(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の鋼管を順次湾曲させて円筒状のオープンパイプを成形する成形手段と、
前記オープンパイプの外周側に配置され、前記オープンパイプの端部同士が突き合わされた部位を溶接して溶接鋼管とする外面溶接トーチと、
前記溶接鋼管の内部において前記外面溶接トーチの下流側に位置する部位に配置され、前記外面溶接トーチによる溶接の際に前記溶接鋼管の内面に形成された内面ビードに対して溶接を行う内面溶接トーチと
を備えた溶接鋼管の製造装置において、
前記溶接鋼管の内部において前記外面溶接トーチと前記内面溶接トーチとの間に位置する部位に配置され、前記内面ビードの形状を測定可能な第一内面ビード形状監視手段と、
前記溶接鋼管の内部において前記内面溶接トーチの下流側に位置する部位に配置され、前記内面ビードの形状を測定可能な第二内面ビード形状監視手段と
をさらに備えたことを特徴とする溶接鋼管の製造装置。
【請求項２】
前記第一及び第二内面ビード形状監視手段は、前記内面ビードの高さを検出可能な変位センサである請求項１に記載の溶接鋼管の製造装置。
【請求項３】
前記溶接鋼管の内部に配置され、前記内面溶接トーチが発生するアークを撮像可能な内面溶接アーク監視手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶接鋼管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は溶接鋼管の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接鋼管を製造する場合、まず帯状の鋼板を成形ロールで順次湾曲させることによって円筒状のオープンパイプが成形され、次いで、オープンパイプの端部同士を突き合わせた部位が外面側から溶接される（外面溶接）。この外面溶接により管の内面には内面ビードが形成されるが、内面ビードは管に要求される品質によって問題となる場合があるため、内面ビードを溶融して平滑化する内面溶接が行われる。内面溶接は管の内部に配置された内面溶接トーチを用いて行われるため、その状態を管の外部から目視により確認することはできない。そこで、特許文献１には、管の外部側に配置した視覚カメラ及び表面温度センサを用いて内面溶接が適正に行われているか否かを判定することが記載されている。
【０００３】
特許文献１によれば、内面溶接時に管の外部表面に現れる表面赤熱部が視覚カメラによって撮像され、撮像データから表面赤熱部の中心位置が演算処理によって求められる。求めた中心位置は内面溶接トーチの位置と仮定され、外面溶接トーチの位置と内面溶接トーチの位置とが同一直線上にあるか否か、つまり、内面溶接がオープンパイプの端部同士を突き合わせた部位に対してなされているか否かが判定される。一方、視覚カメラと同様に管の外部に配置された非接触式の表面温度センサは、表面赤熱部の温度を検出する。この表面温度センサが検出した温度は、内面溶接トーチによる内面ビードへの入熱量に換算され、換算された入熱量に基づいて内面溶接トーチの位置、すなわち管の内面と内面溶接トーチの電極との間の距離が適正であるか否かがが判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７６１７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の視覚カメラ及び表面温度センサは共に管の外部に配置されたものであり、内面溶接の状態及び溶接後の内面ビードの状態を管の内部で直接監視するものではないため、以下のような問題点が生じる。まず、視覚カメラによる表面赤熱部の撮像について、表面赤熱部は鋼板の板厚が増すに従って現れにくくなり、例えば６ｍｍを超える板厚を有する鋼板を用いた場合、表面赤熱部を外観から正確に認識することは困難となる。また、表面温度センサによる温度測定について、管の内部側の温度を外部側の温度に基づいて換算する際、鋼板の板厚や材料、あるいは外面溶接トーチが発する熱等が外乱要素として作用するため、内面ビードへの入熱量を精度よく測定することが困難となる。
【０００６】
