JPH0417984A - 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〕

電縫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、プラグ溶接法、　ＴＩＧ
溶接法、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で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
型をなすオープ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溶
接部強度が低下して冷接欠陥を発生させ、逆に高い場合
はペネトレータ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、溶接入熱を設定する方法がある（特開昭５７−１
５６８８０号、特開昭５８−９７８１号、特開昭５４−
１３７４６８号、特開昭６０−１０６６７９号特開昭５
３−１４０２６５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、或いは一
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（
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制御定数等の設定時、即ち基準時に
おける制御出力に対する現在の制御出力の比が、基準時
における溶接効率に対する現在の溶接効率の比を表すこ
とに着目し、これを用いることによって、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
管の溶接入熱制御方法を提供するにある。

〔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１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。

（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によって巻きもどされた帯鋼１
はルーパ１２を通過した後、゛成形機１５によって管状
のオープンパイプ２に成形され、次いでワークコイル１
８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＠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（１される
電圧は、計算機２６から出力される制御電圧信号Ｖ、に
より制御される。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■、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Ｔ。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
（１）弐に示す如く、前回の制御出力（制御電圧）Ｖ＝
−＋　と溶接温度、帯鋼温度、製管速度大々の変化に対
応する制御電圧変化指令値ΔＶＰＩＤΔＶｔ、ΔＶｖの
和に補正係数αを乗じた値とを加算して下記！１１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、　−Ｖｌ−、＋α（Δｖ、１．＋Δ■、＋ΔＶｖ）
但し、 ・・・（１） ■、：加熱電源２１への制御電圧 Ｖ；−１：加熱電源２１への前回の制御電圧■Ａ α　＝ ■１ ■Ａ　：現在の加熱電源への制御電圧 Ｖ１　：定数設定時の加熱電源への制御電圧ΔＶＰＩＤ
　−Ｋｐ　（ΔＴ□−ΔＴ１−＋）　十Ｋ　Ｈ・ΔＴ。

十に、（ΔＴ、−２Δ’Ｌ−＋＋ΔＴ＝−ｚ）・・・（
２）ΔＶｔ”Ｋｔ　　・Δｔ　（ｔｉ−ｔｉ−＋）　　
　　　　・・・（３）ΔＶ、＝Ｋｖ　−Δｖ＝Ｋｖ　（
ｖ、−ｖ＝−、）　　　”−（４）Ｋ、：溶接温度比例
定数 Ｔ、：温度計の温度信号 Ｔｉ−＋　　：前回の温度計の温度信号に１　：溶接温
度積分定数 に、　　：溶接温度微分定数 ｔ、：板厚信号 ｔｉ−１’前回の板厚信号 Ｋｔ　：板厚変動補償定数 Ｋ、：速度変動補償定数 ■１：溶接溶接体号 ■ｉ−１；前回の溶接速度信号 なお（１１式中、前回の制御電圧Ｖ８−１としては直前
の制御電圧をそのまま用いてもよいが、直前の制御電圧
を含むこれよりも一定時間前にわたる複数の制御電圧の
平均値を用いてもよい。また補正係数αを与える定数設
定時の加熱電源への制御電圧（基準時の制御電圧）とし
ては、溶接条件を求める際の計算式設定時の制御電圧を
用いてもよい。

ちなみに従来方法においては制御出力Ｖ、を下記（５）
式で示す如く前回の制御出力ｖ１−１に加熱温度、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、＝Ｖ、−，＋ΔＶＰＩＤ　＋ΔＶ、＋ΔＶｖ第２図
は本発明方法と、従来方法との差異を製管速度と制御電
圧との関係において示すグラフであり、横軸に製管速度
を、また縦軸に制御電圧をとって示しである。グラフ中
曲線ａは本発明方法によった場合を、曲線すは従来方法
によった場合を、そして曲線Ｃは前述した制御定数ＫＰ
、ＫＩＫ、、Ｋ９．に、設定時の各製管速度と制御電圧
・・・（５） との関係を夫々示している。

曲線Ｃで示す如く、基準とする製管速度Ｖ　ｉｌｌの状
態において、そのときの溶接条件に基づき前述した制御
定数ＫＰ等、或いは計算式を設定しく２）。

（３１，（４）式に従って最適の制御電圧Ｖｌ＋１１　
を定め、製管速度がｖ、２．に変化すると前記（４）式
に従って、製管速度の変化に相応して制御出力（制御電
圧）がΔ■９だけ高くなって制御電圧がＶ　Ｉ　（Ｚ）
となるものとする。

このような制御定数に７等の設定時、即ち基準時におけ
る溶接効率が、各種の条件変動によって低下した場合の
おいて、従来方法と本発明方法との制御内容を説明する
。

先ず従来方法では製管速度ｖ、１．にて制御が開始され
たとすると制御定数設定時の制御電圧Ｖｚ＋＋に対して
、溶接効率が悪いために実際には制御電圧■□３．の状
態で制御が開始されたものとする。

いま製管速度がＶ　Ｃ１１から■（２，に移った場合、
計算機は前述の（２）式に従って速度変化Ｖ　（Ｚ）　
　　Ｖ　［１に対応する基準時の制御電圧変更指令値Δ
■９（−ＫＶ（Ｖ（２１Ｖ（１１））を前回出力値■。

に加算した値が制御電圧として出力する。

しかしＶ、−１はＶ　Ｉ　＋１１ではなく　ＶＡ（１）
であるから、速度変化直後の制御電圧ＶＡ（２’ｌはＶ
Ａ（１）＋Δ■９となり、溶接効率が悪いために良好な
溶接品質を得るのに必要な制御電圧Ｖ　Ａ　（２１に対
しＶ□２．−■□２′。

の入熱不足となる。

これに対し本発明方法にあっては速度変化直後の制御電
圧は（１）式に従い■□Ｉ］＋αΔＶｖとなって速度変
化前の溶接効率の比が活かされ、理想的な制御電圧Ｖ□
２．に近い値が得られる。なお、逆に基準時よりも溶接
効率が高い場合も同様に理想的な制御電圧が得られる。

なお上述の例は定常状態から制御を開始した場合である
が、前回の溶接時における最後のαを記憶しておけば、
製管立上がり時におけるＶ　（０１から■（Ｉ、の区間
においても最初から曲線ａに従った制御を実施すること
が出来る。

従って第１回目の製管開始時のみ手動で行うがその後の
製管開始時には前回のデータに基づく高精度の制御が可
能となる。

また上述の説明は速度変化に対する本発明の優位性を示
すものであるが、板厚及び溶接温度変化があった場合で
も、（１１弐により同様の溶接効率に関しての補正が行
われ、最適な制御電圧が得られる。

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０．１５重量％の帯鋼を用いて目標寸法が直径６
５１．肉厚４．Ｏｕの電縫管を製造すｌ過程で、製管速
度を変更して夫々本発明方法、従来方法にまり製管を行
った。結果は表１に示すとおりである。

表　　　１ 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
効率に差が生したとき、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
図は本発明方法と従来方法との制御内容を示すグラフで
ある。 ■・・・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

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
   。 補正係数＝直前の制御出力値／基準時の制御出力値