JPH0241399B2

JPH0241399B2 -

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Publication number: JPH0241399B2
Application number: JP4898381A
Authority: JP
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1990-09-17
Also published as: JPS57165188A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電縫管の溶接制御方法に関し、特に突
き合せ溶接すべき溶接面の温度分布の不均一性に
起因する溶接欠陥の発生を防止し、溶接品質の高
い電縫管の製造を可能とする電縫管の溶接制御方
法を提案したものである。

電縫管は金属帯をその両縁が相対向するよう円
筒状に曲成し、その両縁をコンタクトチツプから
の高周波通電（又は電導コイルからの高周波誘
導）によつて加熱溶融しつつスクイズロール間に
導いて側圧を加え、両縁を相互に突き合せ溶接す
ることによつて連続製造される。このようにして
製造される電縫管の溶接品質を高めるうえで溶接
条件、特に入熱制御は極めて重要な管理項目とさ
れており、旧来は熟練作業者が溶接部の火色、溶
接ビード外観等を監視し、経験的に諸条件を設
定、調整することが行なわれていた。しかし最近
では個人差が生じる上述の如き人的監視による方
法に替つて、自動制御システムも多々試みられる
ようになつていた。このような方法の一つとして
溶接後のシーム部温度を２色温度計、放射温度計
等の非接触型温度計にて測定し、この測定値を目
標値に一致させるべく入熱を制御する方法があ
る。しかしこの方法は測温対象位置がシーム部で
あるが、このシーム部温度は溶接品質を直接的に
代表しているとは言い難く制御精度が十分でない
という欠点があつた。

本出願人は上述の如き欠点を解消すべく研究を
重ねた結果、測温対象位置としてシーム部ではな
く、溶接前における金属帯の縁部とすることが、
溶接品質をより直接的に代表し得ることを知見
し、既にこの技術について出願を行なつた（特願
昭55−154505号）。ただこの方法は測温対象とし
て金属帯の縁部、特にそのエツジ部付近の金属帯
外周面を選定しているが、この部分は直接突き合
せ溶接される部分ではなく、しかも例えばそのエ
ツジ部と、直接突き合せ溶接されるべき部分であ
る縁部端面との間には現実に第１図に等温線で示
す如き温度のばらつきが存在する。第１図はオー
プンパイプOPの縁部とコンタクトチツプCTとの
摺接点Ａ（以下給電点という）から両側縁部が相
接する点Ｏ（以下溶接Ｖ点という）に達する間に
おける縁部端面EFの温度分布を等温線にて表わ
した図である。第１図から明らかな如く、縁部の
うちエツジ部では縁部に供給される高周波電流の
表皮効果のために縁部端面EF中央部よりも温度
が高く、エツジ部近傍に対する温度管理のみでは
冷欠陥を確実に防止することは難しいことが解
る。

本発明はかかる知見に基いてなされたものであ
つて、その目的とするところは、突き合せ溶接す
べき金属帯の縁部端面における肉厚方向の温度分
布を求めてそのうちの最低温度を検出し、この最
低温度を示す部分で突き合せ点、即ち溶接Ｖ点に
達した時点で予め定めた冷欠陥を生じないための
下限温度以上となるように溶接入熱等の溶接条件
を制御することにより、溶接欠陥の少ない高品質
の電縫管を製造することを可能とする溶接制御方
法を提供するにある。

本発明に係る電縫管の溶接制御方法は、連続給
送される金属帯を曲成してなるオープンパイプの
対向端面を加熱溶融させ、溶融端面同士を突き合
せ溶接して電縫管を連続製造する過程において、
突き合せ溶接すべき対向端面の肉厚方向の温度分
布を給電部と溶接Ｖ点との間の位置で検出し、そ
の温度分布中の最低温度が予め定めた基準値より
低い場合は、最低温度を示す部分が溶接Ｖ点に達
した時点で予め定めた下限温度以上となるよう溶
接条件を制御することを特徴とする。

