(57)【要約】【課題】ＥＲＷの操業時における、溶接速度及び入力電力と、溶接状態との関係を示す情報を提供する。【解決手段】製造方法は、金属板の周方向の両端を、径方向外側から見てＶ字状になるよう突き合わせて接触させ、両端が接触する衝合部に交流電流を流すことにより溶融金属を形成して溶接する金属管の製造方法である。製造方法は、第１溶接速度ｖ１の溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、スパッタ発生入力ｄ電力Ｑｓ（ｖ１）及び２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）の少なくとも１つを決定する工程と、溶融限界データ、スパッタ発生限界データ、及び、２段収束限界データの少なくとも１つを生成する工程と、溶融限界データ、スパッタ発生限界データ、及び、２段収束限界データのうち少なくとも１つと、造管時現入力電力及び現溶接速度とを同時に視認可能な状態で表示装置に表示する工程とを有する。【選択図】図２
2019202348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を搬送方向に搬送して円筒状に成形しつつ、前記金属板の周方向の両端を、径方向外側から見てＶ字状になるよう突き合わせて接触させ、前記両端が接触する衝合部に交流電流を流すことにより溶融金属を形成して溶接する金属管の製造方法であって、
第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部における前記金属板の両端の端面が全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、
第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）、及び、
第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）のうち、少なくとも１つを決定する工程と、
前記第１溶接速度ｖ１における前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を用いて、前記金属板の前記両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍと溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成する処理、
前記第１溶接速度ｖ１における前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を用いて、前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓと溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する処理、及び、
前記第１溶接速度ｖ１における前記２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を用いて、前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である２段収束入力電力Ｑｗと溶接速度ｖとの関係を示す２段収束限界データを生成する処理のうち、少なくとも１つを実行する工程と、
前記溶融限界データ、前記スパッタ発生限界データ、及び、前記２段収束限界データのうち少なくとも１つと、造管時の現入力電力及び現溶接速度とを、同時に視認可能な状態で表示装置に表示する工程とを有する、金属管の製造方法。
【請求項２】
前記溶融限界データは、前記溶融入力電力Ｑｍを溶接速度ｖで表す式Ｑｍ（ｖ）であって、溶接速度ｖのべき乗βの項ｖβ（β：定数）を含む式Ｑｍ（ｖ）を含むか、又は、
前記スパッタ発生限界データは、前記スパッタ発生入力電力Ｑｓを溶接速度ｖで表す式Ｑｓ（ｖ）であって、溶接速度ｖのべき乗αの項ｖα（α：定数）を含む式Ｑｓ（ｖ）を含むか、又は、
前記２段収束限界データは、前記２段収束入力電力Ｑｗを溶接速度ｖで表す式Ｑｗ（ｖ）であって、溶接速度ｖのべき乗γの項ｖγ（γ：定数）を含む式Ｑｗ（ｖ）を含む、請求項１に記載の金属管の製造方法。
【請求項３】
前記溶融入力電力Ｑｍを溶接速度ｖで表す式Ｑｍ（ｖ）における前記溶接速度ｖのべき乗βは、０．４≦β≦０．７であるか、又は、
前記スパッタ発生入力電力Ｑｓを溶接速度ｖで表す式Ｑｓ（ｖ）における前記溶接速度ｖのべき乗αは、０．５≦α≦０．９であるか、又は、
前記２段収束入力電力Ｑｗを表す式Ｑｗ（ｖ）における前記溶接速度ｖのべき乗γは、０．６≦γ≦１．０である、請求項２に記載の金属管の製造方法。
【請求項４】
前記式Ｑｍ（ｖ）は、下記式によって決定されるか、又は、
Ｑｍ（ｖ）＝Ｑｍ（ｖ１）×［（ｖ／ｖ１）β］
前記式Ｑｓ（ｖ）は、下記式によって決定されるか、又は、
Ｑｓ（ｖ）＝Ｑｓ（ｖ１）×［（ｖ／ｖ１）α］
前記式Ｑｗ（ｖ）は、下記式によって決定される、
Ｑｗ（ｖ）＝Ｑｗ（ｖ１）×［（ｖ／ｖ１）γ］
請求項２又は３に記載の金属管の製造方法。
【請求項５】
前記第１溶接速度ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、前記第１溶接速度ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）及び前記第１溶接速度ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）をいずれも決定し、
前記溶融限界データ、前記スパッタ発生限界データ、及び前記２段収束限界データを生成し、
前記べき乗α、β、γは、γ＞α＞βである、請求項２に記載の金属管の製造方法。
【請求項６】
前記第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送しながら、前記衝合部に供給する入力電力を変化させて、前記第１溶接速度ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、前記第１溶接速度ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）、又は、前記２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を決定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属管の製造方法。
【請求項７】
前記第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送しながら、前記衝合部に供給する入力電力を変化させて、前記衝合部を、前記金属板の径方向外側から撮影した画像を用いて、前記衝合部における前記金属板の両端の端面が全面に渡って溶融しているか否かを判断することで、前記第１溶接速度ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を決定する、請求項６に記載の金属管の製造方法。
【請求項８】
前記第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送しながら、前記衝合部に供給する入力電力を変化させて、前記衝合部を、前記金属板の径方向外側から撮影した画像を用いて、前記衝合部にスリットが発生しているか否かを判断することで、前記第１溶接速度ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を決定する、請求項６又は７に記載の金属管の製造方法。
【請求項９】
前記第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送しながら、前記衝合部に供給する入力電力を変化させて、前記衝合部を、前記金属板の径方向外側から撮影した画像を用いて、前記衝合部に２段収束型形状が発生しているか否かを判断することで、前記第１溶接速度ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を決定する、請求項６〜８のいずれか１項に記載の金属管の製造方法。
【請求項１０】
予め保存されている値を補正することで、前記第１溶接速度ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、前記第１溶接速度ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）、又は、前記第１溶接速度ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を決定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属管の製造方法。
【請求項１１】
溶接条件に基づいて、前記金属板の前記溶融入力電力Ｑｍと、前記スパッタ発生入力電力Ｑｓとが同じになる臨界溶接速度Ｖｍを決定する工程をさらに有し、
前記溶融限界データ又は前記スパッタ発生限界データに加えて、前記臨界溶接速度Ｖｍを、造管時の現入力電力及び現溶接速度と同時に視認可能な状態で表示装置に表示する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の金属管の製造方法。
【請求項１２】
前記スパッタ発生限界データを用いて、前記臨界溶接速度Ｖｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）すなわち前記臨界溶接速度Ｖｍにおける溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）を決定する工程と、
前記臨界溶接速度Ｖｍにおける溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）を用いて、前記溶融入力電力Ｑｍと、溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成する工程と、をさらに有する、請求項１１に記載の金属管の製造方法。
【請求項１３】
前記溶融限界データは、前記溶融入力電力Ｑｍを溶接速度ｖで表す式Ｑｍ（ｖ）であって、溶接速度ｖのべき乗の項を含む式Ｑｍ（ｖ）を含み、Ｑｍ（ｖ）は、下記式によって決定される、請求項１２に記載の金属管の製造方法。
Ｑｍ（ｖ）＝Ｑｍ（Ｖｍ）×［（ｖ／Ｖｍ）β］
【請求項１４】
前記溶融限界データを用いて、前記臨界溶接速度Ｖｍにおける溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）すなわち前記臨界溶接速度Ｖｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）を決定する工程と、
前記臨界溶接速度Ｖｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）を用いて、前記スパッタ発生入力電力Ｑｓと、溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する工程と、をさらに有する、請求項１１に記載の金属管の製造方法。
【請求項１５】
前記スパッタ発生限界データは、前記スパッタ発生入力電力Ｑｓを溶接速度ｖで表す式Ｑｓ（ｖ）であって、溶接速度ｖのべき乗の項を含む式Ｑｓ（ｖ）を含み、Ｑｓ（ｖ）は、下記式によって決定される、請求項１４に記載の金属管の製造方法。
Ｑｓ（ｖ）＝Ｑｓ（Ｖｍ）×［（ｖ／Ｖｍ）α］
【請求項１６】
前記２段収束限界データ、前記溶融限界データ及び前記スパッタ発生限界データの少なくとも１つを用いて、造管時の入力電力の範囲を決定し、前記表示装置に表示する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の金属管の製造方法。
【請求項１７】
前記２段収束限界データ、前記溶融限界データ及び前記スパッタ発生限界データの少なくとも１つを用いて、造管時の入力電力の範囲を決定し、造管時の入力電力を、前記決定した範囲内になるよう制御する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の金属管の製造方法。
【請求項１８】
前記溶融限界データを用いて、第２溶接速度ｖ２で溶接する場合に金属板の両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍ（ｖ２）を、第１基準値として算出するか、
前記スパッタ発生限界データを用いて、前記第２溶接速度ｖ２で溶接する場合に前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ２）を第２基準値として算出するか、又は、
前記２段収束限界データを用いて、前記第２溶接速度ｖ２で溶接する場合に衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ２）を、第３基準値として算出する工程と、
前記第１基準値Ｑｍ（ｖ２）、前記第２基準値Ｑｓ（ｖ２）及び前記第３基準値Ｑｗ（ｖ２）の少なくとも１つを用いて、造管時の入力電力の範囲を決定する工程と、
前記第２溶接速度ｖ２で前記金属板を搬送しながら、前記衝合部に、前記決定した範囲の入力電力を供給して前記溶接を行う工程と、をさらに有する、請求項１７に記載の金属管の製造方法。
【請求項１９】
金属板を搬送方向に搬送して円筒状に成形しつつ、前記金属板の周方向の両端を、径方向外側から見てＶ字状になるよう突き合わせて接触させ、前記両端が接触する衝合部に交流電流を流すことにより溶融金属を形成して溶接する金属管の製造装置であって、
第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部における前記金属板の両端の端面が全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、
第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）、及び、
第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）のうち、少なくとも１つを決定する溶接状態変化点決定部と、
前記第１溶接速度ｖ１における前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を用いて、前記金属板の前記両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍと溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成する処理、
前記第１溶接速度ｖ１における前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を用いて、前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓと溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する処理、及び、
前記第１溶接速度ｖ１における前記２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を用いて、前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である２段収束入力電力Ｑｗと溶接速度ｖとの関係を示す２段収束限界データを生成する処理のうち少なくとも１つを実行する限界データ生成部と、
前記溶融限界データ、前記スパッタ発生限界データ、及び、前記２段収束限界データのうち少なくとも１つと、造管時の現入力電力及び現溶接速度とを、同時に視認可能な状態で表示装置に表示する表示部とを備える、金属管の製造装置。
【請求項２０】
金属板を搬送方向に搬送して円筒状に成形しつつ、前記金属板の周方向の両端を、径方向外側から見てＶ字状になるよう突き合わせて接触させ、前記両端が接触する衝合部に交流電流を流すことにより溶融金属を形成して溶接する金属管の製造に用いられるプログラムであって、
第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部における前記金属板の両端の端面が全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、
第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）、及び、
第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）のうち、少なくとも１つを決定する処理と、
前記第１溶接速度ｖ１における前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を用いて、前記金属板の前記両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍと溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成する処理、
前記第１溶接速度ｖ１における前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を用いて、前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓと溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する処理、及び、
