JPH03254374A - 電縫管の溶接入熱制御方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電縫管の溶接入熱制御方法に関し、特に２個の
加熱装置を用いて電縫管を製造する過程における入熱制
御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は従来の電縫管の製造方法を示す模式図であり、
オープンパイプｌを高周波誘導加熱コイル２ａ内に通し
、オープンパイプ１の両側エツジ部ｌａ、　ｌａを溶融
状態になる温度まで加熱溶融し、次にスクイズロール３
，３間で両側エツジ部１ａ、　ｌａを衝合溶接させるこ
とによって電縫管を製造する。

このような高周波誘導加熱コイル２ａに通電を行うと第
５図に示す如く近接効果及び表皮効果により両側エツジ
部１ａ、、　Ｉａの電流密度が高くなり、両側エツジ部
１ａ、　ｌａの接合点４を経由して両側エツジ部１ａ、
　ｌａに沿う経路を通って流れる電流が誘起される。こ
こで接合点４では電流密度が高く、その電磁力の影響を
受けて溶鋼が流動するため、酸化傾向が大きい金属の場
合は多量の酸化物が生成され、次に、衝合溶接するとこ
の酸化物がそのまま両側エツジ部１ａ、　Ｉａ間に噛み
込まれてベネトレータ等の溶接欠陥が発生するという問
題があった。

また、溶鋼の流動によって溶鋼飛散（フラフシュ）が発
生するため、オープンパイプ１の表面に押し込み疵が生
しると共に操業上の障害を起こすという問題があった。

ペネトレータの発生を防止する方法としては、衝合溶接
部分を不活性ガスで封止し、溶鋼の酸化を防止するもの
が用いられていた。また、フラッシュの発生を防止する
方法としては、加熱温度を従来より低温とし、フラッシ
ュの発生量を減少させるものが用いられている。

しかしながら、前述の如きペネトレータを防止する方法
においては、不活性ガス封止用の装置を設置する必要が
あり、これによって作業効率が低下するという問題があ
る。また、フラッシュの発生を防止する方法においては
、加熱温度を従来より低温とするが、この温度が溶接欠
陥が発生しやすい温度領域に接近するため、安定した溶
接を行うことが困難となるという問題がある。

これらの問題を解決すべく、例えば特開昭５６−１６８
９８１号公報にて開示される如き２つの高周波加熱装置
を用いた電縫管の製造装置が用いられている。これは、
その第１の加熱装置にて溶融温度近傍まで加熱して予熱
を付与し、その後第２の加熱装置において溶融温度以上
に加熱して衝合溶接を行うものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

２つの加熱装置を用いる上述したような溶接方法では、
第１．第２の加熱装置間のエツジ部の赤熱状態により作
業者が経験的に判断して第１の加熱装置の出力を制御し
、また、溶接後のビート外観、赤熱状態及びフラッシュ
状態により作業者が同しく経験的に判断して第２の加熱
装置の出力を制御している。

このような作業者の経験的判断に基づいた制御方法では
、溶接速度を変更した場合またはオープンパイプの板厚
が変化した場合には、第１．第２の加熱装置の出力制御
を瞬時に行わなければならない。従って、作業者に熟練
度が要求されるし、疲労の原因ともなる。また、ペネト
レータ等の溶接欠陥の低減及びフラッシュの発生の防止
という効果を安定して実現できないという難点がある。

