JP2002018584A - ハイブリッドアーク/レーザー方法のパイプ溶接への応用 - Google Patents
ハイブリッドアーク/レーザー方法のパイプ溶接への応用Info
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Abstract
たハイブリッド溶接プロセスを用いる改善されたパイプ
製造プロセスを提供する。 【解決手段】 互いにほぼ平行な長手方向の2つのエッ
ジを有する金属製ストリップから、それらのエッジを合
わせて互いにほぼ接触状態にして未溶接のプレチューブ
を形成した後、前記プレチューブを溶接して前記エッジ
を接合することによって、溶接されたパイプを製造する
方法。本発明においては、少なくとも1つのレーザービ
ームと少なくとも1つの電気アークとをほぼ同時に用い
て、すなわちハイブリッドアーク/レーザー溶接プロセ
ス、好ましくはプラズマ/レーザー溶接プロセスを用い
て、2つのエッジを一緒に溶接して、溶接済み金属製パ
イプを得る。本プロセスを用いれば、直線状、ヘリコイ
ダル状、またはスパイラル状の溶接シームを形成するこ
とができる。
Description
プロセス、レーザービームおよび電気アーク特にプラズ
マアークを備えるハイブリッド溶接装置、ならびにパイ
プ溶接へのその応用に関する。
は非合金鋼、被覆鋼、ステンレス鋼、アルミニウムおよ
びアルミニウム合金からなるワークピースのような種々
の金属材料の溶接、または種々の金属からなるパイプの
溶接に対して長年に渡って広く用いられている。
装置は、パイプを供給し保持する手段の他に、コヒーレ
ントで単色性の高エネルギービームを生じる固体レーザ
ー発振器またはガスレーザー発振器と、偏向ミラーある
いは光ファイバーが設けられ溶接ヘッド(溶接すべきパ
イプと対向して配置される)にレーザービームを伝達可
能な光路とを備える。
は複数のフォーカシングミラーを備えていて、レーザー
ビームを、溶接すべき材料の厚みおよび接合面の1また
は複数の焦点上にフォーカスさせて、十分なパワー密度
を局所的に集中させ、溶接すべき材料を溶融する。接合
面は、溶接すべき金属製シートの長手方向のエッジとエ
ッジとを合わせてチューブを形成(「O」形成)して得
られる。
軸に配置されたガス送出ノズルを用いて溶接ガス(アシ
ストガスとも呼ばれる)を供給するガス供給装置を備え
ている。このガス供給装置は、実際のレーザー溶接ヘッ
ドの外側にある場合もある。
成するための他の解決策は、1または複数の電気アーク
を使用し、ガスをシールドガスまたは活性ガスとして用
いることによって、接合面の前記接合すべきエッジを溶
融することである。
ては普通に用いられている。これらのプロセスは、場合
に応じて、TIG(タングステン不活性ガス)プロセ
ス、MIG(金属不活性ガス)プロセス、MAG(金属
活性ガス)プロセス、あるいはプラズマアークプロセス
またはサブマージドアークプロセスである。
に記載されている。EP-A-847831、US-A-4 673 121、EP-
A-136276、JP-A-58148096、JP-A-03198998、JP-A-03198
997、EP-A-896853、US-A-5192 016、US-A-4 738714、EP
-A-899052、JP-A-58l07294、EP-A-234623、US-A-1872 0
08、US-A-4396 920、US-A-4 811 888、US-A-3931 489。
ク溶接プロセスには、それぞれ固有の欠点がある。
一般に、矩形状の金属製ストリップまたはシートからプ
レチューブを形成する段階と、それに続いてプレチュー
ブを溶接して溶接されたパイプにする段階とが含まれて
いる。
う。すなわち、金属製ストリップを連続的にUに形成し
た後、その長手方向の2つの平行なエッジを合わせてO
に形成し、未溶接のプレチューブを得る。次に、プレチ
ューブの突き合わせる2つのエッジを、溝を設けてまた
は設けずに、長手方向または軸方向に溶接して、軸方向
に溶接されたパイプ(図1に概略的に示す)を得る。
