JP2000111328A - 溶接管の溶接部検査方法 - Google Patents
溶接管の溶接部検査方法Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
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Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 アーク溶接、ＴＩＧ溶接等の融接による溶接
管においてはビード厚さが母材厚さより薄くなる（以
降、減肉と称する）場合があるが、この減肉を高速造管
ラインで検出する方法がなかった。 【解決手段】 溶融金属が最後に凝固する溶融金属部分
で溶接部の略中央に線状に現れる部分（以下、接合線と
称す）の位置をＴＶカメラで光学的に検出し、肉厚を計
測する超音波プローブを該接合線位置に基づき周方向に
移動させて接合線上に位置決めし、超音波プローブを接
合線に追従させて接合線位置での肉厚の計測と該計測値
が母材部厚さよりも小さいかどうかの比較を連続して行
う。
管においてはビード厚さが母材厚さより薄くなる（以
降、減肉と称する）場合があるが、この減肉を高速造管
ラインで検出する方法がなかった。 【解決手段】 溶融金属が最後に凝固する溶融金属部分
で溶接部の略中央に線状に現れる部分（以下、接合線と
称す）の位置をＴＶカメラで光学的に検出し、肉厚を計
測する超音波プローブを該接合線位置に基づき周方向に
移動させて接合線上に位置決めし、超音波プローブを接
合線に追従させて接合線位置での肉厚の計測と該計測値
が母材部厚さよりも小さいかどうかの比較を連続して行
う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接管の溶接部の
検査に関するものである。
検査に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶接管を対象にした溶接部の検査方法と
して、特開昭５６−３５０５７号が開示されている。こ
れは、電縫溶接管において、溶接部の内外周面を研削し
た後に超音波厚み計を溶接部を中心に管の周方向に周期
的に往復移動させ、超音波厚み計が出力する厚みの軌跡
をもって電縫管溶接部内面研削形状を検知しようとする
ものである。
して、特開昭５６−３５０５７号が開示されている。こ
れは、電縫溶接管において、溶接部の内外周面を研削し
た後に超音波厚み計を溶接部を中心に管の周方向に周期
的に往復移動させ、超音波厚み計が出力する厚みの軌跡
をもって電縫管溶接部内面研削形状を検知しようとする
ものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】溶接管において溶接部
に穴明きがあるものは強度的に弱いだけでなく、特に配
管用溶接管にとっては致命的不良品であり、渦流探傷検
査や気密検査等により厳しく検査されている。しかし、
渦流探傷検査時には穴明き不良はなくても、その後の製
造プロセスにより応力が付加された際に穴が発生する場
合があり、特に、肉厚が薄いものはもともと溶接強度が
小さいため穴が明き易い。しかし、事前に穴明きの恐れ
のある部分を予見できるような溶接強度検査方法は見当
たらないため、溶融金属部の肉厚が母材肉厚以上となる
ように溶接することで対処されている。突き合わせ部を
加圧して行なう圧接溶接においては、溶融金属部は盛上
がりその肉厚は母材以上になるが、アーク溶接、ＴＩＧ
溶接、電子ビーム溶接等の融接による溶接管においては
溶融金属部厚さが母材厚さより薄くなる（以降、減肉と
称する）場合がある。このため、減肉が発生しないよう
な溶接条件の設定と、厳格な管理下での溶接が行われて
いるが、実際に測定して確認することも重要である。
に穴明きがあるものは強度的に弱いだけでなく、特に配
管用溶接管にとっては致命的不良品であり、渦流探傷検
査や気密検査等により厳しく検査されている。しかし、
渦流探傷検査時には穴明き不良はなくても、その後の製
造プロセスにより応力が付加された際に穴が発生する場
合があり、特に、肉厚が薄いものはもともと溶接強度が
小さいため穴が明き易い。しかし、事前に穴明きの恐れ
のある部分を予見できるような溶接強度検査方法は見当
たらないため、溶融金属部の肉厚が母材肉厚以上となる
ように溶接することで対処されている。突き合わせ部を
加圧して行なう圧接溶接においては、溶融金属部は盛上
がりその肉厚は母材以上になるが、アーク溶接、ＴＩＧ
溶接、電子ビーム溶接等の融接による溶接管においては
溶融金属部厚さが母材厚さより薄くなる（以降、減肉と
称する）場合がある。このため、減肉が発生しないよう
な溶接条件の設定と、厳格な管理下での溶接が行われて
いるが、実際に測定して確認することも重要である。
【０００４】減肉を判定する方法としては、溶接管の断
面に対しマイクロメータや投影機を用いて溶融金属部の
厚さを測定する方法があるが、破壊検査でありインライ
