电阻焊接钢管的制造状况监控方法、电阻焊接钢管的制造状况监控装置以及电阻焊接钢管的制造方法

摘要

本发明涉及一种电阻焊接钢管的制造状况监控装置（1），用于监控电阻焊接钢管的制造状况，上述电阻焊接钢管通过使带状的钢带成形为圆筒状，并使钢带的宽度方向两端部沿着长度方向对接焊接来制造，上述电阻焊接钢管的制造状况监控装置（1）具备：拍摄部（3），其配置在喷嘴（2）的内部，上述喷嘴（2）具有与钢带的宽度方向两端部被对接焊接的区域相对的开口部（2a），并通过从上述开口部（2a）向上述区域喷射不活泼气体来用上述不活泼气体保护所述区域，上述拍摄部（3）的视野包含所述区域；以及解析部（4），其基于由拍摄部（3）拍摄到的图像来判断对接焊接部位的优劣。

说明书

技术领域

本发明涉及电阻焊接钢管的制造状况监控方法、电阻焊接钢管的制造状况监控装置以及电阻焊接钢管的制造方法。

背景技术

一般地，电阻焊接钢管(以下简称为电焊钢管)通过如下方法来制造：将钢带等金属带(包括金属板)成形为管状的同时沿长度方向输送，利用高频感应加热压焊或电阻加热压焊等方法使金属带的宽度方向两端部沿长度方向连续地对接焊接。在电焊钢管的制造工序中，对接焊接部位的强度等质量管理方面重要之处在于，要使对接焊接部位不残留氧化物等杂质。因此，对于电焊钢管的质量管理，普遍运用的是如非专利文献1中公开的那样的技术，即，利用超声波检查装置，以对接焊接部位为中心对电焊钢管内部进行探伤。

另一方面，对于制造电焊钢管时的质量管理，提出了如专利文献1公开的那样的技术，即，利用光切法来测量焊缝部的形状，根据测量结果来计算焊缝部的特征量，并将其用于质量管理。在该技术中，因为可以在线计算出与截面的金属流之间具有相关关系的特征量，所以能够省去暂时中断焊接工序并采集焊接对接部位来进行截面观察的工序。此外，作为与质量管理有关的其它技术，有如专利文献2公开的那样的技术，即，根据由拍摄装置拍摄到的焊接对接部位的图像来计算平面形状的特征量，判断平面形状的特征量是否处于管理范围之内。

专利文献1：日本专利第4374845号公报

专利文献2：日本专利第5510615号公报

专利文献3：日本特开2011-206813号公报

非专利文献1：《鉄と鋼》Vol.9(1993)No.7p.91

发明内容

然而，尽管非专利文献1中记载的技术对于电焊钢管的质量保证是有效的，但是因为探伤结果和制造条件并不唯一对应，所以难以将探伤结果反映到制造条件之中。此外，在超声波检查装置设置于最终检查工序的情况下，因为从制造到检查的周期(lead time)较长，因此在发现了焊接不良时产品的损失较大。此外，在专利文献1记载的技术中，尽管能够可靠地判别焊接功率(热输入)、对接焊接部位的高低差等，但是由于夹杂物的排出会导致难以得到密切相关的对接状态与制造条件之间的相关关系。另一方面，专利文献2中记载的技术因为检测的是对接焊接部位的平面形状，所以不会发生上述问题。

然而，一般地，在制造用于管道、汽车底盘材料等高级产品的电焊钢管的生产线中，除了一对挤压侧辊之外，在电焊钢管的上方还设有一对挤压顶辊。因此，在将专利文献2中记载的技术应用到制造用于高级产品的电焊钢管的生产线的情况下，由于对接焊接部位位于挤压顶辊之间会导致用于挤压顶辊的冷却、润滑的水滞留于对接焊接部位，从电焊钢管的上方难以得到对接焊接部位的清晰图像，所以难以判断对接焊接部位的优劣。并且，近年来，在电阻焊接中在开始利用的并用气体保护焊接中，喷射不活泼气体的喷嘴配置于对接焊接部位的正上方，因此根据专利文献2中记载的技术，无法确保在电焊钢管的上方配置的拍摄装置的视野，难以判断对接焊接部位的优劣。

另一方面，依据专利文献3中记载的发明，可以考虑到利用如下方法，即：采用以保护盒将电焊钢管的从加热开始位置到焊接点的整个部分覆盖并对保护盒内供给规定流量气体的保护焊接装置，并在该保护焊接装置上设置观察装置。然而，根据该方法，装置构造规模庞大且复杂，每当变更钢管制造尺寸时都需要更换并调整钢管供给/排出部的保护器具等，在效率方面缺点较大。

本发明鉴于上述内容而完成，其目的在于提供一种电阻焊接钢管的制造状况监控方法以及电阻焊接钢管的制造状况监控装置，即便在并用气体保护焊接中也能够不受冷却水、润滑水的影响地判断电阻焊接钢管的对接焊接部位的优劣。

此外，本发明的另一目的在于提供一种电阻焊接钢管的制造方法，即便在并用气体保护焊接中也能够不受冷却水、润滑水的影响地判断电阻焊接钢管的对接焊接部位的优劣，并能够基于判断结果来抑制焊接不良产生。