以下先ず本発明に係る電縫管の溶接制御方法
（以下本発明方法という）の原理について説明す
る。

縁部端面にその肉厚方向に第１図に示す如き温
度のばらつきのあるオープンパイプOPの両縁部
同士をスクイズロールにて衝合溶接したとき、そ
の溶接部に冷欠陥を生じさせないためには、縁部
端面の温度を例えばＡ〜Ｏ間の中間点Ｂ点におい
て測定し、測定点での肉厚方向の温度パターンを
求めて最低温度を検出し、この最低温度を示す部
分が溶接Ｖ点に達した時点で冷欠陥を生じさせな
いための下限値以上の温度となるよう縁部に対す
る入熱制御或いは溶接速度等を制御すればよいこ
ととなる。即ち、第１図のＢ点にて測定した縁部
端面EFの肉厚方向の温度分布が第２図に示す如
きものであつたとする。第２図のグラフは横軸に
温度を、また縦軸に縁部端面の肉厚方向の各位置
をとつて示してあり、このグラフから明らかな如
く、内、外周面寄りのエツジ部の温度は高いが、
肉厚方向の中央に向うに従つて温度が低下し、略
中央において最低温度ｔとなることを示してい
る。この場合は最低温度ｔを示す部分が、溶接Ｖ
点Ｏに達したとき、冷欠陥を生ぜしめない最低温
度以上となればよいこととなる。ところで縁部端
面における或る部分が給電点Ａから測定点Ｂを経
て溶接Ｖ点Ｏに至る過程での温度の上昇推移は一
般に第３図に示す如くに表わせる。第３図のグラ
フは横軸にオープンパイプOPの最低温度が給電
点Ａから溶接Ｖ点Ｏに至る間の位置を、また縦軸
には温度をとつて示している。グラフ中実線Ｆは
温度上昇曲線を、また一点鎖線は冷欠陥を発生さ
せないために溶接Ｖ点Ｏにおいて必要とされる下
限温度Ｔを示している。従つてグラフから明らか
な如く、溶接Ｖ点ＯにおいてオープンパイプOP
の縁部端面の温度が下限値T₀以下とならないた
めには測定点Ｂにおいてt₀（以下基準値という）
以下の場合に温度制御要素を操作し、溶接Ｖ点Ｏ
にて下限値T₀以上になるよう制御する必要があ
る。温度上昇曲線Ｆは通常溶接入熱Ｈ、溶接速度
Ｖ、肉厚Ｄの関数としてＦ＝ｆ（Ｈ、Ｖ、Ｄ）で
表わされるから、最低温度の温度は溶接入熱Ｈ、
換言すれば通流電流値、或いは溶接速度Ｖを変え
ることによつて制御し得ることとなる。

以下本発明方法を実施する装置についてその具
体的構成を説明する。第４図は本発明方法を実施
する装置の全体の構成を示す模式図、第５図は温
度パターン測定装置の要部の構成を示すブロツク
図であり、図中OPはオープンパイプであつて両
縁部を相対向せしめた円筒状に曲成してなりその
両縁部をコンタクトチツプCT（又は誘導コイル）
に摺接せしめつつスクイズロールSRに向けて移
動し、加熱溶融せしめた縁部同士を衝合溶接せし
めて電縫管Ｒとして後工程に向け白抜矢符方向に
送出されてゆくようになつている。１は温度パタ
ーン測定装置であつて、イメージガイド６を介し
給電点Ａから溶接Ｖ点Ｏに至る間の中間の適所に
おける片側の縁部端面EFの肉厚方向温度分布を
検出し、これに基いて最低温度を求めてこれを予
め設定されている基準値と比較し、最低温度が基
準値よりも低い場合は最低温度を示す部分が溶接
Ｖ点Ｏに達した時点で少なくとも下限値T₀以上
となるよう高周波電源制御回路８に対して指令信
号を発し、該回路８をして電源９からコンタクト
チツプCTへの通電量を設定し、また溶接速度を
決定する成管ミル駆動用のモータ（図示せず）に
指令信号を発し、モータ回転数を設定する等、溶
接条件を設定制御する。

次に温度パターン測定装置１の構成を第５図に
基き説明する。イメージガイド６の対物側端末は
オープンパイプOPにおける給電点ＡからＶ点Ｏ
に至る間の中間の片側縁部端面EFを少なくとも
その肉厚方向の全面にわたつて視野内に収め得る
よう配設されている。イメージガイド６の他端は
レンズ７に臨ませてあり、撮像装置１１，１２，
１３はこのレンズ７を介してイメージガイド６の
対物側端末が臨む部分の視野を撮像するようにな
つている。

