電阻焊接鋼管的製造狀況監控方法、電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置以及電阻焊接鋼管的製造方法與流程
2023-07-02 03:05:16 2
本發明涉及電阻焊接鋼管的製造狀況監控方法、電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置以及電阻焊接鋼管的製造方法。
背景技術：
一般地，電阻焊接鋼管(以下簡稱為電焊鋼管)通過如下方法來製造：將鋼帶等金屬帶(包括金屬板)成形為管狀的同時沿長度方向輸送，利用高頻感應加熱壓焊或電阻加熱壓焊等方法使金屬帶的寬度方向兩端部沿長度方向連續地對接焊接。在電焊鋼管的製造工序中，對接焊接部位的強度等質量管理方面重要之處在於，要使對接焊接部位不殘留氧化物等雜質。因此，對於電焊鋼管的質量管理，普遍運用的是如非專利文獻1中公開的那樣的技術，即，利用超聲波檢查裝置，以對接焊接部位為中心對電焊鋼管內部進行探傷。
另一方面，對於製造電焊鋼管時的質量管理，提出了如專利文獻1公開的那樣的技術，即，利用光切法來測量焊縫部的形狀，根據測量結果來計算焊縫部的特徵量，並將其用於質量管理。在該技術中，因為可以在線計算出與截面的金屬流之間具有相關關係的特徵量，所以能夠省去暫時中斷焊接工序並採集焊接對接部位來進行截面觀察的工序。此外，作為與質量管理有關的其它技術，有如專利文獻2公開的那樣的技術，即，根據由拍攝裝置拍攝到的焊接對接部位的圖像來計算平面形狀的特徵量，判斷平面形狀的特徵量是否處於管理範圍之內。
專利文獻1：日本專利第4374845號公報
專利文獻2：日本專利第5510615號公報
專利文獻3：日本特開2011-206813號公報
非專利文獻1：《鉄と鋼》vol.9(1993)no.7p.91
技術實現要素：
然而，儘管非專利文獻1中記載的技術對於電焊鋼管的質量保證是有效的，但是因為探傷結果和製造條件並不唯一對應，所以難以將探傷結果反映到製造條件之中。此外，在超聲波檢查裝置設置於最終檢查工序的情況下，因為從製造到檢查的周期(leadtime)較長，因此在發現了焊接不良時產品的損失較大。此外，在專利文獻1記載的技術中，儘管能夠可靠地判別焊接功率(熱輸入)、對接焊接部位的高低差等，但是由於夾雜物的排出會導致難以得到密切相關的對接狀態與製造條件之間的相關關係。另一方面，專利文獻2中記載的技術因為檢測的是對接焊接部位的平面形狀，所以不會發生上述問題。
然而，一般地，在製造用於管道、汽車底盤材料等高級產品的電焊鋼管的生產線中，除了一對擠壓側輥之外，在電焊鋼管的上方還設有一對擠壓頂輥。因此，在將專利文獻2中記載的技術應用到製造用於高級產品的電焊鋼管的生產線的情況下，由於對接焊接部位位於擠壓頂輥之間會導致用於擠壓頂輥的冷卻、潤滑的水滯留於對接焊接部位，從電焊鋼管的上方難以得到對接焊接部位的清晰圖像，所以難以判斷對接焊接部位的優劣。並且，近年來，在電阻焊接中在開始利用的並用氣體保護焊接中，噴射不活潑氣體的噴嘴配置於對接焊接部位的正上方，因此根據專利文獻2中記載的技術，無法確保在電焊鋼管的上方配置的拍攝裝置的視野，難以判斷對接焊接部位的優劣。
另一方面，依據專利文獻3中記載的發明，可以考慮到利用如下方法，即：採用以保護盒將電焊鋼管的從加熱開始位置到焊接點的整個部分覆蓋並對保護盒內供給規定流量氣體的保護焊接裝置，並在該保護焊接裝置上設置觀察裝置。然而，根據該方法，裝置構造規模龐大且複雜，每當變更鋼管制造尺寸時都需要更換並調整鋼管供給/排出部的保護器具等，在效率方面缺點較大。
本發明鑑於上述內容而完成，其目的在於提供一種電阻焊接鋼管的製造狀況監控方法以及電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置，即便在並用氣體保護焊接中也能夠不受冷卻水、潤滑水的影響地判斷電阻焊接鋼管的對接焊接部位的優劣。
此外，本發明的另一目的在於提供一種電阻焊接鋼管的製造方法，即便在並用氣體保護焊接中也能夠不受冷卻水、潤滑水的影響地判斷電阻焊接鋼管的對接焊接部位的優劣，並能夠基於判斷結果來抑制焊接不良產生。
本發明涉及的電阻焊接鋼管的製造狀況監控方法，用於監控電阻焊接鋼管的製造狀況，上述電阻焊接鋼管通過使帶狀的鋼帶成形為圓筒狀，並使該鋼帶的寬度方向兩端部沿著長度方向對接焊接來製造，上述電阻焊接鋼管的製造狀況監控方法包括如下步驟：將拍攝單元配置在氣體保護噴嘴的內部，並基於由上述拍攝單元拍攝到的圖像來判斷對接焊接部位的優劣，其中，上述氣體保護噴嘴具有與鋼帶的寬度方向兩端部被對接焊接的區域相對的開口部，並通過從上述開口部向上述區域噴射不活潑氣體來用上述不活潑氣體保護上述區域，上述拍攝單元的視野包含上述區域。
