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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-20
(45)【発行日】2022-09-29
(54)【発明の名称】電縫小径管の溶接操業管理方法及び溶接方法
(51)【国際特許分類】
B23K 13/00 20060101AFI20220921BHJP
B21C 37/08 20060101ALI20220921BHJP
B23K 13/08 20060101ALI20220921BHJP
【ＦＩ】
B23K13/00 A
B21C37/08 A
B23K13/08 542
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2018134573
(22)【出願日】2018-07-17
(65)【公開番号】P2020011259
(43)【公開日】2020-01-23
【審査請求日】2021-03-03
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002675
【氏名又は名称】弁理士法人ドライト国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】杉橋 敦史
(72)【発明者】
【氏名】藤間 輝
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼島 太
(72)【発明者】
【氏名】小谷 浩生
【審査官】岩見 勤
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０２０３５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－０００３９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０８７２８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／１５７４２２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ １３／００
Ｂ２１Ｃ ３７／０８
Ｂ２３Ｋ １３／０８
Ｂ２３Ｋ １０１／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
帯状の鋼板の突合せ端部をＶ字状に収束させながら前記突合せ端部に入熱を与えて加熱溶融し、板厚ｔが２０ｍｍ以下、管外直径Ｄが２５０ｍｍ以下、板厚ｔ／管外直径Ｄが３５％以下でなる管状の電縫小径管を製造する際に溶接操業を管理する、電縫小径管の溶接操業管理方法であって、前記電縫小径管の成形調整時に、
前記突合せ端部が溶接される溶接部をボアスコープで撮像した撮像画像を取得する画像取得ステップと、
前記撮像画像から特定した前記溶接部のアーキング発生状態を基に上限入熱量を決定するとともに、前記撮像画像から特定した前記溶接部の溶融状態を基に溶融限界入熱量を決定する入熱量決定ステップと、
溶接速度と前記上限入熱量との関係を示した上限入熱線を算出し、前記溶接速度と前記溶融限界入熱量との関係を示した溶融限界入熱線を算出することで、前記上限入熱線で規定される入熱量以下で、前記溶融限界入熱線で規定される入熱量以上の範囲を、溶接操業の途中で選択可能な入熱量の適正な範囲である適正操業範囲として決定する適正操業範囲決定ステップと、
前記電縫小径管の成形調整後の溶接操業時に、
決定された前記適正操業範囲に基づいて、前記鋼板へ与える前記入熱量と前記鋼板の前記溶接速度とを管理する管理ステップと、を備える、電縫小径管の溶接操業管理方法。
【請求項2】
前記適正操業範囲決定ステップでは、前記上限入熱線で規定される入熱量以下の範囲を、下記の式（１）で定める、請求項１に記載の電縫小径管の溶接操業管理方法。
Ｑ≦γ・ＶＸ …（１）
上記Ｑは前記鋼板へ与える前記入熱量を示し、前記γは、前記溶接速度と前記上限入熱量とで定まる係数を示し、前記ＶＸは、前記鋼板の前記溶接速度を示す。
【請求項3】
前記適正操業範囲決定ステップでは、前記溶融限界入熱線で規定される入熱量以上の範囲を、下記の式（２）で定める、請求項１に記載の電縫小径管の溶接操業管理方法。
Ｑ≧α・（ＶＸ）β …（２）
上記Ｑは前記鋼板の前記入熱量を示し、前記αは、前記溶接速度と前記溶融限界入熱量と前記βとで定まる係数を示し、前記ＶＸは、前記鋼板の前記溶接速度を示し、βは、０．５～０．７の範囲内にある任意の数値を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電縫小径管の溶接操業管理方法及び溶接方法に関し、板厚ｔが２０ｍｍ以下、管外直径Ｄが２５０ｍｍ以下、板厚ｔ／管外直径Ｄが３５％以下でなる管状の小径管、いわゆる電縫小径管を製造する際に溶接操業を管理する溶接操業管理方法及び溶接方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【0002】
電縫鋼管を製造する際には、鋼板を搬送しながら連続的に管状に成形して、鋼板の突合せ端部をＶ字状に収束させながら、高周波電流によって加熱溶融し、スクイズロールによって加圧しながら突合せ端部を溶接する電縫溶接が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
電縫溶接では、鋼板への入熱量や溶接速度等を適正な範囲に制御しないと、溶接欠陥が発生する。例えば、鋼板への入熱量が不足していたり、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、入熱量が過剰であったり、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】
電縫鋼管の製造における高周波抵抗溶接又は誘導加熱溶接のような場合、その溶接現象は投入電力（入熱量）が高くなるにつれて、第１種溶接状態、第２種溶接状態、第３種溶接状態といった溶接現象が発現することが知られている。第１種溶接状態とは、前記Ｖ字状に漸近する突合せ端部の衝合速度が、高周波電流によって鋼板の両突合せ端部の溶融部間に作用する排斥力による溶融部の排斥速度以上となる入熱条件で溶接する溶接状態であり、溶融部に作用する排斥力の影響が小さく、突合せ端部が最初に接触する溶接点の位置変動が非常に小さい溶接状態をいう。第２種溶接状態とは、同一溶接速度において、第１種溶接状態に比べて高周波加熱による溶接入熱が増加した溶接状態をいう。より具体的には、第２溶接状態とは、高周波加熱による突合せ端部の溶融部に作用する排斥力による溶融部の排斥速度が、前記Ｖ字状に漸近する突合せ端部の衝合速度以上となる条件で溶接する溶接状態であり、溶融部間の排斥力の影響により、溶接点の位置変動の振幅及び位置変動の周期が中位程度に拡大している溶接状態をいう。第３種溶接状態とは、第２種溶接状態よりも入熱を増加した状態で発生し、溶融部間の排斥力の影響が大きく現れるため、溶接点の位置変動の振幅及び位置変動の周期が大きい溶接状態をいう（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１１－６４２号公報