本发明涉及的电阻焊接钢管的制造状况监控方法，用于监控电阻焊接钢管的制造状况，上述电阻焊接钢管通过使带状的钢带成形为圆筒状，并使该钢带的宽度方向两端部沿着长度方向对接焊接来制造，上述电阻焊接钢管的制造状况监控方法包括如下步骤：将拍摄单元配置在气体保护喷嘴的内部，并基于由上述拍摄单元拍摄到的图像来判断对接焊接部位的优劣，其中，上述气体保护喷嘴具有与钢带的宽度方向两端部被对接焊接的区域相对的开口部，并通过从上述开口部向上述区域喷射不活泼气体来用上述不活泼气体保护上述区域，上述拍摄单元的视野包含上述区域。

本发明涉及的电阻焊接钢管的制造状况监控方法基于上述发明，上述气体保护喷嘴的开口部位于上述钢带开始熔融的位置与钢带的长度方向两端部被对接的位置之间，在上述气体保护喷嘴的开口部与钢带的感应加热开始点之间的规定区间，从与上述气体保护喷嘴不同的喷嘴对钢带的宽度方向两端部喷射不活泼气体。

本发明涉及的电阻焊接钢管的制造状况监控装置，用于监控电阻焊接钢管的制造状况，上述电阻焊接钢管通过使带状的钢带成形为圆筒状，并使该钢带的宽度方向两端部沿着长度方向对接焊接来制造，上述电阻焊接钢管的制造状况监控装置具备：拍摄单元，其配置在气体保护喷嘴的内部，上述气体保护喷嘴具有与钢带的宽度方向两端部被对接焊接的区域相对的开口部，并通过从上述开口部向上述区域喷射不活泼气体来用上述不活泼气体保护上述区域，上述拍摄单元的视野包含上述区域；以及解析单元，其基于由上述拍摄单元拍摄到的图像来判断对接焊接部位的优劣。

本发明涉及的电阻焊接钢管的制造方法，上述电阻焊接钢管通过使带状的钢带成形为圆筒状，并使该钢带的宽度方向两端部沿着长度方向对接焊接来制造，上述电阻焊接钢管的制造方法包括：判断步骤，将拍摄单元配置在气体保护喷嘴的内部，并基于由上述拍摄单元拍摄到的图像来判断对接焊接部位的优劣，其中，上述气体保护喷嘴具有与钢带的宽度方向两端部被对接焊接的区域相对的开口部，并通过从上述开口部向上述区域喷射不活泼气体来用上述不活泼气体保护上述区域，上述拍摄单元的视野包含上述区域；以及基于上述判断步骤的结果来制造上述电阻焊接钢管的步骤。

根据本发明涉及的电阻焊接钢管的制造状况监控方法以及电阻焊接钢管的制造状况监控装置，即便在并用气体保护焊接中也能够不受冷却水、润滑水的影响地判断电阻焊接钢管的对接焊接部位的优劣。

根据本发明涉及的电阻焊接钢管的制造方法，即便在并用气体保护焊接中也能够不受冷却水、润滑水的影响地判断电阻焊接钢管的对接焊接部位的优劣，并能够基于判别结果来抑制焊接不良产生。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的电阻焊接钢管的制造状况监控装置的结构的示意图。

图2是表示由图1所示的拍摄部拍摄到的对接焊接部位的图像的一个示例的图。

图3是表示维持拍摄条件不变，将图1所示的拍摄部从喷嘴卸下并重新设置，既不使用保护气体也不使用吹扫气体拍摄到的对接焊接部位的图像的一个示例的图。

图4是表示本发明的一个实施方式的电阻焊接钢管的制造状况监控装置的变形例的结构的示意图。

符号说明

1 电阻焊接钢管的制造状况监控装置

2 喷嘴

2a 开口部

3 拍摄部

4 解析部

5 辅助喷嘴

6 感应加热装置

P 电阻焊接钢管(电焊钢管)

具体实施方式

下面，参照附图，详细地说明本发明的一个实施方式的电阻焊接钢管的制造状况监控装置。

图1是表示本发明的一个实施方式的电阻焊接钢管的制造状况监控装置的结构的示意图。如图1所示，本发明的一个实施方式的电阻焊接钢管的制造状况监控装置1是用于监控电阻焊接钢管(以下，简称为“电焊钢管”)P的对接焊接状态的装置，作为主要结构要素，具有喷嘴2、拍摄部3以及解析部4，电焊钢管P通过使钢带成形为圆筒状，并使钢带的宽度方向两端部沿着长度方向对接焊接来制造。喷嘴2、拍摄部3以及解析部4分别作为本发明涉及的气体保护喷嘴、拍摄单元以及解析单元发挥功能。

喷嘴2具有与包含对接焊接部位的电焊钢管P的二维区域相对配置的开口部2a，由通过从开口部2a向二维区域喷射保护气体(不活泼气体)来用保护气体保护二维区域的喇叭状喷嘴来构成。

