JP2870432B2 - 溶接鋼管の製造方法 - Google Patents
溶接鋼管の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼帯を連続的に搬送し
つつ両側の鋼帯端部が対向するように円筒状に成形し、
両側の鋼帯端部を突き合わせ、両側の鋼帯端部を予熱す
るとともに、その突合わせ部に高密度エネルギービーム
を照射して溶接する溶接鋼管の製造方法に関する。
つつ両側の鋼帯端部が対向するように円筒状に成形し、
両側の鋼帯端部を突き合わせ、両側の鋼帯端部を予熱す
るとともに、その突合わせ部に高密度エネルギービーム
を照射して溶接する溶接鋼管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鋼帯を連続的に搬送しつつ両側の鋼帯端
部が対向するように円筒状に成形して、鋼帯端部の突合
わせ部を溶接して製造する鋼管の製造方法のうちで最も
高能率な製管法は、電縫溶接法である。この溶接法は、
高周波電流の誘導加熱により、あるいは接合部分に接触
子を介して高周波電流を流すことにより、接合部分を加
熱・溶融し、その後、スクイズロールにより溶融部を加
圧し、溶融部に存在する不純物や酸化物を排除させなが
ら溶接を行う方法である。しかしながら、対向した鋼帯
端部が加熱・溶融される際に大気中の酸素により特に素
材中のＭｎ，Ｓｉ，Ｃｒ等の合金成分からなる高融点酸
化物が排出されずに溶接部内部に残留し、ペネトレータ
と呼ばれる溶接欠陥が発生することがある。
部が対向するように円筒状に成形して、鋼帯端部の突合
わせ部を溶接して製造する鋼管の製造方法のうちで最も
高能率な製管法は、電縫溶接法である。この溶接法は、
高周波電流の誘導加熱により、あるいは接合部分に接触
子を介して高周波電流を流すことにより、接合部分を加
熱・溶融し、その後、スクイズロールにより溶融部を加
圧し、溶融部に存在する不純物や酸化物を排除させなが
ら溶接を行う方法である。しかしながら、対向した鋼帯
端部が加熱・溶融される際に大気中の酸素により特に素
材中のＭｎ，Ｓｉ，Ｃｒ等の合金成分からなる高融点酸
化物が排出されずに溶接部内部に残留し、ペネトレータ
と呼ばれる溶接欠陥が発生することがある。
【０００３】このような状況を背景として開発された溶
接法がレーザビームなどの高密度エネルギービームを用
いた製管溶接法である。この方法は、突き合わされた鋼
帯端部（以下、Ｖシェープ会合点という）を高密度エネ
ルギービームの照射により溶融して溶接する方法であ
り、溶融金属が大気と接しないため酸化介在物などの溶
接欠陥が発生し難く、高品質の溶接鋼管が得られること
が知られている。
接法がレーザビームなどの高密度エネルギービームを用
いた製管溶接法である。この方法は、突き合わされた鋼
帯端部（以下、Ｖシェープ会合点という）を高密度エネ
ルギービームの照射により溶融して溶接する方法であ
り、溶融金属が大気と接しないため酸化介在物などの溶
接欠陥が発生し難く、高品質の溶接鋼管が得られること
が知られている。
【０００４】例えばレーザ溶接方法では、レーザビーム
を約０．５mm程度に収束して上記Ｖシェープ会合点に照
射して溶接するため、レーザ照射点がＶシェープ会合点
から外れ、融合不良等の欠陥が生じやすいという問題点
がある。このような問題点を解決するため、Ｖシェープ
会合点に精度よくレーザビームを照射するための各種の
シームトラッキング方法が提案されている。例えば、特
開平６−６６８号公報や特公平３−５６１５号公報に開
示されている。
を約０．５mm程度に収束して上記Ｖシェープ会合点に照
射して溶接するため、レーザ照射点がＶシェープ会合点
から外れ、融合不良等の欠陥が生じやすいという問題点
がある。このような問題点を解決するため、Ｖシェープ
会合点に精度よくレーザビームを照射するための各種の
シームトラッキング方法が提案されている。例えば、特
開平６−６６８号公報や特公平３−５６１５号公報に開
示されている。
【０００５】前者の特開平６−６６８号公報は、Ｖシェ
ープ会合点の上流側の突合わせ部に倣いローラを挿入し
て突合わせ部が側方に偏位した場合にその偏位の方向に
倣いローラが移動し、その移動方向にレーザ溶接ヘッド
を移動させ、突合わせ面に正確にレーザ照射位置を追従
させる方法である。この倣いローラによる機械的な倣い
方法は、機構的にも簡易でかつ溶接時のスパッタ、ヒュ
ームその他の外乱に対して故障・誤動作が少ないという
利点を有している。またこの方法は、Ｖシェープ会合点
の上流側にローラを挿入して倣い制御をするものである