さらに、例えば内面溶接トーチの電極摩耗等が発生した場合、内面溶接トーチの位置が適正であったとしても、内面ビードと電極から発生するアークとの間には位置ずれが生じる。この場合、管の外部からアークを監視することはできないため、アークの位置ずれによる溶接不良が発生しても検知することができない。このように、特許文献１に記載の発明は、内面溶接の状態を直接的に監視して判定するものではなく、管の外面側の状態に基づいて推定的に判定するものであるため、内面溶接の状態を正確に把握することが困難となる場合があるという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、内面溶接の状態を正確に把握することを実現した溶接鋼管の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る溶接鋼管の製造装置は、帯状の鋼管を順次湾曲させて円筒状のオープンパイプを成形する成形手段と、オープンパイプの外周側に配置され、オープンパイプの端部同士が突き合わされた部位を溶接して溶接鋼管とする外面溶接トーチと、溶接鋼管の内部において外面溶接トーチの下流側に位置する部位に配置され、外面溶接トーチによる溶接の際に溶接鋼管の内面に形成された内面ビードに対して溶接を行う内面溶接トーチとを備えた溶接鋼管の製造装置に関するものであり、溶接鋼管の内部において外面溶接トーチと内面溶接トーチとの間に位置する部位に配置され、内面ビードの形状を測定可能な第一内面ビード形状監視手段と、溶接鋼管の内部において内面溶接トーチの下流側に位置する部位に配置され、内面ビードの形状を測定可能な第二内面ビード形状監視手段とをさらに備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
尚、第一及び第二内面ビード形状監視手段として、内面ビードの高さを検出可能な変位センサを用いることができる。
また、溶接鋼管の内部に配置され、内面溶接トーチが発生するアークを撮像可能な内面溶接アーク監視手段をさらに備えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第一内面ビード形状監視手段によって測定された外面溶接直後の内面ビード形状と、第二内面ビード形状監視手段によって測定された内面溶接直後の内面ビード形状との比較に基づいて内面溶接が適正に行われているか否か、つまり内面ビードが所望の形状となっているか否かを直接的に判定できる。また、内面ビードの形状が異常となったときに、その原因が外面溶接時の異常と内面溶接時の異常とのいずれによるものであるかが判定できる。
さらに、内面溶接アーク監視手段により内面溶接トーチが発生させるアークを直接監視できるため、アークの位置が溶接すべき位置からずれていたり、内面溶接トーチの電極摩耗等に起因してアークが正常に発生しなくなったとしても即座に異常を検知することができる。
このように、本発明に係る溶接鋼管の製造装置は、内面ビード及び内面溶接トーチが発生させるアークを直接的に監視するものであるため、内面溶接の状態を正確に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る溶接鋼管の製造装置を概略的に示す断面側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る溶接鋼管の製造装置において溶接鋼管に形成される内面ビードを例示する概略図であり、（ａ）は外面溶接後の内面ビードを示し、（ｂ）は内面溶接後の内面ビードを示す。
【図３】本発明の実施の形態に係る溶接鋼管の製造装置において内面溶接アーク監視手段が撮像したアークを例示する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。
実施の形態
図１に、本発明の実施の形態に係る溶接鋼管の製造装置１（以下、製造装置１と略称する）を概略的に示す。製造装置１は、図示しない帯状の鋼板を湾曲させて円筒状のオープンパイプ２を成形するための成形ロール３を備えている。尚、図１には１つの成形ロール３のみを示しているが、周知のように、製造装置１は図示しない複数の成形ロールを備えている。オープンパイプ２は、これらの成形ロールが鋼板を矢印Ａで示される方向に送り出しながら順次湾曲させることによって成形される。
【００１３】
また、成形ロール３の下流側においてオープンパイプ２の外部側に位置する部位には外面溶接トーチ４が配置されている。外面溶接トーチ４は、オープンパイプ２の端部同士を突き合わせた部位２ａを外面側からＴＩＧ溶接する、いわゆる外面溶接を行うためのものであって、上記の部位２ａが外面溶接されることによってオープンパイプ２が溶接鋼管５となる。
【００１４】
