JPS59110476A - スパイラル製管機内面溶接ヘツド位置の自動制御方法 - 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】 この発明は、スパイラル溶接鋼管の製造において、内面
溶接ヘッドの位置を内面溶接点の変動に追従するよう自
動制御する方法に関する。

スパイラル溶接鋼管は、周知の如く、一定巾にトリミン
グされた銅帯をスパイラル状に成形し、内面ならびに外
面の溶接を同時に行って製造される・上記内面溶接は成
形の際に銅帯端面が最初に出会う突き合せ部で行われる
ものであるが、この内面溶接点は銅帯の持つキャンバな
らびに鋼帯送給時の揺動等の影響を受けて絶えず管軸方
向に動いて位置ズレを生じている。このため内面溶接点
の位置ズレの４−１で内面溶接すると、溶は込み不良、
ブローホール、スラグインクルージヨン等の溶接欠陥が
発生するので、正確な内面溶接点の位置をとらえて溶接
することは溶接品質の保持のために亜要な問題であるｑ 従来け・上記内面溶接点の位置ズレに対応して、モータ
ー又は油圧等を介して作業者が内面溶接ヘッドを移動さ
せて内面溶接点の変動に追従させる方法が行われていた
。しかしこの方法は、人的操作によるため、銅帯のキャ
ンバ等によって生じる急激な内面溶接点の変動に対して
内面ヘッドの正確な位置追従は不可能であった。

このような問題の解決を目的として、鋼帯端面の位置変
動を検出器で検出し、この検出量に応じて内面溶接ヘッ
ドを油圧あるいはモーター駆動により移動させて、内面
溶接ヘッドの位置の自動追従を行う装置の開発が行われ
ている。

かかる溶接位置自動追従装置は、例えば特公昭４４−１
．６９６８号公報で知られている。

しかしこれら従来の内面〆接装置の自動追従装置は、鋼
帯端面の変動量を例えば管軸方向の移動量でとらえ、そ
の移動量で内面溶接ヘッドの位置を移動させて自動追従
を行うものであり、鋼帯の複雑な流れを有するスパイラ
ル製管においては、同一直線上での銅帯端面の変動量と
内面溶接点の変動量とは必ずしも一致しないので、上記
装置による自動追従では高錆度の内面溶接ヘッド位置の
自動追従を望むには不十分であるという問題があ゛つた
。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので・鋼
帯がキャンバ、揺動等によって腹雑な流れで変動し、そ
れにつれて内面耐接点が変動するスパイラル製管におい
て、前記内面溶接点の変動に対し、高精度での内面溶接
ヘッド位置の自動追従を可能とするスパイラル製管機内
面溶接ヘッド位置の自動制御方法を提供するものである
。

本発明者らは、銅帯端面の位置変動えより生じる内面溶
接点の変動に対し、内面溶接ヘッド位置が高精度で自動
追従できる方法の開発について種々の実験研究を虚ねた
。その結果、内面溶接点の手前での銅帯端面の成形角度
方向の変動量と、内面溶接点の変動に対し高い精度で追
従できる内面溶接ヘッド位置の管軸方向の移動量との間
には一定の相関関係が存在するという新らたな事実を知
見した。従って上記の相関関係に基いて、鋼帯端面の変
動量から高い精度で内面溶接点の変動に対応する内面溶
接ヘッド位置の移動量の算定が可能となった。

すなわち、スパイラル製管においては、キャンバ等のた
めに銅帯の流れに変動か生じたときには、サイドガイド
ロール（第２図に７で示す）に沿って鋼帯か回転すると
いう想定で、上記変動量、移動量の解析を試みた。

第１図は上記想定に基き、銅帯端面ＰＰがサイドガイド
ロールの回転軸を中心として破線ＱＱ旬寸ようにサイド
ガイドロールに沿って回転した状態を模型的に示す平面
図である。図においてａ：鋼帯端面の変動の検出位置 ｂ＝内面溶接ヘッドの位置 Ｃ：溶接シーム検出位置 ０：サイドガイドロールの回転中心 ａイ：銅帯端面の成形角度（θ）方向変動量ｂＧ＝内面
溶接ヘッド位置の管軸方向移動量ｃ　ｃ’：溶接シーム
の管ｆｉ１１方向の変動量θ：成ｊヒ角度、θ□：ＰＰ
とＱＱとのなす角度と゛い成形角度方向の０と端面との
距離ｏｏ、を３１０＋１１１１１％　　Ｏを通る管軸と
平行するＯｅラインとｂとの距離を１０２０咽とすると
、図からｅｏ、＝ｏｏ、Ｘｔ順θ、ｅｏ、＋ｏ、ｏ２＋
ｏ２ａ＋ａ　ｂ　＝　１０２０／ｃｏｓθ、ｏｌｄ＋ｄ
ｏ２＝ｏｏ１Ｘｔａｎ０１、ｄａ　＝ｏｌａ−ｏ、ｄで
あり、また次式■■■がａａ＝ｄａＸｔａｎθ□　　・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・川・■１）ｌ）　＝　（ａａ４−ａｂ）Ｘｔａｎ
θ、／ｃＯ８θ・・・画・・・・・・・・■ｃａ＝（ｄ
ａ＋ａｂ＋ｂｃ）ｘ　ｔａｎθ、／ｃ　ｏ　ｓｆ−・−
（４）成立する。

