JPH0334431B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、溶接状況監視方法に係り、特に、高
周波加熱、電気抵抗加熱、又は誘導加熱により製
造ラインで電縫管を製造する際に用いるのに好適
な、帯状金属材を曲成し、その対向端面を連続的
に突合せ溶接して溶接金属管を製造する際の溶接
状況監視方法の改良に関する。

【従来の技術】

一般に、電縫鋼管は、素材の帯鋼の一群の成形
ロールによつて円筒状に連続成形した後、その継
目部を電気抵抗溶接法あるいは電気誘導溶接法を
用いて接合し、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
高める上において、溶接条件、特に入熱の制御
は、極めて重要な管理項目である。従来、この入
熱制御は、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して調
整することにより行われていた。 しかしながら、前記のような方法により行われ
る入熱制御は、人的監視によるものであり、個人
差が生じてしまうため、その精度に問題があつ
た。そこで、最近では前記のような人的監視によ
る制御方法に代つて自動制御機構を用いた制御方
法が種々試みられるようになつている。又、この
制御方法を行う際には、電縫管例えば電縫鋼管の
溶接部温度を測定する必要があり、従来、このよ
うな測定を電縫管の端面の温度を測定することに
より行う方法があつた。 このような方法の１つとして、例えば特開昭57
−165188で開示さた電縫管の溶接制御方法があ
る。 この溶接制御方法は、電縫管を連続製造する過
程において、突合せ溶接すべき対向端面の板厚方
向の温度分布を検出して最低温度を求め、溶接の
監視を行い、その最低温度を示す位置が、突合せ
点に予め定めた最低溶接温度以上となるように溶
接条件を制御する方法である。この方法は抵抗加
熱溶接や誘導加熱溶接で電縫管を溶接した場合
に、その加熱分布が近接効果による選択加熱とな
ることを補正しようとする方法である。 即ち、この方法は、前記電縫管が高周波抵抗加
熱又は高周波誘導加熱による選択加熱されるた
め、その端面の温度が板厚方向に温度分布を持つ
ものとなり、その最低温度が板厚の中央近傍に来
ることを考慮して前記最低温度を検出するもので
ある。

【発明が解決しようとする問題点】

ところで、電縫管の溶接部分への溶接入熱に
は、適正範囲が存在し、該溶接部分への加熱が過
多であるとオーバヒートとなり、又、加熱が過少
であるとコールドウエルドとなつてしまう。又、
前記適正範囲内においても、溶接入熱には最適値
が存在する。ところが、前記の特開昭57−165188
で開示された電縫管の溶接制御方法では、溶接部
分の温度が最低温度以上となるよう保証するだけ
であり、該溶接部分の温度の最適値を得ることが
できず、常時、溶接品質を良好に保てるとはいい
難いという問題点を有していた。 又、前記電縫管の溶接制御方法は、前記最低温
度を検出することにより溶接状況を監視するもの
で、溶接の選択加熱が端面の突合せ状態により変
わり、溶接板厚方向温度分布が変わることを監視
するものではない。更には、高周波抵抗加熱、又
は、高周波誘導加熱による突合せ面の加熱は、近
接効果、表皮効果によりなされるものであり、該
突合せ面の加熱分布がその突合せ形状に大きく左
右される。しかしながら、前記電縫管の溶接制御
方法は、前記選択加熱の結果により入熱量の評価
を行うもので、前記突合せ形状について言及して
いなかつた。例えば第７図Ａに示すように、電縫
管２０の突合される左側部分２０Ａ、右側部分２
０Ｂの位置が上下にずれた状態、あるいは同図Ｂ
に示すように各部分２０Ａ，２０Ｂの端面の上部
と下部で間隔の異なる場合には、温度、加熱の非
対称性が生ずる。このように非対称に加熱された
端面を圧接すると、同図Ａの場合には、同図Ｃに
示すような溶接状態となり、同図Ｂの前には、同
図Ｄに示すような溶接状態となる（溶接部分は図
中符号２２で示す）。いずれの溶接状態も圧接時
の強度が充分でなく、従つて、この端面突合せ形
状の適否を判定する方法が要望されたいた。 なお、本発明に関連する件術として、特公昭61
−1697で示された温度分布測定装置がある。この
装置は、電縫管の溶接ビード部等からの発せられ
る光を複数の光電変換素子が１列の配列されたリ
ニアアレイで受光して、その受光信号から温度信
号、更には温度分布を得ようとするものである。
しかしながら、この装置においては、リニアアレ
イを用いているため、溶接される対向端面の温度
分布を直線的にし得られず、温度分布を面測定し
て溶接状況を正確に得ることができないという問
題点を有していた。