ンには適用できない。一方、前記公知例においても減肉
かどうかを検知することはできるが、超音波プローブを
溶接部領域上を周期的に揺動させて、溶融金属部と母材
両方の肉厚を検出しなければならず、高速な造管ライン
に対しては測定できない溶接箇所が生じ、検査の信頼性
という点で問題がある。本発明の目的は、連続的に製造
される溶接管の製造において、信頼性高く減肉を判定す
ることのできる溶接部検査方法を提供することである。
面に対しマイクロメータや投影機を用いて溶融金属部の
厚さを測定する方法があるが、破壊検査でありインライ
ンには適用できない。一方、前記公知例においても減肉
かどうかを検知することはできるが、超音波プローブを
溶接部領域上を周期的に揺動させて、溶融金属部と母材
両方の肉厚を検出しなければならず、高速な造管ライン
に対しては測定できない溶接箇所が生じ、検査の信頼性
という点で問題がある。本発明の目的は、連続的に製造
される溶接管の製造において、信頼性高く減肉を判定す
ることのできる溶接部検査方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、フープ材を管
状に成形し、突き当て部を溶接して成る溶接管の溶接部
検査方法であって、溶融金属が最後に凝固した部分の肉
厚を超音波で寸法計測し、該寸法値と母材厚さの大小を
比較することにより減肉であるかどうかを判定すること
を特徴としている。また、溶融金属が最後に凝固する部
分は光学的に検出するとよい。光学的な検出方法として
は、２次元撮像素子を用いたＴＶカメラにより溶融金属
部を平面的に撮像し所定エリア内の輝度を検出するよう
に行なってもよいし、１次元撮像素子を用いたラインセ
ンサカメラを撮像方向が溶接管に直交するように配置
し、線状エリア内の輝度検出を溶接管の移動に合せて順
次行なうようにしてもよい。また本発明は、フープ材を
管状に成形し、突き当て部を融接して成る溶接管の溶接
部検査方法であって、溶接部を撮像し、溶融金属上の略
中央で周囲と輝度が異なった部分を検出し、該部分の肉
厚を超音波で寸法計測し、該寸法値と母材厚さの大小を
比較することにより減肉であるかどうかを判定すること
を特徴としている。融接としてはＴＩＧ溶接で溶加材を
添加せずに行なうとよい。これは、最後に凝固する溶融
金属部分の輝度が周辺部と異なり、識別が容易となるか
らである。
状に成形し、突き当て部を溶接して成る溶接管の溶接部
検査方法であって、溶融金属が最後に凝固した部分の肉
厚を超音波で寸法計測し、該寸法値と母材厚さの大小を
比較することにより減肉であるかどうかを判定すること
を特徴としている。また、溶融金属が最後に凝固する部
分は光学的に検出するとよい。光学的な検出方法として
は、２次元撮像素子を用いたＴＶカメラにより溶融金属
部を平面的に撮像し所定エリア内の輝度を検出するよう
に行なってもよいし、１次元撮像素子を用いたラインセ
ンサカメラを撮像方向が溶接管に直交するように配置
し、線状エリア内の輝度検出を溶接管の移動に合せて順
次行なうようにしてもよい。また本発明は、フープ材を
管状に成形し、突き当て部を融接して成る溶接管の溶接
部検査方法であって、溶接部を撮像し、溶融金属上の略
中央で周囲と輝度が異なった部分を検出し、該部分の肉
厚を超音波で寸法計測し、該寸法値と母材厚さの大小を
比較することにより減肉であるかどうかを判定すること
を特徴としている。融接としてはＴＩＧ溶接で溶加材を
添加せずに行なうとよい。これは、最後に凝固する溶融
金属部分の輝度が周辺部と異なり、識別が容易となるか
らである。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明を説明するための
機器構成の概略を示す図である。溶接管３は、薄肉
（０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度）のフープ材を連続的に筒状
になるように成形し、長手方向に沿って対向した突き当
て部をＴＩＧ溶接することで連続して製造され（製造装
置は図示せず）、図中に示す矢印Ａの方向に所定の速度
で移動している。なお溶融金属部を以降ビードと称す
る。接合線検出センサ１は、溶接管３のビードとその周
辺の母材を含む領域である溶接部に対向するように配置
され、溶接部の撮像情報を得るセンサであり、ＴＶカメ
ラ等２次元撮像手段を用いるとよいが、ラインセンサカ
メラ等１次元撮像手段を用い、撮像素子を溶接管長手方
向に対し略直交するように配置して用いることもでき
る。接合線検出センサ１の下流に超音波厚み計のプロー
ブ（以下超音波プローブと略す）２を配設する。ここで
言う超音波厚み計は、超音波探傷器を含め超音波で厚さ
を測定することができる機器を言う。超音波プローブ２
は、接合線検出センサ１からの情報に応じて溶接管の周
方向Ｂに移動可能に配設されている。
機器構成の概略を示す図である。溶接管３は、薄肉
