JPH04147780A - 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〕 本発明は製管速度、板厚及び溶接温度等の溶接条件の変
化に対応して最適の溶接入熱を設定し得るようにした電
縫管の溶接入熱制御方法に関する。

〔従来の技術〕

溶接管の製造に用いるストレートシーム製管溶接方法に
は、サブマージアーク溶接法、プラズマ溶接法、　ＴＩ
Ｇ熔接法、高周波電縫溶接法等があり、このうち高周波
電縫溶接法は製管溶接プロセスの中テ最も高能率なプロ
セスであることから広く採用されている。

高周波電縫溶接による電縫管の製造は、帯鋼を筒状に成
形して接合端縁が平面視で溶接衝合点を頂点とする７字
型をなすオーブンパイプとなした後、接合端縁を高周波
電流を通して加熱し、溶接温度に到達せしめて衝合点で
スクイズロールにて接合せしめることにより行われる。

この様な電縫管の溶接過程においては、溶接入熱は電縫
溶接部の品質を左右する最も重要な因子であり、例えば
溶接入熱が低い場合は接合面が十分に溶融しないため冷
接欠陥が発生し、接合部の強度が不十分となる。逆に高
い場合はペネトレー夕と呼ばれる微小な酸化物欠陥が溶
接面に残留する。

そのため旧来にあっては、溶接作業者が溶接後のビード
外観、赤熱状態及びフラッシュの発生状態等を経験的に
判断し、溶接入熱を設定していた。

しかしながらこの様な作業者の経験的判断に基づいた方
法では個人差が大きく、正確な入熱設定を行うのは難し
く、その上作業者に高い熟練度を要求される等の問題が
あった。

このため最近にあっては、溶接入熱の自動制御システム
が種々試みられている。この方法の一つとして、製管速
度、帯鋼の板厚、溶接点若しくはその近傍の温度を検知
して、溶接入熱を制御する方法がある（特開昭５７−１
６５１８８号、特開昭５８−９７８１号、特開昭５４−
１３７４６８号、特開昭５３−１４０２６５号）。

〔発明が解決しようとする課題〕 ところでこのような従来方法は、製管速度、板厚及び溶
接温度の変化に対し、溶接品質が最良となる様にその変
化に対応させて溶接入熱を制御するが、この溶接入熱の
加減値は、制御区分毎に設定された制御定数、又は一定
の法則に基づく計算式に従って決定されている。しかし
このような方法では制御精度の向上に限界があり、接合
端縁の形状、インピーダーの劣化、冷却水温度の変化等
に起因する溶接効率、即ち投入電力に対して実際に溶接
部に供給される電力の比を考慮することが必要とされて
いる。

ところが、接合端縁の形状、インピーダーの劣化及び冷
却水温度変化等は時々刻々に変化するため、このような
溶接効率に関与する要因の全てを計測し、制御に反映さ
せることは極めて困難である等の問題があった。

このため、例えば製管速度等の溶接条件の変化に対応し
て溶接入熱の加減値を決定するための制御定数設定時又
は計算式設定時（以下基準時という）の溶接効率よりも
現在の溶接効率が低下しているような場合は、投入電力
、即ち溶接入熱加減指令値よりも実際に溶接部に供給さ
れる電力、即ち入熱の加減値が低くなり、逆に溶接効率
が高くなっている場合はその逆となって制御精度を維持
し得ないこととなる。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは溶接効率に係わる因子の変動によっ
て発振周波数が変化することに着目し、この変化量に基
づいて溶接入熱量を補正することにより、溶接効率を考
慮した正確な溶接入熱の設定を行い得るようにした電縫
管の溶接人熱制御方法を提供することにある。

〔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、オープンパ
イプの相対向する端縁部に高周波電流を通流して加熱溶
接して電縫管を製造する過程で前記端縁部に対する溶接
入熱を制御する方法において、製管速度、板厚及び溶接
温度を含む溶接条件の変化に対応して求めた溶接入熱設
定のための制御出力変更指令値に、下記補正係数を乗じ
た値を直前の制御出力値に加えて出力することを特徴と
する。