溶接点またはその近傍の温度を検出して、加熱装置の出
力を制御する方法も提案されている（特開昭５７−１５
６８８０号公報、特開昭５７−１６５１８８号公報。

特開昭５８−９７８１号公報等）。ところが、このよう
な制御方法は、第２の加熱装置における出力制御のみを
行うので、満足な制御結果を得られない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、２個
の加熱装置を用いて電縫管を製造する際に、作業者の作
業負荷を軽減すると共に、溶接欠陥の低減及びフラッシ
ュの発生の防止を安定して実現できる電縫管の溶接入熱
制御方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る電縫管の溶接入熱制御方法は、オーブンパ
イプの相対向する両側エツジ部を、第１の加熱装置及び
第２の加熱装置にて順次加熱して溶融し、スクイズロー
ルによって衝合溶接することにより電縫管を製造する過
程において、前記第１の加熱装置と前記第２の加熱装置
との間に配置した第１の温度計の検出結果に基づいて前
記第Ｉの加熱装置の出力を制御し、溶接点またはその近
傍に配置した第２の温度計の検出結果と前記第１の温度
計の検出結果とに基づいて前記第２の加熱装置の出力を
制御することを特徴とする。

〔作用〕

本発明の電縫管の溶接入熱制御方法にあっては、第１の
加熱装置と第２の加熱装置との間に第１の温度計を配置
すると共に、溶接点またはその近傍に第２の温度計を配
置する。そして、第１温度計の検出結果に基づいて所定
の予熱温度が得られるように第１の加熱装置の出力を制
御し、第１温度計及び第２温度計の検出結果に基づいて
所定の溶接温度が得られるように第２の加熱装置の出力
を制御する。

〔実施例〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に
説明する。

第１図は、本発明の制御方法を用いた電縫管の製造過程
の実施状態を示す模式図であり、図中３はスクイズロー
ル、１はオープンパイプを示している。アンコイラ１１
によって巻きもどされた帯鋼１０は、ルーパ１２を通過
した後成形機１５によって管状に成形されてオーブンパ
イプ１となる。成形機１５の作業経路上流側には、帯鋼
１０の板厚を測定する板厚計１３が配設されている。板
厚計１３は、帯鋼１０に上下に接触するロールの間隔を
測定して板厚を測定する構成になっており、検出された
測定値は板厚信号変換装置１４にてアナログの板厚信号
ｔ８に変換され、その板厚信号ｔ、は計算機２６に出力
される。なお、板厚計１３として、放射線、超音波など
を利用した非接触方式の板厚計を用いても良い。

オープンパイプ１は、第１の加熱ワークコイル１６、第
２の加熱ワークコイル１８によって、そのエツジ部１ａ
、　ｌａが順次加熱された後、スクイズロール３によっ
て圧接されてパイプ３０となる。ここで、第１の加熱ワ
ークコイル１６はエツジ部１ａ、　ｌａを予熱温度まで
加熱し、第２の加熱ワークコイル１８はエツジ部１ａ、
　ｌａを溶接温度まで加熱する。第１の加熱ワークコイ
ル１６．第２の加熱ワークコイル１８は、夫々第１の加
熱電源１７．第２の加熱電源１９から電圧供給を受けて
いる。これらの各加熱電源１７８１９からワークコイル
１６．１８に供給される電圧は、計算機２６から出力さ
れる制御電圧信号Ｖ　ｉ　（１１＋　Ｖ　ｉ　（Ｚ）に
より制御される。そして、第１の加熱ワークコイル１６
及び第１の加熱電源１７により第１の加熱装置が構成さ
れ、第２の加熱ワークコイル１８及び第２の加熱電源１
９により第２の加熱装置が構成されている。

ワークコイル１６とワークコイル１８との間には、第１
の温度計２０が配置されている。また、溶接点またはそ
の近傍には、第２の温度計２２が配置されている。これ
らの温度計２０．２２には二色温度計または放射温度計
等の光学温度計を使用できる。

また、これらの光学温度計を使用する際に、高周波ノイ
ズ等を防止するために、イメージファイバを使用しても
良い。各温度計２０．２２にて検出された測定値は温度
信号変換装置２１．２３にてアナログの温度信号Ｔ、。