撮像装置１１はレンズ７と光軸を一致させてあ
り、両者間にはレンズ７側からハーフミラ２０及
び光学フイルタ２１がこの順序で夫々光軸に対し
45゜の角度をなして配設されている。イメージガ
イド６を経てレンズ７を透過した光の一部はハー
フミラ２０にて反射され、その反射面と平行的に
配された平面境２３にて更に反射され、その光軸
を撮像装置１１の光軸と平行にした撮像装置１３
に至るようにしてある。ハーフミラ２０を透過し
た光は光学フイルタ２１に至るが、このフイルタ
は透過波長成分のピーク波長がλ₁である干渉フイ
ルタであり、これを透過した光は撮像装置１１に
至り、また光学フイルタ２１を透過しなかつた光
はその入射面で反射されるが、反射光路中には光
学フイルタ２１と平行に光学フイルタ２２が配さ
れている。該光学フイルタ２２は反射波長成分の
ピーク波長がλ₂（λ₁＜λ₂）である干渉フイルタで
あつて、これに反射された光は、撮像装置１１，
１３の光軸とその光軸を平行にした撮像装置１２
に至るようにしてある。

撮像装置１３はオープンパイプOPの溶接面の
形状を捉えるために設けたものであつてビジコン
等を撮像管として用いた通常のカラー用又は白黒
用のテレビカメラが用いられる。これに対して撮
像装置１１，１２は後述の如き２色温度演算を行
なわせるための情報を得べく設けたものであつ
て、イメージデイセクタ等ランダム走査が可能な
光電変換素子を用いている。

以上のように各撮像装置１１，１２，１３は
夫々異なる光路を経て入射される、異なる波長成
分の光を捉えることになるが、その撮像視野はい
ずれも同一となるように予め調整しておく。

さて撮像装置１１，１２はいずれもカメラヘツ
ド部１１０，１２０とそのコントロールユニツト
１１１，１２１とからなり、例えば浜松テレビ(株)
製ランダムアクセスカメラC1181が使用される。
そしてコントロールユニツト１１１，１２１は共
通の演算装置３に接続されている。

演算装置３はＸ方向（水平方向）の走査のため
のＸ偏向信号及びＹ方向（垂直方向）の走査のた
めのＹ偏向信号を発し、これをカメラコントロー
ルユニツトに与える走査信号発生部３１と、コン
トロールユニツト１１１，１２１が夫々発するビ
デオ信号VD１，VD２を取込む信号処理部３２
とからなる。

ビデオ信号VD１及びVD２は、両撮像装置が
同一視野を有するように調節され、且つ共通のＸ
偏向信号及びＹ偏向信号を与えられているので、
撮像視野の同じ位置から発せられた光のうちの波
長λ₁、λ₂を夫々主成分とする光のエネルギーに対
応した電気変換信号となつている。

斯かるビデオ信号VD１及びVD２は積分器３
２０１及び３２０２へ入力され、Ｘ方向又はＹ方
向の主走査１回につき１回夫々の積分値がＡ／Ｄ
（アナログ／デイジタル）変換器３２１、及び３
２２によりデイジタルデータに変換されて演算部
３２３へ取込まれる。演算部３２３はＡ／Ｄ変換
器３２１，３２２から取込んだデータに基いて次
のような２色温度演算を行なう。即ちある時点に
おけるビデオ信号VD１，VD２のレベルはその
時点での撮像装置１１，１２の走査位置たるオー
プンパイプOPにおける縁部端面EF位置（Ｘ、
Ｙ）の波長λ₁、λ₂に各対応する放射エネルギーの
値に相当し、これをＡ／Ｄ変換して得たデータε₁
（Ｘ、Ｙ）及びε₂（Ｘ、Ｙ）は上記放射エネルギー
に対応する値となつている。従つてこのデータを
用いて２色温度演算を行なうことにより位置
（Ｘ、Ｙ）の温度Ｔ（Ｘ、Ｙ）〔゜Ｋ〕が求められ
ることになる。即ち両者のエネルギー比と温度Ｔ
（Ｘ、Ｙ）との関係は波長λ₁、λ₂を適宜に選択す
る場合は実用上直線近似できるから、演算部３２
３に下記２色温度演算式(1)を逐次実行させる。

Ｔ（Ｘ、Ｙ）＝αε₁（Ｘ、Ｙ）／ε₂（Ｘ、Ｙ）＋
β…(1) 但し、α、βはλ₁、λ₂にて定まる定数なお、λ₁、λ₂の値は撮像装置１１，１２を構成
するカメラヘツド部１１０，１２０として用いる
光電変換素子の分光感度特性と、オープンパイプ
OPの縁部端面の温度とに応じて適当に選択され
る。本発明に用いる装置では、λ₁、λ₂として可視
域から近赤外迄の波長を用いるからイメージガイ
ド６により伝導損失が生じる問題がなく劣悪な周
囲雰囲気の影響を回避できる。

