JPS608143B2 - 電縫管製造における溶接入熱制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電縫管製造において光切断法により得られ
たビード形状検出結果に基づいて溶接入熱を適正範囲内
になるように制御する方法に関するものである。

雷総管製造においては、溶接入熱を、適正な範囲に保持
することが、良好な溶接部品質を得るために必要である
。

従来、露縫管製造において、溶接点近傍の熔接温度を測
定し、その測定結果に基づいて、電縫溶接用高周波発振
器の電圧を制御して、溶接入熱を適正な所定の許容範囲
に保持することからなる溶接入熱制御法が知られている
。

しかしながら、このような従釆の漆薮入熱制御法におい
ては次のような問題がある。

即ち、溶接温度を精度よく測定するために、溶接点近傍
を頚。定位層としている。このため、熔後入熱が大きく
なるにつれて、ビード部に高温の溶鋼が排出され、溶鋼
の温度を測定する傾向が強まり測定値が飽和するように
なる。従って、低入熱では適正な入熱制御が行なえるが
、高入熱域では、正確な入熱制御を行なうことができず
。入熱過大の高入熱城で生じる酸化物性の介在物による
溶接欠陥（ベネトレータ）を防ぐことが困難となる。そ
こで本発明者等は、従来の溶接入熱制御法における以上
のような問題を鱗決すべ〈研究を行なった結果、次に示
す通りの知見を得た。

■ 溶接入熱と、溶接温度との関係は、その一例を示す
第１図イに示す通りであり（溶接入熱は第１図口，ハ，
二，ホ，へ，と共通）、適正溶接が行なえる所定の許客
入熱範囲（図中２本の線ａ，ｂ間の範囲）は、溶接温度
の飽和領域に近接しており、熔接温度は極めてわずかし
か変化しない。

従って、溶接温度測定結果によっては、適正な入熱制御
が困難である。■（ィー 後述する光切断法によって得
られたビードカット前の溶接ビードの断面形状測定結果
におけるビード先端部のオーバーハング量（定義は後述
する）と、溶薮入熱とは、第１図口に示すように、高入
熱域において、入熱の増加に対応してオーバーハング量
が増加するという関係がある（オーバーハングを持つビ
ード形状の一例を第２図イに示す。

｛ｏ’同光切断法によるビード先端部の曲率（定義は後
述する）と、溶接入熱とは、第１図ハに示すように、入
熱の適正な領域を中心として入熱の増加に対応して曲率
１／ｐが減少するという関係がある（入熱の適正なとき
のビード形状の一例を第２図口に示す）。し一 同光切
断法によるビード先端部の凹み量（定義は後述する）と
、溶接入熱とは、第１図二に示すように、入熱不足の領
域において、入熱の増加につれて凹み量が減少するとい
う関係がある（入熱不足のときのビード形状の一例を第
２図ハに示す。６同光切断法による溶接ビードの管周万
向中央部の高さの変動量（定義は後述する）と、溶接入
熱とは、第１図ホに示すようにト入熱の適正な領域を中
心として入熱の増加に対応して高さの変動量が増加する
という関係がある。

Ｎ 同光切断法による溶接ビードの下端の管周方向の幅
（以下“下端幅”という）の変動量（定義は後述する）
と、溶接入熱とは、第１図へに示すように、高入熱域に
おいて、入熱の増加につれて下端幅が増加するという関
係がある。■ 従って、溶接入熱の増減に対応して変化
する、光切断法により得られた、ビードカツト前の、溶
接ビードの、高さの変動量「下端幅の変動量、先端部の
凹み量「曲率、およびオーバーハング量の少なくとも１
つの検出結果に基づいて、溶接入熱を決定する高周波発
振器の電圧を制御すれば、ビードの先端部を、たとえば
所定の曲率または所定のオーバーハング量を持つ形状に
することができ、従って、溶接温度を測定することなく
、溶接入熱を適正範囲内に保持して雷縫管製造を行なう
ことができる。

この発明は、上記■〜■の知見に基づいてなされたもの
で、光切断法により得られた、ビードカット前の、溶接
ビードの、高さの変動量、下端幅の変動量、先端部の凹
み量、先端部の曲率、および先端部のオーバーハング量
の少なくとも１つの検出結果に基づいて、熔接入熱を決
定する露縫熔接用高周波発振器の電圧を制御して、溶接
入熱を適正範囲内にする露縫管製造における溶接入熱制
御方法としてことに特徴を有する。