）ｌ　Ｔ□２．に変換され、その温度信号Ｔ　ｉ　（１
）　＋　Ｔ　ｉ　（Ｚ）は計算機２６に夫々出力される
。

スクイズロール３の作業経路下流側には、パイプ３０の
製管速度を測定する速度計２４が設けられている。速度
計２４は、接触するロールの回転数をパルスジェネレー
タを用いて測定することにより速度を検出する構成をな
し、検出された測定値は速度信号変換装置２５にてアナ
ログの速度信号Ｖ、に変換され、その速度信号Ｖ、は計
算機２６に出力される。なお、成形ロールの回転数を測
定して製管速度を検出しても良い。

計算機２６には、製管情＠（製造されるパイプ３０の外
径、肉厚、材質等）が、製管情報入力装置２７を介して
入力される。また計算機２６には、目標温度（目標予熱
温度Ｔ０゜２．目標溶接温度Ｔ。、２））が、目標温度
入力装置２８を介して入力される。計算機２６は、これ
らの製管情報、目標温度、板厚信号変換装置１４からの
板厚信号、温度信号変換装置２１、２３からの温度信号
、速度信号変換装置２５からの速度信号に基づいて、後
述する手順にて、加熱電源１７．１９における制御出力
（制御電圧）を演算し、これを加熱電源１７．１９に出
力する。

次に、計算機２６における演算内容について説明する。

第２図はこの演算内容を示すフローチャートである。以
下の動作説明においては、（板厚及び溶接速度に変化が
ない場合）、（溶接速度が変化した場合）、（板厚が変
化した場合）について、夫々の場合における演算手順に
ついて説明する。

第２図における各文字の内容は、以下の通りである。

（以　　　下　　余　　　白　） ■　＝溶接速度信号　Ｖｉ−１’前回の溶接速度信号ｄ
ｖ　：溶接速度不感帯　ｔ、：板厚信号ｊｉ−１：前回
の板厚信号　ｄｔ　：板厚不感帯Ｔ、。、：第１の温度
計２０の温度信号Ｔｉ（２）’第２の温度計２２の温度
信号Ｔ０゜、：目標予熱温度　Ｔｏ（２１：目標溶接温
度Ｖ＝ｕ＋’第１の加熱電源１７への制御電圧信号Ｖｉ
−１＋Ｉミー１＋Ｉド電源１７への前回の制御電圧信号
Ｖ、＋ｚ＋’第２の加熱電源１９への制御電圧信号■ｉ
−１＋２１：第２の加熱電源１９への前回の制御電圧信
号ＫＰ（１）：予熱温度比例定数〔第１の加熱電源１７
〕Ｋｌ（１１’予熱温度微分定数〔第１の加熱電源１７
〕Ｋ１１＋１１’予熱温度積分定数〔第１の加熱電源１
７３ＫＦ（２１：溶接温度比例定数〔第２の加熱電源１
９〕Ｋ１（ｚ＋：溶接温度微分定数〔第２の加熱電源１
９〕Ｋｏｔｚ、：溶接温度積分定数〔第２の加熱電源１
９〕Ｋｖｕ＞’速度変動補償定数〔第１の加熱電源１７
〕Ｋ□２．：速度変動補償定数〔第２の加熱電源１９〕
Ｋｔｏ、：板厚変動補償定数〔第１の加熱電源１７〕Ｋ
ｔ、２．：板厚変動補償定数〔第２の加熱電源１９〕（
板厚及び溶接速度に変化がない場合〉まず、溶接速度信
号Ｖ、が速度信号変換装置２５から計算機２６内へ取り
込まれ（ステップＳｌ）　、Ｖｉと前回値ｖ、−１との
差ΔＶ、が算出される（ステップＳ２）。Δ■、が溶接
速度不感帯ｄｖより大きくないので（ステップＳ３　：
　Ｎｏ）、プロ・ツク■へ進む。