また（ｏ、ａ−ｏｌｄ）Ｘｔａｎθ−ａａであるから、
次式■（０，ａ−３Ｌ　Ｏ／２　ｔ　ａｎθ１）Ｘｔａ
ｎθ、＝ａａ−・−・−・・−”■が成立し、ａａ′を
任意に定めれば、θ１か求められる。

次いで外径６００＋ｍＸ−９ｍ厚、外径８１．　Ｚ　８
ｍｍＸ　９ｍｍ厚、外径１０００＋ｎｍＸ　ｔ　２ｒａ
ｎ厚の３種類のスパイラル製管テストを行い、前記テス
トにおいて製管サイズ毎にａｂ、ｂｃの距離を実測する
とともに、上記（匂（■■式により１）薗’ａａ’、Ｃ
Ｃ／　ａａ：ｃｃ／ばの各比の理論値を算の実測測置と
前記理論直との比較を行った。上記各結果をまとめて第
１表に示す。

「 【 「 第１表に見る通り、銅帯端面の変動量（ａａ）に対する
溶接シーム変動量（ｃｃ、）の比は理論値と実測値が略
々一致し、内面溶接ヘッド位置の移動量を、鋼帯端面の
変動量に対し一定の係数を乗じた数値にとって内面溶接
ヘッドを操作すれば、内面溶接点の変動に対して高精度
で追従し得ることが判明した。

本発明は」二記知見に基いてなされたものであって、そ
の要旨とするところは、スパイラル溶接鋼管の製造にお
いて、内面酸接点近くで鋼帯端面の成形角度方向の位置
変動を検出し、前記検出量（２）に基いて下式■ αＡ−Ｂ＝ｏ　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・■ここで、Ａ：鋼帯端面の成形角度方向の変動量
Ｂ：内内面接接ヘッド管軸方向の移動量α：管径、肉厚
に対応した係数 により内面溶接ヘッドの移動量を算出し、前記移動量（
２）に基いて内向溶接ヘッドを管軸方向に移動させて内
面溶接することを特徴とするスパイラル製管機内面溶接
ヘッド位置の自動制御方法にある。

次に本発明の方法を図面に基いて説明する。

第２図は本発明方法を実施する装置の一例を示す説明図
である。

第２図に示す如く、スパイラル溶接管（１）は、溶接心
線給送装置（２）から送られて内面溶接ヘッド（３）に
先端を支持された溶接心線（４）により、サイドガイド
ロール（７）に沿って送られ成形された銅帯（５）が、
内面溶接点（６）で溶接され製造される。本発明方法を
実施する装置は、゛図示例では、内面溶接点（６）の手
前の近い位置で銅帯（５）の端面の変動を検出するよう
設けた銅帯端面の変動量検出装置（８）と内面溶接ヘッ
ド（３）位置の移動を検出するよう溶接心線給送装置（
２）に付設された内面溶接ヘッド位置検出装置（９）と
これらの装置（８）　（９）と溶接心線給送装置（２）
の操作とを自動制御する自動制御装置（４０とから構成
されている。

まず、銅帯端面変動量の検出装置（８）は、流口ホルダ
ー０υとこれにラック機構で進退可能に保持されている
スライド軸（６）とこのスライド軸の先端部に設けた検
出装置本体α［有］とからなり、前記流口ホルダー（１
０の基部は銅帯（５）に向って敷設されたレール上に移
動可能に設けたスライドベース０４）上に可回動に載置
されている。検出装置本体ｕ３は、銅帯端面に成形角度
（θ）方向に接する検出ローラｕ０と、このローラ００
に連動して鋼帯端面の動きを検出する検出ベースＱＱと
、検出ベースα→に接して前記検出ベースＱＯの検出量
を測定し、この検出量を電気信号に変えるマグネスケー
ルα力とから構成されている。