以下この発明を実施例により図面を参照しながら説明す
る。

第３図はこの発明を実施するための、霞縫溶接鋼管の熔
接入熱制御装置の説明図である。

図示されるように、板材１を管状に成形し、高周波発振
器２からの高周波電力をコンタクトチップ２ａを通して
板材１に供給して板材１側端を加熱し、かつ、図示しな
いスクイズロールによって板材１を加圧してその突合せ
部を露総溶接することによって得られた素菅１′は矢印
ａの方向に進行し、その上部のビード３が、所定温度を
保っているうちに、図示しないカツタにより削落される
。素管１′の溶接直後のピード３およびその周辺部（溶
接部）に、素管１′の直上に設けてあるシリンドリカル
レンズ４から単一波長のスリット光５が照射される。６
はしザー光発生装・層であり、ここから例えば４４１６
Ａの波長のＨｅ−Ｃｄレーザ光がオプチカルフアイバ７
を通してシリンドリカルレンズ４１こ供給され、スリッ
ト光５となり、例えば素管】′の管軸に対して１０〜４
０ｏの角度で斜めに、かつ管周にそって素管１′の溶接
部に照射される。

かくして、泰管１′の溶接部に生じた単一波長のスリッ
ト光５照射による溶接部断面形状に対応した光切断プロ
フィール３′（からの反射光）は「素替１′の上方に設
けられた、スリット光５の持つ波長を通過中心帯城とし
ている狭帯城干渉フィル夕８を通って、周囲光および溶
接直後のビード３から発生した白熱光の影響が除かれて
ＩＴＶカメラ９で受像される。ＩＴＶカメラ９からの光
切断プロフィール受像信号は、フレームメモリ１０に送
られ、ここでそのプロフィールに対応した画像（形状）
データが記憶される。フレーム〆モリ盲ＱＩこおける。
オーバーハングを持つビードの光切断プロフィールの受
像信号（画像）の一例を第４図に示す。第２図イに示す
ように、ビード先端部の両側がたれてくると、このたれ
たピード部分がその上方から照射されたスリット光を遮
断するので、第４図に示すような不連続なプロフィール
が形成される。１１はフレームメモリ１川こ記憶された
画像データを直交するＸ軸およびＹ軸からなるサンプリ
ング座標においてサンプリングするための所要数の縦走
査信号および横走査信号を時系列的に発生させるサンプ
リングライン選択信号発生回路、１２は前記縦または横
走査信号によってサンプリングされたフレームメモリー
０における画像（形状）データの、サンプリング座標中
の縦または横走査信号上の最大輝度を、各走査信号毎に
検出する最大輝度検出回路、１３は、最大輝度検出回路
１２からの検出出力に基づいて、最大輝度を与える、縦
または横走査信号上の座標（縦走査信号の場合はＹ座標
、横走査信号の場合はＸ座標）を、各走査信号毎に１次
元的に記憶する１次元メモリ、１４は１次元メモリ１３
の記憶デー夕に基づいて、ビード形状、即ち、高さの変
動量、下端幅の変動量、凹み量、オーバーハング量、お
よび曲率を演算する形状指数演算器、１５は、形状指数
演算器１４の出力に基づいて、高周波発振器２のＡＶＲ
（自動電圧調整器）１６の電圧を制御する演算器である
。

１７はＩＴＶカメラ９およびフレームメモリ１０の画像
監視用のＣＲＴである。

このような構成によって、行なわれた光切断プロフィー
ル受像信号の処理の一例のフローチャートを第５図に示
す。

即ち、一例として、第６図イに示す、フレームメモリ１
０に記憶された画像（形状）信号は、サンプリングライ
ン選択信号発生回路１１からの縦走査信号（第６図イで
はＸ軸にそって順次発生する所要数の信号のうちの１本
の信号ｘｓのみ示す）毎に最大輝度を与えるＹ軸上の座
標（第６図ロ参照。×ｓに対応する座標はｙｓ）が最大
輝度検出回路１２によって検出され、この検出結果が１
次元メモリ１３に記憶され、かくして得られた記憶デー
外こ基づいて、形状指数演算器１４において後述するよ
うにしてビード先端部の凹みの有無が検出され、さらに
ここで凹みがある場合は、演算器１５の凹み量に対応し
た検出値を出力する。第４図に示すように、凹みがない
場合は、縦走査信号のサンプリングにより形状指数演算
器１４で得られた最高点の座標Ｐ＊（ｘ＊，ｙ＊）を与
えるｘ＊に基づいてサンプリングライン選択信号発生回
路１１から横走査信号をフレームメモリ１０に入力し、
ここに記載された画像信号を走査し、各横走査信号毎に
、画像信号における光切断プロフィールからの反射光受
光レベルで２値化された画像明部を、最大輝度検出回路
１２においてｘ＊の左右で各々検出し、オーバーハング
があれば、このうち少なくとも１つの横走査信号は明部
（画像信号）を検出できないので、オーバーハングのあ
ることが形状指数演算器１４で検出され、さらに、ここ
で後述するようにして、オーバーハング量が演算され、
これに対応した検出値が演算器１５に出力される。オー
バーハングがない場合、即ち各横走査信号が頭部を検出
した場合は、形状指数演算器１４において、縦走査信号
による１次元メモリ１３からのデータから、後述するよ
うにしてビード先端部の曲率を演算しこれを演算器１５
に出力する。ついで上述したビード先端部の凹み、オー
バーハング、および曲率の演算の具体的方法の一例につ
いて説明する。