溶接鋼管５の内部において外面溶接トーチ４の下流側に位置する部位には、溶接鋼管５を内部側からＴＩＧ溶接する、いわゆる内面溶接を行うための内面溶接トーチ６が配置されている。内面溶接トーチ６は、外面溶接時に溶接鋼管５の内面に形成された内面ビード５ａを溶融して平滑化するためのものであって、溶接鋼管５の内部に挿入された略円筒状の内面溶接ロッド７に支持ブロック８を介して支持されている。ここで、支持ブロック８は、内面ビード５ａ側である上部にテーパ面８ａを有しており、このテーパ面８ａ上を内面溶接トーチ６がスライド可能となっている。
【００１５】
つまり、内面溶接トーチ６はテーパ面８ａ上をスライドすることによって溶接鋼管５の内部を昇降可能となっており、それにより、内面ビード５ａと内面溶接トーチ６との距離が適宜調整される。また、内面溶接ロッド７の内部には、内面溶接トーチ６に冷却水を供給するための冷却水パイプ９や溶接用シールドガスを供給するためのガス供給パイプ１０が挿入されており、これらのパイプが支持ブロック８を介して内面溶接トーチ６に接続されている。
【００１６】
以上のように構成される製造装置１において、外面溶接トーチ４と内面溶接トーチ６との間に位置する溶接鋼管５の内部には、内面ビード５ａの形状を測定可能な第一内面ビード形状監視手段としてレーザ変位計１１が設けられている。また、溶接鋼管５の内部においてレーザ変位計１１と内面溶接トーチ６との間に位置する部位には、内面溶接トーチ６が発生するアークを撮像可能な内面溶接アーク監視手段としてアーク監視カメラ１２が設けられている。さらに、溶接鋼管５の内部において内面溶接トーチ６の下流側に位置する部位には、内面溶接トーチ６で内面溶接を行うことによって平滑化した内面ビード５ｂの形状を測定可能な第二内面ビード形状監視手段としてレーザ変位計１３が設けられている。
【００１７】
レーザ変位計１１は、内面ビード５ａ周辺にレーザを照射するとともに反射したレーザを受光することによって内面ビード５ａ周辺の形状を３次元的に測定するものである。したがって、例えば図２（ａ）に示されるＰ点を基準エッジとした場合、基準エッジＰに対する内面ビード５ａの高さｈ１がレーザ変位計１１によって検出される。同様に、レーザ変位計１３は、内面溶接によって平滑化された内面ビード５ｂ周辺の形状をレーザによって３次元的に測定するものである。したがって、内面ビード５ｂとして所望される形状が図２（ｂ）に示されるような平坦状である場合、内面溶接トーチ６による内面溶接が適正に行われれば、基準エッジＰに対する内面ビード５ｂの高さが略０として検出される。
【００１８】
一方、何らかの異常により、例えば一点鎖線で示す内面ビード５ｂ’のように所望する形状とはならなかった場合、レーザ変位計１３は、基準エッジＰに対する高さｈ２を検出する。尚、図１に示すように、レーザ変位計１１、１３のケーブル１１ａ、１３ａは、内面溶接ロッド７の内部を通って溶接鋼管５の外部に引き出され、図示しない制御装置に接続されている。この制御装置は、レーザ変位計１１による内面ビード５ａの形状測定結果、レーザ変位計１３による内面ビード５ｂの形状測定結果、及び予め設定された所定の閾値を比較し、比較結果に基づいて外面溶接及び内面溶接が適正に行われているか否か、すなわち、内面ビード５ａ、５ｂがそれぞれ所望する形状となっているか否かを判定可能となっている。
【００１９】
アーク監視カメラ１２は、例えばＣＣＤカメラと調光フィルタとを組み合わせることにより、内面溶接トーチ６が発生するアークを視認可能な状態で撮像するものである。また、アーク監視カメラ１２のケーブル１２ａは、内面溶接ロッド７の内部を通って溶接鋼管５の外部に引き出されて図示しないモニタに接続されており、撮像したアークを目視により確認することが可能となっている。
【００２０】
次に、本実施の形態に係る溶接鋼管の製造装置１の動作と作用とについて説明する。
図１に示すように、まず図示しない帯状の鋼板が成形ロール３等で順次湾曲されることによってオープンパイプ２が成形される。次いで、オープンパイプ２の端部同士を突き合わせた部位２ａが外面溶接トーチ４によって外面溶接されて溶接鋼管５となる。さらに、外面溶接時に形成された内面ビード５ａに対して内面溶接トーチ６による内面溶接が施されることにより、内面ビード５ａが平滑化されて内面ビード５ｂとなる。
【００２１】
尚、溶接鋼管５の製造開始に先立ち、内面ビード５ａと内面溶接トーチ６との距離が、支持ブロック８のテーパ面８ａ上をスライドさせて内面溶接トーチ６を昇降させることにより調整される。また、内面溶接トーチ６の昇降量は、製造される溶接鋼管５の径や外面溶接後の内面ビード５ａの状態、あるいは所望する内面ビード５ｂの形状等に応じて適宜決定される。
【００２２】
