形態では、欠陥そのものではなく、
溶接電流の異常を検出することにより、内面溝やフィン
の影響を受けることなく鋭敏な欠陥検出が可能であると
いう優れた効果も奏する。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る溶接
欠陥の検出装置および電縫加工装置によれば、管が完成
した後ではなく、溶接した瞬間での電流異常を検出する
ことが可能であるから、従来の渦流探傷装置では検出で
きない微細なもしくは口を完全に閉じている溶接欠陥も
鋭敏に検出することができるという優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態として、内面溝付伝熱管
の製造装置を示す概略図である。

【図２】 同装置に付設した溶接欠陥の検出装置の要部
を示す平面図である。

【図３】 同溶接欠陥の検出装置の側面図である。

【図４】 同装置での電流検出コイルの配置を示す斜視
図である。

【図５】 同装置のブロック図である。

【図６】 本発明の他の実施形態の溶接欠陥の検出装置
を示す平面図である。

【図７】 本発明の他の実施形態の溶接欠陥の検出装置
を示す平面図である。

【図８】 本発明の他の実施形態の溶接欠陥の検出装置
を示す斜視図である。

【図９】 本発明の他の実施形態の溶接欠陥の検出装置
を示す斜視図である。

【符号の説明】

Ｔ 板条材 Ｅ１，Ｅ２ 溶接すべき側縁部 Ｐ 伝熱管 Ｃ１ 有効電流 Ｃ２ 無効電流 １２ ローリングセパレータ １４ 誘導加熱コイル １６ スクイズロール ３０，３４ 有効電流検出コイル ３２，３６ 無効電流検出コイル ４２ 差動回路 ５４ マーキング装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西間木 利三 福島県会津若松市扇町128の７ 三菱伸銅 株式会社若松製作所内 (72)発明者 片岡 史隆 福島県会津若松市扇町128の７ 三菱伸銅 株式会社若松製作所内 Ｆターム(参考） 2G053 AA11 AB21 BA12 BA30 BB03 BB16 BC02 BC14 CA03 CB24 DA01 DA06 DB02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板条材を断面Ｃ字状に丸めて誘導加熱コ
   イルに通し、板条材の両側縁を突き合わせることにより
   両側縁を溶接する電縫加工装置に付設される溶接欠陥の
   検出装置であって、前記誘導加熱コイルの近傍で前記両
   側縁の少なくとも一ケ所に沿う位置に配置された有効電
   流検出コイルと、前記誘導加熱コイルの近傍で前記板条
   材の両側縁以外の外周面の少なくとも一ケ所に沿う位置
   に配置された無効電流検出コイルと、前記有効電流検出
   コイルおよび無効電流検出コイルに発生する誘導電流の
   差分を検出する差動回路とを具備することを特徴とする
   溶接欠陥の検出装置。
2. 【請求項２】 金属製の板条材を走行させつつ、この板
   条材を複数のフォーミングロールを通して断面Ｃ字状に
   成形する管成形機構と、断面Ｃ字状に成形された前記板
   条材を誘導加熱するための誘導加熱コイルと、誘導加熱
   された板条材の両側縁を突き合わせて溶接するためのス
   クイズ機構と、前記誘導加熱コイルの近傍で前記両側縁
   の少なくとも一ケ所に沿う位置に配置された有効電流検
   出コイルと、前記誘導加熱コイルの近傍で前記板条材の
   両側縁以外の外周面の少なくとも一ケ所に沿う位置に配
   置された無効電流検出コイルと、前記有効電流検出コイ
   ルおよび無効電流検出コイルに発生する誘導電流の差分
   を検出する差動回路と、前記差動回路の出力信号に基づ
   いて溶接欠陥の発生を検出する検出回路とを具備するこ
   とを特徴とする電縫加工装置。