リックス状またはスパイラル状に行うことができる。こ
の場合、最初に金属製ストリップをスパイラル状に動か
してらせん形にし、前記ストリップの長手方向の2つの
エッジを合わせるかまたは突き合わせて、スパイラル状
またはヘリックス状の接合面にする。こうして、この場
合も未溶接のプレチューブを形成する。次に、このプレ
チューブにヘリックス状の溶接を施して、前記2つのエ
ッジを接合し、溶接されたパイプを得る。
ブと溶接ヘッドとを、一方が他方に対して相対的に変位
する動きをするように移動させる。すなわち、パイプを
静止させて溶接ヘッドを動かすか、またはその逆であ
る。
径および厚みに応じて、1または複数のパスで行っても
良く、1または複数の溶接プロセスを用いて行っても良
い。
mmないし6mm)、直径が小さい(典型的に10ない
し100mm)パイプの場合には、チューブ形成作業お
よび溶接作業は殆ど同時に行う。
ァイルが明確なプレスローラの列が取り付けられた装置
によって、前記ローラに対して移動する金属製ストリッ
プを漸次的に連続して変形させて、金属製ストリップに
所望のプレチューブ形状を与える。次に、プレチューブ
の2つの端すなわち長手方向のエッジを溶接してパイプ
を得る。
を減速させずに望ましい溶込みが得られる溶接プロセ
ス、すなわち、最高の生産性を維持できるかまたは最大
限可能な生産性をどんな場合でも維持できる望ましい最
低速度も得られる溶接プロセスを用いることが重要であ
る。
プロセスを用いることが非常に多い。このプロセスは一
般に、溶接接合面内に並べた複数のプラズマアークまた
はTIG電気アークを使用する。
イプを溶接することもある。特に、多陰極プロセスと比
較して、レーザーを用いると速度を増加させることがで
きるが、精度を上げることが損なわれる。そのため、溶
接すべきエッジをより精度良く合わせること、および溶
接すべきエッジ間のギャップをより精度良く制御するこ
とが必要になる。これは、使用する道具という観点から
すると、非常に費用がかかるものとなる。
-A-496231に記載されている。このプロセスでは、最初
にレーザービームを用いて、次にタングステン電極から
送出されたアークを用いて、プレチューブのエッジを連
続的に溶接する。しかしこの場合には、レーザー溶接を
最初に行うため、上述した問題と同様の問題が生じる。
いし50mmの)パイプの場合には、チューブ形成作業
および溶接作業は一般に同時ではない。最初にチューブ
に明確な形状(すなわちプレチューブ形状)を与え、次
に溶接のみを行う。
に、複数のパス(典型的に3以上のパス、すなわち「シ
ームロッキング」パスと呼ばれるパスと、2つの溶接パ
ス)で行われる。これを行うために、互いに突き合わせ
るエッジにX形の溝を設け、また継手の厚みのほぼ中央
にヒールを形成する。ヒールによって、MIG溶接を用
いたシームロッキングが可能になり、その後の溶接パス
の間に新たな変形がわずかでも起こることが防がれる。
次に、こうしてシームロックされたすなわち予め固定さ
れたチューブを、サブマージドアーク溶接プロセスによ
って、図3に示すように継手の裏側および表側で溶接す
る。
どんな厚みのチューブも、高速でおよび/または限られ
た数のパスで効果的に溶接できる溶接プロセスを可能に
すること、すなわち、 −「シームロッキング」パスと呼ばれる最初のパスを高
速で行うか(X形溝が設けられたチューブの場合)、 −X形溝の代わりにY形溝(図2を参照)を設けてパス
の数を減らした後(3の代わりに2)、最初のシームロ
ッキングパスまたは底部パスを高速で行うか、 −厚みが6ないし10mmの場合、溝を設けることなく
単一パスで溶接を行うことを可能にすることである。
した問題を、レーザービームと電気アークとを組み合わ
せたハイブリッド溶接プロセスを用いる改善されたパイ
プ製造プロセスを提供することによって、解決すること
である。
提供される解決策は、長手方向の2つのエッジを有する
金属製ストリップから、それらのエッジを合わせて互い
にほぼ接触状態にして未溶接のプレチューブを形成した