−１−記スライドベースμ→と流口ホルダーμυを操作
してスライド軸（１）を鋼帯（５）の進行方向（ａ）と
平行にとり、検出ローラｔＪＯを鋼帯端面変動量の検出
地点に接合させて検出装置本体α萄をセットすると、前
記検出ローラμ句は銅帯（５）の進行に伴って回転し、
銅帯端面に変動が生じたときにはその成形角度ψ）方向
の変動量が検出ベースｕＱを経てマグネスケールθηに
云達され、マグネスケールα力でその変動量の測定が行
われる。

次に内面溶接ヘッド位置調整装置（９）を説明する。

上記説明に先達って常用の溶接心線給送装置（２）の機
構を簡単に説明する。

図示例では２本の溶接心線（４Ｘ４）を給送するよう設
けた溶接心線給送装置（２）は、インナービームα８）
に固定して支持された支持台（ｌ上に心線（４）（４）
を給送するフィードモーター（イ）（ホ）を備えて摺動
可能に載置されたスライドベースＱ０と、このスライド
ベース（２◇に連結杆（イ）で連結する環状リング（２
３を螺合する螺子管（Ｊを回転軸に突設して、螺子管（
ハ）の回転によりスライドベース（２］）を進退させる
モーター（ハ）と、前記スライドベース（２１）から突
設したプッシュロンド（イ）と、このプッシュロンド（
（至）の先端部に設けた内面溶接ヘッド支持装置（ハ）
とから構成されている。またこの内面溶接ヘッド支持装
置Ｖ）は、第３図の側面図に示す如く、前記゛ブツシュ
ロッド翰の先端に取付けだスライドベース（ハ）が受台
翰上に慴動可能に載置されるとともに、前記スライドベ
ース（ハ）から下向きに突設した内面溶接ヘッド（３）
（３）に溶接心線（４）（４）の先端が保持されている
。

すなわち、モータニ（ハ）の回転によりスライドベース
（２］）が管軸（ｂ）方向に進退す乙と、それに伴って
ブツシュロッド（イ）が進退して内面溶接ヘッド（３）
（３）の位置を管軸（ｂ）方向に進退せしめるのである
。

内面溶接ヘッド位置検出装置（９）は、リミット金具（
７）に取付けられた検出ベース（３１）と、前記検出ベ
ース（３１）の移動量を測定して電気信号に変えるマグ
ネスケール（３２）とから構成されている。第３図の側
面面に示す如く、検出ベース（３１）を取付けたリミッ
ト金具（７）が上記溶接心線給送装置のスライドベース
Ｑｐ上に立設されるとともに、検出ベース（３１）にス
トロークを当設させて検出ベース（３工）の移動量を測
定して電気信号に変えるマグネスケール（３２）が、上
記溶接心線給送装置の支持台ｄｏ上に立設された架台（
３３）に支持されて設けられている。（３４１）は前進
限　リミット、（３４２）は後退限りミツトで、リミッ
ト金ｇ（７）かマグネスケール（３２）の測定可能区域
外に出て測定不能となる事故を防止するだめその移動範
囲を制限するよう設られている。

次に本発明を実施するだめの自動制御装置ｕｏは、前述
のマグネスケールＵη、（３２）　Ｊ−、マグネスケー
ルα力（３２）からの電気信号に基いて所要の計算を行
い溶接心線給送装置（２）のモーター（ハ）に所要の指
示を与えて溶接ヘッド位置の自動制御を行う制御器（３
５）とから構成され、上記マグネスケールＱη（３２）
とモーター（ハ）と制御器（３５）との間には回路（３
６）が形成されている。まだ（３７Ｘ３７）はそれぞれ
マグネスケールｔｌ１７）　（３２）からの電気信号の
Ｄ／Ａ変換器である。

次に上記構成になる装置による本発明方法の作用を説明
する。

鋼帯（５）にキャンバ等による変動が生じた場合、その
成形角度方向の変動量（２）がマグネスケール（１７）
により測定され、Ｉ）／Ａ変換器（３７）を経て制御器
（３５）に入力される。制御器（３５）においては、直
ちにモーター（至）に回転開始を指令するとともに、式
■のαＡ−Ｂ＝ｏに基いて内面溶接ヘッドの移動！（［
３）を算出する。一方前記モーター（ハ）の回転による
検出ベース（３１）の移動量をマグネスケール（３２）
で測定するとともに、その移動量を連続的に制御器（３
５）に入力する。前記検出ベース（３１）の移動量が上
記（５）と一致した時点で、モ、−ター（イ）の回転を
停止させ、その内面溶接ヘッド位置で内面溶接を行う。