（０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度）のフープ材を連続的に筒状
になるように成形し、長手方向に沿って対向した突き当
て部をＴＩＧ溶接することで連続して製造され（製造装
置は図示せず）、図中に示す矢印Ａの方向に所定の速度
で移動している。なお溶融金属部を以降ビードと称す
る。接合線検出センサ１は、溶接管３のビードとその周
辺の母材を含む領域である溶接部に対向するように配置
され、溶接部の撮像情報を得るセンサであり、ＴＶカメ
ラ等２次元撮像手段を用いるとよいが、ラインセンサカ
メラ等１次元撮像手段を用い、撮像素子を溶接管長手方
向に対し略直交するように配置して用いることもでき
る。接合線検出センサ１の下流に超音波厚み計のプロー
ブ（以下超音波プローブと略す）２を配設する。ここで
言う超音波厚み計は、超音波探傷器を含め超音波で厚さ
を測定することができる機器を言う。超音波プローブ２
は、接合線検出センサ１からの情報に応じて溶接管の周
方向Ｂに移動可能に配設されている。
【０００７】ＴＶカメラで溶接部表面を撮像し、ディス
プレー上に表示した中間調画像の写真を図２に示す。溶
接部はビードとその両脇の母材部、及びビード上の接合
線の３つに画像上識別可能である。接合線４は、ビード
中の最後に凝固した部位を連ねた帯状の部分であり、ビ
ードの略中央に存する。接合線４は白黒画像で通常明る
い像として観察される。これは、ビードにおける凝固現
象は、母材部側から順次進行していくが、中央部分の最
終凝固部では両方向からの凝固組織が入混み合うため、
表面での反射強度が大となり輝度が高くなるためと思わ
れる。接合線４は、溶接管の走行横ずれに伴う溶接電極
の位置変化等により、走行ラインの絶対座標に対しずれ
を生ずる。接合線検出センサ１はこの接合線を撮像し、
その情報を制御装置（図示せず）に出力する。制御装置
は、公知の画像処理方法により明るい部分を抽出して接
合線４を検出するとともに、接合線４の中心線を算出し
て位置ずれを計算し、下流の超音波プローブ２を該接合
線位置ずれ量に基づき接合線４の中心に来るような制御
指令を出力する。
プレー上に表示した中間調画像の写真を図２に示す。溶
接部はビードとその両脇の母材部、及びビード上の接合
線の３つに画像上識別可能である。接合線４は、ビード
中の最後に凝固した部位を連ねた帯状の部分であり、ビ
ードの略中央に存する。接合線４は白黒画像で通常明る
い像として観察される。これは、ビードにおける凝固現
象は、母材部側から順次進行していくが、中央部分の最
終凝固部では両方向からの凝固組織が入混み合うため、
表面での反射強度が大となり輝度が高くなるためと思わ
れる。接合線４は、溶接管の走行横ずれに伴う溶接電極
の位置変化等により、走行ラインの絶対座標に対しずれ
を生ずる。接合線検出センサ１はこの接合線を撮像し、
その情報を制御装置（図示せず）に出力する。制御装置
は、公知の画像処理方法により明るい部分を抽出して接
合線４を検出するとともに、接合線４の中心線を算出し
て位置ずれを計算し、下流の超音波プローブ２を該接合
線位置ずれ量に基づき接合線４の中心に来るような制御
指令を出力する。
【０００８】超音波厚さ測定を自動的に行なうために
は、媒体として液体、例えば水を用いることが行われる
ため、溶接管３は水槽を通して走行するようにし、超音
波プローブ２も水中に配置する。なお、接合線４の位置
が変動しても超音波プローブ２は接合線検出センサ１が
撮像した部位を的確に計測できるように、超音波プロー
ブ２と接合線検出センサ１はできるだけに接近して配置
することが望ましい。従って、接合線検出センサ１は水
槽に入る前の溶接管３を撮像するように配置してもよい
が、超音波プローブ２に近い水槽上の水面上に設けるよ
うにするとよい。この場合は、水面の波による反射の影
響を除去して接合線４を撮像するように偏光フィルター
を設けるとよい。また、接合線検出センサ１を防水タイ
プとし水中に設けることもできる。さらに、内視鏡やフ
ァイバースコープのような対物レンズ系のみを水中に設
けるとより超音波プローブ２に近接した位置で撮像でき
る。また、公知のタイヤ式探触子や水浸式探触子を用い
れば、溶接管３を水中に通さなくても超音波厚さ計測は
可能であり、装置構成が簡潔になる。超音波プローブ２
はポイントフォーカス型のプローブを用いるとよいが、
接合線の長手方向に沿ったラインフォーカス型のプロー
ブを用いて一定長さ範囲の肉厚を平均的に計測するよう
にしてもよい。
は、媒体として液体、例えば水を用いることが行われる
ため、溶接管３は水槽を通して走行するようにし、超音
波プローブ２も水中に配置する。なお、接合線４の位置
が変動しても超音波プローブ２は接合線検出センサ１が
撮像した部位を的確に計測できるように、超音波プロー
ブ２と接合線検出センサ１はできるだけに接近して配置
することが望ましい。従って、接合線検出センサ１は水
槽に入る前の溶接管３を撮像するように配置してもよい
が、超音波プローブ２に近い水槽上の水面上に設けるよ