【発明の目的】

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされた
ものであつて、溶接金属管の突合せ溶接部分の入
熱状況を精度良く確実に推定し、溶接状況を的確
に監視して溶接品質を向上させることができる溶
接状況監視方法を提供することを第１の目的とす
る。 又、本発明は、前記突合せ溶接部分の対向端面
の等温線から該対向端面の突合せ状況を確実に推
定し、溶接状況を的確に監視できる溶接状況監視
方法を提供することを第２の目的とする。

【問題点を解決するための手段】

本発明は、帯状金属材を曲成し、その対向端面
を連続的に突合せ溶接して溶接金属管を製造する
際に、第１図にその要旨を示すように、Ｖシエー
プ入側方向から、前記対向端面双方の溶接部分に
おける板厚方向エツジ部と板厚方向中央部の温度
分布を、イメージとして同時に検出し、検出され
た温度分布のイメージと基準温度分布イメージと
の比較、又は、当該イメージから求めた所定温度
の等温線面積のうち少なくとも一方から、前記突
合せ溶接部分への入熱状況を推定することによ
り、前記第１の目的を達成したものである。 又、本発明の実施態様は、前記入熱状況を推定
する際に、溶接条件である溶接速度、溶接Ｖシエ
ープ角度、前記金属材の検厚により、検出された
温度分布イメージを補正するようにしたものであ
る。 又、本発明は、帯状金属材を曲成し、その対向
端面を連続的に突合せ溶接して溶接金属管を製造
する際に、Ｖシエープ入側方向から、前記対向端
面双方の溶接部分における板厚方向エツジ部と板
厚方向中央部の温度分布をイメージして同時に検
出し、検出された温度分布のイメージに基づき、
前記対向端面の等温線を求め、求められた等温線
の形状に基づき、前記突合せ溶接部分に対する左
右対称性及び上下対称性を定量化して、前記対向
端面の突合せ状況を推定することにより、前記第
２の目的を達成したものである。

【作用】

溶接金属管を製造する際に、曲成された帯状金
属材の対向端面を例えば誘導加熱あるいは抵抗加
熱して行う突合せ溶接が、適正な状態で行われて
いれば、突合せられている両方の対向端面各々の
溶接部分の温度分布が等しくなる。この温度分布
が等しいことを確認するためには、両方の対向端
面の溶接部分を同時に観測し、それらの温度分布
を測定すればよい。 本発明は、以上のような知見に基づきなされた
ものであつて、以下に示すような作用を有する。 本発明においては、まず、溶接される対向端面
双方の突合せ溶接されている部分の温度分布をイ
メージとして検出する。そして、検出された温度
分布のイメージと基準温度分布イメージとの比
較、又は、該イメージから求めた所定温度の等温
線面積のうちの少なくとも一方前記突合せ溶接部
分への入熱状況を推定するようにしている。従つ
て、前記対向端面双方の突合せ溶接部分における
前記温度分布イメージの比較、又は、温度分布イ
メージの前記等温線面積を求めて、それら比較結
果又は等温線面積から入熱量等の入熱状況を推定
して、例えば溶接電流の密度の特異性に基づき生
ずる、前記対向端面双方における板厚方向の中央
部の加熱不足や、該対向端面双方の板厚方向のエ
ツジ部の加熱過多を精度良く測定することができ
る。このように入熱状況を精度良く得られるの
で、それに基づき溶接を制御すれば、溶接金属管
に最適な溶接品質を得ることができる。 なお、前記入熱状況を推定する際に、溶接条件
である溶接速度、溶接Ｖシエープ角度、前記金属
材の板厚により、検出された温度分布イメージを
補正するようにすれば、更に、温度分布の検出精
度が向上し、前記入熱状況を確実に推定すること
ができる。 ところで、前記の如く曲成された帯状金属材の
対向端面を例えば誘導加熱あるいは抵抗加熱して
突合せ溶接する際には、溶接される突合せ面に流
れる電流で該突合せ面が発熱して昇温するが、こ
の突合せ面の温度はその電流の密度に従つて上昇
する。この電流の密度は高周波電流の特質とされ
る近接効果や表皮効果によつて決定され、該近接
効果、表皮効果は帯状金属材端面の突合せ形状に
より影響を受ける。従つて、前記突合せ面の温度
分布を測定することにより、前記電流密度の分布
が推定でき、帯状金属材の端面の突合せ形状が推
定できる。 本発明は、このような知見に基づきなされたの
であつて、前記の如く検出された温度分布のイメ
ージから前記対向端面の等温線を求め、その等温
線の形状に基づき前記突合せ溶接部分に対する左
右対称性及び上下対称性を定量化して、前記対向
端面の突合せ状況例えば突合せ形状を推定する。 従つて、対向端面の加熱の適否とその端面の温
度分布により求められた突合せ形状の適否として
判定できるため、例えば前出第７図Ｃ，Ｄに示し
たような圧接時の強度が充分でない溶接を精度良
く監視することができる。