前記第１溶接速度ｖ１における前記２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を用いて、前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である２段収束入力電力Ｑｗと溶接速度ｖとの関係を示す２段収束限界データを生成する処理のうち少なくとも１つの処理と、
前記溶融限界データ、前記スパッタ発生限界データ、及び、前記２段収束限界データのうち少なくとも１つと、造管時の現入力電力及び現溶接速度とを、同時に視認可能な状態で表示装置に表示する処理とをコンピュータに実行させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電縫溶接（すなわちElectric Resistance Welding、以下、ＥＲＷと称する）において、溶接部品質を管理する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＲＷの技術を用いて製造された鋼管は電縫鋼管と呼ばれる。電縫鋼管は、例えば、石油又は天然ガス用ラインパイプ、油井管の他、原子力発電設備、地熱発電設備、化学プラント、各種機械の配管、及び一般配管に使用されている。電縫鋼管を製造する場合には、帯状の鋼板、例えば、熱延鋼帯を管状に成形する。その際、鋼板の周方向の両端すなわち突き合わせ端面を、径方向から見てＶ字状になるよう突き合わせる。互いに突き合わされるこれらの両端が衝合する部分に高周波電流を流すことよって、衝合部を加熱、溶融させて、溶接シームを形成する。
【０００３】
ＥＲＷでは、溶接欠陥を抑えるために、入熱量（すなわち入力電力）及び溶接速度等を適正な範囲に制御することが求められる。例えば、入熱が不足していたり、溶接速度が速かったりする場合には未溶接部が発生することがある。一方、入熱が過剰であったり、溶接速度が遅かったりする場合には、多量の酸化物が溶接部に残存することがある。
【０００４】
一般に、電縫溶接における溶接の状態は、第１種溶接状態と、第２種溶接状態と、第３種溶接状態とに大別される。第１種溶接状態では、鋼板の端面が最初に接触する溶接点の位置変動が非常に小さい。この溶接点の位置変動は、第２種溶接状態、及び第３種溶接状態の順に大きくなる。第２種溶接状態では、衝合部に溶融スリット（以後、スリットとも称す）が発生する。また、溶接速度及び入熱量がある条件を満たす場合に、２段収束を伴う２段収束型第２種溶接状態が出現する。なお、溶接状態は、溶接現象と称されることもある。そのため、第１種溶接状態は第１溶接現象と、第２種溶接状態は第２種溶接現象と、第３種溶接状態は第３種溶接現象と、２段収束型第２種溶接状態は２段収束型第２種溶接現象と称されることもある。
【０００５】
２段収束型第２種溶接状態では、径方向から見てＶ字状に収束する鋼板の両端の延長線が交わる点（幾何学的Ｖ収束点：Ｖ０点）では鋼板の両端（エッジ）が接触しない。鋼板の端面が最初に接触するＶ収束点（Ｖ１点）は、Ｖ０点より造管方向の下流側になる。すなわち、鋼板の両端(エッジ)は、径方向から見て２段のテーパー状になる。なお、Ｖ収束点（Ｖ１点）は、Ｖ字状に収束する金属板の周方向の端部が物理的に衝合（接触）する点である。溶接点（Ｗ点）は、溶融スリットの終端点すなわち、溶融スリットの造管方向の下流の端である。
【０００６】
図１は、各種溶接状態と、溶接速度及び入熱との関係を概念的に示す図である。図１において、領域２００１が第１種溶接状態に対応する領域であり、領域２００２が第２種溶接状態に対応する領域であり、領域２００３が第３種溶接状態に対応する領域であり、領域２００４が２段収束型第２種溶接状態に対応する領域である。また、Ｖｍは２段収束型第２種溶接状態が現れる臨界溶接速度であり、Ｔｍは鋼板の融点である。Ｔは、Ｖ０点における鋼板の両端（エッジ）の温度である。Ｔ＝Ｔｍの線より上の領域では、Ｖ０点で鋼板の両端が板厚全体にわたって溶融する。
【０００７】
溶接速度が臨界溶接速度Ｖｍ未満の場合であって、入熱が低い場合には、溶接の状態は第１種溶接状態（領域２００１）となる。溶接速度が臨界溶接速度Ｖｍ未満であっても、入熱を増加させると、溶接の状態は第２種溶接状態（領域２００２）となり、更に入熱を増加させると第３種溶接状態（領域２００３）に移行する。一方、溶接速度が臨界溶接速度Ｖｍ以上の場合、溶接の状態は、入熱の増加と共に、第１種溶接状態（領域２００１）から第２種溶接状態（領域２００２）に移行し、更に入熱を増加させると、２段収束型第２種溶接状態（領域２００４）となる。
【０００８】
特許第５５１０６１５号公報（特許文献１）には、電縫鋼管を製造する際のＥＲＷの操業を管理する電縫溶接操業管理装置が記載されている。この電縫溶接操業管理装置は、撮像装置で撮像されたＶ字収束領域の表面とスリット端および溶接点とを含む領域の画像（Ｖ字収束領域の画像）を入力する。電縫溶接操業管理装置は、このＶ字収束領域の画像に対する処理の結果を用いて、溶接の状態が２段収束型第２種溶接状態となるように、高周波電源から出力される電力量を制御する。
【０００９】
特開２００９−２３３６７８号公報（特許文献２）には、電縫溶接管の製造方法において、ワークの溶接点近傍箇所を高速度カメラにより撮影することが開示されている。この方法では、撮影画像を基に、溶接点からＶ収束位置までの狭間隙部の長さが計測される。計測した狭間隙部長さＬ(ｍｍ)が所定の式を満たすように電縫溶接の溶接入熱が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第５５１０６１５号公報
【特許文献２】特開２００９−２３３６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の技術では、ＥＲＷの操業時すなわち造管時において、図１に示すような、溶接速度及び入力電力と、溶接状態との関係を示す相関図（ＣＰＤダイヤグラム）の情報を提供することは開示されていない。ＣＰＤダイヤグラムは、操業における諸条件によって異なる。そのため、実際の操業時のＣＰＤダイヤグラムを提供するのは困難であった。
【００１２】
そこで、本発明は、ＥＲＷの操業時における、溶接速度及び入力電力と、溶接状態との関係を示す情報を提供できる金属管の製造方法、金属管の製造装置、及びプログラム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】
【００１３】
本発明の１つの観点における金属管の製造方法は、金属板を搬送方向に搬送して円筒状に成形しつつ、前記金属板の周方向の両端を、径方向外側から見てＶ字状になるよう突き合わせて接触させ、前記両端が接触する衝合部に交流電流を流すことにより溶融金属を形成して溶接する金属管の製造方法である。
前記製造方法は、溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）、及び、２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）のうち、少なくとも１つを決定する工程を含む。前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部における前記金属板の両端の端面が全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である。前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力である。前記２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である。
前記製造方法は、溶融限界データ、スパッタ発生限界データ、及び、２段収束限界データのうち、少なくとも１つを生成する工程を含む。前記溶融限界データを生成する処理は、前記第１溶接速度ｖ１における前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を用いて、前記金属板の前記両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍと、溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成する処理である。前記スパッタ発生限界データを生成する処理は、前記第１溶接速度ｖ１における前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を用いて、前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓと溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する処理である。前記２段収限界データを生成する処理は、前記第１溶接速度ｖ１における前記２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を用いて、前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である２段収束入力電力Ｑｗと、溶接速度ｖとの関係を示す２段収束限界データを生成する処理である。
前記製造方法は、前記溶融限界データ、前記スパッタ発生限界データ、及び、前記２段収束限界データのうち少なくとも１つと、造管時の現入力電力及び現溶接速度とを、同時に視認可能な状態で表示装置に表示する工程とを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の１つの観点によれば、要求される溶接状態に適した操業中の入力電力の設定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、各種溶接状態と、溶接速度及び入熱との関係を概念的に示す図である。
【図２】図２は、ＣＰＤダイヤグラムの例を示す図である。
【図３】図３は、第１種溶接状態、第２種溶接状態及び２段収束型第２種溶接状態を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る電縫鋼管の製造システムの構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、管理システムの構成例を示す機能ブロック図である。
【図６】図６は、操業時の入力電力（入熱）を決定する処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】図７は、表示部による表示処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、表示部により表示されるグラフの一例を示す図である。
【図９】図９は、表示部により表示されるグラフの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、表示部により表示されるグラフの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、操業時の入力電力（入熱）を決定する処理の変形例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、ＣＰＤダイヤグラムの例を示す図である。
【図１３】図１３は、実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
発明者らは、操業前の試し溶接で得られた情報を基に、操業時におけるＣＰＤダイヤグラムの情報を予測することを検討した。試し溶接は、条件出しのための溶接である。試し溶接では、ある溶接速度で、入力電力を低い値から徐々に変化させて溶接し、溶接状態を観察して、入力電力と溶接状態の関係を示す情報を取得する。この検討において、発明者らは、溶接速度及び入力電力を変化させた場合の溶接状態の遷移を詳細に観察した結果、操業時におけるＣＰＤダイヤグラムについて、以下のような知見を得た。
【００１７】
図２は、ＣＰＤダイヤグラムの例を示す図である。溶融限界の線Ｂは、溶接速度ｖと、溶融入力電力Ｑｍとの関係を示す。溶融入力電力Ｑｍは、金属板の両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である。溶接速度ｖが臨界溶接速度Ｖｍより小さい範囲（ｖ＜Ｖｍ）では、溶融限界の線Ｂは、第１種溶接状態と第２種溶接状態との境界となる。
【００１８】
スパッタ発生限界の線Ａは、溶接速度ｖと、スパッタ発生入力電力Ｑｓとの関係を示す。スパッタ発生入力電力Ｑｓは、衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力である。溶接速度ｖが、臨界溶接速度Ｖｍより大きい範囲（ｖ＞Ｖｍ）では、スパッタ発生限界の線は、第１種溶接状態と第２種溶接状態との境界となる。
【００１９】
２段収束型形状発生限界の線Ｃは、溶接速度ｖと、２段収束入力電力Ｑｗとの関係を示す。２段収束入力電力Ｑｗは、衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である。溶接速度ｖが、臨界溶接速度Ｖｍより大きい範囲（ｖ＞Ｖｍ）において、２段収束型形状発生限界の線は、第２種溶接状態と、２段収束型第２種溶接状態との境界となる。
【００２０】
図３は、第１種溶接状態、第２種溶接状態及び２段収束型第２種溶接状態を説明するための図である。図３は、第１種溶接状態、第２種溶接状態及び２段収束型第２種溶接状態のそれぞれにおいて観察される衝合部を径方向外側から見た図を含む。また、図３は、衝合部において突き合わされる金属板の両端の金属管の軸方向から見た断面図も含む。
【００２１】
図３に示すように、第１種溶接状態では、金属板の両端がＶ字に収束して接触するＶ１点が溶接点（Ｗ点）となる。第２種溶接状態では、幾何学的Ｖ収束点（Ｖ０点）が、金属板の両端が接触するＶ１点となる。また、Ｖ０点の下流側にスリットが発生する。スリットは、金属板の厚み方向に貫通する。２段収束型第２種溶接状態では、Ｖ０点の造管方向の下流にＶ１点が位置し、Ｖ０点の造管方向の下流側にスリットが発生する。なお、造管方向は、金属板及び金属管の搬送方向である。
【００２２】
溶接過程は、加熱、溶融及び排出の３つの過程を含む。加熱過程では、衝合部に対する高周波電圧の印加によって金属板の両端の温度が上昇する。これに伴って表面の酸化膜形成が促進される。溶融過程では、金属板の両端が溶融する。十分な熱量（入力電力）が投入された理想的な状態では、溶融過程において、金属板の端面が全面に渡って溶融する。この場合、両端の溶融した部位が、高周波電流による電磁力によって逐次、突き合わせ面の表裏面に流出する。突き合わされる金属板の両端が互いに近づく接近速度と、電磁力によって両端の溶融した部位が排出される排出速度のバランスがある条件を満たす場合に、衝合部にスリットが発生する。また、排出過程では、スクイズロールによるアプセットが両端に適正に加えられる。この過程で、メタルフローが立つとともに、残留している酸化物は溶融した金属と共に突き合わせ面から排出される。この時、入力電力が十分でない場合（図２において線Ｂより低入熱側）、金属板の両端の溶融が不十分となる。この場合、アプセットを加えても溶着しない（冷接あるいは未溶着）状態となる。一方、入熱が過多の第３種溶接状態では、スリットが極端に長くなる。この状態の時にスリット上流側で短絡が起きると、下流側の電磁力の消失によって溶融金属がスリット内に逆流する現象（還流）が発生する。また，アプセットも十分に伝わらないことから酸化物が適正に排出されない。その結果、酸化物の残留に起因したペネトレータ欠陥が発生する。第２種溶接状態又は２段収束型第２種溶接状態では、適正に加熱及び排出が行われる。また、第１種溶接状態でかつ線Ａと線Ｂで囲まれる領域の状態においても、適正に加熱及び排出が行われる。そのため、これらの状態においては、欠陥の少ない高品質の溶接部位が得られると考えられている。
【００２３】
第２種溶接状態は、図２に示すスパッタ発生限界の線Ａと溶融限界の線Ｂの交点に当たる臨界溶接速度Ｖｍ以上の溶接速度において、入力電力がスパッタ発生限界の線Ａ線以上となる場合に、安定的に発現すると考えられている。
【００２４】
ＣＰＤダイヤグラムにおけるスパッタ発生限界の線Ａ、溶融限界の線Ｂ及び２段収束型形状発生限界の線Ｃは、操業における諸条件によって異なる。例えば、製造する金属管の条件（例えば、金属管の外径、板厚等）、及び、使用する設備に関する条件（例えば、高周波電源、給電子の配置、スクイズロールのアプセット、Ｖ収束角等）により、ＣＰＤダイヤグラムの線Ａ、Ｂ、Ｃは変化し得る。発明者らは、操業時の諸条件に適合するＣＰＤダイヤグラムを生成することを検討した。発明者らは、操業時のＣＰＤダイヤグラムにおけるスパッタ発生限界の線Ａ、溶融限界の線Ｂ、及び２段収束型形状発生限界の線Ｃの少なくとも１つを計算して、操業時の現溶接速度及び現入力電力とともに視認可能な形で表示する構成に想到した。これにより、操業時の溶接状態と、溶接速度及び入力電力との関係を示す情報が提供できる。この情報は、操業時の溶接状態を、目的とする状態に近づけることを格段に容易にする。
【００２５】
また、発明者らは、様々な条件で実験を行い、どのようにすれば、実際の条件に合うＣＰＤダイヤグラムの線を決定できるかを検討した。操業時に表示するＣＰＤダイヤグラムが操業時の溶接状態の制御に貢献するためには、ある程度高い精度でＣＰＤダイヤグラムの線を算出することが求められる。試行錯誤の結果、スパッタ発生限界の線Ａを、第１溶接速度ｖ１で金属板を搬送する時の溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）から求めることができることを見出した。また、発明者らは、溶融限界の線Ｂを、第１溶接速度ｖ１で金属板を搬送する時のスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）から求めることができることを見出した。溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、又はスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）は、例えば、試し溶接、又は、過去の試し溶接結果を用いた演算等により決定することができる。