ィ、Ｅ、、ツーえ　　現在の発振周波数基準時の発振周
波数 但し、ｋ：溶接機の回路定数及び製管サイズにより決定
される定数 〔作用〕 本発明にあってはこれによって、溶接効率の変化を考慮
した溶接入熱の設定が可能となる。

〔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図は本発明に係る制御系を示すブロック図であり、
図中１は帯鋼、２はオープンパイプ、３は電縫管を示し
ている。アンコイラ１１によっ７ｊｉきもどされた帯ａ
４１はルーバ１２をｉｉ！過した後、成形機１５によっ
て管状のオープンパイプ２に成形すれ、次いでワークコ
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１９によって圧接されて電縫
管３となる。

成形機１５の上流側には、帯鋼１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１に上下
に接触するロールの間隔に基づいて板厚を測定する構成
になっており、検出された板厚値は板厚信号変換装置１
４にてアナログの板厚信号ｔ。

に変換され計算機２６に出力される。なお、板厚計１３
としては放射線、超音波などを利用した非接触方式の板
厚計を用いてもよい。

ワークコイル１８は加熱電源２１から電圧供給を受けて
いる。加熱電源２１からワークコイル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■、に
より制御される。

加熱電源２１ではその発振回路内に配置したプローブに
より電圧値又は電流値を検出しており、検出された電圧
値又は電流値は周波数信号変換装置２９にて周波数信号
ｆに変換され、計算機２６に出力される。周波数信号変
換装置２９では、周波数解析又は高速のデータサンプリ
ング（少なくとも１０７データ／秒以上）を行って波形
１周期の時間を求める方法等により周波数を計算する。

溶接点またはその近傍には温度計２２が配置されている
。この温度計２２には２色温度計、または放射温度計等
の光学温度計が使用される。この光学温度計を使用する
際には高周波ノイズ等を防止するために、イメージファ
イバを使用するのが一般的である。温度計２２にて検出
された温度値は温度信号変換装置２３にてアナログの温
度信号Ｔ、に変換され、計算機２６に出力される。

スクイズロール１９の下流側には、電縫管３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
れた速度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、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には製管情報（製造される電縫管３の外径、
肉厚、材質等）が、製管情報入力装置２７を介して、ま
た目標温度Ｔ０が、目標温度入力装置２８を介して夫々
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２３からの温度信号。

速度信号変換装置２５からの速度信号、及び周波数信号
変換装置２９からの周波数信号に基づいて、後述する手
順にて、加熱電源２１に対する制御出力（制御電圧）を
演算し、これを加熱電源２１に出力する。

本発明方法にあっては制御出力（制御電圧）■。

は下記（１１式に示す如く、前回の制御出力（制御電圧
）Ｖ；−＋　と溶接温度、板厚、製管速度大々の変化に
対応する制御電圧変化指令値ΔＶ７．ΔＶ、。

Δ■９の和に補正係数αを乗じた値とを加算して下記（
１）式に従って求める。これによって溶接効率の変化を
考慮した制御出力（制御電圧）を設定することが可能と
なる。

Ｖ、　−Ｖ、、十α（ΔＶ、＋Δ■、＋Δ■ｖ）・・・
（１１但し、 ■、：加熱電源２１への制御電圧 Ｖｉ−１’加熱電源２１への前回の制御電圧ｉ ・・・（２） に：溶接機の回路定数及び製管サイズにより決定される
定数 ｆ、：現在の発振周波数 α＝ｋ ｆｏ　：基準時の発振周波数 ΔＶ　ｔ　＝　Ｋ　ｔ　　・ΔＴ＝Ｋｔ　（Ｔ；　　Ｔ
＝−＋）・・・（３）ΔＶ１＝Ｋｔ　　・Δｔ　＝Ｋｔ
　（ｔＨｔ＝−＋）・・・（４）ΔＶｖ＝Ｋｖ　・ΔＶ
−Ｋｙ　（ｖｉ　　”　ｉ−＋）・・・（５）ＫＴ　　
：温度変動補償定数 Ｋｔ　　：板厚変動補償定数 Ｋｖ　　：速度変動補償定数 Ｔ、　　：温度計の温度信号 Ｔ＝−＋　　：前回の温度計の温度信号ｔ、　　：板厚
信号 ｊｉ−１’前回の板厚信号 ■、　　：溶接速度信号 Ｖｉ−１’前回の溶接速度信号 ちなみに従来方法においては制御出力■、を下記（６）
式で示す如く前回の制御出力Ｖ、、に溶接温度、板厚、
製管速度の変化に夫々相当する制御出力変更指令値を加
えた値として決定していた。