【実施例】

以下、本発明に係る溶接状況監視方法が採用さ
れた溶接監視装置の実施例について詳細に説明す
る。 この実施例は、第２図に示すように、測定対象
である電縫管２０の溶接部及びその近傍の板厚方
向及び溶接進行方向等の温度分布を光学的なイメ
ージとして測定する温度分布測定装置１０と、該
温度分布測定装置１０から出力される温度分布信
号Ｓから等温線を求めると共に、該温度分布信号
HSと設定された基準温度分布に基づき前記溶接
部分の溶接状況を判定するための画像処理装置１
２と、基準温度分布を設定するための設定器１３
と、求められた温度分布を表示するモニタ装置１
４を備えた溶接監視装置に本発明を採用したもの
である。 前記温度分布測定装置１０には、前記溶接部分
の温度分布を検出するため、突合せ溶接される両
端面を同一視野内に収まるように配置された先端
部１６と、該先端部１６で検出された温度分布を
光学的なイメージとして導くイメージフアイバ１
８が備えられている。 前記先端部１６には、前記電縫管２０を誘導加
熱する際の高周波磁界中でも使用可能な無誘導の
材料、例えばセラミツクプラスチツクを用いるこ
とができる。又、前記画像処理装置１２には、イ
メージフアイバを介して導入された光から画像信
号を作成するため、エリアアレイ型の光電素子を
用いることができる。これにより、前記両端面の
溶接状況を面測定できる。 ここで、本実施例に係る溶接監視装置を電縫管
２０の溶接部分２２付近に取付けた状態を第３図
に示す。なお、電縫管２０は矢印Ａ方向に搬送さ
れる。 第３図において、前記先端部１６は、前記電縫
管２０の溶接部分２２近傍の溶接Ｖシエープの位
置で、且つ、Ｖシエープ開口部から溶接部分２２
の方向に向けられて、溶接ビード切削用の内面バ
イトホルダ２４上に配設される。 該内面バイトホルダ２４には、溶接後の電縫管
２０に生ずる内面ビードを切削する内面バイト２
６と、前記先端部１６に繋がるイメージフアイバ
１８が配設される。又、前記バイトホルダ２４
は、適宜に固定されている内面バイトホルダ保持
機構２８により保持される。 なお、、前記イメージフアイバ１８は、前記バ
イトホルダ２４と前記内面バイトホルダ保持機構
２８に沿つて配設され、前記温度分布測定装置１
０に至る。 以下、実施例の作用について説明する。 まず、適正な溶接品質を得られる。溶接部分２
２に対する入熱量に対応した温度分布（基準温度
分布）を設定器１３に設定する。 次いで、第３図に示すように、電縫管２０が、
図示されていない高周波誘導加熱機等で加熱され
溶接部分２２で突合せ溶接されている際に、該溶
接部分２２の手前方向のＶシエープ開口部から該
溶接部分２２にかけて温度分布を先端部１６で検
出する。前記先端部１６で検出された温度分布
は、光学的なイメージとしてイメージフアイバ１
８を伝わり、温度分布測定装置１０に入力され
る。該温度分布測定装置１０は、入力された光学
的イメージの温度分布を温度分布信号HSに変換
して画像処理装置１２に入力する。該画像処理装
置１２は、入力された温度分布信号HSと予め設
定器１３で設定された基準温度分布とを比較し、
前記溶接部分２２の溶接の状況を判定する。又、
前記温度分布信号に基づき、モニタ装置１４は前
記溶接部分２２の温度分布を表示する。 以上のようにして求め、前記モニタ装置１４に
表示された温度分布の測定結果の一例を第４図Ａ
に示し、その際設定器１３に設定される適正な基
準温度分布を同図Ｂに示す。なお、図中の符号２
４は等温線を示す。 第４図Ａは、溶接部分２２に対する双方の対向
端面２３Ａ，２３Ｂの温度分布を示しており、図
中の1500℃以上の部分、1400℃の等温線及び1300
℃の等温線で示される温度分布から、1500℃以上
の部分が前記対向端面２３Ａ，２３Ｂにおいて非
対称に存在することがわかる。又、上下の温度分
布を観察しても、右側対向端面２３Ｂの上部が高