後、前記プレチューブを溶接して前記エッジを接合する
ことによって、溶接されたパイプを製造する方法であっ
て、少なくとも1つのレーザービームと少なくとも1つ
の電気アークとをほぼ同時に使用して、溶接された金属
製チューブを得るためにプレチューブ形状の金属製スト
リップの長手方向の2つのエッジを溶接し、前記レーザ
ービームと前記電気アークとを、溶接すべき接合面の1
つの入射点または入射領域上で組み合わせることによっ
て、接合すべきエッジの金属が局所的に融解したのち硬
化して、合わせたエッジが接合された溶接継手となるこ
とを特徴とする方法である。
リコイダル形状の溶接面および/または溶接継手を得て
も良いし、 −長手方向のエッジを連続的に合わせて、すなわち金属
製シートが進んで「O」形成を経るに従ってエッジを段
々と部分的に合わせて、その後、溶接するか、または長
手方向のエッジを一括して合わせて、すなわち2つのエ
ッジを全体的に合わせて、その後、溶接しても良い(肉
厚が大きいパイプの場合)。
数の以下の特徴を備えていても良い。
ービームと電気アークとに対して動かして、連続した溶
接継手またはシームを前記長手方向の2つのエッジ間に
形成し、好ましくは金属製ストリップをドライブローラ
によって動かす。
上で最大100mmである。この場合、「O」形成と溶
接とは必ずしもほとんど同時ではなく、より一般的に
は、金属製シートの両エッジを全体的にエッジ対エッジ
接触させて「O」形成した後、両エッジを溶接するだけ
である。
で、特に1ないし6mmである。
レーザーまたはCO2タイプレーザーによって放出され
る。
ましくはレーザービームと前記電気アークとは単一の溶
接ヘッドによって送出される。
工して、溶接すべきエッジ表面に対して突出するヒール
を形成した後、前記ヒールをレーザービームと電気アー
クとを用いて溶接する。
って溶接する。
ーク用ガスとを、アルゴン、ヘリウム、窒素、水素、酸
素、二酸化炭素、またはこれらの混合物から選択する。
ある。
ス鋼、たとえばオーステナイト系鋼、フェライト鋼、マ
ルテンサイト系鋼、混粒鋼;高降伏強度鋼;被覆鋼また
は未被覆鋼、ニッケル合金、銅合金、チタン合金;から
選択される金属または金属合金からなる。
シームを形成する。
ビームと少なくとも1つの電気アーク、好ましくはプラ
ズマアークとをほぼ同時に使用するハイブリッドアーク
/レーザー溶接プロセス、特にプラズマ/レーザー溶接
プロセスの、金属製ストリップの長手方向の2つのエッ
ジを合わせて互いにほぼ接触状態にして未溶接のプレチ
ューブを形成した後これらのエッジを溶接することによ
って、少なくとも1つのレーザービームと少なくとも1
つの電気アークとの組み合わせによる溶接済み金属製パ
イプの実現への使用方法に関する。
ク/レーザーの組み合わせを、肉厚が6mm未満のパイ
プを形成/溶接することへ、または肉厚が6ないし10
mmのパイプを単一パスで溶接することへ、またはX形
溝もしくはY形溝へシームロッキングパスを行うことへ
使用することである。
場合において、接触許容誤差を犠牲にすることなく、従
って非常に大きいままで、溶接速度を上げることおよび
/またはパスの数を減らすことができる。その結果、時
間が節約できるために、製造プロセスの生産性を改善す
ることもできる。
場合には、継手の位置決めが同じ様に自由な状態で同様
な作業を行うことはできず、またプラズマ溶接プロセス
単独では所望する溶接速度が実現できないからである。
またはアーク/レーザー溶接プロセスは、電気アーク溶
接とレーザービームとを組み合わせたハイブリッド溶接
プロセスすなわち組み合わせ溶接プロセスである。
(消耗性の場合もあるしそうでない場合もある)と、溶
接すべきワークピースとの間に電気アークを発生させ、
強力なレーザービーム(特にYAGタイプレーザーまた
はCO2タイプレーザー)をアークゾーンに、すなわち
プレチューブの一緒に溶接すべき部分のエッジ同士を合
わせて得られる接合面内またはその付近に、フォーカス
させる。
て、レーザー溶接単独またはアーク溶接単独もしくはプ