うにするとよい。この場合は、水面の波による反射の影
響を除去して接合線４を撮像するように偏光フィルター
を設けるとよい。また、接合線検出センサ１を防水タイ
プとし水中に設けることもできる。さらに、内視鏡やフ
ァイバースコープのような対物レンズ系のみを水中に設
けるとより超音波プローブ２に近接した位置で撮像でき
る。また、公知のタイヤ式探触子や水浸式探触子を用い
れば、溶接管３を水中に通さなくても超音波厚さ計測は
可能であり、装置構成が簡潔になる。超音波プローブ２
はポイントフォーカス型のプローブを用いるとよいが、
接合線の長手方向に沿ったラインフォーカス型のプロー
ブを用いて一定長さ範囲の肉厚を平均的に計測するよう
にしてもよい。
【０００９】図４に溶接部におけるビードの断面形状を
模式的に示す。ビード形状は、最後に凝固する部分が窪
みとなっていることが多く、その窪み部におけるビード
肉厚を接合線肉厚と呼ぶことにする。図４（ａ）は、窪
みが小さく接合線肉厚が母材部の肉厚よりも大である正
常な溶接部を示している。図４（ｂ）は、窪みが顕著に
なり接合線肉厚が母材部の肉厚よりも小さくなり減肉に
なった例を示している。減肉は溶接条件の変動等で母材
部の溶融量が不足していたなどの理由で生じる。
模式的に示す。ビード形状は、最後に凝固する部分が窪
みとなっていることが多く、その窪み部におけるビード
肉厚を接合線肉厚と呼ぶことにする。図４（ａ）は、窪
みが小さく接合線肉厚が母材部の肉厚よりも大である正
常な溶接部を示している。図４（ｂ）は、窪みが顕著に
なり接合線肉厚が母材部の肉厚よりも小さくなり減肉に
なった例を示している。減肉は溶接条件の変動等で母材
部の溶融量が不足していたなどの理由で生じる。
【００１０】図３に、接合線４に直交する方向のビード
の肉厚の分布を、超音波厚み計で計測したものと、該箇
所を切断して断面形状から求めたものを比較して示す。
ビードの幅は約１ｍｍ、その肉厚は約０．２ｍｍであり
よく一致していることがわかる。ビードの略中央部分で
窪み状になっているところが接合線部分である。これよ
り、溶接部を撮像した画像の中から接合線を検出し、そ
の部分における肉厚を超音波厚み計で測定し、該肉厚と
母材部の肉厚を比較することにより減肉を判定できるこ
とがわかる。なお、電子走査型プローブを用いて接合線
を中心とした肉厚を測定すると、より多くの肉厚情報が
得られ、一層正確に減肉を判定することができる。
の肉厚の分布を、超音波厚み計で計測したものと、該箇
所を切断して断面形状から求めたものを比較して示す。
ビードの幅は約１ｍｍ、その肉厚は約０．２ｍｍであり
よく一致していることがわかる。ビードの略中央部分で
窪み状になっているところが接合線部分である。これよ
り、溶接部を撮像した画像の中から接合線を検出し、そ
の部分における肉厚を超音波厚み計で測定し、該肉厚と
母材部の肉厚を比較することにより減肉を判定できるこ
とがわかる。なお、電子走査型プローブを用いて接合線
を中心とした肉厚を測定すると、より多くの肉厚情報が
得られ、一層正確に減肉を判定することができる。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は接合線位
置を求めてその位置の溶接部を超音波厚み計で計測する
ことにより減肉であるかどうかを判定することができ、
破壊検査によらなくともインラインで検査することがで
きる。超音波厚み計での肉厚計測は高速でできるので、
製造中の溶接部の品質情報を連続してリアルタイムで収
集することができ、溶接条件、フープ材の成形条件を制
御することもできる。これにより、品質の安定した溶接
管を生産性高く製造することができる。以上、ＴＩＧ溶
接による溶接管で説明してきたが、溶接方法はこれに限
定されることなく他の溶接方法のものにも適用できる。
特に融着による溶接管には適している。
置を求めてその位置の溶接部を超音波厚み計で計測する
ことにより減肉であるかどうかを判定することができ、
破壊検査によらなくともインラインで検査することがで
きる。超音波厚み計での肉厚計測は高速でできるので、
製造中の溶接部の品質情報を連続してリアルタイムで収
集することができ、溶接条件、フープ材の成形条件を制
御することもできる。これにより、品質の安定した溶接
管を生産性高く製造することができる。以上、ＴＩＧ溶
接による溶接管で説明してきたが、溶接方法はこれに限
定されることなく他の溶接方法のものにも適用できる。
特に融着による溶接管には適している。
【図１】本発明を説明するための機器配置の概略を示す
図
図
【図２】溶接部の表面を撮像してディスプレー上に表示
した中間調画像の写真
した中間調画像の写真
【図３】超音波厚み計で測定した肉厚分布と断面形状か
ら測定した肉厚分布を示す図
ら測定した肉厚分布を示す図
【図４】溶接部におけるビードの断面形状の模式図