板厚信号ｔ、が板厚信号変換装置１４から計算機２６内
へ取り込まれ（ステップＳ４）　、ｔ、と前回値ｔ、−
１との差Δｔ、が算出される（ステ・ノブＳ５）。Δｔ
。

が板厚不感帯ｄｔより大きくないので（ステ・ンプＳ６
　：　Ｎｏ）、ブロック■へ進む。

ブロック■では、第１の温度計２０の温度信号Ｔ、、、
。

が温度信号変換装置２１から取り込まれる（ステ・ノブ
Ｓ７）と共に目標予熱温度Ｔｏｎ＋が目標温度人力装置
２日から取り込まれ（ステ・ノブＳ８）、両者の差ΔＴ
、。、が算出される（ステップＳ９）。計算機２６には
予め予熱温度制御定数Ｋｐ（１）、　Ｋ＋（Ｂ、　ＫＯ
（＋１が入力されている（ステップＳＩＯ，Ｓｌｌ、５
１２）。これらの各予熱温度制御定数ＫＦ＋１）ｌ　Ｋ
１１ｌ、、Ｋ１１＜１１は予め計算されるか、または経
験的に定められており、パイプの外径、板厚、材質、溶
接温度毎に区分化されている。これらの制御定数、差Δ
Ｔ＝ｍ前回の差ΔＴｉ−１＋Ｉｆ前々回の差ΔＴｉ−２
（１１に基づき、下記（１）式に示すように、第１の加
熱電源１７における変更制御電圧ΔＶ、（１）を演算す
る（ステップ５１３）。

ΔＶ＝　＋１１　＝　ＫＰ（。（ΔＴ８．．−ΔＴｉ−
１＋１１）＋Ｋｚｎ’ΔＴ、、、＋ Ｋｎｕ＋　（ΔＴ＝＜＋＋　　２ΔＴｉ−１（１）＋Δ
Ｔｉ−２Ｎ）］・・・（１） 次に、ブロック■に進む。ブロック■では、第２の温度
計２２の温度信号Ｔｉ（２）が温度信号変換装置２３か
ら取り込まれる（ステップ５１４）と共に目標溶接温度
Ｔｏ＜２＋が目標温度入力装置２８から取り込まれ（ス
テップ５１５）、両者の差ΔＴ　＝　＋Ｚ）が算出され
る（ステップ３１６）。第２の温度計２２の温度信号Ｔ
□２．と第１の温度計２０の温度信号Ｔ、、、、との差
を温度信号Ｔ＝ｔｚ、にて除した値α、を算出する（ス
テップ５１７）。α；　（＝　（Ｔ＝＋。−Ｔ＝＋ｕ）
／Ｔ：＋ｚ＋）は、溶接部において必要とされる温度に
対する第２の加熱装置によって昇温させるべき温度の比
を表す。計算機２６には予め溶接温度制御定数Ｋ　Ｆ　
（２１＋　　Ｋ　Ｉ　（Ｚ）　＋　　Ｋ　Ｄ　（２）が
入力されている（ステップ５１８．５１９．５２０）。

これらの各溶接温度制御定数に□２）Ｉ　Ｋ＋ｔｚ＋＋
　ＫＤ（□、は予め計算されるか、または経験的に定め
られており、パイプの外径。

板厚、材質、溶接温度毎に区分化されている。これらの
制御定数、α、１差ΔＴｉ　（２１＋前回の差Δ丁＝−
＋。）、前々回の差ΔＴ、−１□、に基づき、下記（２
）弐に示すように、第２の加熱電源１９における変更制
御電圧ΔＶｉｆ２１を演算する（ステップ５２１）。

ΔＶｉ（２１＝αｉ　　（ＫＰ（２）　（ΔＴｉ（２１
−ΔＴｉ−１＋２１）＋Ｋｌ（Ｚ）’ΔＴ工（２）＋ ＫＤ（□、（ΔＴ１□、−２ΔＴ４−Ｂｚ＋＋ΔＴ＝−
ｚｔｚ＋）　）・・・（２） ここで、上記（２）の式では、熱拡散による第１の加熱
装置、第２の加熱装置間のエツジ部の温度低下を考慮し
ていないが、通常の溶接速度ではこの温度低下は微小で
あり、殆ど無視できる。この温度低下によって温度制御
に不都合が生じる場合には、上記（２）弐に熱伝導計算
式を導入するか、またはパイプの外径、板厚、材質、目
標予熱温度、溶接速度毎に区分化した溶接温度制御定数
を、予め計算機２６内に入力させておけば良い。