いことがわかる。一方、第４図Ｂに示す基準温度
分布は、1500℃以上の温度領域が左右対象に存在
する温度分布であり、上下も対称である。従つ
て、第４図Ａに示した測定例は、両対向端面２３
Ａ，２３Ｂの中央部及び溶接部分２２においては
基準に対して適正な温度が得られているが、右側
対向端面２３Ｂ上部が加熱大であり、右側下部が
加熱小であり、適正な溶接品質が得られていない
ことがわかる。 以上のようにして温度分布を測定することによ
り、溶接部分２２への入熱量がわかり、前記電縫
管２０の継目部の溶接品質の監視を精度良く行う
ことができる。 ここで、電縫管の溶接品質を代表する温度を、
従来の温度計で測定した場合と、本発明法により
測定した場合とを比較した結果を第５図に示す。
従来の温度計により温度測定した場合には、第５
図Ａから、外乱、特に電縫管の成形形状の変動
が、溶接部分の外面温度の変動となつて現われて
おり、安定した測定結果が得られていないことが
わかる。一方、本発明法においては、第５図Ｂに
示すように、温度分布溶接部品質代表値である加
熱面積（1500℃以上）を監視すると、安定した値
を示し、第５図Ｃに示すように、サンプリングし
た製品の端面の中央部加熱幅（熱影響部幅）と対
応がとれたものとなる。従つて、前記溶接部分２
２の温度分布から1500℃以上の等温線面積を算出
すれば、従来の温度測定に比べ安定して溶接部分
２２への入熱量が得られるため、前記電縫管の溶
接品質上重要な中央部品質を前記のような等温線
面積により代表することができる。 なお、前記溶接部２２への入熱量を推定するの
に、溶接条件である溶接速度、溶接Ｖシエープ角
度、板厚等の影響要因を測定して、前記画像処理
装置１２等で求められた温度分布のイメージに適
当な手段で補正を施すことにより、更に推定精度
を高めることができる。なお、前記影響要因は前
記したものに限定されるものではなく、他の溶接
条件を考慮して求めることもでき、又、前記求め
られた温度分布に補正を施さなくてもよい。 ここで、前記画像処理装置１２で得られた温度
分布の測定装置の他の例を第６図に示す。図に
は、左右の対向端面２３Ａ，２３Ｂの等温線（図
中符号２４で示す）の形状を比較して示してあ
る。この場合、左右の等温線の形状が第６図Ａに
示すように完全に左右対称であるとき対向端面２
３Ａ，２３Ｂの突合せ面は正常であつた。 一方、前出第７図Ａに示したように左右の突合
せ面が上下にずれた状態のときには、左右の等温
線形状もそれに従つて異なつたものとなる。同図
Ａに示すように電縫管２０の突合される左側部分
２０Ａの位置が右側部分より高いときには、左側
部分２０Ａの下縁部と右側部分２０Ｂの上縁部に
電流が集中し温度も上昇する。このときの温度分
布の測定例は第６図Ｂに示すようになり、その等
温線が左右非対称なものとなる。又、逆に右側部
分２０Ｂが左側部分２０Ａより高い位置とされた
ときには、右側下縁部と左側上縁部に電流が集中
し、温度も上昇する。そのときの測定例は同図Ｃ
に示すようになり、その等温線は左右非対称とな
る。 図のＢ，Ｃから明らかなように、等温線は突合
せ端面の上下差があると左右の等温線形状が非対
称となるため、この等温線形状から突合せ端面の
上下差を監視することができる。又、いずれの端
面が上にあるか否かもこの等温線の非対称性から
判定できる。このようにして突合せ溶接部分２２
に対する左右対称性及び上下対称性を検出された
等温線から定量化して検出し、対向端面の突合せ
状況を推定することができる。なお、この等温線
の対称性を調べる方法は、従来から行われている
画像処理の手法を用いて画像処理装置１２で実現
することができる。 又、第７図Ｂに示すように対向端面の上縁部の
間隔に比べて下縁部の間隔が狭い場合には、それ
らを突合せて電流を流したとき、突合される左右
の対向端面２３Ａ，２３Ｂいずれも下縁部に電流