【文献】特許第５５１０６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
電縫鋼管のうち、例えば、板厚ｔが２０ｍｍ以下、管外直径Ｄが２５０ｍｍ以下、板厚ｔ／管外直径Ｄが３５％以下の小径でなる電縫小径管は、一般的に自動車フレーム等の機械構造用のフレームとして使用されているが、発明者らが検討したところによれば、このような電縫小径管では、突合せ端部同士を溶接させる際にスパッタによる内面傷等の欠陥を防止し、かつ、突合せ端部が溶接される溶接部での酸化物排出不足による強度低下を発生させないようにするためには、溶接点の位置変動が大きく、アーキングによるスパッタの発生が多い第２種溶接状態での溶接は、不適であることが判明した。
【0007】
更に、電縫小径管となる鋼板の板厚や、鋼板の突合せ端部の整形状態等が異なると、溶接状態が微妙に変化してしまう。そのため、電縫小径管を製造する際に、様々な溶接条件の変化に対応して、確実に第１種溶接状態で溶接が行われることが望まれている。
【0008】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、鋼板の板厚や、鋼板の突合せ端部の整形状態等が異なる実操業の状態においても、電縫小径管を製造する際に、第１種溶接状態で溶接を行うことができる、電縫小径管の溶接操業管理方法及び溶接方法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】
【0009】
本発明の電縫小径管の溶接操業管理方法は、帯状の鋼板の突合せ端部をＶ字状に収束させながら前記突合せ端部に入熱を与えて加熱溶融し、板厚ｔが２０ｍｍ以下、管外直径Ｄが２５０ｍｍ以下、板厚ｔ／管外直径Ｄが３５％以下でなる管状の電縫小径管を製造する際に溶接操業を管理する、電縫小径管の溶接操業管理方法であって、前記電縫小径管の成形調整時に、前記突合せ端部が溶接される溶接部をボアスコープで撮像した撮像画像を取得する画像取得ステップと、前記撮像画像から特定した前記溶接部のアーキング発生状態を基に上限入熱量を決定するとともに、前記撮像画像から特定した前記溶接部の溶融状態を基に溶融限界入熱量を決定する入熱量決定ステップと、溶接速度と前記上限入熱量との関係を示した上限入熱線を算出し、前記溶接速度と前記溶融限界入熱量との関係を示した溶融限界入熱線を算出することで、前記上限入熱線で規定される入熱量以下で、前記溶融限界入熱線で規定される入熱量以上の範囲を、溶接操業の途中で選択可能な入熱量の適切な範囲である適正操業範囲として決定する適正操業範囲決定ステップと、前記電縫小径管の成形調整時に、決定された前記適正操業範囲に基づいて、前記鋼板へ与える前記入熱量と前記鋼板の前記溶接速度とを管理する管理ステップと、を備えるものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、比較的低速製造での電縫小径管の成形調整時に得られた、スパッタによる欠陥や溶接部での酸化物排出不足による強度低下が生じない適正操業範囲を基に、その後の主製造における比較的高速な電縫小径管製造時の適正条件を決定することができる。よって、電縫小径管を製造する際に、上記の適正条件を基に溶接操業を管理することで、任意の速度条件においても、好ましい第１種溶接状態で確実に溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】電縫小径管の溶接操業管理システムの全体構成を示す概略図である。
【図2】溶接部においてＶ字状に収束する突合せ端部の様子を示す概略図である。
【図4】上限入熱線ＱＭ、溶融限界入熱線ＱＬ、及び適正操業範囲ＥＲ１を示したグラフである。
【図6】適正操業範囲決定処理手順を示すフローチャートである。
【図7】溶融限界入熱線算出処理手順を示すフローチャートである。
【図8】上限入熱線算出処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下図面について、本発明の一実施形態を詳述する。以下の説明において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0014】
＜溶接操業管理システムの構成＞
図１は、本発明に係る溶接操業管理方法を実行する溶接操業管理システムの構成の一例を示す概略図である。本実施形態では、帯状の鋼板６ａが造管方向Ｘに向けて搬送されながらスクイズロール４ａ，４ｂによって鋼板６ａが連続的に管状に成形されてゆき、電縫小径管６ｂが製造されてゆく。本実施形態の溶接操業管理システム１は、板厚ｔが２０ｍｍ以下の鋼板６ａから、管外直径Ｄが２５０ｍｍ以下、板厚ｔ／管外直径Ｄが３５％以下でなる管状の電縫小径管６ｂを製造する際に、鋼板６ａに対する溶接操業を管理する。
図１は、本発明に係る溶接操業管理方法を実行する溶接操業管理システムの構成の一例を示す概略図である。本実施形態では、帯状の鋼板６ａが造管方向Ｘに向けて搬送されながらスクイズロール４ａ，４ｂによって鋼板６ａが連続的に管状に成形されてゆき、電縫小径管６ｂが製造されてゆく。本実施形態の溶接操業管理システム１は、板厚ｔが２０ｍｍ以下の鋼板６ａから、管外直径Ｄが２５０ｍｍ以下、板厚ｔ／管外直径Ｄが３５％以下でなる管状の電縫小径管６ｂを製造する際に、鋼板６ａに対する溶接操業を管理する。
【0015】
この際、溶接操業として、例えば、誘導コイル３から供給される高周波電流により、鋼板６ａの突合せ端部７ａ，７ｂを加熱及び溶融する。この高周波電流については、鋼板６ａが造管方向Ｘに搬送される際の造管速度に応じて入熱制御が行われている。加熱溶融された鋼板６ａの両突合せ端部７ａ，７ｂは、Ｖ字状に収束した溶接部５付近でスクイズロール４ａ，４ｂによるアプセットが加えられ、電縫溶接される。
【0016】
本実施形態の場合、電縫小径管６ｂの中心部には、インピーダ２が配置されている。また、鋼板６ａには、周方向にある突合せ端部７ａ，７ｂ付近に誘導コイル３が配置されている。誘導コイル３には、溶接操業管理装置９の制御に従って、電源装置１０から高周波電力が供給される。