ブロック■、■にて求めた変更制御電圧ΔＶｉｆ。。

ΔＶｉ（２＋を、前回の制御電圧信号Ｖｉ−１（１）　
＋　Ｖ　ｉ−１＋Ｚ）に加えて、今回の制御電圧信号■
ｉ　＋１１　＋　Ｖ　ｉ　（□、を算出しくステップ５
２２）、各加熱電源１７．１９に出力する（ステップ５
２３）。

（溶接速度が変化した場合） ブロック■のステップＳ３において、差ΔＶ、が溶接速
度不感帯ｄｖより大きくなるので（ステップＳ３：ＹＥ
Ｓ）　、ブロック■へ進む。外径、板厚、材質、溶接速
度により区分化された第１の加熱電源１７用の速度変動
補償定数ＫＶＣ１１が、計算機２６に予め人力されてお
り（ステップ５２４）、補償定数に□１゜と差ΔＶｉ　
とにより下記（３）式のように、第１の加熱電源１７に
おける変更制御電圧ΔＶ、。、を演算する（ステップ５
２５）。

ΔＶ　ｉ　（＋＋　＝　Ｋ　ｖ　＜。・Δ■１　　　　
　・・・（３）次に、ブロック■へ進む。外径、板厚、
材質溶接速度により区分化された第２の加熱電源１９用
の速度変動補償定数Ｋ　Ｖ　（２１が、計算機２６に予
め入力されており（ステップ５２６）、補償定数ＫＶ（
２）と差Δ■、と前回の比α、−１とにより下記（４）
式のように、第２の加熱電源１９における変更制御電圧
ΔＶ　＝　＜ｔ、を演算する（ステップ５２７）。

ΔＶｉ１２１＝αｉ−１’　Ｋｖ（２１’Δｖ　、　　
−（４）以上のようにして演算された変更制御電圧Δ■
、。、。

ΔＶｉ（Ｚ）が、前回の制御電圧信号Ｖｉ−１＜１１＋
　　Ｖｉ−１（Ｚ）に加えられて、今回の制御電圧信号
Ｖ　ｉ　（１１＋　　Ｖｉ　（２１が算出され（ステッ
プ５２２）、各加熱電源１７．１９に出力される（ステ
ップ５２３）。

（板厚が変化した場合） ブロック■のステップＳ６において、差Δｔ、が板厚不
感帯ｄ１より大きくなるので（ステップＳ６：ＹＥＳ）
、ブロック■へ進む。外径、板厚、材質、溶接速度によ
り区分化された第１の加熱電源１７用の板厚変動補償定
数Ｋ　ｔ　（１１が、計算機２６に予め人力されており
（ステップ５２８）、補償定数Ｋｔ（１）と差Δｔ、と
により下記（５）式のように、第Ｉの加熱電源１７にお
ける変更制？Ｉｌ電圧Δ■、。、を演算する（ステップ
５２９）。

ΔＶ、。）　＝Ｋ　ｔ　（１）・Δｔ１　　　　　・・
・（５）次に、ブロック■へ進む。外径、板厚、材質。

溶接速度により区分化された第２の加熱電源１９用の板
厚変動補償定数にい２〉が、計算機２６に予め入力され
ており（ステップ５３０）、補償定数にい２．と差Δｔ
、と前回の比α、−１とにより下記（６）式のように、
第２の加熱電源工９における変更制御電圧ΔＶｉ（２）
を演算する（ステップ５３１）。

Δ■□、２〉＝αｉ−１・Ｋ　ｔ　（ゎ・Δ１．　　・
・・（６）以上のようにして演算された変更制御電圧Δ
■ｉ＋１１＋ΔＶｉＨ）が、前回の制御電圧信号Ｖｉ−
１＋１）＋　Ｖｉ−１（。