ラズマ溶接単独と比較して、溶接速度を著しく改善する
ことができる。
ッドプロセスによって、溶接前のエッジ位置決めの許容
誤差と、溶接すべきエッジ間に許されるクリアランスと
を、特にレーザービームの焦点サイズが小さいために溶
接すべき部分の高精度な位置決めが必要であるレーザー
溶接単独と比較して、かなり大きくすることもできる。
はアーク/レーザープロセスを用いる場合、レーザービ
ームおよびそのフォーカシング装置と、好適な溶接電極
とを、狭いスペースで組み合わせることができる溶接ヘ
ッドを用いる必要がある。種々のヘッド構成が後述する
文献に記載されており、要約すると以下のように述べる
ことができる。すなわち、レーザービームと電気アーク
またはプラズマジェットとが同じ溶接ヘッドを用いて送
出されることがあり、すなわちそれらは同じオリフィス
を通って出て行く。あるいは、それらは2つの別個の溶
接ヘッドを通って出て行き、すなわち一方のヘッドによ
ってレーザービームが送出され、他方のヘッドによって
電気アークまたはプラズマジェットが送出されて、2つ
は溶接ゾーンで一緒になる。
溶接プロセスが、たとえば以下の文献で説明されてい
る。すなわち、EP-A-793558、EP-A-782489、EP-A-80043
4、US-A-5 006 688、US-A-5 700 989、EP-A-844042、レ
ーザーGTA「アルミニウム合金5052の溶接」(T.P.Diebo
ldおよびC.E.Albright著、1984年、18-24ページ)、SU-
A-1815085およびUS-A-4 689 466、「プラズマアーク補
強レーザー溶接」(R.P.WalduckおよびJ.Biffin著、172
-176ページ、1994年)、または「厚い軟鋼板のTIGまた
はMIGアーク補強レーザー溶接」(Joining and Materia
ls、J.Matsuda他著、31-34ページ、1988年)である。
の何れも同様に良好に用いることができる。ただし上述
の文献はパイプ溶接には関係しないため、そのプロセス
を当該の場合すなわちパイプ溶接に適合するように変更
することを条件とする。
ロセスが、上述した有利な点以外に、濡れが良好でアン
ダーカットの無い溶接ビードを得ることができるため
に、自動車工業用のテーラードブランクの溶接にあらゆ
る点で適していると、これまで評価されているからであ
る。このことは、文献EP-A-782 489および「レーザープ
ラスアークはパワー」(Industrial Laser Solutions、
1999年2月、ページ28-30)に記載されている。
Claims (12)
- 【請求項1】 長手方向の2つのエッジを有する金属製
ストリップから、それらのエッジを合わせて互いにほぼ
接触状態にして未溶接のプレチューブを形成した後、前
記プレチューブを溶接して前記エッジを接合することに
よって、溶接されたパイプを製造する方法であって、 少なくとも1つのレーザービームと少なくとも1つの電
気アークとをほぼ同時に使用して、溶接された金属製チ
ューブを得るためにプレチューブ形状の金属製ストリッ
プの長手方向の2つのエッジを溶接し、 前記レーザービームと前記電気アークとを、接合すべき
エッジの金属がレーザービームと電気アークとの作用に
よって局所的に融解して結合するように、組み合わせる
ことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 金属製ストリップを、固定されたレーザ
ービームと電気アークとに対して動かして、連続した溶
接継手またはシームを前記長手方向の2つのエッジ間に
形成し、好ましくは金属製ストリップをドライブローラ
によって動かすことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 金属製ストリップは、厚みが10mm以
上で最大100mmであることを特徴とする請求項1ま
たは2記載の方法。 - 【請求項4】 金属製シートが、厚みが10mm未満
で、特に1mmないし6mmであることを特徴とする請