【0017】
これにより、インピーダ２と誘導コイル３との作用により、高周波電流を鋼板６ａに流して入熱を与える。高周波電流は、表皮効果により鋼板６ａの突合せ端部７ａ，７ｂに集中する。これにより、鋼板６ａは、突合せ端部７ａ，７ｂに入熱が与えられて加熱溶融される。
【0018】
かかる構成に加えて、溶接操業管理システム１は、ボアスコープ８を備えており、鋼板６ａの突合せ端部７ａ，７ｂが溶融されて突合わせする溶接部５を、ボアスコープ８により撮像している。ボアスコープ８は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）又はＣＣＤ（Charge Coupled Device）によるカメラ１１と、変換レンズ１２と、リレーレンズユニット１３とを有している。カメラ１１は、例えばＶＧＡ以上の解像度を有する撮像装置である。変換レンズ１２は、リレーレンズユニット１３から得られた画像をカメラ１１内の撮像面に結像するための光学モジュールである。
【0019】
リレーレンズユニット１３は、本体部の表面に非導電体製のエアパイプが螺旋状に取り付けられた構成を有している。リレーレンズユニット１３は、本体部の先端部で取り込まれた、鋼板６ａの溶接部５の撮像画像を、変換レンズ１２に伝えるためのものである。リレーレンズユニット１３は、エアパイプの内部にエアポンプ１４から供給されたエアーが通風される。
【0020】
エアポンプ１４は、リレーレンズユニット１３のエアパイプに、例えば常温よりも低温のエアーを通風することにより、リレーレンズユニット１３の温度上昇を抑制することができる。また、リレーレンズユニット１３は、エアパイプからのエアーが、本体部先端に排出されるようにすることにより、本体部先端にスケール等が付着することを抑制することができる。
【0021】
なお、この実施形態の場合、ボアスコープ８の配置の一例として、リレーレンズユニット１３の軸方向が、造管方向Ｘとほぼ平行になるように配置し、リレーレンズユニット１３の先端面を、溶接部５と略正対させるようにしている。
【0022】
ここで、図２は、鋼板６ａの突合せ端部７ａ，７ｂが突合わされる溶接部５の一例を示す概略図である。このように突合せ端部７ａ，７ｂは、溶接部５においてＶ字状に収束しており、突合せ端部７ａ，７ｂに与えられた入熱により全板厚に亘って溶融している。ボアスコープ８は、このようにＶ字状に収束する突合せ端部７ａ，７ｂを直接観察するために、リレーレンズユニット１３の先端が溶接部５と近接する位置に配置されている。
【0023】
ボアスコープ８は、突合せ端部７ａ，７ｂが突合わされる溶接部５を正面（造管方向Ｘに向かって、鋼板６ａの板厚方向断面を見る方向）から撮像し、得られた撮像画像を溶接操業管理装置９に入力する。溶接操業管理装置９は、ボアスコープ８から撮像画像を受け取ると、例えば、当該撮像画像を表示部（図示せず）に表示させ、溶接部５が写った撮像画像を作業員に視認させる。これにより、作業員は、溶接部５における突合せ端部７ａ，７ｂの溶融状態や、アーキングの発生頻度、スパッタの発生有無等を目視で確認することができる。
【0024】
本実施形態の場合、作業員は、溶接部５における突合せ端部７ａ，７ｂが全板厚で溶融状態となっており、かつ、アーキングの発生頻度が少なく、スパッタも発生していないときの、鋼板６ａへの入熱量を最適な入熱量として決定する。
【0025】
このような最適な入熱量は、例えば、作業員が撮像画像を基に溶接部５における突合せ端部７ａ，７ｂの溶融状態等を確認しつつ、電源装置１０により鋼板６ａに与えている、そのときの入熱量を確認することで特定することができる。
【0026】
ここでは、最適な入熱量として、後述する上限入熱量ＱＭｍａｘ及び溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎが特定される。溶接操業管理装置９には、これら鋼板６ａの溶接速度ＶＸや、溶接速度ＶＸのときに特定した上限入熱量ＱＭｍａｘ及び溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ等が、作業員によって入力される。
【0027】
溶接操業管理装置９は、鋼板６ａの溶接速度ＶＸや、溶接速度ＶＸのときの上限入熱量ＱＭｍａｘ及び溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ等を基に、演算処理を実行し、第１種溶接状態の中で最適な入熱量を示した適正操業範囲ＥＲ１（図４にて後述する）を決定する。このようにして決定された適正操業範囲ＥＲ１は、例えば、溶接操業管理装置９の表示部に表示され、作業員に対して呈示される。これにより、溶接操業管理装置９は、電縫小径管６ｂを製造する際に、適正操業範囲ＥＲ１を目安として、作業員に対して、入熱量及び溶接速度が最適な条件になるよう管理させることができる。
【0028】
＜第１種溶接状態及び第２種溶接状態の説明＞
次に、第１種溶接状態及び第２種溶接状態について説明する。図３Ａは、第１種溶接状態のときの、鋼板６ａの突合せ端部７ａ，７ｂがＶ字に収束する領域（以下、Ｖ字収束領域と称する）の一例を示した概略図である。図３Ｂは、第２種溶接状態のときのＶ字収束領域の一例を示した概略図である。図３Ａ及び図３Ｂは、Ｖ字収束領域を上方から見た図である。
次に、第１種溶接状態及び第２種溶接状態について説明する。図３Ａは、第１種溶接状態のときの、鋼板６ａの突合せ端部７ａ，７ｂがＶ字に収束する領域（以下、Ｖ字収束領域と称する）の一例を示した概略図である。図３Ｂは、第２種溶接状態のときのＶ字収束領域の一例を示した概略図である。図３Ａ及び図３Ｂは、Ｖ字収束領域を上方から見た図である。
【0029】
第１種溶接状態では、比較的、入熱量が低いときに生じ、溶接部５の溶接状態を上方から観察すると、幾何学的Ｖ収束点Ｖ０、物理的衝合点Ｖ１及び溶接点Ｗの３つの点の位置が略一致している。なお、幾何学的Ｖ収束点Ｖ０は、Ｖ字状に収束する鋼板６ａの両突合せ端部７ａ，７ｂの近似直線が幾何学的に交わる点である。物理的衝合点Ｖ１は、Ｖ字状に収束する鋼板６ａの両突合せ端部７ａ，７ｂが物理的に衝合（接触）する点である。溶接点Ｗは、スクイズロール４ａ，４ｂの圧下による溶鋼の排出が始まる点である。
【0030】
第２種溶接状態は、第１種溶接状態の入熱量よりも高い入熱量のときに生じ、入熱量を高くすることで、第１種溶接状態から移行するものである。第２種溶接状態では、溶接部５の溶接状態を上方から観察すると、幾何学的収束点Ｖ０及び物理的衝合点Ｖ１から、溶接点Ｗが分離して溶接スリットＳが発生する。このような第２種溶接状態では、入熱量を段階的に増加させるにつれて、幾何学的収束点Ｖ０及び物理的衝合点Ｖ１も分離する方向に移動することが確認されている。また、このような第２種溶接状態に特有の現象として、溶接スリットＳにおいてアークの発生頻度が顕著に高くなることが確認されている。