このようにして鋼帯（５）の変動量（５）に追従して内
面溶接ヘッド（３）の位置がＢだけ移動するように自動
制御が行われて、高精度で内面溶接シームのセンターの
内面溶接点を内面溶接ヘッドがとらえて内面溶接が行わ
れるので、溶接品質の向上が帰られるのである。

次に実施例を掲げて本発明の詳細な説明する。

実施例１ 第２図の本発明を実施する装置を用いて、板厚９０叫×
巾１３０５闘で外径６００調φ、板厚９０咽×巾１５５
５間で外径８００ｗφ、まだ板厚１２０膿×巾１５５５
關て外径１０００ｆｆφのスパイラル溶接管？それぞれ
試作して供試材としだ。上記試作においては、式■αＡ
−Ｂ＝ｏのαを予め実測データに基き定めた値を用いる
とともに、鋼帯の変動量の検出位置と内面溶接ヘッド位
置との距離を予め定めた。これらの数置を第２表に示す
。

第　　　　２　　　　表 ［ 上記試作においては、目視により内面溶接ビームセンタ
ー（鋼の焼けにより確認可能である）に対する内面〆液
ヘツドの自動追従状態を調査するとともに、供試材の溶
接品質を調査した。

上記調査の結果によれば、内面溶接ヘッドの操作量は最
大で±１０閣程度であり、内面溶接ヘッド位置は０１×
αの追従誤差という高い精度で内面溶接シームセンター
に追従していた。まだ上記供試材の内面溶接ビードの品
質は、いずれも溶は込み不良、ブローホール、スラグイ
ンクルージヨン等の溶接不良は認められず極めて良好で
あった。

まだ比較のだめ、上記と同様寸法のスパイラル溶接管を
、従来の人的操作による内面溶接ヘッドの追従の方法で
試°作し、上記本発明方法によるものとの歩留り、製造
コストの比較を行った０その結果、本発明方法によるも
のは、従来方法によるものに比較して歩留りで００５％
、コストでｏ、ｏ３ｑＩＩの低減が示された。

以上の説明から明らかなように、本発明の方法は、スパ
イラル製管において鋼帯の変動による内面溶接点の変動
に対する内面溶接ヘッド位置の追従を高い精度で自動的
に行うことを可能とし、溶接不良の発生を効果的に防止
し得るので、スパイラル溶接鋼管の品質向上、製造コス
トの低減に大きな効果を発揮中る。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼帯端面の変動の状態を模型的に示した平面図
、第２図は本発明方法を実施する装置の一例を示した説
明図、第３図は内面溶接ヘッド支持装置の機構を説明す
る側面図、第４図は内面溶接ヘッド位置検出装置の機構
を説明する側面図である。 １：スパイラル溶接管、２：溶接心線給送装置、３：内
面溶接ヘッド、４：溶接心線、５：銅帯、６：内面溶接
点、７：サイドガイドロール、８：銅帯端面変ＩＪ量の
検出装置、９：内面溶接ヘッド位置検出装置、１０；自
動制御装置、１１：旋回ホルダー、１２ニスライド軸、
１３：検出装置本体、１４．２１．２８ニスライドベー
ス、１５：検出ローラ、１６．３１：検出ベース、１７
．３２：マグネスケール、１８：インナービーム、１９
：支持台、２０：フィードモーター、２２：連結杆、２
３：環状リング、２４：螺子管、２５：モーター、２６
：プッシュロッド、２７：内面溶接ヘッド支持装置、２
９：受台、３０：リミット金具、３３：架台、３４Ｉ：
前進限りミツト、３４□：後進限りミツト、３５：制御
器、３６二回路、３７　：　Ｄ／Ａ変換器。 出　頼　人　庄企大径鋼管株式云社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）スパイラル溶接鋼管の製造において、内面溶接点
   近くで鋼帯端面の成形角度方向の位置変動を検出し、前
   記検出量（３）に基いて下式■αＡ−Ｂ＝ｏ・・・・・
   ・・・・・・・■ここでＡ：銅帯端面の成形角度方向位
   置変動量Ｂ：内面溶接ヘッドの管軸方向移動量 α：管径、肉厚に対応した係数 によシ内面溶接ヘッドの移動、ｔ　（Ｂ）を算出し、前
   記移動量■に基いて内向溶接ヘッドを管軸方向に追従移
   動させて内面溶接することを特徴とするスパイラル製管
   機内面溶接ヘッド位置の自動制御方法ｂ