以上のように溶接鋼管５の製造が開始されると、レーザ変位計１１、１３による内面ビード５ａ、５ｂの形状測定とアーク監視カメラ１２によるアークの撮像とが開始される。ここで、外面溶接トーチ４による外面溶接が適正に施されている場合、図２（ａ）に示される内面ビード５ａの高さｈ１は予め設定されている閾値以内となる。また、外面溶接が適正に施されており、且つ内面溶接トーチ６による内面溶接も適正に施されている場合、すなわちアーク監視カメラ１２によって撮像されるアークが、図３に領域Ｒとして示されるように正常に発生している場合、内面ビード５ｂの形状は図２（ｂ）に示されるように平坦状となり、基準エッジＰに対する内面ビード５ｂの高さが略０として検出される。
【００２３】
一方、外面溶接時あるいは内面溶接時に何らかの異常が生じ、図２（ｂ）において一点鎖線で示される内面ビード５ｂ’のように所望する形状とはならなかった場合、レーザ変位計１３により基準エッジＰに対する高さｈ２が異常値として検出される。ここで、内面溶接の異常が外面溶接トーチ４による外面溶接に起因して発生している場合、レーザ変位計１１が検出する内面ビード５ａの高さｈ１も異常値として検出される。すなわち、レーザ変位計１１による内面ビード５ａの検出結果とレーザ変位計１３による内面ビード５ｂ’の検出結果とを比較することにより、異常がどこで発生しているのかを即座に把握して対応することが可能となる。
【００２４】
また、例えば内面溶接トーチ６の電極摩耗等に起因して内面溶接の異常が発生している場合、内面溶接トーチ６から発生するアークは、図３に領域Ｒ’で示すように内面ビード５ａに対して位置ずれを生じている状態となる。このアークＲ’は、アーク監視カメラ１２から図示しないモニタに出力される映像を目視することにより確認できるため、異常の有無を即座に判定して対応することが可能となる。
【００２５】
以上に述べたように、本実施の形態に係る溶接鋼管の製造装置１によれば、レーザ変位計１１によって測定された外面溶接直後の内面ビード５ａの形状と、レーザ変位計１３によって測定された内面溶接直後の内面ビード５ｂの形状との比較に基づいて、内面溶接が適正に行われているか否か、つまり内面溶接後の内面ビード５ｂが所望の形状となっているか否かを直接的に判定できる。また、内面ビード５ｂの形状が異常となったときに、その原因が外面溶接時の異常と内面溶接時の異常とのいずれによるものであるかが容易に判定できる。さらに、アーク監視カメラ１２により内面溶接トーチ６が発生させるアークを直接監視できるため、内面溶接トーチ６の電極摩耗等に起因してアークが正常に発生しなくなったり、アークの位置が溶接すべき位置からずれていたとしても即座に異常を検知することができる。このように、溶接鋼管の製造装置１は、内面ビード５ａ、５ｂ及びアークＲを直接的に監視するものであるため、内面溶接の状態を正確に把握することが可能となる。
【００２６】
上述した実施の形態において、内面ビードの形状を測定する第一及び第二内面ビード形状監視手段としてレーザ変位計１１、１３が用いられたが、これらの監視手段をレーザ変位計に限定するものではない。例えばＣＣＤカメラ等を第一及び第二内面ビード形状監視手段として用い、ＣＣＤカメラによる撮像データから内面ビードの形状を認識することも可能である。
【００２７】
また、上述した実施の形態において、内面溶接アーク監視手段であるアーク監視カメラ１２は内面溶接トーチ６の上流側に配置されたが、内面溶接アーク監視手段の位置を限定するものではない。アークの様子を監視できるのであれば、内面溶接トーチ６の下流側に配置することも可能である。
【００２８】
さらに、上述した実施の形態において、内面ビードとして所望される形状が図２（ｂ）に示すような平坦状である場合を例にして説明したが、この内面ビード形状に限られることはなく、例えば、図２（ｂ）の内面ビード高さｈ２が所望の高さ必要な場合など、様々な所望される内面ビード形状において適用が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  溶接鋼管の製造装置、２  オープンパイプ、３  成形ロール、４外面溶接トーチ、５  溶接鋼管、６  内面溶接トーチ、１１  レーザ変位計（第一内面ビード形状監視手段）、１２  アーク監視カメラ（内面溶接アーク監視手段）、１３  レーザ変位計（第二内面ビード形状監視手段）。
【図１】
0006054618.tif 000002
【図２】
0006054618.tif 000003
【図３】
0006054618.tif 000004