【００２６】
さらに、発明者らは、２段収束型形状発生限界の線Ｃを、第１溶接速度ｖ１で金属板を搬送する時の２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）から求めることができることを見出した。２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）は、例えば、試し溶接、又は、過去の試し溶接結果を用いた演算等により決定することができる。
【００２７】
発明者らは、上記の知見を基に、下記の製造方法、製造装置及びプログラムに想到した。
【００２８】
本発明の実施形態における金属管の製造方法は、金属板を搬送方向に搬送して円筒状に成形しつつ、前記金属板の周方向の両端を、径方向外側から見てＶ字状になるよう突き合わせて接触させ、前記両端が接触する衝合部に交流電流を流すことにより溶融金属を形成して溶接する金属管の製造方法である。
前記製造方法は、溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）、及び、２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）のうち、少なくとも１つを決定する工程を含む。前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部における前記金属板の両端の端面が全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である。前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力である。前記２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である。
前記製造方法は、溶融限界データ、スパッタ発生限界データ、及び、２段収束限界データのうち、少なくとも１つを生成する工程を含む。前記溶融限界データを生成する処理は、前記第１溶接速度ｖ１における前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を用いて、前記金属板の前記両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍと、溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成する処理である。前記スパッタ発生限界データを生成する処理は、前記第１溶接速度ｖ１における前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を用いて、前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓと溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する処理である。前記２段収限界データを生成する処理は、前記第１溶接速度ｖ１における前記２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を用いて、前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である２段収束入力電力Ｑｗと、溶接速度ｖとの関係を示す２段収束限界データを生成する処理である。
前記製造方法は、前記溶融限界データ、前記スパッタ発生限界データ、及び、前記２段収束限界データのうち少なくとも１つと、造管時の現入力電力及び現溶接速度とを、同時に視認可能な状態で表示装置に表示する工程とを有する。
【００２９】
上記製造方法では、溶融限界データ、スパッタ発生限界データ、及び、２段収束限界データの少なくとも１つが生成される。溶融限界データは、図２に示すＣＰＤダイヤグラムにおける溶融限界の線Ｂが示す情報に相当する。スパッタ発生限界データは、図２に示すＣＰＤダイヤグラムにおけるスパッタ発生限界の線Ａが示す情報に相当する。２段収束限界データは、図２に示すＣＰＤダイヤグラムにおける２段収束型形状発生限界の線Ｃが示す情報に相当する。
【００３０】
上記製造方法では、第１溶接速度ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を決定し、この溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を用いて、溶融入力電力Ｑｍと溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成する。これにより、実際の操業時の溶接環境に適合する溶融限界データを生成できる。この溶融限界データは、造管時の現入力電力及び現溶接速度と同時に視認可能な状態で表示装置に表示される。そのため、現入力電力及び現溶接速度が、金属板の両端の端面を全面に渡って溶融する状態が発生する条件に対してどの位置にあるかを示す情報が提供される。すなわち、ＥＲＷの操業時における溶接速度及び入力電力と、金属板端面の全面溶融が発生する溶接状態との関係を示す情報を提供できる。
【００３１】
溶融限界データは、例えば、ｖ１、Ｑｍ（ｖ１）、及び溶接速度ｖに対する溶融入力電力Ｑｍの変化率を用いて生成できる。溶接速度ｖに対する溶融入力電力Ｑｍの変化率は、溶融限界の線Ｂの傾きを示す値である。発明者らは、溶接速度ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）と、溶接速度ｖに対する溶融入力電力Ｑｍの変化率（線Ｂの傾き）を用いることで、操業時すなわち実際の溶接環境における溶融限界の線Ｂをより精度良く計算することを見出した。溶接速度ｖに対する溶融入力電力Ｑｍの変化率（線Ｂの傾き）は、近似式又は予め用意した対応データによって、予測できることを発明者らは見出している。この変化率は、例えば、予め記録された値を用いることができる。なお、上記変化率の値は、操業時の溶接条件に応じて決定された値であってもよい。
【００３２】
上記製造方法では、スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を決定し、このスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を用いて、スパッタ発生入力電力Ｑｓと溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する。これにより、実際の操業時の溶接環境に適合するスパッタ発生限界データを生成できる。このスパッタ発生限界データは、造管時の現入力電力及び現溶接速度と同時に視認可能な状態で表示装置に表示される。そのため、現入力電力及び現溶接速度が、衝合部にスリットが発生するのに必要な条件に対してどの位置にあるかを示す情報が提供される。すなわち、ＥＲＷの操業時における溶接速度及び入力電力と、衝合部にスリットが発生する溶接状態との関係を示す情報を提供できる。
【００３３】
スパッタ発生限界データは、例えば、ｖ１、Ｑｓ（ｖ１）、及び溶接速度ｖに対するスパッタ発生入力電力Ｑｓの変化率を用いて生成できる。溶接速度ｖに対するスパッタ発生入力電力Ｑｓの変化率は、スパッタ発生限界の線Ａの傾きを示す値である。発明者らは、溶接速度ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）と、溶接速度ｖに対するスパッタ発生入力電力Ｑｓの変化率（線Ａの傾き）を用いることで、操業時すなわち実際の溶接環境におけるスパッタ発生の線Ａをより精度良く計算することを見出した。溶接速度ｖに対するスパッタ発生入力電力Ｑｓの変化率（線Ａの傾き）は、近似式又は予め用意した対応データによって、予測できることを発明者らは見出している。この変化率は、例えば、予め記録された値を用いることができる。なお、上記変化率の値は、操業時の溶接条件に応じて決定された値であってもよい。
【００３４】
上記製造方法では、第１溶接速度ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を決定し、２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を用いて、２段収束入力電力Ｑｗと溶接速度ｖとの関係を示す２段収束限界データを生成する。これにより、実際の操業時の溶接環境に適合する２段収束限界データを生成できる。この２段収束限界データは、造管時の現入力電力及び現溶接速度と同時に視認可能な状態で表示装置に表示される。そのため、現入力電力及び現溶接速度が、衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な条件に対してどの位置にあるかを示す情報が提供される。すなわち、ＥＲＷの操業時における溶接速度及び入力電力と、衝合部に２段収束型形状が発生する溶接状態との関係を示す情報を提供できる。
【００３５】
２段収束限界データは、例えば、ｖ１、Ｑｗ（ｖ１）、及び溶接速度ｖに対する２段収束入力電力Ｑｗの変化率を用いて生成できる。溶接速度ｖに対する２段収束入力電力Ｑｗの変化率は、２段収束型形状発生限界の線Ｃの傾きを示す値である。発明者らは、溶接速度ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）と、溶接速度ｖに対する２段収束入力電力Ｑｗの変化率（線Ｃの傾き）を用いることで、操業時すなわち実際の溶接環境における２段収束型形状発生限界の線Ｃをより精度良く計算することを見出した。溶接速度ｖに対する２段収束入力電力Ｑｗの変化率（線Ｃの傾き）は、近似式又は予め用意した対応データによって、予測できることを発明者らは見出している。この変化率は、例えば、予め記録された値を用いることができる。なお、上記変化率の値は、操業時の溶接条件に応じて決定された値であってもよい。
【００３６】
上記製造方法によれば、目的とする溶接状態を実現するための溶接速度及び／又は入力電力の設定及び制御が容易になる。すなわち、要求される溶接状態に適した操業中の溶接速度及び／又は入力電力の設定及び制御が可能となる。なお、第１溶接速度ｖ１は、必ずしも操業時の溶接速度と同じでなくてもよい。
【００３７】
上記の溶融限界データ、スパッタ発生限界データ、及び、２段収束型限界データのうちいずれを計算し、表示するかは、必要に応じて選択できる。例えば、溶融限界データ、スパッタ発生限界データ、及び、２段収束型限界データをうちいずれか１つのみを算出し表示してもよい。また、例えば、溶融限界データ、スパッタ発生限界データ、及び、２段収束型限界データを全て算出し表示してもよい。この場合、第１種溶接状態、第２種溶接状態、及び２段収束型第２種溶接状態の全ての溶接状態をカバーする情報を提供できる。また、例えば、溶融限界データ及びスパッタ発生限界データを計算し、表示してもよい。この場合、特に、第１種溶接状態又は第２種溶接状態で操業する際に有用な情報を提供できる。また、例えば、スパッタ発生限界データ及び２段収束限界データを計算し、表示してもよい。この場合、特に、第２種溶接状態又は２段収束型第２種溶接状態で操業する際に有用な情報を提供できる。
【００３８】
前記溶融限界データは、前記溶融入力電力Ｑｍを溶接速度ｖで表す式Ｑｍ（ｖ）であって、溶接速度ｖのべき乗βの項ｖβ（β：定数）を含む式Ｑｍ（ｖ）を含んでもよい。これにより、精度の高い溶融限界データが得られる。前記溶接速度ｖのべき乗βは、例えば、０．４≦β≦０．７であってもよい。これにより、溶融限界データの精度をより高めることができる。一例として、前記式Ｑｍ（ｖ）は、下記式によって決定されてもよい。
Ｑｍ（ｖ）＝Ｑｍ（ｖ１）×［（ｖ／ｖ１）β］
【００３９】
前記スパッタ発生限界データは、前記スパッタ発生入力電力Ｑｓを溶接速度ｖで表す式Ｑｓ（ｖ）であって、溶接速度ｖのべき乗αの項ｖα（α：定数）を含む式Ｑｓ（ｖ）を含んでもよい。これにより、精度の高いスパッタ発生限界データが得られる。前記溶接速度ｖのべき乗αは、例えば、０．５≦α≦０．９であってもよい。これにより、スパッタ発生限界データの精度をより高めることができる。一例として、前記式Ｑｓ（ｖ）は、下記式によって決定されてもよい。
Ｑｓ（ｖ）＝Ｑｓ（ｖ１）×［（ｖ／ｖ１）α］
【００４０】
前記２段収束限界データは、前記２段収束入力電力Ｑｗを溶接速度ｖで表す式Ｑｗ（ｖ）であって、溶接速度ｖのべき乗γの項を含む式Ｑｗ（ｖ）を含んでもよい。これにより、精度の高い２段収束限界データが得られる。発明者らは、実験を繰り返し、実験結果のデータを解析することで、Ｑｗを、溶接速度ｖのべき乗γで、精度よく表すことができることを見出した。前記溶接速度ｖのべき乗γは、例えば、０．６≦γ≦１．０とすることができる。これにより、２段収束限界データの精度をより高めることができる。一例として、前記式Ｑｗ（ｖ）は、下記式によって決定されてもよい。
Ｑｗ（ｖ）＝Ｑｗ（ｖ１）×［（ｖ／ｖ１）γ］
【００４１】
上記製造方法において、前記第１溶接速度ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、前記第１溶接速度ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）及び前記第１溶接速度ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）をいずれも決定し、且つ、前記溶融限界データ、前記スパッタ発生限界データ、及び前記２段収束限界データを生成してもよい。この場合、前記べき乗α、β、γは、γ＞α＞βであることが好ましい。これにより、２段収束限界データ、溶融限界データ及びスパッタ発生限界データの精度を高めることができる。同様の観点から、上記べき乗γは、γ＞β、γ＞αであってもよい。また、一例として、溶融限界データ及びスパッタ発生限界データを生成し表示する場合、α＞βであってもよい。
【００４２】
上記製造方法において、前記第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送しながら、前記衝合部に供給する入力電力を変化させて、前記第１溶接速度ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、前記第１溶接速度ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）、又は、前記第１溶接速度ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を決定してもよい。
【００４３】
上記製造方法において、前記第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送しながら、前記衝合部に供給する入力電力を変化させて、前記衝合部を、前記金属板の径方向外側から撮影した画像を用いて、前記衝合部における前記金属板の両端の端面が全面に渡って溶融しているか否かを判断することで、前記第１溶接速度ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を決定してもよい。このように、第１溶接速度ｖ１で入力電力を変化させながら衝合部を撮影して得られる画像を用いることで、衝合部の金属板の両端が全面にわたって溶融する時の入力電力を決めることができる。
【００４４】
上記製造方法において、前記第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送しながら、前記衝合部に供給する入力電力を変化させて、前記衝合部を、前記金属板の径方向外側から撮影した画像を用いて、前記衝合部にスリットが発生しているか否かを判断することで、前記第１溶接速度ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を決定してもよい。このように、第１溶接速度ｖ１で入力電力を変化させながら、衝合部を撮影して得られる画像を用いることで、衝合部にスリットが発生する時の入力電力を決めることができる。
【００４５】
上記製造方法において、前記第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送しながら、前記衝合部に供給する入力電力を変化させて、前記衝合部を、前記金属板の径方向外側から撮影した画像を用いて、前記衝合部に２段収束型形状が発生しているか否かを判断することで、前記第１溶接速度ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を決定してもよい。このように、第１溶接速度ｖ１で入力電力を変化させながら衝合部を撮影して得られる画像を用いることで、衝合部に２段収束型形状が発生する時の入力電力を決めることができる。
【００４６】