演算部３２３は上述の如き２色温度演算を積分
器３２０１，３２０２の１回の積分につき１回行
なう。即ち、主走査１回につき１回の演算を行な
い、その主走査線領域の平均的温度を求める。そ
してこの温度を画像メセリ４１へ出力する一方、
管進行方向を主走査方向とする温度測定が１画面
分行なわれる間、演算を逐次比較し、その画面に
ついての最低温度を求め、これを高周波電源制御
回路８に出力するようにしてある。

４は画像合成装置、５はCRTよりなる映像表
示装置である。画像合成装置４は第６図に示す如
き形態で映像表示装置５に映像を表示させるべく
撮像装置１３（撮像装置１１，１２同様カメラヘ
ツド部１３０及びコントロールユニツト１３１か
らなる）から得られるビデオ信号と、前記演算装
置３の演算部３２３による温度パターン演算結果
と合成するものである。

映像表示装置５のラスタは第６図に示す如く３
領域に分割されており、まずその１はラスタの右
側約1/4と下側約1/4を除く左上側の画像表示部５
１であつて、測温点付近の縁部端面EFの画像を、
撮像装置１３からのビデオ信号に依り表示する。

次に右側の領域はオープンパイプOPの撮像視
野内における縁部端面EFの肉厚方向温度分布を
ドツト表示すると共に、そのレベルを示す目盛と
なる縦線を表すＹ方向分布表示部５２である。

前記映像表示部５１中に示された２本の縦線Ｘ
＝X₁及びＸ＝X₂はＹ方向分布表示部５２に示さ
れる温度分布のサンプリング対象となつた領域の
左右限（上下限は映像表示部５１の上下限）を示
すカーソル線であつて表示部５２中に示されるド
ツトは、そのドツト位置のＹ座標でのＸ＝X₁〜
X₂の間の代表温度を示す。この代表温度はその
Ｙ座標でのＸ＝X₁〜X₂間を走査して得たビデオ
信号VD１，VD２のこの間の積分値をＡ／Ｄ変
換したもの夫々をε₁、ε₂として(1)式により２色温
度演算したものである。

次に下側の領域はオープンパイプOPの縁部端
面EFの撮像視野内における肉厚方向中央部の軸
長方向（管進行方向）温度分布をドツト表示する
と共に、そのレベルを示す目盛となる横線を表す
Ｘ方向分布表示部５３である。

前記映像表示部５１中に示された２本の横線Ｙ
＝Y₁及びＹ＝Y₂はＸ方向分布表示部５３に示さ
れる温度分布のサンプリング対象となつた領域の
上下限（左右限は映像表示部５１の左右限）を示
すカーソル線であつて、表示部５３中に示される
ドツトは、そのドツト位置のＸ座標でのＹ＝Y₁
〜Y₂の間の代表温度を示す。この代表温度は上
述した表示部５２中のものと同様である。

なお積分器３２０１，３２０２を用いることな
く、Ｘ＝X₁〜X₂間（又はＹ＝Y₁〜Y₂間）のビデ
オ信号VD１，VD２を主走査１回につき複数位
置でサンプリングして得たデータを演算部で各積
算し両積算値にて２色温度演算してもよい。

而して画像合成装置４は叙上の如き形態での表
示を可能とするものであつて例えば次のように構
成が採られる。いま走査信号発生部３１が、第７
図に示す如くＸ＝X₁及びＸ＝X₂の間の領域を、
主走査方向をＸ方向、副走査方向をＹ方向とする
偏向信号と、Ｙ＝Y₁及びＹ＝Y₂の間の領域を、
主走査方向をＹ方向、副走査方向をＸ方向とする
偏向信号とを交互的に発するように設定したもの
とする。信号処理部３２は走査信号発生部３１が
発する偏向信号を基に主走査方向の走査１回につ
きビデオ信号VD１，VD２を夫々積分し、両積
分値をＡ／Ｄ変換したデータにより前記(1)式の演
算を行ない、この走査１回毎に代表温度を求め
る。４１は表示部５２及び５３に割付けたデイジ
タルの画像メモリであるが、演算部３２３は主走
査方向がＸ（又はＹ）方向である間にはその走査
線のＹ（又はＸ）座標値を書込垂直（又は水平）
アドレスとして、また走査についての演算温度値
を書込水平（又は垂直）アドレスとして画像メモ
リ４１へ与え、該当アドレスにドツト表示のため
のデータを書込ませるように構成してある。なお
表示部５２，５３において温度目盛となる縦線又
は横線は別途演算部３２３に与えられるデータに
てよつて画像メモリ４１における、縦線又は横線
の表示すべき画素に相当するアドレスにその表示
のために要するデータを書込ませる。従つて温度
目盛のレンジ変更を行なわせるような場合は前記
演算温度値による書込水平（垂直）アドレスは目
盛表示のためのデータに応じて所要のシフトを行
なわせる演算を付加する必要がある。更にカラー
表示を行なわせる場合は目盛のライン表示のため
に画像メモリ４１に書込むデータと、演算結果の
ドツト表示のために画像メモリ４１に書込むべき
データとを相異せしめればよい。