に加えられて、今回の制？１ｌｌｉｉ圧信号Ｖ、。＋＋
　　Ｖｉ＋Ｚ）が算出され（ステップ５２２）、各加熱
電源１７．１９に出力される（ステップ５２３）。

本発明による制御方法と、従来の制御方法（目視にて温
度の制御を行う）とにおいて電縫管を製造した際の予熱
温度、溶接温度、板厚の変化について説明する。第３図
はこの結果を示すものである。本発明例、従来例共に、
パイプサイズは外径が５０．８ｍ、板厚が５．０１１で
あり、材質はＣ：０．１６％Ｍｎ　：　０．５０％、　
Ｓｉ　：　０．１３％を含む炭素鋼であり、目標予熱温
度は７８０℃であり、目標溶接温度は１５００℃であり
、溶接速度は一定の６０ｍ／分である。

従来例では、チャート中央部において板厚が急激に厚く
なったことに応して、予熱温度、溶接温度が共に低下し
ている。これは、板厚変化に対して溶接作業者が第１及
び第２の加熱装置の出力制御を同時に而も迅速に行なえ
ないからである。また、板厚変化が少ないチャート前半
部及び後半部にあっても、予熱温度及び溶接温度の目標
値に対する振れ幅が何れも±２０℃前後であって、不安
定である。従って、溶接欠陥の個数も０．３５個／ｍと
多く認められた。

一方本発明例では、チャート中央部において板厚が急激
に変化しても、予熱温度及び溶接温度の変化は殆ど見ら
れず、迅速な制御が実現されている。また板厚変化が少
ないチャート前半部及び後半部では、各目標値に対する
予熱温度及び溶接温度の振れ幅は何れも±１０℃前後で
あって、極めて安定している。

従って、溶接欠陥の個数も０．０５個／ｍとなり、従来
例に比べて大幅に減少する。

また、溶接速度を変更させて本発明の制御方法を実施し
、予熱温度及び溶接温度を測定した。この場合における
予熱温度及び溶接温度の詳しい温度変化は図示省略する
が、この場合にあっても、溶接速度変更に対する両者の
温度変化は殆ど見られず、溶接欠陥の個数も少なかった
。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明の制御方法では、第１゜第２の
加熱装置間に設けた第１の温度計の測定値に基づいて第
１の加熱装置の出力を制御し、溶接点またはその近傍に
設けた第２の温度計の測定値及び第１の温度計の測定値
に基づいて第２の加熱装置の出力を制御するので、ペネ
トレータ等の溶接欠陥の低減及びフラッシュの発生の防
止を安定して実現でき、作業者の作業負荷を軽減でき、
作業者の個人差による制御のバラツキをなくすことがで
きる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法を用いた電縫管の製造過程の
実施状態を示す模式図、第２図は本発明の制御過程を示
すフローチャート、第３図は本発明例と従来例とにおけ
る制御結果を示す図、第４図、第５図は従来の電縫管の
製造方法を示す模式％式％ １６・・・第１の加熱ワークコイル　１７・・・第１の
加熱電源　１８・・・第２の加熱ワークコイル　１９・
・・第２の加熱電源　２０・・・第１の温度計　２２・
・・第２の温度計２６・・・計算機　３０・・・パイプ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、オープンパイプの相対向する両側エッジ部を、第１
   の加熱装置及び第２の加熱装置にて順次加熱して溶融し
   、スクイズロールによって衝合溶接することにより電縫
   管を製造する過程において、 前記第１の加熱装置と前記第２の加熱装置 との間に配置した第１の温度計の検出結果に基づいて前
   記第１の加熱装置の出力を制御し、溶接点またはその近
   傍に配置した第２の温度計の検出結果と前記第１の温度
   計の検出結果とに基づいて前記第２の加熱装置の出力を
   制御することを特徴とする電縫管の溶接入熱制御方法。