が集中して流れこの部分の電流密度が高くなる。
このとき測定される等温線２４は第６図Ｄに示す
ように下部の等温線２４の間隔が開いたものとな
る。同様に、第７図Ｂとは逆に上縁部同士の間隔
が狭く、下縁部同士の間隔が広いときには、測定
される等温線２４は第６図Ｅに示すようになる。 従つて、同図Ｄ，Ｅから、突合される対向端面
２３Ａ，２３Ｂの形状において各対向端面２３
Ａ，２３Ｂの上縁部、下縁部同士の間隔が等しく
ないときには、等温線２４の上下の対称性が喪失
することがわかる。この対称性が喪失することか
ら各対向端面２３Ａ，２３Ｂの突合せ形状を知る
ことができ、溶接状況を監視することができる。
なお、この等温線２４の上下対称性は、従来から
行われている画像処理技術で得ることができる。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、溶接部分
への入熱状況を突合わせ形態を加味して精度良く
確実に推定し、溶接状況を的確に監視して、溶接
部に最適の入熱を与えることができる。又、溶接
部分近傍の等温線から対向端面の突合せ状況を精
度良く推定して、溶接状況を正確に把握できる。
従つて、溶接金属管の溶接部分の溶接品質を確実
に向上させることができるという優れた効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の要旨を示す流れ図、第２図
は、本発明に係る溶接状況監視方法が採用された
溶接監視装置の実施例を示すブロツク線図、第３
図は、前記実施例の設置状態の一例を示す斜視
図、第４図Ａ，Ｂは、本発明の原理を説明するた
めの、電縫管の溶接部付近の温度分布の一例を示
す線図、第５図Ａ，Ｂ，Ｃは、前記実施例の作用
を説明するための、従来法により測定した温度、
本発明法により測定した加熱面積及び溶接部の中
央部加熱幅の変化状態の一例を示す線図、第６図
Ａ乃至Ｅは、同じく、溶接部付近の温度分布及び
等温線の他の例を示す線図、第７図Ａ乃至Ｄは、
電縫管の突合せ状況の例、及び溶接状況の例を示
す断面図である。 １０……温度分布測定装置、１２……画像処理
装置、１３……設定器、１４……モニタ装置、１
６……先端部、１８……イメージフアイバ、２０
……電縫管、２２……溶接部分、２３Ａ，２３Ｂ
……対向端面、２４……等温線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 帯状金属材を曲成し、その対向端面を連続的
   に突合せ溶接して溶接金属管を製造する際に、 Ｖシエープ入側方向から、前記対向端面双方の
   溶接部分における板厚方向エツジ部と板厚方向中
   央部の温度分布を、イメージとして同時に検出
   し、 検出された温度分布のイメージと基準温度分布
   イメージとの比較、又は、当該イメージから求め
   た所定温度の等温線面積のうちの少なくとも一方
   から、前記突合せ溶接部分への入熱状況を推定す
   ることを特徴とする溶接状況監視方法。 ２ 前記入熱状況を推定する際に、溶接条件であ
   る溶接速度、溶接Ｖシエープ角度、前記金属材の
   板厚により、検出された温度分布のイメージを補
   正するようにした特許請求の範囲第１項記載の溶
   接状況監視方法。 ３ 帯状金属材を曲成し、その対向端面を連続的
   に突合せ溶接して溶接金属管を製造する際に、 Ｖシエープ入側方向から、前記対向端面双方の
   溶接部分における板厚方向エツジ部と板厚方向中
   央部の温度分布を、イメージとして同時に検出
   し、 検出された温度分布のイメージに基づき、前記
   対向端面の等温線を求め、 求められた等温線の形状に基づき、前記突合せ
   溶接部分に対する左右対称性及び上下対称性を定
   量化して、前記対向端面の突合せ状況を推定する
   ことを特徴とする溶接状況監視方法。