JPH028625Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

本考案は、電縫鋼管の溶接制御装置に係り、特
に、電縫鋼管の溶接温度を測定し、目標温度との
偏差をフイードバツクすることによつて溶接入力
量を制御するようにした電縫鋼管の溶接制御装置
の改良に関する。 従来、溶接状態を評価・制御する方法として、
溶接温度によるものがある。即ち、この方法は、
溶接時の加熱電力量により、溶接部の溶融ビード
（以下溶接ビードという）の温度が比例的に上
昇・下降することを利用したもので、放射温度計
あるいは２色温度計を溶接部近傍に配置し、溶接
ビードの表面温度を測定し、測定して得た温度と
予め設定した目標温度との偏差をフイードバツク
することによつて、入力すべき溶接電力（溶接入
力量と称する）を補正するように制御が行われ
る。 しかしながら、このような従来の手法は、溶接
材料の融点および溶接ビード形状の変化による冷
却速度の変動、溶接電力に対する溶融量の割合の
変動、造管板厚の変動、突き合わせ形状の変動、
造管速度の変動等により、適正な溶接状態の評価
が難しいという問題があつた。 即ち、これらの変動因子の内、造管板厚の変
動、突き合わせ形状の変動、造管速度の変動等に
ついては、測定温度の変化量がある程度予測し得
るが、冷却速度の変動、溶融量の変動等について
は、予測が困難な場合が多く、そのため、測定さ
れた溶接温度と溶接入力量とが直線的に対応せ
ず、適正な溶接入力の制御が行い得ない場合が発
生していたものである。 本考案は、このような従来の問題に鑑みてなさ
れたものであつて、これまで予測が困難であつた
溶接ビード形状の変化に起因した溶接部温度の変
動状態を適確に把握することができ、適正に溶接
状態を評価・制御することが可能であり、更に
は、最適なビード形状を得るために、突き合わせ
形状の適正な調整を行わせるように発展させるこ
とのできる電縫鋼管の溶接制御装置を提供するこ
とを目的とする。 本考案は、電縫鋼管の溶接温度を測定し、目標
温度との偏差をフイードバツクすることによつて
溶接入力量を制御するようにした電縫鋼管の溶接
制御装置において、前記電縫鋼管の溶接直後の溶
接部温度を、溶接方向の少なくとも２か所以上の
点で夫々測定するための温度計測手段と、各々の
点で測定される温度の差から溶接直後の冷却パタ
ーンを把握するための判定手段と、該冷却パター
ンに応じて溶接入力量を補正するための制御手段
と、を備えることによつて上記目的を達成したも
のである。 本考案は、電縫鋼管の溶接品質が、溶接ビード
の表面の温度のみならず、溶融量の割合、ビード
形状等の変動によつても左右されるが、これらの
変動は電縫鋼管の溶接方向での異なる部位におけ
る溶接後の冷却パターンの変化として把握し得る
ことに着目してなされたものである。本考案にお
いては、この知見に基づいて、２か所以上の温度
測定点で温度を測定するようにし、該測定温度差
から冷却パターンを把握し、ビード形状等の情報
を含むこの冷却パターンに基づいて溶接入力を制
御するようにしたので、常に安定した良品質の溶
接が行える。 以下、まず本考案装置の原理から説明する。 溶接後の溶接ビードの表面温度分布は、溶接位
置では溶融した鋼の温度を示しており、ビード表
面温度は溶融鋼が凝固するまではほぼ一定の温度
を示す。これは、凝固熱が発生するためであると
考えられる。 その後溶接の際に与えられた熱は、いわゆる放
射と伝導によつて冷却されてゆくため、電縫鋼管
がライン上で移送されて、現時点での溶接位置か
ら離れてゆくに従つて温度は次第に低くなつてい
く現象が起こる。発明者等の試験の結果、この電
縫鋼管の冷却パターンは、溶接時の溶接入力量
（加熱量）、溶接した鋼の量、圧接により形成され
た溶接ビードの形状等によりある規則性を持つて
変化することが見出された。 第１図は、溶接後の表面温度分布を温度測定位
置Ｐの変化に沿つて表わしたもので、図中Ａが通
常のビード形状で最適な溶接入力が供給された場
合、Ｂが同じく通常のビード形状で過剰な溶接入
力が供給されたためにいわゆるオーバーヒートの
状態となつた場合、Ｃが同じく過少な溶接入力が
供給されたためにアンダーヒートの状態となつた
場合、ＤがＡと同じ溶接入力が供給された状態
で、ビード形状が変化した場合を夫々示してい
る。又、Ｍは実際の溶接制御に用いる温度計の設
置位置を示す一例を示している。溶接位置Ｗから
若干ずらしているのは、溶接位置Ｗでは、溶接入
力の多少にかかわらず、溶融した鋼の温度を示し
てしまうので、差が生じないためである。 同図から明らかな如く、この位置Ｍにおける温
度は、Ａの適正状態では1400℃付近となつてお
り、Ｂのオーバーヒート状態では広範囲に熱が蓄
積されるため、冷却が遅く1480℃付近となつてお
り、Ｃのアンダーヒート状態では逆にすぐに冷却
されて1320℃付近となつている。又、Ｄの適正溶
接入力が供給された状態で、ビード形状が変化し
た場合には、Ｍ位置での測定値はＣのオーバーヒ
ート状態とほぼ同じ1480℃となつている。 この例から判るように、通常のビード形状にお
いては、Ｍ位置での温度計測のみで溶接の良否を
判定することができるが、ビード形状が変化した
場合には、例えばオーバーヒートの状態と区別で
きないという事態が生じる。 しかしながら、本考案のように、Ｍ位置での測
定の他に、Ｎ位置での測定を同時に行い、その温
度差を管理することにより、ヒート状態の変動で
あるか、ビード形状の変動であるか否かを判別す