【0031】
＜入熱量及び溶接速度により定まる適正操業範囲について＞
本発明は、板厚ｔが２０ｍｍ以下、管外直径Ｄが２５０ｍｍ以下、板厚ｔ／管外直径Ｄが３５％以下でなる管状の電縫小径管６ｂを製造する際に、第１種溶接状態の中で、最適な入熱量及び溶接速度を適正操業範囲として決定し、適正操業範囲を基に入熱量及び溶接速度を管理するものである。このように、電縫小径管６ｂを製造する際に、入熱量及び溶接速度を、第１種溶接状態の適正操業範囲内に収まるように管理することで、スパッタによる溶接部５の欠陥発生を防止し、溶接部５での酸化物排出不足による強度低下を防止することができる。
本発明は、板厚ｔが２０ｍｍ以下、管外直径Ｄが２５０ｍｍ以下、板厚ｔ／管外直径Ｄが３５％以下でなる管状の電縫小径管６ｂを製造する際に、第１種溶接状態の中で、最適な入熱量及び溶接速度を適正操業範囲として決定し、適正操業範囲を基に入熱量及び溶接速度を管理するものである。このように、電縫小径管６ｂを製造する際に、入熱量及び溶接速度を、第１種溶接状態の適正操業範囲内に収まるように管理することで、スパッタによる溶接部５の欠陥発生を防止し、溶接部５での酸化物排出不足による強度低下を防止することができる。
【0032】
ここで、溶接操業管理システム１では、鋼板６ａを造管方向Ｘに所定の造管速度で搬送しながら、突合せ端部７ａ，７ｂに入熱を与えて加熱溶融して電縫小径管６ｂを製造してゆく。この場合、鋼板６ａの突合せ端部７ａ，７ｂを溶接する溶接速度とは、鋼板６ａから電縫小径管６ｂを製造する際の造管速度を示す。
【0033】
図４は、電縫小径管６ｂを製造する際に鋼板６ａに与えられる入熱量Ｑ［ＫＶＡ］と、溶接速度ＶＸ［ｍ／ｍｉｎ］との関係を示したグラフである。なお、本実施形態では、入熱量Ｑの単位は［ＫＶＡ］とし、溶接速度ＶＸの単位は［ｍ／ｍｉｎ］としており、以下、これら単位については省略する。
【0034】
図４では、入熱量Ｑを縦軸に示し、溶接速度ＶＸを横軸に示す。この場合、スパッタ等による欠陥や酸化物排出不足による強度低下が発生していない電縫小径管６ｂを製造するためには、溶接操業時の入熱量Ｑと溶接速度ＶＸを、上限入熱線ＱＭ及び溶融限界入熱線ＱＬで規定される、図４の斜線部分で示した適正操業範囲ＥＲ１内で、管理することが望ましい。
【0035】
ここで、スパッタ等による欠陥や酸化物排出不足による強度低下が発生していない電縫小径管６ｂを製造する際には、下記の事項を考慮する必要がある。１つは、鋼板６ａの板厚や、材質等の「（ｉ）鋼板・鋼種」がある。また、予め規定することが困難な事項として「（ｉｉ）溶接状態依存要因」があり、これは溶接部５近傍の突合せ端部７ａ，７ｂの突合せ状態（形状）や、誘導コイル３と鋼板６ａとの相対的な位置関係等、実溶接中の状態に影響されるものである。さらに、高周波電流により制御される「（ｉｉｉ）入熱条件」と、「（ｉｖ）溶接速度条件」とがある。
【0036】
このうち、「（ｉ）鋼板・鋼種」については、事前に規定が可能な事項である。「（ｉｉ）溶接状態依存要因」については、わずかな条件差により製造毎に微妙に変化するため、電縫小径管６ｂの管サイズ等の外形的に決定される要素のみで事前に決定することは困難である。そのため、実際の溶接状態を観察して、溶接現場で個々に決定する必要がある。一方、「（ｉｉｉ）入熱条件」及び「（ｉｖ）溶接速度条件」については、溶接操業時に制御可能な溶接条件項目となる。
【0037】
従って、実際の溶接状態の観察により、一度、「（ｉｉ）溶接状態依存要因」についての影響量の補正を行うことができれば、第１種溶接を行うのに適当な入熱量Ｑ及び溶接速度ＶＸの範囲を、適正操業範囲ＥＲ１（図４）として一義的に決定することができる。このように、適正操業範囲ＥＲ１を定めることができれば、溶接操業の途中で、適正操業範囲ＥＲ１内で自由に造管速度（溶接速度）ＶＸや入熱量Ｑを設定することが可能となる。
【0038】
ここで、図４に示す上限入熱線ＱＭは、第１種溶接状態と第２種溶接状態との境界を示す線である。また、この上限入熱線ＱＭは、鋼板６ａの突合せ端部７ａ，７ｂがＶ字状に突合わせられて成型される際に、両突合せ端部７ａ，７ｂが近接する速度（以下、近接速度と称する）ｖｅと、両突合せ端部７ａ，７ｂに流れる高周波電流による斥力によって両突合せ端部７ａ，７ｂ同士が反発して離反する速度（以下、離反速度と称する）ｖｉと、が一致する線である。
【0039】
第１種溶接状態では、突合せ端部７ａ，７ｂが形成するＶ字状形状がほぼ一定と見做せるので、近接速度ｖｅは溶接速度ＶＸに比例する。離反速度ｖｉは高周波電流に比例するので、入熱量Ｑに比例する。従って、図４に示すように、上限入熱線ＱＭは原点を通る直線になり、下記の式（３）により示すことができる。
【0040】
ＱＭｍａｘ＝γ・ＶＸ …（３）
【0041】
ＱＭｍａｘは上限入熱量を示し、γは所定の係数を示す。γは、溶接速度ＶＸ１のときの上限入熱量をＱＭｍａｘ１としたとき、γ＝（ＱＭｍａｘ１／Ｖｘ１）で示すことができる。ＶＸは鋼板６ａの溶接速度を示す。
【0042】
ここで、図５に示すように、上限入熱線ＱＭ以下の領域ＥＲ２は第１種溶接状態に対応する領域（以下、第１種領域とも称する）である。一方、上限入熱線ＱＭを超えた付近の領域は第２種溶接状態に対応する領域（以下、第２種領域とも称する）となる。
【0043】
電縫小径管６ｂでは、突合せ端部７ａ，７ｂ同士が溶接される際にスパッタによる内面傷等の欠陥を防止したり、或いは、溶接部５での酸化物排出不足による強度低下を防止するために、溶接点Ｗの位置変動が非常に小さい第１種溶接状態で適切な溶接を行うことが望ましい。よって、入熱量Ｑについては、上限入熱線ＱＭ以下の領域である、Ｑ≦γ・ＶＸを満たすことが望ましい。
【0044】
ここで、上限入熱線ＱＭと、後述する溶融限界入熱線ＱＬとが交わる臨界溶接速度Ｖｍ未満の領域で、上限入熱線ＱＭを超えた付近にある第２種領域では、両突合せ端部７ａ，７ｂの近接速度ｖｅよりも離反速度ｖｉが大きくなる。その結果、図３Ｂに示すように、溶接部５の両突合せ端部７ａ，７ｂが幅狭かつ平行に近接した溶接スリットＳが形成される。
【0045】
また、臨界溶接速度Ｖｍ以上の領域で、上限入熱線ＱＭを超えた付近にある第２種領域では、両突合せ端部７ａ，７ｂの近接速度ｖｅと離反速度ｖｉとが、おおよそ釣り合っているものの、この場合であっても、図３Ｂに示すように、溶接部５の両突合せ端部７ａ，７ｂが幅狭かつ平行に近接した溶接スリットＳが形成される。