Ｖ、＝■、−、＋ΔＶＴ＋Δ■、＋Δ■９　・・・（６
）次に制御出力と発振周波数との関係について説明する
。

第２図は制御出力と発振周波数との関係を示すグラフで
ある。

溶接効率が悪い場合、良好な品質の溶接品を得るために
は制御出力は基準時の制御出力■。より大きい■１にし
なければならない。

このとき発振周波数は溶接効率の変化に対応して回路の
インピーダンスが変わるため、基準時のｆ６からｆｌに
増加する。

また溶接効率が良い場合は、制御出力を基準時の制御出
力■。より小さい■２にすることによって、良好な品質
の溶接品を得ることができる。このとき発振周波数は、
基準時のｆｏからｆ２に減少する。

第３図は良好な溶接品が得られる場合における、現在と
基準時の発振周波数の比ｆ、／ｆｏと現在と基準時の制
御出力の比Ｖ、／Ｖ０との関係を示すグラフである。

第３図よりｖｉ　／Ｖｏはｆ、／ｆ０に比例しているこ
とが解る。

直線の傾きｋは制御出力の変化に対する発振周波数の変
化の影響度を示す定数であり、溶接機の回路定数及び製
管サイズにより決定されるものである。またここで示す
Ｖ、／Ｖ０は、溶接効率変化に対応して増減されるべき
制御出力の倍率を示すものであり、（，１１式のαに等
しい。

従って、基準時の発振周波数ｆ０及び実験により求めた
ｋを予め製管サイズ別に計算機２６に記憶させ、式（１
）の演算を行わせることにより、溶接効率も考慮した高
精度の溶接入熱制御を実施することができる。

次に本発明方法と従来方法との比較試験について説明す
る。

炭素量０．０７重量％の帯鋼を用いて目標寸法が直径３
４ｍ、肉厚３．９　ｍの電縫管を製造する過程で、製管
速度を偏向して夫々本発明方法、従来方法により製管を
行った。結果は表１に示すとおりである。

（以下余白） 表 表１から明らかな如く本発明方法に依った場合には従来
方法に依った場合と比較して温度のばらつきが大幅に低
減され、また欠陥個数も著しく減少していることが解る
。

〔効果〕

以上の如く本発明方法にあっては、基準値に対する溶接
効率に差が生じたとき、溶接効率差に起因する制御精度
の悪化を確実に防止出来て、管品質の大幅な向上を図れ
る等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図は本発明方法の実施状態を示すブロック図、第２
図は制御出力と発振周波数との関係を示すグラフ、第３
図は良好な溶接品が得られる場合における、現在と基準
時の発振周波数の比と現在と基準時の制御出力の比との
関係を示すグラフである。 １・・・帯鋼　２・・・オープンパイプ　３・・・電縫
管１３・・・板厚計　１４・・・板厚信号変換装置　１
５・・・成形機１８・・・ワークコイル　２１・・・加
熱電源　２２・・・温度計２４・・・速度計　２６・・
・計算機　２５・・・速度信号変換装置２７・・・製管
情報入力装置　２８・・・目標温度入力装置２９・・・
周波数信号変換装置 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　夫第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、オープンパイプの相対向する端縁部に発振器より発
   振された高周波電流を通流し、加熱溶接して電縫管を製
   造する過程で前記端縁部に対する溶接入熱を制御する方
   法において、製管速度、板厚及び溶接温度を含む溶接条
   件の変化に対応して求めた溶接入熱設定のための制御出
   力変更指令値に、下記補正係数を乗じた値を直前の制御
   出力値に加えて出力することを特徴とする電縫管の溶接
   入熱制御方法。 現在の発振周波数 補正係数＝ｋ 基準時の発振周波数 但し、ｋ：溶接機の回路定数及び製管サイズにより決定
   される定数