上記製造方法において、予め保存されている値を補正することで、前記第１溶接速度ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、前記第１溶接速度ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）、又は、前記第１溶接速度ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を決定してもよい。これにより、Ｑｍ（ｖ１）、Ｑｓ（ｖ１）又はＱｗ（ｖ１）を決定するための試し運転を省略することができる。例えば、過去の試し運転又は過去の操業における、溶融限界入力電力、スパッタ発生限界入力電力又は２段収束入力電力の値を補正することで、Ｑｍ（ｖ１）、Ｑｓ（ｖ１）又はＱｗ（ｖ１）を決定することができる。上記補正は、例えば、操業時の溶接条件に基づいて行われてもよい。例えば、造管中に、前記衝合部を、前記金属板の径方向外側から撮影した画像から得られる値を用いて、前記予め保存されている値を補正することで、第１溶接速度ｖ１におけるＱｍ（ｖ１）、Ｑｓ（ｖ１）又はＱｗ（ｖ１）を決定することもできる。
【００４７】
本発明の実施形態における製造方法は、下記の工程を有してもよい。
第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部における前記金属板の両端の端面が全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、又は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を決定する工程。
前記第１溶接速度ｖ１における前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を用いて、前記金属板の前記両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍと、溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成するか、又は、前記第１溶接速度ｖ１における前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を用いて、前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓと溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する工程。
前記溶融限界データ又は前記スパッタ発生限界データと、造管時の現入力電力及び現溶接速度とを同時に視認可能な状態で表示装置に表示する工程。
【００４８】
上記製造方法は、溶接条件に基づいて、前記金属板の前記溶融入力電力Ｑｍと、前記スパッタ発生入力電力Ｑｓとが同じになる臨界溶接速度Ｖｍを決定する工程をさらに有してもよい。この場合、前記溶融限界データ又は前記スパッタ発生限界データに加えて、前記臨界溶接速度Ｖｍを、造管時の現入力電力及び現溶接速度と同時に視認可能な状態で表示装置に表示してもよい。
【００４９】
臨界溶接速度Ｖｍは、Ｖ０点において、衝合部における金属板の両端の端面が全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍと、衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓとが同じになる時の溶接速度である。言い換えれば、「溶融入力電力」と、「接近速度と後退速度（離反速度）が等しくなる電力」とが同じになるときの溶接速度である。接近速度は、衝合部付近における金属板の両端が互いに接近する速度である。後退速度は、衝合部付近における金属板の両端の溶融した部位が流出することにより、両端が互いに離れる速度である。
【００５０】
図２に示すＣＰＤダイヤグラムでは、スパッタ発生限界の線Ａと溶融限界の線Ｂとの交点における溶接速度がＶｍとなる。臨界溶接速度Ｖｍを、現入力電力及び現溶接速度と同時に視認可能な状態で表示することにより、現入力電力及び現溶接速度と、溶接状態との関係が、より把握しやすくなる。
【００５１】
臨界溶接速度Ｖｍは、溶接条件に基づいて決定することができる。溶接条件は、予め決められた溶接条件であってもよい。この溶接条件は、操業時すなわち造管時の溶接条件とすることができる。溶接条件は、例えば、溶接対象の金属管の条件（例えば、金属管の材料、板厚、外径等）及び設備に関する条件（例えば、高周波電源、給電子の配置、スクイズロールのアプセット、Ｖ収束角等）の少なくとも１つを含んでもよい。溶接条件を示す値とＶｍの値との対応関係を示す対応データを用いて、操業時の溶接条件に対応するＶｍの値を決定することができる。対応データは、例えば、溶接条件の値を変数（パラメータ）とする数式（関数）であってもよいし、溶接条件の値の組み合わせとＶｍとの対応関係を示すマップ又はテーブルのような関係データであってもよい。
【００５２】
上記製造方法は、前記スパッタ発生限界データを用いて、前記臨界溶接速度Ｖｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）すなわち前記臨界溶接速度Ｖｍにおける溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）を決定する工程と、前記臨界溶接速度Ｖｍにおける溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）を用いて、前記溶融入力電力Ｑｍと、溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成する工程と、をさらに有してもよい。この場合、スパッタ発生限界データを用いてスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）が決定される。例えば、図２に示すスパッタ発生限界の線Ｂの臨界溶接速度Ｖｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）が計算できる。Ｑｓ（Ｖｍ）は、すなわち、臨界溶接速度Ｖｍにおける溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）である。例えば、図２に示すように、臨界溶接速度Ｖｍにおいて、溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）とスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）は等しい。例えば、溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）と、溶融限界の線Ｂの傾きの予測値を用いることで、実際の溶接環境すなわち操業時における溶融限界の線Ｂを計算することができる。
【００５３】
前記溶融限界データは、前記溶融入力電力Ｑｍを溶接速度ｖで表す式Ｑｍ（ｖ）であって、溶接速度ｖのべき乗の項を含む式Ｑｍ（ｖ）を含み、Ｑｍ（ｖ）は、下記式によって決定されてもよい。
Ｑｍ（ｖ）＝Ｑｍ（Ｖｍ）×［（ｖ／Ｖｍ）β］
【００５４】
上記製造方法は、前記溶融限界データを用いて、前記臨界溶接速度Ｖｍにおける溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）すなわち前記臨界溶接速度Ｖｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）を決定する工程と、前記臨界溶接速度Ｖｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）を用いて、前記スパッタ発生入力電力Ｑｓと、溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する工程と、をさらに有してもよい。この場合、溶融限界データを用いて溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）すなわちスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）が決定される。例えば、図２に示す溶融限界の線Ａの臨界溶接速度Ｖｍにおける溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）が計算できる。Ｑｍ（Ｖｍ）は、すなわち、Ｑｓ（Ｖｍ）である。例えば、スパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）と、溶融限界の線Ａの傾きの予測値を用いることで、実際の溶接環境すなわち操業時におけるスパッタ発生限界の線Ａを計算することができる。
【００５５】
前記スパッタ発生限界データは、前記スパッタ発生入力電力Ｑｓを溶接速度ｖで表す式Ｑｓ（ｖ）であって、溶接速度ｖのべき乗の項を含む式Ｑｓ（ｖ）を含み、Ｑｓ（ｖ）は、下記式によって決定されてもよい。
Ｑｓ（ｖ）＝Ｑｓ（Ｖｍ）×［（ｖ／Ｖｍ）α］
【００５６】
上記製造方法では、前記２段収束限界データ、前記溶融限界データ及び前記スパッタ発生限界データの少なくとも１つを用いて、造管時の入力電力の範囲を決定し、前記表示装置に表示してもよい。２段収束限界データは、例えば、図２における線Ｃを示す。線Ｃは、２段収束型第２種溶接状態と、第２種溶接状態との境界となる。溶融限界データは、例えば、図２における溶融限界の線Ｂを示す。線Ｂは、溶接速度がＶｍ未満の場合、第１種溶接状態と第２種溶接状態の境界となる。また、線Ｂは、溶接速度がＶｍより速い場合に、適正の加熱及び排出が行われる領域の下限となる。スパッタ発生限界データは、例えば、図２におけるスパッタ発生限界の線Ａを示す。線Ａは、溶接速度がＶｍより速い場合に、第１種溶接状態と第２種溶接状態の境界となる。そのため、２段収束限界データ、溶融限界データ及びスパッタ発生限界データの少なくともいずれかを用いることにより、目的とする溶接状態を得るための造管時すなわち操業時の入力電力の範囲を適切に設定することができる。入力電力の範囲を表示することで、操業時において目的とする溶接状態を得るための入力電力の制御がより容易になる。なお、前記溶融限界データ及び前記スパッタ発生限界データの両方を用いて、造管時の入力電力の範囲を決定することができる。
【００５７】
上記製造方法では、前記２段収束限界データ、前記溶融限界データ及び前記スパッタ発生限界データの少なくとも１つを用いて、造管時の入力電力の範囲を決定し、造管時の入力電力を、前記決定した範囲内になるよう制御してもよい。これにより、操業時において目的とする溶接状態を得るための入力電力の制御がより容易になる。例えば、操業時において、前記２段収束限界データ、溶融限界データ及びスパッタ発生限界データの少なくとも一方に基づいて制御される入力電力により溶接が行われる。これにより、要求される溶接状態に適した操業中の入力電力の制御が可能となる。
【００５８】
なお、前記溶融限界データ及び前記スパッタ発生限界データの両方を用いて、造管時の入力電力の範囲を決定し、造管時の入力電力を、前記決定した範囲内になるよう制御することができる。例えば、図２に示す溶接限界の線Ｂと、スパッタ発生限界の線Ａを求めることで、所望の溶接状態を実現するための溶接速度及び入力電力の範囲を示す情報を得ることができる。一例として、第１種溶接状態で溶接して造管する場合、溶接速度をｖ１（ｖ１＞Ｖｍ）とすると、操業時の入力電力の上限をＱｓ（ｖ１）、下限をＱｍ（ｖ１）とすることができる。
【００５９】
上記製造方法は、第１基準値、第２基準値又は第３基準値を算出する工程を有してもよい。前記第１基準値については、前記溶融限界データを用いて、第２溶接速度ｖ２で溶接する場合に金属板の両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍ（ｖ２）を、前記第１基準値として算出する。前記第２基準値については、前記スパッタ発生限界データを用いて、前記第２溶接速度ｖ２で溶接する場合に前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ２）を第２基準値として算出する。前記第３基準値については、前記２段収束限界データを用いて、前記第２溶接速度ｖ２で溶接する場合に衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ２）を、第３基準値として算出する。前記製造方法は、前記第１基準値Ｑｍ（ｖ２）、前記第２基準値Ｑｓ（ｖ２）及び前記第３基準値Ｑｗ（ｖ２）の少なくとも１つを用いて、造管時の入力電力の範囲を決定する工程と、前記第２溶接速度ｖ２で前記金属板を搬送しながら、前記衝合部に、前記決定した範囲の入力電力を供給して前記溶接を行う工程と、をさらに有してもよい。このように、２段収束限界データ、スパッタ発生限界データ又は溶融限界データの生成に用いられたＱｗ（ｖ１）、Ｑｍ（ｖ１）、Ｑｓ（ｖ１）の第１溶接速度ｖ１とは異なる第２溶接速度ｖ２におけるＱｓ（ｖ２）、Ｑｍ（ｖ２）、Ｑｓ（ｖ２）を用いて、第２溶接速度ｖ２における入力電力の範囲を決定することができる。これにより、例えば、造管時すなわち操業時の溶接速度が、第１溶接速度ｖ１と異なる第２溶接速度ｖ２である場合に、第２溶接速度ｖ２における適切な入力電力の範囲を決定することができる。例えば、試し溶接の時の溶接速度を、第１溶接速度ｖ１とし、操業時の溶接速度を、第２溶接速度ｖ２としてもよい。この場合、試し溶接における溶接速度の自由度が高くなる。これにより、効率よく試し溶接を行うことができる。
【００６０】
例えば、試し溶接の第２溶接速度ｖ２を、操業時の第１溶接速度ｖ１より小さくしてもよい。試し溶接の溶接速度を小さくすることで、試し溶接で造られる金属管の量を抑えることができる。
【００６１】
例えば、試し溶接の第２溶接速度ｖ２を、臨界溶接速度Ｖｍより小さく、操業時の第１溶接速度ｖ１を臨界溶接速度Ｖｍより大きくすることが可能である。これにより、臨界溶接速度Ｖｍより大きい溶接速度で造管する場合にも、臨界溶接速度Ｖｍより小さい溶接速度で試し溶接ができる。そのため、試し溶接で造られる金属管の量を抑えることができる。
【００６２】
なお、上記監視方法を実現する装置、並びに、上記監視方法をコンピュータに実行させるためのプログラム及びそのプログラムを記録した記録媒体も、本発明の実施形態に含まれる。
【００６３】
本発明の実施形態における製造装置は、金属板を搬送方向に搬送して円筒状に成形しつつ、前記金属板の周方向の両端を、径方向外側から見てＶ字状になるよう突き合わせて接触させ、前記両端が接触する衝合部に交流電流を流すことにより溶融金属を形成して溶接する金属管の製造装置である。前記製造装置は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部における前記金属板の両端の端面が全面に渡って溶融するのに必要な溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、又は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を決定する溶接状態変化点決定部と、前記第１溶接速度ｖ１における前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を用いて、前記金属板の前記両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍと、溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成するか、又は、前記第１溶接速度ｖ１における前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を用いて、前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓと溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する限界データ生成部と、前記溶融限界データ又は前記スパッタ発生限界データと、造管時の現入力電力及び現溶接速度とを、同時に視認可能な状態で表示装置に表示する表示部とを備える。
【００６４】
本発明の実施形態における製造装置は、金属板を搬送方向に搬送して円筒状に成形しつつ、前記金属板の周方向の両端を、径方向外側から見てＶ字状になるよう突き合わせて接触させ、前記両端が接触する衝合部に交流電流を流すことにより溶融金属を形成して溶接する金属管の製造装置である。
前記製造装置は、溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）及び２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）のうち少なくとも１つを決定する溶接状態変化点決定部を備える。前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部における前記金属板の両端の端面が全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である。前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力である。前記２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である。