开口部2a在钢带长度方向上的尺寸被设计成比对接焊接部位前后各长30mm左右或者大于拍摄部3在长度方向上的视野的大小。另一方面，开口部2a在钢带宽度方向上的尺寸被设计成10mm左右或者不与配置于电焊钢管P的上方的一对挤压顶辊R相干扰程度的大小。

另外，根据与钢带板厚有相关关系的焊接功率、钢带输送速度，钢带的合适的对接角度会发生变化，作为结果，输送生产线上的对接焊接位置可能会沿着钢带的长度方向发生变动。因此，优选将开口部2a在钢带长度方向上的尺寸设为考虑了对接焊接位置的变动幅度的大小，或者通过使喷嘴2能够在长度方向上移动来弥补对接焊接位置的变动。

此外，对喷嘴2的保护气体的供给可以利用未图示的供气源以及管道线路来进行。此外，供气源以及管道线路可以根据保护气体的种类，使用市场销售的气瓶、气罐以及管道材料来构成，此外，根据需要也可以设置有调整保护气体的压力或流量的装置。

拍摄部3由拍摄装置构成，该拍摄装置由设置于喷嘴2的内壁表面的固定部件2b固定在喷嘴2的内部。拍摄部3对电焊钢管P的对接焊接部位的图像进行拍摄，将拍摄到的图像的数据输出给解析部4。优选拍摄部3的视野F包括对接焊接部位在输送方向上的上游侧20mm的范围。此外，优选拍摄部3在输送方向上的下游侧的视野包括焊缝形成部。

图2是表示由拍摄部3拍摄到的对接焊接部位的图像的一个示例的图。另一方面，图3是表示维持拍摄条件(拍摄距离、曝光时间、镜头的光圈)不变，将拍摄部3从喷嘴2卸下并设置，且不使用保护气体或吹扫气体拍摄到的对接焊接部位的图像的一个示例的图。

由图2以及图3的比较可知，根据本发明的一个实施方式的电阻焊接钢管的制造状况监控装置的拍摄部3，能够清晰地拍摄到对接焊接部位的图像。与此相对，在将拍摄部3从喷嘴2卸下并设置，且不使用保护气体或吹扫气体拍摄的情况下，挤压顶辊R的冷却水滞留在对接焊接部位而无法拍摄清晰的图像。根据以上内容，能够确认根据作为本发明的一个实施方式的电阻焊接钢管的制造状况监控装置的拍摄部3，即便在并用气体保护焊接中也能够不受到冷却水、润滑水的影响而清晰地拍摄电焊钢管P的对接焊接部位的图像，并能够基于拍摄到的图像判断对接焊接部位的优劣。

另外，考虑到解析部4的图像处理能力，优选拍摄部3的曝光时间在1/100000秒以下，并且拍摄部3具有在该曝光时间下不饱和(saturate)的镜头光圈以及拍摄灵敏度。此外，优选拍摄部3尽量小，且在内部具有拍摄部3的喷嘴2的管截面积也尽可能的小。例如，可以使用当前市场销售的带电子曝光功能的拍摄装置且截面积是22mm×22mm的产品。

解析部4由个人计算机等信息处理装置构成。解析部4利用公知的边缘提取处理或直线拟合方法，从由拍摄部3拍摄到的对接焊接部位的图像中，提取钢带的在对接焊接部位的输送方向上游侧以及下游侧的宽度方向端部位置，基于提取出的宽度方向端部位置来计算对接焊接部位的几何特征量。然后，解析部4基于计算出的几何特征量来判断对接焊接部位的优劣，并将判断结果输出给未图示的显示单元和/或警报单元。由此，操作人员基于判断结果来调整电焊钢管的制造条件，从而能够抑制焊接不良的产生。

图4是表示本发明的一个实施方式的电阻焊接钢管的制造状况监控装置的变形例的结构的示意图。如图4所示，在本变形例中，在喷嘴2在输送方向上的上游侧配置有辅助喷嘴5，从该辅助喷嘴5对钢带的边缘部喷射不活泼气体。这里，被辅助喷嘴5喷射惰性气体的钢带的范围及喷嘴2的视野范围，只要处于钢带边缘部或端面的温度由感应加热装置6升温而达到氧浓度20.1％下开始氧化的温度的位置的输送方向下游侧即可，且作为喷嘴2的视野范围，是包括钢带边缘部开始熔融的位置的范围。由此，能够在保持气体保护喷嘴的效果的同时，将喷嘴2的开口部在长度方向上的大小控制到必要的最小限度。另外，本变形例的动作与图1所示的装置相同，因此省略其说明。

以上，对应用了本发明人完成的发明的实施方式进行了说明，但是本发明并非由基于本实施方式的构成本发明公开的一部分的记述以及附图所限定，适当组合上述各结构要素而构成的技术方案也包含在本发明中。即，基于本实施方式，本领域技术人员等完成的其它实施方式、实施例以及运用技术等也全部包含在本发明的范围内。

根据本发明，能够提供一种电阻焊接钢管制造状况监控方法以及电阻焊接钢管的制造状况监控装置，即便在并用气体保护焊接中也能够不受冷却水、润滑水的影响地判断电阻焊接钢管的对接焊接部位的优劣。