Ａ 凹みの演算 ■ 第７図にフレームメモリ１０における画像（形状）
信号の一例を示す図に示すように、ｘｏ〜ｘＮまで縦走
査信号線を右方向に移すに従って、ｙ座標が増加して、
最大のｙ座標（ｙａ）を通過し、一たんｙ座標が減少し
て最小のｙ座標（ｙｂ）を通過し、再びｙ座標が増加し
て、増加最高ｙ座懐くｙｃ，ただし泌より小）を通過し
、再び減少して走査が終る。

■ 従って、このような、縦走査信号を右に移すに従っ
て、少なくとも１つのディップ（ｙｂ）をはさんだ２つ
のピーク（匁，ｙｃ）がある場合は凹みがあると判断さ
れ、ｙａ，ｙｂ，ｙｃを基にして、凹み量ｙが次式で演
算される。

ｙ＝ｋ｛ｍａｘ（匁，ｙｃ）−ｙｂ｝ （ｋ：定数） または ｙニｋ ｛１／２（蛇十ｙｃ）一ｙｂ｝ ■ また、ｘ。

〜ｘＮまで縦走査信号を右に移すに従って、ｙ座標が増
加して最大のｙ座標通過し、ついでｘＮまで再び増加す
ることなくｙ座標が減少した場合は、凹みがないと判断
する。この場合には、ビード最高点Ｐ＊（ｘ＊，ｙ＊）
の座標が検出され記憶される。Ｂ オーバーハングの演
算 ■ 第８図に示すように、凹みの演算により得られたビ
ードの最高点Ｐ＊（ｘ＊，ｙ＊）の座標に基づいて、ｘ
＝ｘ＊で画像を２分し、左部のオーバーハング（量）Ｏ
Ｌ、右部のオーバーハング（量）ＯＲを検出、演算する
。

ここではＯＬについてのみ述べるが、ＯＲも同様にして
行なえる。■ 横走査信号＄に沿って、ｘ。

ミｘミｘ＊の間で２値化された明点があるか否かを検出
する。・ＳＦくさ薄員裏誇るき ，Ｓ：検出値これによ
りｙ。

からｙＮまで走査すると、オーバーハングがある場合は
、第９図に示すように、ｌｓ＝１が２つに分かれる（オ
ーバーハングがない場合は、ｌｓ＝１はｙ，〜ｙ＊まで
連続する）。このとき、ＯＬは次式で演算される。ＯＬ
：ｔｅａニテざ「ハングなしの場合）（オーバーハング
がある場合） ｋ：定数（凹み演算と同一定数） ■ 同様にしてＯＲを演算する。

■ 最終的にオーバーハング量０は、次式で演算される
。

０＝ｍａｘ（ＯＬ，ＯＲ）または０＝１／２（ＯＬ＋Ｏ
Ｒ〉Ｃ 曲率の演算 ■ 凹みの演算で得られたビード最高点Ｐ＊（ｘ＊，ｙ
＊）の座標を含んだ付近を、縦走査信号により、等間隔
に走査する。

■ かくして得られた、隣接した３つの座標を第１０図
に示すように、（ｘｎ‐，，ｙ川，），（ｘｎ，ｙｎ）
，（ｘｎ十，，ｙｎ＋，）として、曲率１／ｐを下式で
近似し演算する。

ｋ，，ｋ２：定数（ｋ２は凹み演算のｋと同一の定数）
曲率１／ｐは、複数個のｐｎの平均値として得る。

以上のようにして、ビード先端部の凹み量、オーバーハ
ング量、および曲率が演算され、演算器１５によって、
これらの演算結果に基づいて、例えば、凹みが検出され
た場合には、凹み量に応じて、オーバーハングが検出さ
れた場合には、オーバーハング量（および必要に応じて
曲率）に応じて、そして凹みおよびオーバーハングが検
出されなかった場合には、曲率に応じて、ＡＶＲ１６が
制御され、かくして、ビード先端部形状が、所定の曲率
またはオーバーハング量になり、即ち、適正な漆綾入熱
となり、良好な溶接部品質が得られる。なお、形状指数
演算器１４において、上述した凹み、オーバーハング、
および曲率の演算と並行して、または必要に応じて独立
して、溶接ビードの高さの変動量および／または下端幅
の変動量が演算される。