前記製造装置は、溶融限界データ、スパッタ発生限界データ及び２段収束限界データの少なくとも１つを生成する限界データ生成部を備える。前記限界データ生成部は、前記第１溶接速度ｖ１における前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を用いて、前記金属板の前記両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍと、溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成する。前記限界データ生成部は、前記第１溶接速度ｖ１における前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を用いて、前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓと溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する。前記限界データ生成部は、前記第１溶接速度ｖ１における前記２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を用いて、前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である２段収束入力電力Ｑｗと、溶接速度ｖとの関係を示す２段収束限界データを生成する。
前記製造装置は、前記前記溶融限界データ、前記スパッタ発生限界データ、及び、前記２段収束限界データのうち少なくとも１つと、造管時の現入力電力及び現溶接速度とを、同時に視認可能な状態で表示装置に表示する表示部とを備える。
【００６５】
本発明の実施形態におけるプログラムは、金属板を搬送方向に搬送して円筒状に成形しつつ、前記金属板の周方向の両端を、径方向外側から見てＶ字状になるよう突き合わせて接触させ、前記両端が接触する衝合部に交流電流を流すことにより溶融金属を形成して溶接する金属管の製造に用いられるプログラムである。前記プログラムは、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部における前記金属板の両端の端面が全面に渡って溶融するのに必要な溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、又は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を決定する処理と、前記第１溶接速度ｖ１における前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を用いて、前記金属板の前記両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍと、溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成するか、又は、前記第１溶接速度ｖ１における前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を用いて、前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓと溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する処理と、前記溶融限界データ又は前記スパッタ発生限界データと、造管時の現入力電力及び現溶接速度とを、同時に視認可能な状態で表示装置に表示する処理と、をコンピュータに実行させる。
【００６６】
本発明の実施形態におけるプログラムは、金属板を搬送方向に搬送して円筒状に成形しつつ、前記金属板の周方向の両端を、径方向外側から見てＶ字状になるよう突き合わせて接触させ、前記両端が接触する衝合部に交流電流を流すことにより溶融金属を形成して溶接する金属管の製造に用いられるプログラムである。
前記プログラムは、溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）及び２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）のうち、少なくとも１つを決定する処理をコンピュータに実行させる。前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部における前記金属板の両端の端面が全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）である。前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力である。前記２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）は、第１溶接速度ｖ１で前記金属板を搬送する時に前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である。
前記プログラムは、溶融限界データを生成する処理、スパッタ発生限界データを生成する処理、及び、２段収束限界データを生成する処理うち少なくとも１つの処理をコンピュータに実行させる。前記溶融限界データを生成する処理は、前記第１溶接速度ｖ１における前記溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を用いて、前記金属板の前記両端の端面を全面に渡って溶融するのに必要な最低入力電力である溶融入力電力Ｑｍと、溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成する処理である。前記スパッタ発生限界データを生成する処理は、前記第１溶接速度ｖ１における前記スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を用いて、前記衝合部にスリットが発生するのに必要な最低入力電力であるスパッタ発生入力電力Ｑｓと溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する処理である。前記２段収束限界データを生成する処理は、前記第１溶接速度ｖ１における前記２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を用いて、前記衝合部に２段収束型形状が発生するのに必要な最低入力電力である２段収束入力電力Ｑｗと、溶接速度ｖとの関係を示す２段収束限界データを生成する処理である。
前記プログラムは、前記溶融限界データ、前記スパッタ発生限界データ、及び、前記２段収束限界データのうち少なくとも１つと、造管時の現入力電力及び現溶接速度とを、同時に視認可能な状態で表示装置に表示する処理をコンピュータに実行させる。
【００６７】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００６８】
［実施形態］
＜電縫鋼管の製造システム＞
図４は、本発明の実施形態に係る電縫鋼管の製造システムの構成の一例を示す図である。尚、本実施形態では、電縫鋼管の製造システムの各構成要素の位置と、撮像された画像の位置は、それぞれ同一の３次元直交座標（ｘ，ｙ，ｚ座標）で表されるものとする。すなわち、各図に示すｘ，ｙ，ｚ座標は、その方向のみを示すものであり、その原点の位置は各図において同一であるものとする。
【００６９】
図４において、電縫鋼管の製造システムは、スクイズロール２ａ、２ｂと、コンタクトチップ３ａ、３ｂと、インピーダー４と、撮像装置５と、溶接速度測定装置１３と、溶接速度制御装置１４と、表示装置１５と、高周波電源６と、管理システム１００と、を有する。管理システム１００は、記録部１０５にアクセス可能となっている。
【００７０】
まず、電縫鋼管の製造設備の概要を説明する。図４に示すように、帯状の鋼板１がｘ軸の正の方向に向かって搬送されながら、ロール群（図示せず）により連続的に円筒状に成形される。円筒状に成形される鋼板１の内部には、磁束を鋼板１の衝合部に集中させるためのインピーダー４が配置されている。高周波電源６から高周波の電力が供給されると、一対のコンタクトチップ３ａ、３ｂから、鋼板１のＶ字状に収束する領域の表面に高周波電流が流れる。コンタクトチップ３ａ、３ｂは、給電子の一例である。コンタクトチップ３ａ、３ｂは、鋼板１に接触した状態で電流を供給する接触型の給電子である。給電子は、非接触型であってもよい。例えば、鋼板１に接触しない状態で、鋼板１に誘導電流を発生させる誘導コイル（ワークコイル）を給電子としてもよい。このとき、スクイズロール２ａ、２ｂにより、鋼板１に対してその両側方から押圧力が加えられる。これにより、鋼板１の周方向の両端１１ａ、１１ｂをＶ字状に収束させながら突き合わせて接触させる。両端１１ａ、１１ｂが接触する衝合部を高周波電流により加熱し溶融させて、鋼板１を溶融接合する。このような溶融接合は、電縫溶接（ＥＲＷ）と称される。尚、以下の説明では、「鋼板１のＶ字状に収束する領域」を必要に応じて「Ｖ字収束領域」と称する。Ｖ字収束領域は、衝合部を含む領域である。また、鋼板１の周方向の両端１１ａ、１１ｂが突き合わされて、１本の線状に観察される部分を必要に応じて「溶接線」と称する（図４の溶接線１２を参照）。
【００７１】
撮像装置５は、Ｖ字収束領域の表面を含む領域の自発光パターン（輻射パターン）を撮像する。撮像装置５としては、例えば、１９２０×５１２の画素を有するカラーカメラが用いられる。撮像装置５は、例えば、撮影視野が５０［ｍｍ］×１９０［ｍｍ］、分解能が１００［μｍ／画素］、撮影フレームレートが４０［ｆｐｓ］、露光時間が１／１００００［ｓｅｃ］の条件で、Ｖ字収束領域の表面を含む領域を撮像する。撮像装置５による撮像は一定の時間間隔で連続的に行われる。連続的に撮像された複数の画像における一枚の画像をフレームと呼ぶ。また、以下の説明では、撮像装置５で撮像された「画像」を必要に応じて「Ｖ字収束領域の画像」と称する。
【００７２】
管理システム１００は、撮像装置５で撮像されたＶ字収束領域の画像を入力する。そして、管理システム１００は、Ｖ字収束領域の画像に対する処理等を行って、溶接状態を監視する。すなわち、画像処理の結果として、溶接状態を示すデータが生成される。溶接状態を示すデータとして、例えば、衝合部における鋼板１の両端１１ａ、１１ｂの形状が、２段収束型形状となっているか否かを示すデータ、衝合部における鋼板１の両端１１ａ、１１ｂの端面が全面に渡って溶融しているか否かを示すデータ、又は、衝合部にスリットが発生しているか否かを示すデータが生成される。管理システム１００は、画像処理により得られる溶接状態を示すデータに基づいて、溶接条件を決定する。
【００７３】
管理システム１００は、溶接速度制御装置１４を介して、溶接速度を制御する。溶接速度制御装置１４は、例えば、鋼管の搬送速度を制御する装置である。この場合、鋼管の搬送速度制御により、溶接速度が制御される。溶接速度は、例えば、スクイズロールや各種成形ロールの回転数を制御することにより制御される。また、管理システム１００は、溶接速度測定装置１３で測定された溶接速度を取得する。管理システム１００は、溶接速度測定装置１３で測定された溶接速度に基づいて、溶接速度を制御（フィードバック制御）してもよい。例えば、管理システム１００は、溶接速度が一定になるように制御してもよい。溶接速度測定装置１３は、鋼管の搬送ラインに配置された速度センサを含む構成としてもよい。また、溶接速度測定装置１３は、スクイズロールその他のロールの回転速度を利用して溶接速度を検出してもよい。
【００７４】
また、管理システム１００は、高周波電源６から衝合部へ入力される入力電力を制御する。例えば、管理システム１００は、高周波電源６の電圧及び電流の少なくとも一方を制御することで、衝合部へ入力される入力電力を制御することができる。なお、管理システム１００は、高周波電源６の電圧及び電流を測定する。管理システム１００は、測定された電圧及び電流に基づいて、高周波電源６から衝合部へ入力される入力電力を推定することができる。
【００７５】
このように、管理システム１００は、溶接の状態を監視する監視装置と、監視結果に基づいて溶接を制御する制御装置とを含むことができる。監視装置は、上記の撮像装置５で撮像された画像の他にも、必要に応じて、溶接条件に関する情報を取得してもよい。例えば、コンタクトチップ３ａ、３ｂ及び高周波電源６の出力値、スクイズロール２ａ、２ｂの圧力、ロール間距離等、溶接に用いられる装置の動作を示す情報を取得することができる。
【００７６】
また、管理システム１００は、溶接速度と入力電力が制御されて金属板が溶接される期間において、Ｖ字収束領域の画像を取得する。例えば、管理システム１００は、溶接速度を一定に保った状態で高周波電源６から衝合部への入力電力を変化させる。入力電力を変化させる期間において、衝合部の画像を取得する。これにより、管理システム１００は、鋼板を制御された速度で搬送しながら、衝合部に供給する入力電力を変化させて、溶接状態を監視することができる。
【００７７】
管理システム１００は、溶接速度ｖ１で金属板を搬送して試し溶接を行って溶接状態を監視することにより、ｖ１における溶融限界の溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を決定する。管理システム１００は、この溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）と臨界溶接速度Ｖｍを用いて、図２のＣＰＤダイヤグラムにおける溶融限界の線Ｂ及びスパッタ発生限界の線Ａに相当するデータを算出する。また、管理システム１００は、ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を決定する。Ｑｗ（ｖ１）を用いて、図２のＣＰＤダイヤグラムにおける２段収束型形状発生限界の線Ｃに相当するデータを算出する。管理システム１００は、これらの線Ａ、Ｂ、Ｃの情報を、造管中に検出される現入力電力及び現溶接速度と同時に視認可能な状態で、表示装置１５に表示する。また、管理システム１００は、これらの線Ａ、Ｂ、Ｃの情報を用いて、操業中の入力電力を制御する。
【００７８】
図５は、管理システム１００の構成例を示す機能ブロック図である。管理システム１００は、溶接状態変化点決定部１０１、限界データ生成部１０２、臨界溶接速度決定部１０３、及び表示部１０４を備える。溶接状態変化点決定部１０１は、第１溶接速度ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）、第１溶接速度ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）、及び、第１溶接速度ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）の少なくとも１つを決定する。限界データ生成部１０２は、２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を用いて、２段収束入力電力Ｑｗと溶接速度ｖとの関係を示す２段収束限界データを生成するか、溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を用いて、溶融入力電力Ｑｍと溶接速度ｖとの関係を示す溶融限界データを生成するか、又は、スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を用いて、スパッタ発生入力電力Ｑｓと溶接速度ｖとの関係を示すスパッタ発生限界データを生成する。限界データ生成部１０２は、２段収束限界データ、溶融限界データ及びスパッタ発生限界データのうち２つ以上を生成してもよい。
【００７９】
臨界溶接速度決定部１０３は、溶接条件に基づいて、溶融入力電力Ｑｍとスパッタ発生入力電力Ｑｓとが同じになる臨界溶接速度Ｖｍを決定する。表示部１０４は、限界データ生成部１０２が生成した溶融限界データ又はスパッタ発生限界データ、及び臨界溶接速度決定部１０３が決定した臨界溶接速度Ｖｍを、造管時の現入力電力及び現溶接速度と同時に視認可能な状態で表示装置に表示する。
【００８０】
管理システム１００は、プロセッサ及びメモリを含むコンピュータによって構成される。溶接状態変化点決定部１０１、限界データ生成部１０２、臨界溶接速度決定部１０３、及び表示部１０４の各部は、１又は複数のコンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。そのようなプログラム及びそのプログラムを記録した非一時的(non-transitory)な記録媒体も、本発明の実施形態の一例である。プロセッサは、メモリに記録されたプログラムに従って処理を実行する。プログラムは、上記の溶接状態変化点決定部１０１、限界データ生成部１０２、臨界溶接速度決定部１０３、及び表示部１０４を提供するためのプロセッサに対する命令を含むことができる。
【００８１】
本実施形態の鋼管の製造方法では、試し溶接をして入熱（入力電力）条件を設定した後、設定した入熱条件で、造管すなわち操業してもよいし、試し溶接を省略して過去のデータを用いて入熱条件を設定した後、操業してもよい。以下では、一例として、試し溶接をして入熱条件を設定する処理を説明する。図６は、入熱条件設定処理の一例を示すフローチャートである。
【００８２】
＜入熱条件設定処理＞
［Ｓ１：試し溶接における溶接状態の監視］
図６に示す例では、まず、Ｓ１において、管理システム１００は、溶接速度ｖ１で、入力電力を変化させながら鋼板の試し溶接を行う。溶接速度ｖ１は、条件だしのための溶接速度である。試し溶接における溶接速度は、例えば、操業時の溶接速度を同じにすることができる。また、試し溶接における入力電力以外の条件は、操業時の条件と同じにすることが好ましい。管理システム１００は、試し溶接において入力電力を変化させている期間において、撮像装置５で撮影された衝合部の画像を取得する。管理システム１００は、取得した画像を基に、溶接状態を判定する。これにより、試し溶接で入力電力を変化させている期間において溶接状態の変化を検出することができる。
【００８３】