【0046】
鋼板６ａの突合せ端部７ａ，７ｂが完全に溶接される前段階で生じる溶接スリット（両突合せ端部７ａ，７ｂ間の幅狭かつ平行な領域）Ｓでアーキングが頻発する現象は、第２種溶接状態のときに生じる特有の現象であることが知られている。第２種溶接状態では、鋼板６ａの突合せ端部７ａ，７ｂの溶け込み量が少ないため、両突合せ端部７ａ，７ｂの性状が固体に近い状態、若しくは、表面凹凸が残る状態にあり、このような両突合せ端部７ａ，７ｂ間において短絡が起こり、アーキングが発生する確率が高くなっているものと推測されている。
【0047】
このような表面凹凸や、アーキングの発生位置が、物理的衝合点Ｖ１に近い場合は、短絡電流密度が大きくなる場合があり、アーキングにより、溶融メタルの一部が吹き飛ばされてスパッタとなり、電縫小径管６ｂの内外面に付着してしまい、後工程での疵欠陥となる。従って、このアーキングの発生頻度やスパッタを検知することで、第１種溶接状態及び第２種溶接状態の境界である上限入熱線ＱＭの上限入熱量ＱＭｍａｘを特定することができる。
【0048】
第１種溶接状態及び第２種溶接状態の境界を示す上限入熱線ＱＭの上限入熱量ＱＭｍａｘであるか否かの判断は、溶接部５にアーキングの発生が一定頻度以下であり、かつ、溶接部５にスパッタが発生していない入熱量Ｑのうち、最も高い入熱量Ｑを特定することにより行われる。
【0049】
ここで、溶接部５にアーキングが発生しているか否かの判断は、ボアスコープ８による溶接部５の撮像画像の輝度解析により行う。通常、溶接部５の輝度はプランクの輻射則による輝度分布を持つ。鋼板６ａの溶融温度は１５００～１６００℃程度であるため、輻射のピーク波長は１．３μｍから１．４μｍ程度となり、一般的なＣＭＯＳやＣＣＤ等のカメラ１１の感度範囲においては、長波長になる程輝度が大きくなる分布を持ち、カラー画像における、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像において、主にＲ画像に強い輝度を持つ画像が得られる。一方、Ｂ画像には低い輝度の信号しか得られない。
【0050】
これに対し、アーキングは、付近の空気層が電離して発生するものであるため、アーキングの発生部位においては、酸素や窒素分子の電離による短波長成分にも強い発光が発生する。そのため、アーキングの発光では、Ｒ画像以外のＢ画像においても強い発光信号が検知される。したがってボアスコープ８で撮影した溶接部５近傍の撮像画像において、Ｂ画像を用いて、予め閾値を決めた２値化処理などの画像処理を行うことで、アーキングに相当する発光が発生しているか否かを判定することができる。
【0051】
また、アーキングの発生が一定頻度以下とは、カメラ１１の全撮影フレーム中におけるアーキングが検出されるフレームの発生頻度の割合により決定される。例えば、鋼板６ａを管状に成形するときの内部スパッタの付着状況と、アーキング発生頻度及びＢ画像を用いて決定するアーキング発光の大きさと、を予め試験的に調査しておく。そして、内部スパッタの付着状況と、アーキング発生頻度及びアーキング発光の大きさとの関係に基づいて、内部スパッタが発生する恐れのあるアーキング発生頻度及びアーキング発光のサイズの管理値を決定して、適正操業を管理することができる。
【0052】
ここで、第１種溶接状態や第２種溶接状態等の分類は、アーキングの発生有無の他に、突合せ端部７ａ，７ｂの近接速度ｖｅと離反速度ｖｉとにより、突合せ端部７ａ，７ｂが形成するＶ字状形状により分類することもできる（図３Ａ及び図３Ｂ）。しかしながら、管外直径Ｄが非常に小さい電縫小径管６ｂでは、アーキングによるチリ発生が品質に大きな影響を与えるため、電縫小径管６ｂの上方など外部観察からは検知できない鋼管内面側も含めた、溶接部５の全領域でのアーキングの発生頻度の判定を行うことが望ましい。
【0053】
そこで、溶接操業管理システム１では、突合せ端部７ａ，７ｂが形成するＶ字状形状を単に真上から撮像するのではなく、ボアスコープ８のリレーレンズユニット１３を電縫小径管６ｂの管内に挿入し、溶接部５に近接した位置から溶接部５の全板厚領域を撮像するようにした。これにより、溶接部５の内面側で発生したアーキングについても確実に撮像することができる。
【0054】
第１種領域ＥＲ２のうち、図４に示す溶融限界入熱線ＱＬは、鋼板６ａにおいて突合せ端部７ａ，７ｂの全板厚が溶融し、突合せ端部７ａ，７ｂの正常な溶接が達成されるための、下限の入熱量（溶融限界入熱量）を表す線である。すなわち、溶融限界入熱線ＱＬ未満の領域は、溶接部５における突合せ端部７ａ，７ｂの全板厚を溶融させる入熱量Ｑが不足している領域となるため、冷接不良が発生する領域となる。
【0055】
従って、電縫小径管６ｂを製造する際の入熱量Ｑは、第１種領域ＥＲ２のうち、溶融限界入熱線ＱＬ以上の入熱量Ｑとする必要がある。溶融限界入熱線ＱＬは、突合せ端部７ａ，７ｂの板厚方向に均一な入熱が与えられると仮定した、線熱源溶接の近似式により、下記の式（４）で規定できる。
【0056】
ＱＬｍｉｎ＝α・（ＶＸ）β …（４）
【0057】
ＱＬｍｉｎは、溶融限界入熱量を示す。α及びβは、所定の係数である。αは、溶接速度ＶＸ１のときの溶融限界入熱量をＱＬｍｉｎ１としたとき、βを用いて、α＝ＱＬｍｉｎ１／（ＶＸ１）βで示すことができる。ＶＸは鋼板６ａの溶接速度を示す。
【0058】
上述したように、電縫小径管６ｂを製造する際の入熱量Ｑは、溶融限界入熱線ＱＬ以上の入熱量Ｑとする必要があるため、入熱量Ｑについては、Ｑ≧α・（ＶＸ）βを満たすことが望ましい。
【0059】
βは、０．５～０．７の範囲内にある任意の数値であることが望ましいが、後述する係数算出処理によって算出してもよい。上記式（４）については、例えば、先行文献である「Nippon Steel Technical report1985.No.26、鉄と鋼Vol.71、No.2、P53」により詳細な説明がされており、この先行文献では、βについて、近似解として０．６と規定されている。このことから、βについては、多少の誤差があっても、溶融限界入熱線ＱＬを示すことができるので、０・５～０．７の範囲内であることが望ましい。よって、後述する係数算出処理を行わずに、βを０・５～０．７の範囲内で予め規定してもよい。
【0060】
ここで、溶融限界入熱線ＱＬで規定される溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎは、実際にボアスコープ８を用いて、溶接部５における突合せ端部７ａ，７ｂの板厚方向の溶融状態を観察して決定する。すなわち、溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎは、ボアスコープ８により溶接部５を撮像した撮像画像から、溶接部５の突合せ端部７ａ，７ｂが全板厚で溶融し始めたことをもって決定する。