そのフローチャートの一例を第１１図に示す。溶接ビー
ドの高さの変動量は次のようにして演算される。即ち、
フレームメモリ１０において、第６図イに示すように、
溶接ビードの管周方向中央部付近に該当する特定の縦走
査信号ｘｈによってサンプリングされたｙ座標ｙｈを、
１次元メモリ１３を介して形状指数演算器１４において
時系列的に検出する。その検出結果の一例を第１２図に
示す。そして、形状指数演算器１４におし、て、第１２
図に示すように、時系列的な検出曲線の上下２本の包総
線（図中２点鎖線で示す）間の幅、即ち、溶接ビードの
高さの変動量ＷＨを検出する。また、溶接ビードの下端
幅の変動量ＷＢは次のようにして演算される。即ち、形
状指数演算器１４によって、一次元メモリ１３の隣接記
憶データの差分が下式に基づいて演算される（第６図イ
参照）。△Ｍ＝ｙｉ十，一ｙｉ（１三ｉミＮ−１）かく
して得られたデー外こよって、さらに形状指数演算器１
４において、ビード両下端の座標（ｘＬ，ｙＬ），（ｘ
Ｒ，ｙＲ）（第６図イ参照）が、下式に基づいて演算さ
れる。

△ｙし＞△ｙ＊ △ｙ夕＜△ｙ＊（１ミクミＬ−１） △ｙＲ−．＜一△ｙ＊ △Ｍｍ＞−△ｙ＊（Ｒミｍ三Ｎ−１） （ただし、△ｙ＊‘ま適当な定数） これによって、さらに形状指数演算器１４において、ビ
ードの下端中Ｂが、Ｂ＝ｋノ（ｘＬ一ｘＲ）２十（ｙＬ
−ｙＲ）２（ｋ：定数）に基づいて求められる。

かくして求めたＢを、形状指数演算器１４において、時
系列的に検出する。そして、形状指数演算器１４におい
て、前記高さの変動量の検出と同様にして溶接ビードの
下端幅の変動量を検出する。このようにして、溶接ビー
ドの高さの変動量ＷＨおよび下端幅の変動量Ｗ８が求め
られ、これらの演算結果に基づいて、演算器１５によっ
て適正な溶接入熱となるようにＡＶＲ１６が制御される
。以上説明したように、この発明においては、溶接入熱
に対応して正確に測定することが困難な溶接部の温度を
測定することなく、ビード形状の測定結果を適用するこ
とによって、極めて正確に溶接入熱を適正範囲になるよ
うに制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図イは溶接入熱と溶接温度との関係を示す図、第１
図口は、溶接入熱とオーバーハング量との関係を示す図
、第１図ハは溶接入熱と曲率との関係を示す図、第１図
二は溶接入熱と凹み量との関係を示す図、第１図ホは溶
接入熱と高さの変動量との関係を示す図、第１図へは溶
接入熱と下端幅の変動量との関係を示す図、第２図イは
オーバーハングを持つビード形状の一例を示す図、第２
図口は入熱が良好なときのビード形状の一例を示す図、
第２図′、は入熱不足のときのビード形状の一例を示す
図、第３図はこの発明を実施するための亀縫熔接鋼管の
溶接入熱制御装置の説明図、第４図はオーバーハングを
持つビードの光切断プロフィールの受像信号の一例を示
す図、第５図は光切断プロフィール受像信号の処理の一
例のフローチャートを示す図、第６図イはビードの光切
断プロフィールの受像信号の一例を示す図、第６図口は
最大輝度検出回路による検出態様の一例を示す図、第７
図、第８図、第１０図はフレームメモリにおける画像（
形状）信号の一例を示す図、第９図はオーバーハング検
出信号の一例を示す図、第１１図は光切断プロフィール
受像信号の処理の一例のフローチャートの他の例を示す
図、第１２図は溶接ビードの高さの変動量の検出結果の
一例を示す図である。 図面において、１′…素菅、２…高周波発振器、３…ビ
ード、５…スリット光、９…ＩＴＶカメラ、１０・・・
フレームメモリ、１４・・・形状指数演算器、１５・・
・演算器、１６…ＡＶＲ。 祭‘図 発２図 第３図 第４図 第．５図 第６図 斧ア図 第８図 第９図 兼の図 繋〃図 発に図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光切断法により得られた、ビードカツト前の、溶接
   ビードの、高さの変動量、下端幅の変動量、先端部の凹
   み量、先端部の曲率、および先端部のオーバーハング量
   の少なくとも１つの検出結果に基づいて、溶接入熱を決
   定する電縫溶接用高周波発振器の電圧を制御して、溶接
   入熱を適正範囲内にすることを特徴とする電縫管製造に
   おける溶接入熱制御方法。