ステップＳ１では、一例として、管理システム１００は、溶接速度ｖ１を臨界溶接速度Ｖｍ以上（ｖ１≧Ｖｍ）とすることができる。図２に示すように、溶接速度ｖがＶｍ以上かつ入力電力Ｑがスパッタ発生入力電力Ｑｓより低い場合（ｖ≧Ｖｍ、Ｑ＜Ｑｓ）、第１種溶接状態となる。溶接速度ｖがＶｍ以上かつ入力電力がスパッタ発生入力電力Ｑｓ以上の場合（ｖ≧Ｖｍ、Ｑ≧Ｑｓ）、第２種溶接状態となる。溶接速度ｖがＶｍ以上かつ入力電力が２段収束入力電力Ｑｗ以上の場合（ｖ≧Ｖｍ、Ｑ≧Ｑｗ）、２段収束型第２種溶接状態となる。そのため、溶接速度ｖ１がＶｍ以上の場合、入力電力Ｑがスパッタ発生入力電力Ｑｓを超えると、溶接部においてスパッタが発生する。すなわち、スパッタ発生入力電力Ｑｓを境にして、溶接状態が、第１種溶接状態から第２種溶接状態に変化する。また、２段収束入力電力Ｑ２を境にして、溶接状態が、第２種溶接状態から２段収束型第２種溶接状態に変化する。そのため、管理システム１００は、Ｖｍ以上の溶接速度ｖ１で溶接中に、溶接状態が、第１種溶接状態から第２種溶接状態に変化したことを検出した時の入力電力を、スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）と決定することができる。また、管理システム１００は、Ｖｍ以上の溶接速度ｖ１で溶接中に、溶接状態が、第２種溶接状態から２段収束型第２種溶接状態に変化したことを検出した時の入力電力を、２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）と決定することができる。
【００８４】
Ｓ１において、管理システム１００は、溶接部の画像を処理することにより溶接状態を判定してもよい。画像処理による溶接状態の判定は、例えば、特許第５５１０６１５号公報（上記特許文献１）に開示がある。ここで、図３を参照して、画像処理により溶接状態を判定する処理例を説明する。管理システム１００は、溶接部を金属管の径方向外側から撮影した画像において、Ｖ０、Ｖ１、Ｗ点の位置を計算する。Ｖ０、Ｖ１、Ｗ点の位置から溶接状態を判定することができる。この判定処理は、例えば、次の処理を含む。撮影画像の所定の範囲で、鋼板の両端の２つの線（Ｖ字形状又はテーパー形状）を画像処理で認識する。認識する２つの線は、直線とする。鋼板の両端の２つの線の認識は、例えば、画像を２値化して、２値化画像において鋼板の両端の位置を特定する処理、又は、エッジ抽出処理により抽出されたエッジから所定の条件を満たすものを鋼板の両端のエッジとして特定する処理、等が含まれてもよい。鋼板の両端として認識された２つの線の交点をＶ０点と認識することができる。上記２つの線の成す角θ（Ｖ収束角θ）が求められてもよい。Ｖ０点を通る溶接線近傍において、造管方向の上流から輝度を確認してＶ１点及びＷ点の座標を求める。例えば、溶接上流側から見て最初に輝度が（閾値より）小さくなる点をＶ１点として、座標を求める。Ｖ１点からさらに造管方向の下流において輝度を確認し、輝度が（閾値より）大きくなる領域の最も下流の点をＷ点として、座標を求める。
【００８５】
管理システム１００は、Ｖ０点とＶ１点の分離状況から２段収束型第２種溶接状態の判断を行う。例えば、Ｖ０点とＶ１点の距離と閾値との比較により２段収束型第２種溶接状態の判定ができる。また、管理システム１００は、Ｖ１点とＷ点の分離状況から、第１種溶接状態の判定を行う。例えば、Ｖ１点とＷ点の距離と閾値との比較により第１種溶接状態の判定ができる。
【００８６】
この判定処理は、例えば、次のような基準に基づいて実行することができる。第１種溶接状態の時は、Ｖ０、Ｖ１、Ｗ点が同じ座標になる。第２種溶接状態又は第３種溶接状態の時は、Ｖ０、Ｖ１点が同じ座標で、Ｗ点がＶ０、Ｖ１点と異なる座標となる。２段収束型第２種溶接状態の時は、Ｖ０、Ｖ１、Ｗ点が異なる座標となる。
【００８７】
なお、θ、及びＶ０、Ｖ１、Ｗ点の計算は、上記例に限られない。例えば、θ、及びＶ０、Ｖ１、Ｗ点の座標は、連続して撮影された複数の画像（フレーム）における座標の移動平均により算出してもよい。これにより、判定精度を向上させることができる。また、Ｗ点は、溶接線の最も下流側の座標と、移動平均値の両方を用いることで判定することもできる。これにより、判定精度を向上させることができる。スリットが生成されている場合、スリットは、常時伸縮を繰り返しているためである。
【００８８】
また、機械学習により得られた学習済みモデルを用いた画像処理により、θの値、Ｖ０、Ｖ１、Ｗ点の位置を決定してもよい。或いは、衝合部における金属板の両端の端面が全面に渡って溶融しているか否かの判断、衝合部にスリットが発生しているか否かの判断、及び、衝合部に２段収束型形状が発生しているか否かの判断の少なくとも１つを、機械学習により得られた学習済みモデルを用いて行うことができる。機械学習は、例えば、ニューラルネットワーク（ＮＮ）を用いた深層学習（ディープラーニング）であってもよい。このように、人工知能（ＡＩ）を用いた画像処理によって溶接状態を判断してもよい。
【００８９】
［Ｓ２：ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）の決定］
図６のステップＳ１の溶接状態の監視において、管理システム１００は、溶接状態の変化を検出すると、検出した溶接状態の変化に基づいて、ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を決定する（Ｓ２）。管理システム１００は、例えば、溶接速度ｖ１で入力電力を上昇させて溶接する間において、アーキング開始時の入力電力をスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）と決定することができる。
【００９０】
アーキング開始は、撮像装置５で撮影された衝合部の画像を処理することで検出することができる。画像処理によるアーク検出の例は、例えば、特開２０１６−０７８０５６号公報に開示されている。アーク検出の処理は、例えば、Ｖ１点とＷ点の間のスリットを含む領域をアーク検出領域として抽出する処理と、アーク検出領域におけるアークの発生を検出する処理を含んでもよい。Ｖ１点とＷ点の位置の検出は、例えば、赤色成分又は青色成分の画像データを２値化した２値化画像に対して、ブロッブ（Ｂｌｏｂ）毎にラベルを付ける処理、ラベルが付けられた画像に基づいて、Ｖ０点、Ｖ１点及びＷ点の位置を検出する処理を含んでもよい。アークの発生の検出は、上記のブロッブ各々のアスペクト比が所定の条件を満たすか否かを判定する処理を含んでもよい。例えば、アスペクト比が０．３〜０．５のブロッブがある場合に、アーク発生有りと判定することができる。
【００９１】
なお、スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を決定する処理は、上記のアーキング開始の検出に基づくものに限られない。たとえば、Ｖ１点とＷ点の間の距離の変化に基づいて、溶接状態が、第１種溶接状態から第２種溶接状態に変化したことを検出してもよい。例えば、溶接速度ｖ１（ｖ１＞Ｖｍ）で入力電力を上昇させた場合に、溶接状態が、第１種溶接状態から第２種溶接状態に変化した時の入力電力を、ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）と決定することができる。
【００９２】
［Ｓ３：ｖ−Ｑｓ線の生成］
ステップＳ３において、管理システム１００は、ステップＳ２で決定したＱｓ（ｖ１）を用いて、溶接速度ｖとスパッタ発生入力電力Ｑｓとの関係（ｖ−Ｑｓ関係）を示すスパッタ発生限界データを生成する。例えば、図２に示すスパッタ発生限界の線Ａは、ｖ−Ｑｓ関係を示す。発明者らは、所定の溶接条件においては、スパッタ発生限界の線Ａは、溶接速度ｖの０．６乗の項を含む式で近似できるという知見を得ている。すなわち、スパッタ発生入力電力Ｑｓの溶接速度ｖに対する変化率は、溶接速度ｖの０．６乗となる場合がある。このような場合は、ＣＰＤダイヤグラムにおいて、Ｓ２で決定したスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）の点を通り、溶接速度ｖの０．６乗の傾きを持つ線を、スパッタ発生限界の線Ａとすることができる。スパッタ発生限界データは、例えば、スパッタ発生限界の線Ａの関数Ｑｓ（ｖ）とすることができる。また、スパッタ発生限界データは、線Ａ上の複数の点を示す離散値Ｑｓ（ｖａ１）、Ｑｓ（ｖａ２）、・・・、Ｑｓ（ｖａＮ）（Ｎは整数）とすることができる。
【００９３】
なお、管理システム１００は、予め記録されたＱｓのｖに対する変化率（線Ａの傾き）を示すデータを用いて、ｖ−Ｑｓ関係を示すスパッタ発生限界データを生成することができる。例えば、複数の様々な溶接条件のそれぞれに対応するスパッタ発生限界の線Ａの傾きを示すデータを、予め記録部１０５に記録しておくことができる。管理システム１００は、記録部１０５から、溶接の対象とする金属管の溶接条件に対応するスパッタ発生限界の線Ａの傾きを読み出す。Ｓ２で決定したスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）の点を通り、記録部１０５から読み出した傾きを持つ線を、ｖ−Ｑｓ関係を示すスパッタ発生限界の線Ａとすることができる。溶接条件は、例えば、金属管のサイズ又は鋼種等とすることができる。スパッタ発生限界の線Ａの傾きを示すデータは、例えば、溶接速度ｖのべき乗の値としてもよい。
【００９４】
本実施形態では、一例として、ｖ−Ｑｓ関係を示すデータとして、下記式（１）で示す関数Ｑｓ（ｖ）が生成されるものとする。
Ｑｓ（ｖ）＝Ｑｓ（ｖ１）×［（ｖ／ｖ１）α］            （１）
α：定数（例えば、α＝０．６）
【００９５】
上記式（１）におけるαは、線Ａの傾きを示す値の一例である。αの値は、０．６に限られない。αは、０．５≦α≦０．９であることが好ましい。
【００９６】
［Ｓ４：ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）の決定］
図６のステップＳ４の溶接状態の監視において、管理システム１００は、ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を決定する（Ｓ４）。管理システム１００は、例えば、溶接速度ｖ１で入力電力を上昇させて溶接する間において、２段収束型第２種溶接状態が検出された時の入力電力を２段収束入力電力Ｑｃｒ（ｖ１）と決定することができる。２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）は、溶接速度ｖ１において、２段収束型第２種溶接状態が発生する最低入力電力である。管理システム１００は、例えば、溶接速度ｖ１で入力電力を上昇させて溶接する間において、衝合部における鋼板の両端の形状に、２段収束型の形状が現れた時の入力電力を２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）と決定することができる。具体的には、２段収束型第２種溶接状態の検出は、例えば、撮像装置５で撮影された衝合部の画像から得られるＶ０点とＶ１点の距離が閾値を超えるか否かにより判断することができる。
【００９７】
なお、２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）を決定する処理は、上記のＶ０点とＶ１点の距離に基づくものに限られない。例えば、衝合部における鋼板の両端の形状の変化に基づいて、溶接状態が、第２種溶接状態から２段収束型第２種溶接状態に変化したことを検出してもよい。
【００９８】
［Ｓ５：ｖ−Ｑｗの生成］
ステップＳ５において、管理システム１００は、ステップＳ４で決定したＱｗ（ｖ１）を用いて、溶接速度ｖと２段収束入力電力Ｑｗとの関係（ｖ−Ｑｗ関係）を示す２段収束限界データを生成する。例えば、図２に示す２段収束限界の線Ｃは、ｖ−Ｑｗ関係を示す。発明者らは、所定の溶接条件においては、２段収束限界の線Ｃは、溶接速度ｖの０．７乗の項を含む式で近似できるという知見を得ている。すなわち、２段収束入力電力Ｑｗの溶接速度ｖに対する変化率は、溶接速度ｖの０．７乗となる場合がある。このような場合は、ＣＰＤダイヤグラムにおいて、Ｓ４で決定した２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）の点を通り、溶接速度ｖの０．７乗の傾きを持つ線を、２段収束限界の線Ｃとすることができる。２段収束限界データは、例えば、２段収束限界の線Ｃの関数Ｑｗ（ｖ）とすることができる。また、２段収束限界データは、線Ｃ上の複数の点を示す離散値Ｑｗ（ｖａ１）、Ｑｗ（ｖａ２）、・・・、Ｑｗ（ｖａＮ）（Ｎは整数）とすることができる。
【００９９】
なお、管理システム１００は、予め記録されたＱｗのｖに対する変化率を示すデータを用いて、ｖ−Ｑｗ関係を示す２段収束限界データを生成することができる。例えば、複数の様々な溶接条件のそれぞれに対応する２段収束限界の線Ｃの傾きを示すデータを、予め記録部１０５に記録しておくことができる。管理システム１００は、記録部１０５から、溶接の対象とする金属管の溶接条件に対応する２段収束限界の線Ｃの傾きを読み出す。Ｓ４で決定した２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）の点を通り、記録部１０５から読み出した傾きを持つ線を、ｖ−Ｑｗ関係を示す２段収束限界の線Ｃとすることができる。溶接条件は、例えば、金属管のサイズ又は鋼種等とすることができる。２段収束限界の線Ｃの傾きを示すデータは、例えば、溶接速度ｖのべき乗の値としてもよい。
【０１００】
本実施形態では、一例として、ｖ−Ｑｗ関係を示すデータとして、下記式（２）で示す関数Ｑｗ（ｖ）が生成されるものとする。
Ｑｗ（ｖ）＝Ｑｗ（ｖ１）×［（ｖ／ｖ１）γ］            （２）
γ：定数（例えば、γ＝０．７）
【０１０１】
上記式（２）におけるγは、線Ｃの傾きを示す値の一例である。γの値は、０．７に限られない。γは、０．６≦γ≦１．０であることが好ましい。
【０１０２】
［Ｓ６：臨界溶接速度Ｖｍの取得］
ステップＳ６において、管理システム１００は、臨界溶接速度Ｖｍを取得する。管理システム１００は、例えば、予め記録されたデータから対象とする金属管に合う臨界溶接速度Ｖｍを取得することができる。この場合、複数の溶接条件のそれぞれに対応する臨界溶接速度Ｖｍを予め管理システム１００が記録部１０５に記録しておくことができる。各溶接条件における臨界溶接速度Ｖｍは、例えば、実験により求めることができる。Ｓ６において、管理システム１００は、操業時の溶接条件に対応する臨界溶接速度Ｖｍを、記録部１０５から読み出すことで、操業時の溶接条件に応じた臨界溶接速度Ｖｍを取得することができる。
【０１０３】
ここで、臨界溶接速度Ｖｍを求める方法の一例を説明する。まず、対象とする製造システムで、Ｖｍより大きいと予想される溶接速度域における少なくとも２つの溶接速度（ｖｎ１、ｖｎ２、・・・）で、入力電力を変化させて対象となる金属管の溶接を行い、溶接状態を取得する。入力電力を変化させる範囲は、冷接発生状態を発生させる入力電力Ｑｃから、第２種溶接状態（又は２段収束型第２種溶接状態）を発生させる入力電力Ｑ２までの範囲とする。溶接状態は、扁平試験、断面マクロ試験、周波数変動波形計測、及び、溶接部画像計測のうち少なくとも１つを実施することで得られる。溶接速度及び入力電力の各条件について、溶接状態は、（１）冷接発生状態の範囲、（２）冷接発生しない第１種溶接状態の範囲、（３）第２種溶接状態の範囲、（４）２段収束型第２種溶接状態の範囲、（５）第３種溶接状態の範囲のいずれになるかを判定する。
【０１０４】
上記の２つ以上の溶接速度（ｖｎ１、ｖｎ２、・・・）の各々における（１）と（２）の境界となる入力電力（Ｑｃ２（ｖｎ１）、Ｑｃ２（ｖｎ２）、・・・）の値を用いて、ＣＰＤダイヤグラムにおける溶融限界の線Ｂ（図２参照）の予測線を算出する。線Ｂの予測線は、例えば、溶接速度のべき乗の関数とすることができる。また、上記の２つ以上の溶接速度（ｖｎ１、ｖｎ２、・・・）における（２）と（３）の境界となる入力電力（Ｑ２３（ｖｎ１）、Ｑ２３（ｖｎ２）、・・・）の値を用いて、スパッタ発生限界の線Ａ（図２参照）の予測線を算出する。線Ａの予測線は、例えば、溶接速度のべき乗の関数とすることができる。線Ｂの予測線と、線Ａの予測線の交点における溶接速度を臨界溶接速度Ｖｍとして算出する。
【０１０５】
或いは、Ｖｍより大きいと予想される溶接速度域における１つの溶接速度ｖｎ１で、入力電力を変化させて対象となる金属管の溶接を行い、溶接状態を取得してもよい。この場合、例えば、溶接速度ｖｎ１における（１）と（２）の境界となる入力電力Ｑｃ２（ｖｎ１）を通り、溶接速度ｖの０．５乗の傾きを持つ線を、線Ｂの予測線として算出することができる。また、例えば、溶接速度ｖｎ１における（２）と（３）の境界となる入力電力Ｑ２３（ｖｎ１）を通り、溶接速度ｖの０．６乗の傾きを持つ線を、線Ａの予測線として算出することができる。これらの線Ｂの予測線と線Ａの予測線の交点における溶接速度をＶｍとして算出する。
【０１０６】
或いは、管理システム１００は、溶接条件を示すパラメータを用いてＶｍの値を計算してもよい。例えば、金属板の板厚ｔ、給電距離Ｌ、Ｖ収束角θを用いて、下記式（２）によって、Ｖｍを計算することができる。なお、給電距離Ｌは、金属管に交流電流を流すための給電子（接触子とも称される）からＶ０点までの距離とすることができる。
Ｖｍ＝Ｋ×ｔ−１．０×Ｌ−０．５×θ−１．５            （３）
Ｋ：定数
【０１０７】