【0061】
溶接部５の突合せ端部７ａ，７ｂが全板厚で溶融し始めたか否かの判断は、例えば、撮像画像内に写った突合せ端部７ａ，７ｂを作業員が目視により確認して判断する他、撮像画像内の輝度分布を基に判断してもよい。高周波電流を用いる電縫溶接においては、表皮効果により、突合せる鋼板６ａの上下のエッジ部分に電流が集中するため、両側の鋼板６ａを突合せて溶接が行われた溶接部位において、鋼板６ａのエッジ部に相当する、電縫小径管６ｂの鋼管外面側と鋼管内面側の溶融温度が、鋼板６ａの平坦部にあたる厚み方向の中央部分に比べて、高くなっている。
【0062】
この状態をボアスコープ８にて撮影すると、溶接部５の上下端部近傍（鋼管外面と鋼管内面にあたる位置）に輝度の高い部分があり、溶接部５の中央（溶接中央）が輝度のやや低い部分となる撮像画像が得られる。溶接中央部分の溶融が不十分で、冷接欠陥等が発生する状態においては、電縫小径管６ｂの表裏面にあたる溶接部５の上下端部近傍の輝度に対して、溶接中央部分の輝度が低下する。例えば、ボアスコープ８により得られた撮像画像内において、溶接部５の上下端部での輝度を基準として、溶接中央部付近の輝度の相対的な基準値を決定しておき、溶接中央部付近の輝度が基準値以下の場合を冷接が発生する恐れのある、最低入熱条件ＱＬｍｉｎとして判断するようにしてもよい。
【0063】
なお、電縫溶接では、鋼板６ａの溶融に加えて、スクイズロール４ａ、４ｂによって、溶融状態にある鋼板６ａの突合せ端部７ａ，７ｂ同士を押し付けるアップセットを行うことで、内部の溶融酸化層を外部に排出するとともに、強固な溶接状態を得ている溶接プロセスである。したがって、単に鋼板６ａの表層が溶融状態に達していても、その直後に行われる突合せ端部７ａ，７ｂ同士のアプセットが十分に行われるだけの温度や溶融体積条件を満足していない場合は、接合が不十分な冷接欠陥が発生する場合がある。
【0064】
溶接部５の撮像画像による輝度情報には、溶融温度の情報は反映されるが、上記のアプセットを含めた十分な接合が実現されるかの溶接判定には、温度情報のみでは不十分な場合がある。したがって、冷接が発生しない溶接中央部近傍の相対輝度の管理閾値については、予め、溶接部５の扁平試験や曲げ試験などの破壊検査により、鋼種や鋼管サイズ毎に、閾値を決定した条件管理マップを作成しておくことが望ましい。
【0065】
上述したように、係数βを０．５～０．７の範囲内で予め規定した場合には、下記のようにして、係数αを特定して溶融限界入熱線ＱＬを算出する。この場合、鋼板６ａの溶接速度（造管速度）をＶ１とし、ボアスコープ８により溶接部５を撮像しながら、鋼板６ａに与える入熱量Ｑを変えてゆく。この際、ボアスコープ８により撮像した撮像画像を基に、溶接部５の溶融状態を確認する。そして、溶接速度ＶＸ１のときに、溶接部５の突合せ端部７ａ，７ｂが全板厚で溶融し始めたときの入熱量Ｑを、溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ１として決定する。
【0066】
これにより、係数βを所定数値に規定した上記式（４）に、溶接速度ＶＸ１及び溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ１を代入（ＱＬｍｉｎ１＝α・Ｖ１
β）することで未知数である係数αを算出でき、溶融限界入熱線ＱＬを求めることができる。
【0067】
一方、上記式（４）の係数α，βの両方を未知数として、これら係数α，βを係数算出処理により算出する場合には、下記の手法により係数α，βを求め、溶融限界入熱線ＱＬを算出する。
【0068】
この場合、先ず始めに、上述したように、ボアスコープ８により溶接部５を撮像した撮像画像を基に、溶接速度ＶＸ１のときに、溶接部５の突合せ端部７ａ，７ｂが全板厚で溶融し始めたときの入熱量Ｑを、溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ１として決定する。
【0069】
次いで、鋼板６ａの溶接速度を、溶接速度ＶＸ１とは異なる他の溶接速度ＶＸ２とし、ボアスコープ８により溶接部５を撮像しながら、再び鋼板６ａに与える入熱量Ｑを変えてゆく。この際、ボアスコープ８により撮像した撮像画像を基に、溶接部５の溶融状態を確認する。そして、溶接速度ＶＸ２のときに、溶接部５の突合せ端部７ａ，７ｂが全板厚で溶融し始めたときの入熱量Ｑを、溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ２として決定する。
【0070】
このようにして求めた、溶接速度ＶＸ１のときの溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ１を上記式（４）に代入し、同じく溶接速度ＶＸ２のときの溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ２を上記式（４）に代入して、上記式（４）の係数α，βを算出する。これにより、溶融限界入熱線ＱＬを求めることができる。
【0071】
以上のようにして、上限入熱線ＱＭ及び溶融限界入熱線ＱＬを算出することで、上限入熱線ＱＭ及び溶融限界入熱線ＱＬの交点（以下、臨界点と称する）ｍを求めることができる。臨界点ｍは、電縫小径管６ｂを製造する際に、スパッタによる欠陥や、酸化物排出不足による強度低下を防止するために必要となる、溶接速度ＶＸの最下限値（以下、臨界溶接速度と称する）Ｖｍと、入熱量Ｑの最下限値（以下、臨界入熱量と称する）Ｑｍとを示すものである。
【0072】
そして、これら上限入熱線ＱＭ及び溶融限界入熱線ＱＬで囲まれ、かつ臨界溶接速度Ｖｍ以上（すなわち、溶接速度ＶＸ≧臨界溶接速度Ｖｍ）での領域を、適正操業範囲ＥＲ１として決定することができる。かくして、電縫小径管６ｂを製造する際に、入熱量Ｑ及び溶接速度ＶＸを適正操業範囲ＥＲ１内となるよう管理することで、スパッタによる溶接部５の欠陥発生を防止し、溶接部５での酸化物排出不足による強度低下を防止することができる。
【0073】
また、適正操業範囲ＥＲ１に基づいて入熱量Ｑを設定する場合には、所定の溶接速度ＶＸにおいて、上限入熱線ＱＭを０％の基準とし、上限入熱線ＱＭから溶融限界入熱線ＱＬに向かう入熱量範囲を０～１００％で表したとき、上限入熱線ＱＭから３０～７０％の入熱量範囲で入熱量Ｑが制御されることが望ましい。
【0074】