１ 接合線検出センサ ２ 超音波プローブ ３ 溶接管 ４ 接合線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F068 AA28 BB03 BB09 BB23 CC00 CC16 DD07 FF03 FF14 FF18 JJ22 KK04 KK12 LL02 LL04 LL23 NN02 PP01 PP06 TT07 2G047 AA07 AB01 AB07 BC18 EA11 GE02
Claims (3)
- 【請求項１】 フープ材を管状に成形し、突き当て部を
溶接して成る溶接管の溶接部検査方法であって、溶融金
属が最後に凝固した部分の肉厚を超音波で寸法計測し、
該寸法値と母材厚さの大小を比較することにより減肉で
あるかどうかを判定することを特徴とする溶接管の溶接
部検査方法。 - 【請求項２】 前記溶融金属が最後に凝固する部分を光
学的に検出する請求項１に記載の溶接管の溶接部検査方
法。 - 【請求項３】 フープ材を管状に成形し、突き当て部を
融接して成る溶接管の溶接部検査方法であって、溶接部
を撮像し、溶融金属上の略中央で周囲と輝度が異なった
部分を検出し、該部分の肉厚を超音波で寸法計測し、該
寸法値と母材厚さの大小を比較することにより減肉であ
るかどうかを判定することを特徴とする溶接管の溶接部
検査方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10280613A JP2000111328A (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | 溶接管の溶接部検査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10280613A JP2000111328A (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | 溶接管の溶接部検査方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000111328A true JP2000111328A (ja) | 2000-04-18 |
Family
ID=17627489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10280613A Pending JP2000111328A (ja) | 1998-10-02 | 1998-10-02 | 溶接管の溶接部検査方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000111328A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011106821A (ja) * | 2009-11-12 | 2011-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 管材の溶接ビード測定方法並びに溶接ビード切削方法及び溶接ビード切削装置 |
| CN102667397A (zh) * | 2009-11-16 | 2012-09-12 | 丰田自动车株式会社 | 焊缝区检测方法和焊缝区检测装置 |
| CN108507504A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-09-07 | 徐州工程学院 | 用于超声法测量摩擦焊焊件外圆尺寸的装置及其使用方法 |
| CN112945156A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-06-11 | 北京奥蓝仕技术有限公司 | 基于超声波在线壁厚监测的试验装置及系统 |
-
1998
- 1998-10-02 JP JP10280613A patent/JP2000111328A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011106821A (ja) * | 2009-11-12 | 2011-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 管材の溶接ビード測定方法並びに溶接ビード切削方法及び溶接ビード切削装置 |
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| CN108507504A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-09-07 | 徐州工程学院 | 用于超声法测量摩擦焊焊件外圆尺寸的装置及其使用方法 |
| CN112945156A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-06-11 | 北京奥蓝仕技术有限公司 | 基于超声波在线壁厚监测的试验装置及系统 |
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