本發明涉及的電阻焊接鋼管的製造狀況監控方法基於上述發明，上述氣體保護噴嘴的開口部位於上述鋼帶開始熔融的位置與鋼帶的長度方向兩端部被對接的位置之間，在上述氣體保護噴嘴的開口部與鋼帶的感應加熱開始點之間的規定區間，從與上述氣體保護噴嘴不同的噴嘴對鋼帶的寬度方向兩端部噴射不活潑氣體。
本發明涉及的電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置，用於監控電阻焊接鋼管的製造狀況，上述電阻焊接鋼管通過使帶狀的鋼帶成形為圓筒狀，並使該鋼帶的寬度方向兩端部沿著長度方向對接焊接來製造，上述電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置具備：拍攝單元，其配置在氣體保護噴嘴的內部，上述氣體保護噴嘴具有與鋼帶的寬度方向兩端部被對接焊接的區域相對的開口部，並通過從上述開口部向上述區域噴射不活潑氣體來用上述不活潑氣體保護上述區域，上述拍攝單元的視野包含上述區域；以及解析單元，其基於由上述拍攝單元拍攝到的圖像來判斷對接焊接部位的優劣。
本發明涉及的電阻焊接鋼管的製造方法，上述電阻焊接鋼管通過使帶狀的鋼帶成形為圓筒狀，並使該鋼帶的寬度方向兩端部沿著長度方向對接焊接來製造，上述電阻焊接鋼管的製造方法包括：判斷步驟，將拍攝單元配置在氣體保護噴嘴的內部，並基於由上述拍攝單元拍攝到的圖像來判斷對接焊接部位的優劣，其中，上述氣體保護噴嘴具有與鋼帶的寬度方向兩端部被對接焊接的區域相對的開口部，並通過從上述開口部向上述區域噴射不活潑氣體來用上述不活潑氣體保護上述區域，上述拍攝單元的視野包含上述區域；以及基於上述判斷步驟的結果來製造上述電阻焊接鋼管的步驟。
根據本發明涉及的電阻焊接鋼管的製造狀況監控方法以及電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置，即便在並用氣體保護焊接中也能夠不受冷卻水、潤滑水的影響地判斷電阻焊接鋼管的對接焊接部位的優劣。
根據本發明涉及的電阻焊接鋼管的製造方法，即便在並用氣體保護焊接中也能夠不受冷卻水、潤滑水的影響地判斷電阻焊接鋼管的對接焊接部位的優劣，並能夠基於判別結果來抑制焊接不良產生。
附圖說明
圖1是表示本發明的一個實施方式的電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置的結構的示意圖。
圖2是表示由圖1所示的拍攝部拍攝到的對接焊接部位的圖像的一個示例的圖。
圖3是表示維持拍攝條件不變，將圖1所示的拍攝部從噴嘴卸下並重新設置，既不使用保護氣體也不使用吹掃氣體拍攝到的對接焊接部位的圖像的一個示例的圖。
圖4是表示本發明的一個實施方式的電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置的變形例的結構的示意圖。
符號說明
1電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置
2噴嘴
2a開口部
3拍攝部
4解析部
5輔助噴嘴
6感應加熱裝置
p電阻焊接鋼管(電焊鋼管)
具體實施方式
下面，參照附圖，詳細地說明本發明的一個實施方式的電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置。
圖1是表示本發明的一個實施方式的電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置的結構的示意圖。如圖1所示，本發明的一個實施方式的電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置1是用於監控電阻焊接鋼管(以下，簡稱為「電焊鋼管」)p的對接焊接狀態的裝置，作為主要結構要素，具有噴嘴2、拍攝部3以及解析部4，電焊鋼管p通過使鋼帶成形為圓筒狀，並使鋼帶的寬度方向兩端部沿著長度方向對接焊接來製造。噴嘴2、拍攝部3以及解析部4分別作為本發明涉及的氣體保護噴嘴、拍攝單元以及解析單元發揮功能。
噴嘴2具有與包含對接焊接部位的電焊鋼管p的二維區域相對配置的開口部2a，由通過從開口部2a向二維區域噴射保護氣體(不活潑氣體)來用保護氣體保護二維區域的喇叭狀噴嘴來構成。