図４に示すように、本発明の電縫小径管６ｂの適正条件は上下の線（上限入熱線ＱＭ及び溶融限界入熱線ＱＬ）に囲まれたＥＲ１の狭い領域で発現するものであり、適正操業範囲ＥＲ１の内部のどこの状態で溶接されているかは、溶接中の鋼板６ａにおける突合せ端部７ａ，７ｂの成型状態などの変動により、常に変化しているものである。そのため、電縫小径管６ｂを製造する際の入熱量Ｑを、所定の溶接速度ＶＸにおいて、上限入熱線ＱＭから３０～７０％の入熱量範囲とすることで、溶接中の突合せ端部７ａ，７ｂの成型状態などの変動により急な適正条件からの逸脱の無い安定した溶接が実現できる。
【0075】
図４に示したように、適正操業範囲ＥＲ１は、溶接速度ＶＸが大きくなるほど、上限入熱線ＱＭ及び溶融限界入熱線ＱＬ間の入熱量範囲が広くなっており、溶接操業が安定し易いものとなる。実際の溶接操業においては、電縫小径管６ｂの製造し始めた初期段階のときには、成型が不安定なため、溶接速度ＶＸをあまり速くすることができない。そのため、やや遅い溶接速度ＶＸで試験造管（低速製造での電縫小径管６ｂの成形調整）を開始し、その後、成型が安定した状態になったら、溶接速度ＶＸを次第に速めてゆき、主製造時の生産性向上が図られている。
【0076】
本発明では、例えば、溶接速度ＶＸが遅い初期段階（低速製造での電縫小径管６ｂの成形調整）のときに、上限入熱量ＱＭｍａｘ及び溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ１を求めて、適正操業範囲ＥＲ１を決定することで、溶接速度ＶＸを次第に速めてゆくことなく、適正操業範囲ＥＲ１内の適切な入熱量Ｑとしつつ、即座に、より溶接速度ＶＸが大きな、任意の溶接速度ＶＸに設定できる。よって、高速な電縫小径管製造時の実操業の効率改善に大きく寄与させることができる。
【0077】
＜適正操業範囲決定処理手順＞
次に、上述した適正操業範囲決定処理手順について、図６のフローチャートを用いて以下説明する。図６に示すように、適正操業範囲決定処理は、開始ステップから開始し、溶融限界入熱線算出処理ＲＴ１及び上限入熱線算出処理ＲＴ２に移り、上限入熱線ＱＭ及び溶融限界入熱線ＱＬを算出する。
次に、上述した適正操業範囲決定処理手順について、図６のフローチャートを用いて以下説明する。図６に示すように、適正操業範囲決定処理は、開始ステップから開始し、溶融限界入熱線算出処理ＲＴ１及び上限入熱線算出処理ＲＴ２に移り、上限入熱線ＱＭ及び溶融限界入熱線ＱＬを算出する。
【0078】
溶融限界入熱線ＱＬを算出する溶融限界入熱線算出処理ＲＴ１では、図７に示すように、開始ステップからステップＳ１１に移り、溶接速度ＶＸ１のときの溶接部５をボアスコープ８で撮像して、得られた撮像画像を基に溶接部５における突合せ端部７ａ，７ｂの板厚方向での溶融状態を特定し、次のステップＳ１２に移る。
【0079】
ステップＳ１２において、溶接部５における突合せ端部７ａ，７ｂの全板厚が溶融していると判断すると、このときの入熱量Ｑを、溶接速度ＶＸ１での溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ１として決定し、次のステップＳ１３に移る。
【0080】
ステップＳ１３において、ステップＳ１１とは異なる溶接速度ＶＸ２を設定する。次いで、溶接速度ＶＸ２のときの溶接部５をボアスコープ８で撮像して、得られた撮像画像を基に溶接部５における突合せ端部７ａ，７ｂの板厚方向での溶融状態を特定し、次のステップＳ１４に移る。
【0081】
ステップＳ１４において、溶接部５における突合せ端部７ａ，７ｂの全板厚が溶融していると判断すると、このときの入熱量Ｑを、溶接速度ＶＸ２での溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ２として決定し、次のステップＳ１５に移る。
【0082】
ステップＳ１５において、ステップＳ１２で特定した溶接速度ＶＸ１のときの溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ１と、ステップＳ１４で特定した溶接速度ＶＸ２のときの溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎ２とを上記式（４）にそれぞれ代入して、未知数である係数α，βを算出し、溶融限界入熱線ＱＬを算出する。
【0083】
一方、上限入熱線ＱＭを算出する上限入熱線算出処理ＲＴ２では、図８に示すように、開始ステップからステップＳ２１に移り、入熱量Ｑ及び溶接速度ＶＸ１のときの溶接部５をボアスコープ８で撮像して、得られた撮像画像を基に溶接部５における突合せ端部７ａ，７ｂにアーキングの発生が一定頻度以下であるか否かを判断する。なお、ここでは、第１種溶接状態及び第２種溶接状態の境界となる上限入熱線ＱＭを決定することから、始めに鋼板６ａに与える入熱量Ｑとしては、例えば、予測される上限入熱量ＱＭｍａｘよりも低い入熱量Ｑとすることが望ましい。
【0084】
ステップＳ２１において肯定結果が得られると、このことはアーキングの発生が一定頻度以下であることを示しており、このとき次のステップＳ２５に移る。ステップＳ２５において、入熱量Ｑを上げて、再びステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１で否定結果が得られるまで、ステップＳ２１、ステップＳ２５の処理を繰り返す。ステップＳ２１で否定結果が得られると、このことはアーキングが一定頻度を超えて発生していることを表しており、このとき次のステップＳ２２に移る。
【0085】
ステップＳ２２において、入熱量Ｑ及び溶接速度ＶＸ１のときにボアスコープ８で撮像した溶接部５の撮像画像を基に、溶接部５における突合せ端部７ａ，７ｂにスパッタが発生していないか否かを判断する。
【0086】
スパッタの発生検知については、例えば、予め決定した画素数以下の面積で、かつ、予め決定した輝度しきい値以上となった領域が、撮像画像内から検知された場合に、スパッタが発生していると判定することができる。また、他の判断手法としては、スパッタが発生する溶接点近傍に、スパッタ検知領域を予め設定しておき、１つの撮像画像のスパッタ検知領域内で観測されたスパッタの個数を測定し、過去の操業データと比較して、判断基準とするスパッタが発生しているか否かを判定することもできる。さらに、他の判断手法としては、連続する複数の撮像画像において、それぞれ各スパッタ検知領域内で観測されたスパッタの総数を測定し、過去の操業データと比較して、判断基準とするスパッタが発生しているか否かを判定する等の方法もある。
【0087】