求項1または2記載の方法。 - 【請求項5】 レーザービームがNd:YAGタイプレ
ーザーまたはCO2タイプレーザーによって放出され、
および/または電気アークがプラズマアークであり、好
ましくはレーザービームと前記電気アークとが単一の溶
接ヘッドによって送出されることを特徴とする請求項1
ないし4いずれか1項記載の方法。 - 【請求項6】 溶接すべきエッジに溝を設けるか機械加
工して、溶接すべきエッジ表面に対して突出するヒール
を形成した後、前記ヒールをレーザービームと電気アー
クとを用いて溶接することを特徴とする請求項1ないし
5いずれか1項記載の方法。 - 【請求項7】 溶接すべきエッジを単一の溶接パスによ
って溶接することを特徴とする請求項1、2、または4
ないし6いずれか1項記載の方法。 - 【請求項8】 レーザービーム用アシストガスと電気ア
ーク用ガスとが、アルゴン、ヘリウム、窒素、水素、酸
素、二酸化炭素、またはこれらの混合物から選択される
ことを特徴とする請求項1、2、または4ないし6いず
れか1項記載の方法。 - 【請求項9】 溶接速度が5m/分ないし20m/分で
あることを特徴とする請求項1ないし8いずれか1項記
載の方法。 - 【請求項10】 金属製ストリップが、炭素鋼、ステン
レス鋼、高降伏強度鋼、被覆鋼または未被覆鋼、ニッケ
ル合金、銅合金、チタン合金から選択される金属または
金属合金からなることを特徴とする請求項1ないし9い
ずれか1項記載の方法。 - 【請求項11】 ヘリコイダルまたはスパイラル状の溶
接シームを形成することを特徴とする請求項1ないし1
0いずれか1項記載の方法。 - 【請求項12】 金属製ストリップの長手方向の2つの
エッジを合わせて互いにほぼ接触状態にし未溶接のプレ
チューブを形成してこれらのエッジを溶接し、少なくと
も1つのレーザービームと少なくとも1つの電気アーク
とを組み合わせることによって溶接された金属製パイプ
を得るための、少なくとも1つのレーザービームと少な
くとも1つの電気アーク、好ましくはプラズマアークと
をほぼ同時に使用するハイブリッドアーク/レーザー溶
接プロセス、特にプラズマ/レーザー溶接プロセスの使
用方法であって、前記レーザービームと前記電気アーク
とを、接合すべきエッジの金属がアークとレーザービー
ムとを組み合わせた効果によって局所的に融解すること
で2つのエッジが互いに溶接するように互いに組み合わ
せることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0007010 | 2000-05-31 | ||
FR0007010A FR2809645B1 (fr) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | Application d'un procede hybride laser-arc au soudage de tube |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2001162387A Pending JP2002018584A (ja) | 2000-05-31 | 2001-05-30 | ハイブリッドアーク/レーザー方法のパイプ溶接への応用 |
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EP (1) | EP1160046B1 (ja) |
JP (1) | JP2002018584A (ja) |
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BR (1) | BR0102204A (ja) |
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FR (1) | FR2809645B1 (ja) |
PT (1) | PT1160046E (ja) |
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