開口部2a在鋼帶長度方向上的尺寸被設計成比對接焊接部位前後各長30mm左右或者大於拍攝部3在長度方向上的視野的大小。另一方面，開口部2a在鋼帶寬度方向上的尺寸被設計成10mm左右或者不與配置於電焊鋼管p的上方的一對擠壓頂輥r相干擾程度的大小。
另外，根據與鋼帶板厚有相關關係的焊接功率、鋼帶輸送速度，鋼帶的合適的對接角度會發生變化，作為結果，輸送生產線上的對接焊接位置可能會沿著鋼帶的長度方向發生變動。因此，優選將開口部2a在鋼帶長度方向上的尺寸設為考慮了對接焊接位置的變動幅度的大小，或者通過使噴嘴2能夠在長度方向上移動來彌補對接焊接位置的變動。
此外，對噴嘴2的保護氣體的供給可以利用未圖示的供氣源以及管道線路來進行。此外，供氣源以及管道線路可以根據保護氣體的種類，使用市場銷售的氣瓶、氣罐以及管道材料來構成，此外，根據需要也可以設置有調整保護氣體的壓力或流量的裝置。
拍攝部3由拍攝裝置構成，該拍攝裝置由設置於噴嘴2的內壁表面的固定部件2b固定在噴嘴2的內部。拍攝部3對電焊鋼管p的對接焊接部位的圖像進行拍攝，將拍攝到的圖像的數據輸出給解析部4。優選拍攝部3的視野f包括對接焊接部位在輸送方向上的上遊側20mm的範圍。此外，優選拍攝部3在輸送方向上的下遊側的視野包括焊縫形成部。
圖2是表示由拍攝部3拍攝到的對接焊接部位的圖像的一個示例的圖。另一方面，圖3是表示維持拍攝條件(拍攝距離、曝光時間、鏡頭的光圈)不變，將拍攝部3從噴嘴2卸下並設置，且不使用保護氣體或吹掃氣體拍攝到的對接焊接部位的圖像的一個示例的圖。
由圖2以及圖3的比較可知，根據本發明的一個實施方式的電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置的拍攝部3，能夠清晰地拍攝到對接焊接部位的圖像。與此相對，在將拍攝部3從噴嘴2卸下並設置，且不使用保護氣體或吹掃氣體拍攝的情況下，擠壓頂輥r的冷卻水滯留在對接焊接部位而無法拍攝清晰的圖像。根據以上內容，能夠確認根據作為本發明的一個實施方式的電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置的拍攝部3，即便在並用氣體保護焊接中也能夠不受到冷卻水、潤滑水的影響而清晰地拍攝電焊鋼管p的對接焊接部位的圖像，並能夠基於拍攝到的圖像判斷對接焊接部位的優劣。
另外，考慮到解析部4的圖像處理能力，優選拍攝部3的曝光時間在1/100000秒以下，並且拍攝部3具有在該曝光時間下不飽和(saturate)的鏡頭光圈以及拍攝靈敏度。此外，優選拍攝部3儘量小，且在內部具有拍攝部3的噴嘴2的管截面積也儘可能的小。例如，可以使用當前市場銷售的帶電子曝光功能的拍攝裝置且截面積是22mm×22mm的產品。
解析部4由個人計算機等信息處理裝置構成。解析部4利用公知的邊緣提取處理或直線擬合方法，從由拍攝部3拍攝到的對接焊接部位的圖像中，提取鋼帶的在對接焊接部位的輸送方向上遊側以及下遊側的寬度方向端部位置，基於提取出的寬度方向端部位置來計算對接焊接部位的幾何特徵量。然後，解析部4基於計算出的幾何特徵量來判斷對接焊接部位的優劣，並將判斷結果輸出給未圖示的顯示單元和/或警報單元。由此，操作人員基於判斷結果來調整電焊鋼管的製造條件，從而能夠抑制焊接不良的產生。
圖4是表示本發明的一個實施方式的電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置的變形例的結構的示意圖。如圖4所示，在本變形例中，在噴嘴2在輸送方向上的上遊側配置有輔助噴嘴5，從該輔助噴嘴5對鋼帶的邊緣部噴射不活潑氣體。這裡，被輔助噴嘴5噴射惰性氣體的鋼帶的範圍及噴嘴2的視野範圍，只要處於鋼帶邊緣部或端面的溫度由感應加熱裝置6升溫而達到氧濃度20.1％下開始氧化的溫度的位置的輸送方向下遊側即可，且作為噴嘴2的視野範圍，是包括鋼帶邊緣部開始熔融的位置的範圍。由此，能夠在保持氣體保護噴嘴的效果的同時，將噴嘴2的開口部在長度方向上的大小控制到必要的最小限度。另外，本變形例的動作與圖1所示的裝置相同，因此省略其說明。
以上，對應用了本發明人完成的發明的實施方式進行了說明，但是本發明並非由基於本實施方式的構成本發明公開的一部分的記述以及附圖所限定，適當組合上述各結構要素而構成的技術方案也包含在本發明中。即，基於本實施方式，本領域技術人員等完成的其它實施方式、實施例以及運用技術等也全部包含在本發明的範圍內。
根據本發明，能夠提供一種電阻焊接鋼管制造狀況監控方法以及電阻焊接鋼管的製造狀況監控裝置，即便在並用氣體保護焊接中也能夠不受冷卻水、潤滑水的影響地判斷電阻焊接鋼管的對接焊接部位的優劣。