ステップＳ２２で肯定結果が得られると、このことは、第２溶接状態に移行している恐れが高いと判断可能なスパッタが発生していないことを表しており、このとき次のステップＳ２５に移る。ステップＳ２５において、入熱量Ｑを上げて、再びステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１及びステップＳ２２で否定結果が得られるまで、ステップＳ２１、ステップＳ２２、ステップＳ２５の処理を繰り返す。ステップＳ２２で否定結果が得られると、このことは、スパッタが発生していることを表しており、このとき次のステップＳ２３に移る。
【0088】
ステップＳ２３では、このときの入熱量Ｑを、溶接速度ＶＸ１での上限入熱量ＱＭｍａｘとして決定し、次のステップＳ２４に移る。
【0089】
ステップＳ２４では、溶接速度ＶＸ１のときの上限入熱量ＱＭｍａｘと溶接速度ＶＸ１とを上記式（３）に代入し、未知数である係数γを算出して上限入熱線ＱＭを算出する。
【0090】
このようにしてステップＳ２１及びステップＳ２２にて否定結果が得られるまで入熱量Ｑを変更してゆき、溶接速度ＶＸ１のときの上限入熱量ＱＭｍａｘを特定する。
【0091】
そして、溶融限界入熱線算出処理ＲＴ１及び上限入熱線算出処理ＲＴ２において、上限入熱線ＱＭ及び溶融限界入熱線ＱＬを算出すると、図６に示すように、次のステップＳ１に移る。ステップＳ１では、溶融限界入熱線ＱＬ及び上限入熱線ＱＭが交差する臨界点ｍを算出し、次のステップＳ２に移る。ステップＳ２では、溶融限界入熱線ＱＬ及び上限入熱線ＱＭにより囲まれ、かつ臨界溶接速度Ｖｍ以上での領域を適正操業範囲ＥＲ１として決定し、適正操業範囲決定処理を終了する。
【0092】
このようにして得られた適正操業範囲ＥＲ１は、電縫小径管６ｂを製造する際に、作業員に呈示され、入熱量Ｑ及び溶接速度ＶＸの管理に活用させることができる。例えば、電縫小径管６ｂを製造する際に、スパッタによる溶接部５の欠陥発生を防止し、溶接部５での酸化物排出不足による強度低下を防止しつつ、溶接操業の途中で、適正操業範囲ＥＲ１内で自由に造管速度（溶接速度）ＶＸや入熱量Ｑを設定することが可能となる。
【0093】
＜作用及び効果＞
以上のように、板厚ｔが２０ｍｍ以下、管外直径Ｄが２５０ｍｍ以下、板厚ｔ／管外直径Ｄが３５％以下でなる管状の電縫小径管６ｂの溶接操業管理方法は、鋼板６ａの溶融速度に対する、１種溶接状態における入熱量Ｑの適正操業範囲ＥＲ１に基づいて、突合せ端部７ａ，７ｂの溶接を行うものである。より具体的には、この溶接操業管理方法では、突合せ端部７ａ，７ｂが溶接される溶接部５をボアスコープ８で撮像した撮像画像を取得する（画像取得ステップ）。そして、溶接操業管理方法では、撮像画像から特定した溶接部５のアーキング発生状態を基に上限入熱量ＱＭｍａｘを決定するとともに、撮像画像から特定した溶接部５の溶融状態を基に溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎを決定する（入熱量決定ステップ）。
以上のように、板厚ｔが２０ｍｍ以下、管外直径Ｄが２５０ｍｍ以下、板厚ｔ／管外直径Ｄが３５％以下でなる管状の電縫小径管６ｂの溶接操業管理方法は、鋼板６ａの溶融速度に対する、１種溶接状態における入熱量Ｑの適正操業範囲ＥＲ１に基づいて、突合せ端部７ａ，７ｂの溶接を行うものである。より具体的には、この溶接操業管理方法では、突合せ端部７ａ，７ｂが溶接される溶接部５をボアスコープ８で撮像した撮像画像を取得する（画像取得ステップ）。そして、溶接操業管理方法では、撮像画像から特定した溶接部５のアーキング発生状態を基に上限入熱量ＱＭｍａｘを決定するとともに、撮像画像から特定した溶接部５の溶融状態を基に溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎを決定する（入熱量決定ステップ）。
【0094】
溶接操業管理方法では、鋼板６ａの溶接速度ＶＸに対する、第１種溶接状態における入熱量Ｑの適正操業範囲ＥＲ１を、上限入熱量ＱＭｍａｘ及び溶融限界入熱量ＱＬｍｉｎに基づいて決定できる（適正操業範囲決定ステップ）。かくして、作業員は、適正操業範囲ＥＲ１に基づいて、鋼板６ａへ与える入熱量Ｑと鋼板６ａの溶接速度ＶＸとを管理することができる（管理ステップ）。
【0095】
以上、本発明の溶接操業管理方法及び溶接方法によれば、電縫小径管６ｂを製造する際に、スパッタによる欠陥や、溶接部５での酸化物排出不足による強度低下が生じない適正操業範囲ＥＲ１を決定することができるので、電縫小径管６ｂを製造する際に、適正操業範囲ＥＲ１に基づいて溶接することができ、溶接操業を適切に管理することができる。
【0096】
本発明によれば、比較的低速製造での電縫小径管６ｂの成形調整時に得られた、スパッタによる欠陥や溶接部５での酸化物排出不足による強度低下が生じない適正操業範囲ＥＲ１を基に、その後の主製造における比較的高速な電縫小径管製造時の適正条件を決定することができる。よって、電縫小径管６ｂを製造する際に、上記の適正条件を基に溶接操業を管理することで、任意の速度条件においても、好ましい第１種溶接状態で確実に溶接することができる。
【0097】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、適正操業範囲ＥＲ１を示す際には、横軸に入熱量Ｑを示し、縦軸に溶接速度ＶＸを示したグラフを用いてもよい。
なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、適正操業範囲ＥＲ１を示す際には、横軸に入熱量Ｑを示し、縦軸に溶接速度ＶＸを示したグラフを用いてもよい。
【0098】
また、上述した実施形態においては、ボアスコープとして、直線的なリレーレンズユニット１３を備えたボアスコープ８を用い、リレーレンズユニット１３が造管方向Ｘとほぼ平行になるように配置して、溶接部５を正面から撮像するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、Ｌ字状に曲がったリレーレンズユニットを備えたボアスコープを用い、上方から突合せ端部７ａ，７ｂ間の隙間にリレーレンズユニットを挿入し、リレーレンズユニットの直角に曲がった先端のみを溶接部５の正面に近接させ、溶接部５を正面から撮像するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0099】
１ 溶接操業管理システム
３ 誘導コイル
６ａ 鋼板
６ｂ 電縫小径管
７ａ，７ｂ 突合せ端部
ＥＲ１ 適正操業範囲
ＱＬ 溶融限界入熱線
ＱＭ 上限入熱線
３ 誘導コイル
６ａ 鋼板
６ｂ 電縫小径管
７ａ，７ｂ 突合せ端部
ＥＲ１ 適正操業範囲
ＱＬ 溶融限界入熱線
ＱＭ 上限入熱線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】