給電距離Ｌは、Ｌ＝Ｌ０−ＬＶ０によって求められる。Ｌ０は、給電子（例えば、コンタクトチップ又はワークコイル）からスクイズロールセンター（ＳＱＣ）までの距離である。ＬＶ０は、幾何学的Ｖ収束点（Ｖ０点）からスクイズロールセンター（ＳＱＣ）までの距離である。Ｌ０は、造管前の機械の調整段階までに実測することが好ましい。ＬＶ０は、造管前に実測するか、又は、造管中すなわち溶接中に上方からカメラで溶接部を撮影した画像を用いて、目視又は画像処理により計測することができる。Ｖ収束角θも、ＬＶ０と同様に、造管前に実測するか、又は、溶接中の溶接部（衝合部）の画像を用いて、目視又は画像処理により計測することができる。
【０１０８】
上記式（３）に用いるＬＶ０、θの計測は、第２種溶接状態の時に撮影された溶接部（衝合部）の画像を用いて計測されることが好ましい。これにより、算出値の精度を向上させることができる。上記式（３）のＬ、θの乗数は、スパッタ発生限界から２段収束型形状発生限界の間のＬ、θを用いて決定されたものだからである。例えば、溶接速度ｖ１の場合、スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）と２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）の間の入力電力の時に、ＬＶ０及びθを計測することが好ましい。スパッタ発生入力電力Ｑｓにおける溶接部の画像によりＬＶ０及びθを計測することがより好ましい。
【０１０９】
このようにして、製造システムの様々な複数の溶接条件のそれぞれについてＶｍを測定し、管理システム１００がアクセス可能な記録部１０５（メモリ）にＶｍデータとして、予め記録しておくことができる。この場合、管理システム１００は、Ｓ６において、対象の溶接条件に対応するＶｍを、予め記録されたＶｍデータから選択することができる。または、試し溶接において測定された給電距離Ｌ、Ｖ収束角θ、及び対象とする金属板の板厚ｔを上記式に代入して、Ｖｍを算出することもできる。
【０１１０】
［Ｓ７：Ｖｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）算出］
管理システム１００は、Ｓ３で生成したｖ−Ｑｓ線上においてｖ＝Ｖｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）を算出する（Ｓ７）。例えば、管理システム１００は、Ｓ３で生成したｖとＱｓの関係を示す線Ａと、Ｓ６で取得したＶｍとを用いて、ＶｍにおけるＱｓ（Ｖｍ）を算出する。図２に示すように、Ｖｍにおいて、スパッタ発生限界の線Ａ（ｖ−Ｑｓの関係を示す線）は、溶融限界の線Ｂ（ｖ−Ｑｍの関係を示す線）と交差する。そのため、臨界溶接速度Ｖｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）は、Ｖｍにおける溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）と等しい（Ｑｓ（Ｖｍ）＝Ｑｍ（Ｖｍ））。
【０１１１】
一例として、下記式（４）に示すように、ｖ−Ｑｓ関係を示す上記式（１）に、ｖ＝Ｖｍを代入して、Ｑｓ（Ｖｍ）を算出することができる。Ｑｓ（Ｖｍ）は、Ｑｍ（Ｖｍ）と等しい。
Ｑｓ（Ｖｍ）＝Ｑｓ（ｖ１）×［（Ｖｍ／ｖ１）α］＝Ｑｍ（Ｖｍ）      （４）
【０１１２】
［Ｓ８：ｖ−Ｑｍ線の生成］
ステップＳ８において、管理システム１００は、ステップＳ７で決定したＱｓ（Ｖｍ）＝Ｑｍ（Ｖｍ）を用いて、溶接速度ｖと溶融入力電力Ｑｍとの関係（ｖ−Ｑｍ関係）を示す溶融限界データを生成する。例えば、図２に示す溶融限界の線Ｂは、ｖ−Ｑｍ関係を示す。発明者らは、所定の溶接条件においては、溶融限界の線Ｂは、溶接速度ｖの０．５乗の項を含む式で近似できるという知見を得ている。すなわち、溶融入力電力Ｑｍの溶接速度ｖに対する変化率は、溶接速度ｖの０．５乗となる場合がある。このような場合は、ＣＰＤダイヤグラムにおいて、Ｓ７で決定したＶｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）＝Ｑｍ（Ｖｍ）の点を通り、溶接速度ｖの０．５乗の傾きを持つ線を、溶融限界の線Ｂとすることができる。溶融限界データは、例えば、溶融限界の線Ｂの関数Ｑｍ（ｖ）とすることができる。また、溶融限界データは、線Ｂ上の複数の点を示す離散値Ｑｍ（ｖａ１）、Ｑｍ（ｖａ２）、・・・、Ｑｍ（ｖａＮ）（Ｎは整数）とすることができる。
【０１１３】
なお、管理システム１００は、予め記録されたＱｍのｖに対する変化率を示すデータを用いて、ｖ−Ｑｍ関係を示すデータを生成することができる。例えば、複数の様々な溶接条件に対応する溶融限界の線Ｂの傾きを示すデータを予め記録部１０５に記録しておくことができる。管理システム１００は、記録部１０５から、溶接の対象とする金属管の溶接条件に対応する溶融限界の線Ｂの傾きを読み出す。Ｓ７で決定したＱｍ（Ｖｍ）の点を通り記録部１０５から読み出した傾きを持つ線を、ｖ−Ｑｍ関係を示す溶融限界の線Ｂとすることができる。
【０１１４】
本実施形態では、一例として、ｖ−Ｑｍ関係を示すデータとして、下記式（５）で示す関数Ｑｍ（ｖ）が生成されるものとする。
Ｑｍ（ｖ）＝Ｑｍ（Ｖｍ）×［（ｖ／Ｖｍ）β］            （５）
β：定数（例えば、β＝０．５）
【０１１５】
上記式（５）におけるβは、線Ｂの傾きを示す値の一例である。βの値は、０．５に限られない。βは、０．４≦β≦０．７であることが好ましい。
【０１１６】
［Ｓ９：操業時の入力電力の範囲を決定］
管理システム１００は、操業時すなわち造管時の入力電力の範囲を決定する（Ｓ９）。Ｓ９では、例えば、Ｓ３で生成されたスパッタ発生限界データ、Ｓ５で生成された２段収束限界データ及びＳ８で生成された溶融限界データの少なくとも１つを用いて、操業時の入力電力の範囲を決定することができる。
【０１１７】
例えば、臨界溶接速度Ｖｍ以上の溶接速度での操業において第２種溶接状態又は２段収束型第２種溶接状態での溶接を目指す場合は、管理システム１００は、ＣＰＤダイヤグラムにおいて、スパッタ発生限界データが示すｖ−Ｑｓ線よりも上の領域に、操業時の入力電力の範囲を設定する。また、臨界溶接速度Ｖｍ以上の溶接速度での操業において、第１種溶接状態での溶接を目指す場合は、ＣＰＤダイヤグラムにおいて、スパッタ発生限界が示すｖ―Ｑｓ線と、溶融限界データが示すｖ−Ｑｍ線の間の領域に、操業時の入力電力の範囲を設定することができる。また、臨界溶接速度Ｖｍ以下の溶接速度での操業において、第２種溶接状態の溶接を目指す場合は、ＣＰＤダイヤグラムにおいて、ｖ−Ｑｍ線より上の領域に、操業時の入力電力の範囲を設定することができる。２段収束型第２種溶接状態の溶接を目指す場合は、ＣＰＤダイヤグラムにおいて、２段収束限界データが示すｃ−Ｑｗ線より上の領域に、操業時の入力電力の範囲を設定することができる。また、臨界溶接速度Ｖｍ以下の溶接速度での操業において、第１種溶接状態の溶接を目指す場合は、ＣＰＤダイヤグラムにおいて、ｖ−Ｑｍ線より下の領域に、操業時の入力電力の範囲を設定することができる。
【０１１８】
具体例として、操業時の溶接速度が、第１溶接速度ｖ１であり、Ｖｍ以上である場合、管理システム１００は、Ｑｓ（ｖ１）又はＱｍ（ｖ１）の値を基準として、操業時の入力電力の範囲を決めることができる。例えば、操業時の入力電力の上限Ｐｐｍａｘ及び下限Ｐｐｍｉｎを、下記式（６）（７）のように設定することができる。これにより、第２種溶接状態又は２段収束型第２種溶接状態を実現するための操業時の入力電力の範囲を設定できる。
Ｐｐｍａｘ＝Ｑｓ（ｖ１）×κ１            （６）
Ｐｐｍｉｎ＝Ｑｓ（ｖ１）×κ２            （７）
κ１＞κ２
又は、Ｐｐｍａｘ及びＰｐｍｉｎを、例えば、下記式（８）（９）のように設定することで、第１種溶接状態を実現するための操業時の入力電力の範囲を設定することができる。
Ｐｐｍａｘ＝Ｑｓ（ｖ１）×κ３（κ３＜１）            （８）
Ｐｐｍｉｎ＝Ｑｍ（ｖ１）×κ４（κ４＞１）            （９）
【０１１９】
上記式（６）（７）において、Ｐｐｍａｘ及びＰｐｍｉｎの値が、Ｑｗ（ｖ１）より大きくなるように、κ１及びκ２を設定することで、２段収束型第２種溶接状態を実現するための操業時の入力電力の範囲を設定することができる。また、２段収束型第２種溶接状態を目指す場合は、上記（６）（７）の代わりに、例えば、下記式（１０）（１１）のように、Ｐｐｍａｘ及びＰｐｍｉｎを設定してもよい。
Ｐｐｍａｘ＝Ｑｗ（ｖ１）×κ１            （１０）
Ｐｐｍｉｎ＝Ｑｗ（ｖ１）×κ２            （１１）
【０１２０】
なお、上記例のように操業時の入力電力の上限及び下限を設定する形態の他、操業時の入力電力の目標値を設定する形態も、入力電力の範囲設定の一例である。
【０１２１】
或いは、管理システム１００は、操業開始時の溶接速度を第１溶接速度ｖ１とは異なる第２溶接速度ｖ２（ｖ２＞Ｖｍ）とし、入力電力Ｑｏを、Ｑｍ（ｖ２）＜Ｑｏ＜Ｑｓ（ｖ２）の範囲で設定することができる。これにより、溶接速度ｖ２で入力電力を変化させる試し溶接をしなくても、第１種溶接状態を実現するために適切な入力電力の初期値を設定することができる。そのため、試し溶接により造られる無駄な鋼管を少なくすることができる。
【０１２２】
なお、Ｓ７における入力電力の範囲設定処理は、上記例に限られない。例えば、溶融限界の線Ｂを表す関数Ｑｍ（ｖ）から、操業中の入力電力の下限の線を示す関数を設定することができる。下記式（１２）は、操業中の入力電力の下限線の一例である。
Ｐｐｍｉｎ＝Ｑｍ（ｖ）×κ５＝Ｑｍ（ｖ１）×［（ｖ／ｖ１）β］×κ５    （１２）
κ５＞１．０
また、スパッタ発生限界の線Ａを表す関数Ｑｓ（ｖ）から、操業中の入力電力の上限の線を示す関数を設定することができる。下記式（１３）は、操業中の入力電力の上限線の一例である。
Ｐｐｍａｘ＝Ｑｓ（ｖ）×κ６＝Ｑｓ（ｖ１）×［（ｖ／ｖ１）α］×κ６    （１３）
κ６＜１．０
この場合、管理システム１００は、操業中の溶接速度ｖと入力電力Ｑが、上記式（１２）の下限線と、上記式（１３）の上限線の間になるように制御することができる。
【０１２３】
上記例では、試し溶接時の第１溶接速度ｖ１は、操業時の第２溶接速度ｖ２より小さい。これに対して、試し溶接時の第１溶接速度ｖ１は、操業時の第２溶接速度ｖ２と同じか又は大きくてもよい。また、第１溶接速度ｖ１は、臨界溶接速度Ｖｍより大きくてもよい。
【０１２４】
＜表示処理＞
図７は、表示部１０４による表示処理の例を示すフローチャートである。表示部１０４は、入力電力設定処理で決定された、溶融限界データ、スパッタ発生限界データ、２段収束限界データ、臨界溶接速度Ｖｍ及び操業時の入力電力の範囲を含むグラフを表示装置１５に表示する（Ｓ２１）。このグラフの横軸は溶接速度、縦軸は入力電力（入熱）を示す。図８は、表示部１０４により表示されるグラフの一例を示す図である。
【０１２５】
図８に示すグラフにおいて、溶融限界データが示すｖ−Ｑｍの関係は線Ｂで示され、スパッタ発生限界データが示すｖ―Ｑｓの関係は線Ａで示される。２段収束限界データが示すｖ−Ｑｓの関係は線Ｃで示される。また、図８に示すグラフには、臨界溶接速度Ｖｍ、Ｖｍ点、溶接速度ｖ１におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）、溶接速度ｖ１における２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１）、操業下限、及び操業上限が表示される。操業下限及び操業上限は、例えば、上記式（６）（７）又は、上記式（１０）（１１）により計算された入力電力の値を示す線とすることができる。
【０１２６】
表示部１０４は、現在の溶接速度ｖｐ及び現在の入力電力Ｑｐを取得する（図７のＳ２２）。溶接速度ｖｐは、例えば、溶接速度測定装置１３で測定された溶接速度とすることができる。入力電力Ｑｐは、例えば、高周波電源６の電圧Ｅｐ及び電流Ｉｐに基づいて決定することができる。一例として、Ｑｐ＝Ｅｐ×Ｉｐとすることができる。
【０１２７】
表示部１０４は、現在の溶接速度ｖｐ及び現在の入力電力Ｑｐを、グラフに表示する（Ｓ２３）。図８に示す例では、現在の溶接速度ｖｐ及び現在の入力電力Ｑｐの点が「操業条件」としてグラフにプロットされる。これにより、造管時の現入力電力及び現溶接速度と、溶融限界データ、スパッタ発生限界データ、２段収束限界データ、臨界溶接速度Ｖｍ、及び操業時の入力電力範囲とを、同時に視認可能な状態で表示することができる。
【０１２８】
図９は、表示部１０４により表示されるグラフの他の例を示す図である。図９に示すグラフでは、縦軸が入熱当量を示し、横軸が溶接速度を示す。入熱当量は、臨界溶接速度Ｖｍにおける金属管の両端の端面が溶融するのに必要な最低入力電力Ｑｖｍを基準とした入力電力の値である。例えば、入熱当量は、Ｑ／Ｑｖｍで表される。なお、本例では、Ｑｖｍ＝Ｑｍ（Ｖｍ）＝Ｑｓ（Ｖｍ）である。このように、表示部１０４で表示される入力電力の情報は、入力電力によって調整される入熱量によって表されてもよい。また、表示される入力電力の基となる値は、推定値であってもよい。
【０１２９】
図９に示す例では、スパッタ発生限界データが示すｖ−Ｑｓの関係は線Ａ１で示される。溶融限界データが示すｖ−Ｑｍの関係は線Ｂ１で示される。線Ａ１は、例えば、ｖの（α−β）のべき乗の線であって、Ｑｓ（ｖ１）／Ｑｖｍを通る線とすることができる。線Ｂ１は、Ｑ／Ｑｖｍ＝１の線とすることができる。線Ｃ１は、例えば、ｖの（γ−β）のべき乗の線であって、Ｑｗ（ｖ１）／Ｑｖｍを通る線とすることができる。また、現入力電力、２段収束入力電力、操業下限、及び操業上限も、Ｑｖｍを基準とした入熱当量として表示される。なお、図９に示すグラフを表示する場合は、入熱条件設定処理において、溶融限界データの生成処理（図６に示す例ではＳ８の処理）を省略してもよい。
【０１３０】
図１０は、表示部１０４により表示されるグラフの他の例を示す図である。図１０に示す例では、操業下限及び操業上限の形態が、図８に示す例と異なっている。図１０に示す操業下限及び操業上限の線は、例えば、上記式（１２）（１３）で示される線とすることができる。
【０１３１】
表示部１０４によるグラフの表示により、溶接速度及び入力電力と、溶接状態との関係を示すＣＰＤダイヤグラムにおいて、現溶接速度及び現入力電力がどの位置にあるかを示す情報を、電縫鋼管の製造システムのオペレータに提供することができる。オペレータは、操業中の現溶接速度及び現入力電力における溶接状態を瞬時に把握できる。そのため、オペレータは、溶接速度又は入力電力の少なくとも一方を、所望の溶接状態が実現できるように適切に制御することが可能になる。例えば、図８及び図９に示すグラフでは、操業条件が、操業上限及び操業下限の間の領域に位置するように溶接速度及び入力電力を調整することで、２段収束型第２種溶接状態を実現することができる。図１０に示すグラフでは、操業条件が、操業上限及び操業下限の間の領域に位置するように溶接速度及び入力電力を調整することで、第１種溶接状態を実現することができる。
【０１３２】
＜情報出力処理＞
造管時の操業条件が、予め設定された操業条件（入力電力と溶接速度）の設定範囲を越えた場合に、その旨を報知する情報を出力することができる。情報の出力は、例えば、表示装置１５への表示や、アラーム音又は音声の出力等であってもよい。また、操業条件が設定範囲を越えた状態で溶接された金属管の溶接位置を記録してもよい。溶接位置の記録は、例えば、鋼管に直接ペイントなどマーキング、又は、操業データに情報を記録する等であってもよい。これにより、金属管の溶接情報のトレーサビリティが実現できる。
【０１３３】
＜制御処理＞
管理システム１００は、操業中の入力電力を、入熱条件設定処理で設定された入力電力の範囲に入るよう制御することができる。例えば、管理システム１００は、高周波電源６の電圧及び電流の少なくとも一方を制御して、操業時の入力電力が、入熱条件設定処理（例えば、図６のｓ７の処理）で決定された入力電力の範囲内になるようにする。例えば、管理システム１００は、制御装置１４に、予め決められた操業時の溶接速度（例えば、ｖ１）で、鋼板を搬送するよう指令を出す。管理システム１００は、入力電力が、溶接速度ｖ１における上限値及び下限値の間になるよう高周波電源６の電圧を制御する。溶接速度ｖ１における上限値及び下限値は、入熱条件設定処理で決定された入力電力の範囲によって示される。
【０１３４】
なお、管理システム１００による溶融量の制御は、高周波電源６の電圧及び電流の制御に限られない。例えば、スクイズロール、コンタクトチップ又はワークコイル等の給電子、その他の成形部品の位置を制御することで、溶融量を制御することができる。また、管理システム１００は、溶接速度を制御することで、操業中の入力電量が、入熱条件設定処理で決定された入熱電力の範囲に入るように制御することができる。
【０１３５】
＜入熱条件設定処理の変形例＞
図１１は、入熱条件設定処理の変形例を示すフローチャートである。図１１に示す例では、Ｓ３１において、溶接速度ｖ１で、入力電力を変化させながら鋼板の試し溶接を行う。本例では、試し溶接における溶接速度ｖ１は、操業時の溶接速度ｖ２と異なる。また、溶接速度ｖ１は、臨界溶接速度Ｖｍより小さい（ｖ１＜Ｖｍ）。試し溶接で造られる鋼管は、出荷可能な製品とならないため、なるべく少ない事が好ましい。試し溶接における溶接速度を、操業時の溶接速度より小さくできれば、試し溶接でできる鋼管を少なくできる。そこで、本変形例では、操業時の溶接速度より小さい速度で試し溶接をして操業時の入力電力を決定する構成としている。
【０１３６】