一方撮像装置１３が出力するビデオ信号は画像
合成装置４のマルチプレクサ４２及び信号分離回
路４３へ入力される。信号分離回路４３は入力さ
れたビデオ信号から垂直同期信号及び水平同期信
号を取り出し、これを読出しアドレス発生回路４
４へ出力する。読出しアドレス発生回路４４は垂
直同期信号及び水平同期信号と図示しない発振回
路から入力されるクロツクパルス（水平方向画素
数又は画像メモリの水平アドレスによつてその周
期が定まる）にて画像メモリ４１からの読出しの
ためのアドレスを作成し、これを画像メモリ４１
へ与える一方、マルチプレクサ４２へ選択制御信
号を発する。読出しアドレスにて画像メモリ４１
から読出されたデータはＤ／Ａ（デイジタル／ア
ナログ）変換器４５を経てマルチプレクサ４２へ
入力される。

４６はカーソル表示信号発生回路であつて、前
記走査信号発生部３１が発する偏向信号と、信号
分離回路４３が出力する垂直、水平同期信号とに
基き、前述のＸ＝X₁、Ｘ＝X₂、Ｙ＝Y₁、Ｙ＝Y₂
の４本の直線を表示させるための信号を発生する
回路であり、発生信号はマルチプレクサ４２へ入
力される。

アドレス発生回路４４がマルチプレクサ４２へ
与える選択制御信号は映像表示装置５における表
示部５１の走査に相当する期間には撮像装置１３
から出力されるビデオ信号及びカーソル表示信号
発生回路４６の出力を選択し、表示部５２，５３
の走査に相当する期間（この間画像メモリ４１が
読出しイネーブル状態になる）は画像メモリ４１
からの読出しデータを選択し、選択した信号が映
像表示装置５へ送出されるように構成してある。
このようにして映像表示装置５に映し出される画
像が既述した第６図に示す如きものであり、その
表示部５２に表われている極小値が第２図に示さ
れている極小値ｔに対応するものである。なお第
２図と第６図では温度のスケールが逆向きとなつ
ている。

以上の如く本発明方法にあつては溶接突き合せ
されるべきオープンパイプにおける対向端面の肉
厚方向の温度分布を給電部と溶接Ｖ点との間の位
置で検出し、その温度分布中の最低温度が予め定
めた基準値より低い場合は、最低温度を示す部分
が溶接Ｖ点に達した時点で予め定めた下限温度以
上となるよう溶接条件を制御するから、オープン
パイプの縁部に通電せしめられる高周波電流によ
る表皮効果、端面効果に起因する肉厚方向中央部
の温度も確実に下限温度以上に高め得て溶接欠陥
の発生を確実に防止し、電縫管品質の大幅な向上
が図れるなど、本発明は優れた効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はオープンパイプの縁部端面の温度分布
の状態を等温線で示す模式図、第２図は温度測定
点における温度パターンの例を示すグラフ、第３
図はオープンパイプの縁部端面の温度推移を示す
グラフ、第４図は本発明方法を実施する装置の模
式図、第５図は本発明方法において用いる温度パ
ターン測定装置のブロツク図、第６図は映像表示
装置における表示形態図、第７図は走査方式の１
例を示す説明図である。 OP…オープンパイプ、Ｐ…電縫管、CT…コン
タクトチツプ、SR…スクイズロール、EF…端
面、１…温度パターン測定装置、８…高周波電源
制御回路、９…高周波電源。

Claims

【特許請求の範囲】

１連続給送される金属帯を曲成してなるオープ
ンパイプの対向端面を加熱溶融させ、溶融端面同
士を突き合せ溶接して電縫管を連続製造する過程
において、突き合せ溶接すべき対向端面の肉厚方
向の温度分布を給電部と溶接Ｖ点との間の位置で
検出し、その温度分布中の最低温度が予め定めた
基準値より低い場合は、最低温度を示す部分が溶
接Ｖ点に達した時点で予め定めた下限温度以上と
なるよう溶接条件を制御することを特徴とする電
縫管の溶接制御方法。