ることができる。 即ち、Ｍ位置とＮ位置での測定結果を比較する
と、第１表のようになつている。

【表】 この表から明らかな如く、適正な溶接入力が供
給された状態で、ビード形状が変化した場合、Ｍ
位置では通常のビード形状の場合は1400℃まで下
降するはずの温度が1480℃までしか温度が下降し
ていないのでオーバヒート状態と区別がつかない
が、Ｎ位置ではオーバヒート状態ならば1480℃か
ら1400℃まで下降するはずの温度が、1460℃まで
しか温度下降しておらず、明確に区別がつくこと
がわかる。即ち、オーバーヒートが原因であつた
場合には、Ｍ位置からＮ位置までの間に80℃の温
度降下が見られるはずのものが、ビード形状の異
常が原因であつた場合には僅か20℃しか降下して
いない。 従つて、本考案のように、溶接後の電縫鋼管の
２か所での温度を測定し、その温度差を管理する
ことによつて、冷却パターンを把握するようにす
れば、ビード形状の変化状態を考慮した溶接状態
の評価及び制御が可能になる。 第２図に本考案の実施例を示す。 この実施例は、電縫鋼管１０の溶接温度を測定
し、目標温度との偏差をフイードバツクすること
によつて溶接入力量を制御するようにした電縫鋼
管の溶接制御装置において、前記電縫鋼管１０の
溶接直後の溶接部温度を、溶接方向の少なくとも
２か所以上の点Ｍ，Ｎで、夫々測定するための温
度計測器１２，１４と、各々の点Ｍ，Ｎで測定さ
れる温度Tm，Tnの差T₁を演算するための演算
器１６と、該温度差T₁から溶接後の冷却パター
ンを把握するための判定器１８と、該冷却パター
ンに応じて溶接入力量を補正するための制御器２
０と、を備えたものである。 前記温度計測器１２，１４には、センサとして
２色温度計を用い、その情報をオプチカルフアイ
バ２２，２４で光電変換素子２６，２８まで導
き、温度の高低を電気信号の強弱に置き変えて測
定するものが採用されている。 前記演算器１６、判定器１８、制御器２０は、
実際は１個の制御装置３０内において、上記機能
を果すプログラムが組込まれた構成とされてい
る。この場合、前記判定器１８は、測定の結果得
られた温度差T₁が、予めいくつか記憶されてい
る冷却パターンの内どれに１番近いかを比較・判
定するようになつている。又前記制御器２０は、
測定された温度と目標温度との差を、この冷却パ
ターンに応じた係数だけ補正してフイードバツク
しつつ、溶接部Ｗでの溶接入力を制御するように
されている。 次にこの実施例の作用を説明する。 本実施例装置を用いて、小径電縫鋼管ミルにて
48.6φの造管を行つてみた時の例を以下に示す。 ２個の温度計測器１２，１４を溶接点後80mmの
位置Ｍと120mmの位置Ｎを測定するように配置し
た。なお造管速度ｖは一定である。 定常状態においては、プレート電圧Epは鋼管
の板厚ｔの変化につれて制御され、溶接ビード温
度は一定であり適正加熱に維持されている（第３
図S₁の領域）。電縫鋼管１０の中継部Ｑが到来し
た時、Ｍ点での温度Tmは急激に1400℃から1480
℃に変化した。この場合Ｎでの観測がなければ加
熱状態の変化としてのみ測定されるところである
が、Ｎ点において温度Tnを同時測定していたこ
とにより、該Ｎ点において1300℃から1460℃への
温度上昇が認められ、前記Ｑ点以降は温度差が20
℃のみとなり、ビード形状の変化として捉えるこ
とができた。 その結果、このビード形状の変化を考慮したフ
イードバツク制御がなされ、適正な溶接入力を供
給でき、最適な溶接状態を維持することができ
た。 なお、上記実施例では温度計測手段として、２
色温度計とオプチカルフアイバ、及び光電変換素
子によるものを用いていたが、本考案における温
度計測手段はこのような計測手段に限定されるも
のではなく、例えば従来公知の放射温度計等を用
いるようにしてもよい。 以上説明した如く本考案によれば、従来予測す
ることが困難であつたビード形状の変化をも考慮
した上で溶接状態の評価及び制御が可能となるた
め、より安定した状態で、且つより適正に溶接処
理を行うことができるという優れた効果が得られ
る。 更には、ビード形状を把握できるようになるた
め、突き合わせ形状を調整することによつて、適
正なビード形状を維持させるように発展させるこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の原理を説明するための、溶
接後の各位置における冷却温度分布状態を示す線
図、第２図は、本考案に係る電縫鋼管の溶接制御
装置の実施例を示す一部ブロツク線図を含む概略
斜視図、第３図Ａ〜Ｄは、夫々Ｍ，Ｎ位置におけ
る温度、溶接装置のプレート電圧、電縫鋼管の板
厚、及び造管速度を時間の経過に沿つて表わした
線図である。 １０……電縫鋼管、１２，１４……温度計測
器、１６……演算器、１８……判定器、２０……
制御器。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 電縫鋼管の溶接温度を測定し、目標温度との偏
   差をフイードバツクすることによつて溶接入力量
   を制御するようにした電縫鋼管の溶接制御装置に
   おいて、 前記電縫鋼管の溶接直後の溶接部温度を、溶接
   方向の少なくとも２か所以上の点で夫々測定する
   ための温度計測手段と、 各々の点で測定される温度の差から溶接直後の
   冷却パターンを判別するための判定手段と、 該冷却パターンに応じて溶接入力量を補正する
   ための制御手段と、 を備えたことを特徴とする電縫鋼管の溶接制御装
   置。