図１２は、本例における溶接速度ｖ１、ｖ２を含むＣＰＤダイヤグラムの例を示す図である。図１２に示すように、溶接速度ｖがＶｍ以下かつ入力電力Ｑが溶融入力電力Ｑｍより低い場合（ｖ≦Ｖｍ、Ｑ＜Ｑｍ）、第１種溶接状態となる。溶接速度ｖがＶｍ以下かつ入力電力が溶融入力電力Ｑｍ以上の場合（ｖ≦Ｖｍ、Ｑ≧Ｑｍ）、第２種溶接状態となる。そのため、溶接速度ｖ１がＶｍ以下の場合、入力電力Ｑが溶融入力電力Ｑｍを超えると、溶接部においてスパッタが発生する。すなわち、溶融入力電力Ｑｍを境にして、溶接状態が、第１種溶接状態から第２種溶接状態に変化する。言い換えれば、溶接速度ｖ１がＶｍ以下の場合は、溶融入力電力Ｑｍは、第１種溶接状態と第２種溶接状態の境界の電力と等しい。そのため、管理システム１００は、Ｖｍより小さい溶接速度ｖ１で溶接中に、溶接状態が、第１種溶接状態から第２種溶接状態に変化したことを検出した時の入力電力を、溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）と決定することができる。
【０１３７】
［Ｓ３２：ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）の決定］
図１１のステップＳ３１の溶接状態の監視において、管理システム１００は、溶接状態の変化を検出すると、検出した溶接状態の変化に基づいて、ｖ１における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）を決定する（Ｓ３２）。管理システム１００は、例えば、溶接状態が第１種溶接状態から第２種溶接状態に変化したことを検出した時の入力電力を、溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）に決定することができる。
【０１３８】
［Ｓ３３：ｖ−Ｑｍ線の生成］
Ｓ３３において、管理システム１００は、ステップＳ３２で決定したＱｍ（ｖ１）を用いて、溶接速度ｖと溶融入力電力Ｑｍとの関係（ｖ−Ｑｍ関係）を示すデータを生成する。例えば、図１２に示す溶融限界の線Ｂが、ｖ−Ｑｍ関係を示す。溶融限界の線Ｂは、例えば、溶接速度ｖの０．５乗の項を含む式で近似できる（一例として、上記式（４）参照）。この場合、ＣＰＤダイヤグラムにおいて、Ｓ３２で決定した溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）の点を通り、溶接速度ｖの０．５乗の傾きを持つ線を、溶融限界の線Ｂとすることができる。ｖ−Ｑｍ関係を示す溶融限界データは、例えば、溶融限界の線Ｂの関数Ｑｍ（ｖ）とすることができる。本実施形態では、一例として、ｖ−Ｑｍ関係を示すデータとして、下記式で示す関数Ｑｍ（ｖ）が生成されるものとする。
Ｑｍ（ｖ）＝Ｑｍ（ｖ１）×［（ｖ／ｖ１）β］
β：定数（例えば、β＝０．５）
【０１３９】
［Ｓ３４：臨界溶接速度Ｖｍの取得］
Ｓ３４において、管理システム１００は、臨界溶接速度Ｖｍを取得する。Ｓ３４の処理は、図６のＳ６の処理と同様とすることができる。
【０１４０】
［Ｓ３５：Ｖｍにおける溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）算出］
管理システム１００は、Ｓ３３で生成したｖ−Ｑｍ線上においてｖ＝Ｖｍにおける溶融入力電力Ｑｍ（Ｖｍ）を、Ｖｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）として算出する（Ｓ３５）。例えば、管理システム１００は、Ｓ３３で生成したｖとＱｍの関係を示す線と、Ｓ３４で取得したＶｍとを用いて、ＶｍにおけるＱｍ（Ｖｍ）を算出する。
【０１４１】
一例として、下記式（１４）に示すように、ｖ−Ｑｍ関係を示す上記式（４）に、ｖ＝Ｖｍを代入して、Ｑｍ（Ｖｍ）を算出することができる。Ｑｍ（Ｖｍ）は、Ｑｓ（Ｖｍ）と等しい。
Ｑｍ（Ｖｍ）＝Ｑｍ（ｖ１）×［（Ｖｍ／ｖ１）β］＝Ｑｓ（Ｖｍ）        （１４）
【０１４２】
［Ｓ３６：ｖ−Ｑｓ線の生成］
ステップＳ３６において、管理システム１００は、ステップＳ３５で決定したＱｓ（Ｖｍ）を用いて、溶接速度ｖとスパッタ発生入力電力Ｑｓとの関係（ｖ−Ｑｓ関係）を示すスパッタ発生限界データを生成する。例えば、図１２に示すスパッタ発生限界の線Ａは、ｖ−Ｑｓ関係を示す。所定の溶接条件においては、スパッタ発生限界の線Ａは、溶接速度ｖの０．６乗の項を含む式で近似できる（一例として、上記式（１）参照）。このような場合は、ＣＰＤダイヤグラムにおいて、Ｓ３５で決定したＶｍにおけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（Ｖｍ）＝Ｑｍ（Ｖｍ）の点を通り、溶接速度ｖの０．６乗の傾きを持つ線を、スパッタ発生限界の線Ａとすることができる。ｖ−Ｑｓ関係を示すスパッタ発生限界データは、例えば、スパッタ発生限界の線Ａの関数Ｑｓ（ｖ）とすることができる。本実施形態では、一例として、ｖ−Ｑｓ関係を示すデータとして、下記式で示す関数Ｑｓ（ｖ）が生成されるものとする。
Ｑｓ（ｖ）＝Ｑｓ（Ｖｍ）×［（ｖ／Ｖｍ）α］
α：定数（例えば、α＝０．６）
【０１４３】
［Ｓ３７：溶接速度ｖ２における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ２）を算出］
Ｓ３７において、管理システムは、Ｓ３７で生成されたｖ−Ｑｍ関係（図１２に示す溶融限界の線Ｂ）を示すデータを用いて、溶接速度ｖ２における溶融入力電力Ｑｍ（ｖ２）を算出する。例えば、溶融限界の線Ｂを表す関数Ｑｍ（ｖ）に、ｖ＝ｖ２を代入することにより、Ｑｍ（ｖ２）を算出することができる。溶接速度ｖ２は、操業時の溶接速度とすることができる。本実施形態では、一例として、Ｑｍ（ｖ２）は下記式（１５）のようになる。
Ｑｍ（ｖ２）＝Ｑｍ（ｖ１）×［（ｖ２／ｖ１）β］            （１５）
【０１４４】
［Ｓ３８：溶接速度ｖ２におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ２）を算出］
Ｓ３８において、管理システムは、Ｓ６で生成されたｖ−Ｑｓ関係（図１２に示すスパッタ発生限界の線Ａ）を示すデータを用いて、溶接速度ｖ２におけるスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ２）を算出する。例えば、スパッタ発生限界の線Ａを表す関数Ｑｓ（ｖ）に、ｖ＝ｖ２を代入することにより、Ｑｓ（ｖ２）を算出することができる。本実施形態では、一例として、Ｑｓ（ｖ２）は下記式（１６）のようになる。
Ｑｓ（ｖ２）＝Ｑｓ（Ｖｍ）×［（ｖ２／Ｖｍ）α］            （１６）
【０１４５】
［Ｓ３９：操業時の入力電力を決定］
管理システム１００は、Ｓ３７で算出されたＱｍ（ｖ２）及びＳ３８で算出されたＱｓ（ｖ２）の少なくとも一方を用いて、操業時の入力電力の範囲を決定する（Ｓ３９）。例えば、管理システム１００は、ｖ２がＶｍより大きい場合、操業時の入力電力Ｑｏの範囲を、Ｑｍ（ｖ２）＜Ｑｏ＜Ｑｓ（ｖ２）とすることができる。これにより、操業時の入力電力Ｑｏが、図１２に示すＣＰＤダイヤグラムにおける線Ａと線Ｂの領域に対応する範囲、すなわち、第１種溶接状態を実現できる範囲になるよう制御することができる。また、この場合、操業時の溶接速度ｖ２より小さい溶接速度ｖ１で入力電力を変化させる試し溶接が可能である。そのため、試し溶接により造られる無駄な鋼管を少なくすることができる。
【０１４６】
なお、Ｓ９における入力電力の制御処理は、上記例に限られない。例えば、溶融限界の線Ｂを表す関数Ｑｍ（ｖ）から、操業中の入力電力の下限の線を示す関数を設定することができる。下記式（１７）は、操業中の入力電力の下限線の一例である。
Ｑｍｉｎ＝Ｑｍ（ｖ）×κ５＝Ｑｍ（ｖ１）×［（ｖ／ｖ１）β］×κ５    （１７）
κ５＞１．０
また、スパッタ発生限界の線Ａを表す関数Ｑｓ（ｖ）から、操業中の入力電力の上限の線を示す関数を設定することができる。下記式（１８）は、操業中の入力電力の上限線の一例である。
Ｑｍａｘ＝Ｑｓ（ｖ）×κ５＝Ｑｓ（Ｖｍ）×［（ｖ／Ｖｍ）α］×κ６    （１８）
κ６＜１．０
この場合、管理システム１００は、操業中の溶接速度ｖと入力電力Ｑｏが、上記式（１７）の下限線と（１８）で示される上限線の間になるように制御することができる。
【０１４７】
上記の図１１に示す処理によれば、操業時の溶接速度ｖ２に対して、目的とする溶接状態にするための入力電力Ｑｏの範囲を、溶融限界の線Ｂを示すデータＱｍ（ｖ）又は、スパッタ発生限界の線Ａを示すデータＱｓ（ｖ）を基に決定することができる。そのため、目的とする溶接状態を実現するための入力電力Ｑｏを適切に決定することができる。また、試し溶接の時の溶接速度ｖ１は、必ずしも操業時の溶接速度ｖ２と同じでなくてもよい。そのため、試し溶接における溶接速度の自由度が高くなる。これにより、効率よく試し溶接を行うことができる。
【０１４８】
＜Ｑｓ（ｖ１）、Ｑｍ（ｖ１）決定処理の変形例＞
上記例では、第１溶接速度ｖ１で鋼板を搬送しながら、衝合部に供給する入力電力を変化させて、溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）又はスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を決定している（図６のＳ２、図１２のＳ３２参照）。これらの処理の代わりに、予め保存されている値を補正することで、溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１）又はスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１）を決定することもできる。これにより、溶接速度ｖ１での試し溶接を省略することができる。
【０１４９】
この場合、予め保存されている値は、例えば、過去の試し溶接又は操業で得られた溶接速度ｖ３の溶融入力電力Ｑｍ（ｖ３）、２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ３）又はスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ３）の値とすることができる。溶接速度ｖ３は、溶接速度ｖ１と同じでもよいし異なっていてもよい。ｖ３とｖ１が異なる場合、例えば、ｖ３に対するｖ１の差（ｖ３−ｖ１）又は比（ｖ１／ｖ３）等の相違量を表す値を用いて、Ｑｍ（ｖ３）、Ｑｗ（ｖ３）又はＱｓ（ｖ３）の値を補正することで、Ｑｍ（ｖ１）、Ｑｗ（ｖ１）又はＱｓ（ｖ１）を決定することができる。
【０１５０】
また、溶融入力電力Ｑｍ（ｖ３）、２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ３）又はスパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ３）は、溶接速度以外の溶接条件と対応付けられて保存されていてもよい。例えば、これらのＱｍ（ｖ３）、Ｑｗ（ｖ３）、Ｑｓ（ｖ３）の値が得られた溶接における、溶接する金属板の厚みｔ３、金属管の外径ｄ３、及び衝合部の画像から得られる溶接条件（例えば、給電距離Ｌ３、Ｖ収束角θ）等が、Ｑｍ（ｖ３）、Ｑｗ（ｖ３）、Ｑｓ（ｖ３）と対応付けて保存されてもよい。管理システム１００は、Ｑｍ（ｖ３）、Ｑｗ（ｖ３）又はＱｓ（ｖ３）の溶接条件と、操業時の溶接条件との相違量を示す値を用いて、Ｑｍ（ｖ３）、Ｑｗ（ｖ３）又はＱｓ（ｖ３）を補正することができる。例えば、操業時に撮影された衝合部の画像から得られる溶接条件と、Ｑｍ（ｖ３）、Ｑｗ（ｖ３）、Ｑｓ（ｖ３）に対応付けて保存された溶接条件との相違量を示す値を用いて、Ｑｍ（ｖ３）、Ｑｗ（ｖ３）、Ｑｓ（ｖ３）を補正してもよい。
【０１５１】
＜その他の変形例＞
上記例では、溶接速度ｖ１で入力電力を徐々に増加させて試し溶接を行う。この溶接速度ｖ１の試し溶接により、溶融限界データ（ｖ−Ｑｍ線）、スパッタ発生限界データ（ｖ−Ｑｓ線）、及び２段収束限界データ（ｖ−Ｑｗ線）が求められる。試し溶接は、少なくとも２つの異なる溶接速度で行われてもよい。すなわち、少なくとも２つの速度ｖ１１、ｖ１２で、それぞれ入力電力を徐々に増加させつつ、溶融入力電力Ｑｍ（ｖ１１）、Ｑｍ（ｖ１２）、スパッタ発生入力電力Ｑｓ（ｖ１１）、Ｑｓ（ｖ１２）、及び、２段収束入力電力Ｑｗ（ｖ１１）、Ｑｗ（ｖ１２）を求めてもよい。２つの速度ｖ１１、ｖ１２は、Ｖｍ未満（ｖ１１＜Ｖｍ）とＶｍ以上（ｖ１２≧Ｖｍ）とすることができる。例えば、Ｖｍ未満の溶接速度ｖ１１（ｖ１１＜Ｖｍ）の試し溶接で、Ｑｍ（ｖ１１）を求めてｖ−Ｑｍ線を算出し、Ｖｍ以上の溶接速度ｖ１２（ｖ１２≧Ｖｍ）の試し溶接で、Ｑｓ（ｖ１２）、Ｑｗ（ｖ１２）を求めてｖ―Ｑｓ線、ｖ−Ｑｗ線を算出してもよい。
【０１５２】
このように、２つ以上の異なる溶接速度の試し溶接で求めた値を用いることで、ｖ−Ｑｍ線、ｖ―Ｑｓ線、及びｖ−Ｑｗ線の精度を向上させることができる。製造する金属管のサイズ（板厚、又は外径）が変化すると、ＣＰＤダイヤグラムの各線は変化する。金属管のサイズが同じであっても、成形条件（例えば、ロールの各種設定）、給電子の位置等その他の条件が変化することで、Ｖ収束角又はＶ０が変化する場合がある。製造する金属管のサイズが同じでも製品ロットが変わるとロールの設定を再調整する場合がある。このように、造管の条件が微妙に変わる場合に、ｖ−Ｑｍ線、ｖ―Ｑｓ線、及びｖ−Ｑｗ線を高精度で求めることが有効である。
【０１５３】
上記図６に示す例では、溶融限界データ（ｖ−Ｑｍ線）、スパッタ発生限界データ（ｖ−Ｑｓ線）、及び２段収束限界データ（ｖ−Ｑｗ線）を算出して、造管時に表示する。溶融限界データ（ｖ−Ｑｍ線）、スパッタ発生限界データ（ｖ−Ｑｓ線）、及び２段収束限界データ（ｖ−Ｑｗ線）のうち少なくとも１つを算出して、造管時に表示してもよい。例えば、溶融限界データ（ｖ−Ｑｍ線）及びスパッタ発生限界データ（ｖ−Ｑｓ線）を算出し、２段収束限界データ（ｖ−Ｑｗ線）を算出しない形態としてもよい。
【０１５４】
また、ｖ−Ｑｍ線（線Ｂ）、ｖ−Ｑｓ線（線Ａ）及びｖ−Ｑｗ線（線Ｃ）を算出する際の溶接速度ｖのべき乗の値は、上記例に限られない。一例として、β＝０．６とし、溶接速度ｖの０．６乗の傾きを持つ線を、溶融限界データであるｖ−Ｑｍ線（線Ｂ）として算出してもよい。また、一例として、α＝０．８とし、溶接速度ｖの０．８乗の傾きを持つ線を、スパッタ発生限界データであるｖ−Ｑｓ線（線Ａ）として算出してもよい。ｖ−Ｑｍ線（線Ｂ）、ｖ−Ｑｓ線（線Ａ）及びｖ−Ｑｗ線（線Ｃ）の式も上記例に限られない。例えば、溶融限界データは、Ｑｍ（ｖ）＝ｖβ＋ｂ１（ｂ１：定数）の式で示されてもよい。この場合、式中のｂ１を、ｖ１及びＱｍ（ｖ１）又はＶｍ、Ｑｍ（Ｖｍ）を用いて決定することができる。例えば、スパッタ発生限界データは、Ｑｓ（ｖ）＝ｖα＋ａ１（ａ１：定数）の式で示されてもよい。この場合、式中のａ１を、ｖ１及びＱｓ（ｖ１）又はＶｍ、Ｑｓ（Ｖｍ）を用いて決定することができる。例えば、２段収束限界データは、Ｑｗ（ｖ）＝ｖγ＋ｃ１（ｃ１：定数）の式で示されてもよい。この場合、式中のｃ１を、ｖ１及びＱｗ（ｖ１）を用いて決定することができる。
【０１５５】
＜実験例＞
従来、２段収束型第２種溶接状態と第２種溶接現象との境界線（すなわち、ＣＰＤダイヤグラムにおける２段収束限界データ：線Ｃ）は、入熱と造管速度の関係が明らかにされていなかった。そのため、ＣＰＤダイヤグラムに、線Ｃを描画することはできなかった。発明者らは、造管工場で試験を行い、線Ｃは、溶接速度のべき乗（例えば、０．７乗）で表すことができることを見いだした。この知見により、造管中のラインにおいて、線Ａ、線Ｂに加えて新たに線Ｃを算出し、より高精度のＣＰＤダイヤグラムを表示することが可能なった。これにより、高品質の電縫鋼管の製造が可能となる。
【０１５６】
図１３は、実験結果を示す図である。図１３に示す実験では、外径及び板厚の異なる４種類の鋼管について、複数の溶接速度で入力電力を徐々に増加させて溶接状態を監視した。溶接状態の監視は、アーキング頻度とＶ０−Ｖ１の距離の検出により、第１種／第２種／２段収束型第２種（２´種）／第３種の溶接状態の判定を行った。図１３に示す４つのグラフは、横軸を溶接速度、縦軸を入力電力として、溶接状態をプロットしている。これらの４つのグラフから、各溶接状態の境界における入力電力に対する速度乗数を調査した。グラフに示す結果では、冷接発生限界（線Ｂに相当）の入力電力は、溶接速度の０．５乗で近似できた。第１溶接状態と第２種溶接状態の境界（線Ａに相当）の入力電力は、溶接速度の０．６乗で近似できた。第２種溶接状態と２段収束型第２種溶接状態の境界（線Ｃに相当）の入力電力は、溶接速度の０．７乗で近似できた。これらの乗数を用いることで、造管中のＣＰＤダイヤグラムにおける線Ａ、線Ｂ、線Ｃを精度よく算出できることがわかった。
【０１５７】
以上、本発明の実施形態を例示したが、本発明は、上記の実施形態に限定されない。例えば、臨界溶接速度Ｖｍの取得及び表示を省略してもよい。また、溶融限界データ又はスパッタ発生限界データのいずれか一方の生成及び表示を省略してもよい。
【符号の説明】
【０１５８】
２ａ、２ｂ  スクイズロール
３ａ、３ｂ  コンタクトチップ
４  インピーダー
５  撮像装置
６  高周波電源
１００  管理システム
１０１  溶接状態変化点決定部
１０２  限界データ生成部
１０３  臨界溶接速度決定部
１０４  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2019202348.tif 000011
【図１０】
2019202348.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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