ため、倣いローラは材質的に高強度・高靭性が求めら
れ、通常金属製ローラが用いられている。しかしなが
ら、高周波電源で予熱した後、レーザで溶接する製管溶
接法に金属製ローラを用いると、金属製ローラと鋼帯エ
ッジ部が短絡して金属製ローラに電流が流れ、Ｖシェー
プ会合点の予熱が不良になるという問題点を有してい
た。一方、電気的絶縁体であるセラミックス製ローラを
用いると、機械的強度が劣るため破壊するという問題点
を有していた。
ープ会合点の上流側の突合わせ部に倣いローラを挿入し
て突合わせ部が側方に偏位した場合にその偏位の方向に
倣いローラが移動し、その移動方向にレーザ溶接ヘッド
を移動させ、突合わせ面に正確にレーザ照射位置を追従
させる方法である。この倣いローラによる機械的な倣い
方法は、機構的にも簡易でかつ溶接時のスパッタ、ヒュ
ームその他の外乱に対して故障・誤動作が少ないという
利点を有している。またこの方法は、Ｖシェープ会合点
の上流側にローラを挿入して倣い制御をするものである
ため、倣いローラは材質的に高強度・高靭性が求めら
れ、通常金属製ローラが用いられている。しかしなが
ら、高周波電源で予熱した後、レーザで溶接する製管溶
接法に金属製ローラを用いると、金属製ローラと鋼帯エ
ッジ部が短絡して金属製ローラに電流が流れ、Ｖシェー
プ会合点の予熱が不良になるという問題点を有してい
た。一方、電気的絶縁体であるセラミックス製ローラを
用いると、機械的強度が劣るため破壊するという問題点
を有していた。
【０００６】後者の特公平３−５６１５号は、ＣＣＤ等
のシームセンサを用いた電気的な倣い方法である。しか
し、この方法では、溶接部周辺の粉塵、油、水、高周波
等の影響を受け、さらには溶接部より生じるスパッタ、
ヒューム等により故障あるいは誤動作を招くおそれがあ
る。
のシームセンサを用いた電気的な倣い方法である。しか
し、この方法では、溶接部周辺の粉塵、油、水、高周波
等の影響を受け、さらには溶接部より生じるスパッタ、
ヒューム等により故障あるいは誤動作を招くおそれがあ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に示し
た倣いローラを用いる機械的倣い方法の問題点を解決す
るためになされたもので、機械的及び熱的にも強度が高
くかつ電気的に絶縁されたローラを用いて、Ｖシェープ
会合点に対するレーザ照射位置を高精度に誘導するする
と共に、故障・誤動作の少ないシームトラッキングによ
る溶接鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
た倣いローラを用いる機械的倣い方法の問題点を解決す
るためになされたもので、機械的及び熱的にも強度が高
くかつ電気的に絶縁されたローラを用いて、Ｖシェープ
会合点に対するレーザ照射位置を高精度に誘導するする
と共に、故障・誤動作の少ないシームトラッキングによ
る溶接鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る溶接鋼管の
製造方法は、鋼帯を連続的に搬送しつつ両側の鋼帯端部
が対向するように円筒状に成形し、両側の鋼帯端部が形
成するＶシェープ点の上流側の隙間に倣いローラを挿入
し、両側の鋼帯端部を高周波電流により加熱しながら、
鋼帯端部の突合わせ部に高密度エネルギービームを照射
して溶接する溶接鋼管の製造方法において、前記倣いロ
ーラとして、中央部がセラミックス、その両側が金属で
一体化した複合ローラを用いて、ビーム照射位置を前記
突合わせ部に追従させて溶接することを特徴とするもの
である。
製造方法は、鋼帯を連続的に搬送しつつ両側の鋼帯端部
が対向するように円筒状に成形し、両側の鋼帯端部が形
成するＶシェープ点の上流側の隙間に倣いローラを挿入
し、両側の鋼帯端部を高周波電流により加熱しながら、
鋼帯端部の突合わせ部に高密度エネルギービームを照射
して溶接する溶接鋼管の製造方法において、前記倣いロ
ーラとして、中央部がセラミックス、その両側が金属で
一体化した複合ローラを用いて、ビーム照射位置を前記
突合わせ部に追従させて溶接することを特徴とするもの
である。
【０００９】
【作用】本発明においては、Ｖシェープ点の上流側の隙
間に挿入される倣いローラとして、中央部がセラミック
ス、その両側が金属で一体化した複合ローラを用いてい
るため、電気的絶縁機能と鋼強度・高靭性機能を持つ倣
いローラとなり、高品質の溶接鋼管を製造できる。
間に挿入される倣いローラとして、中央部がセラミック
ス、その両側が金属で一体化した複合ローラを用いてい
るため、電気的絶縁機能と鋼強度・高靭性機能を持つ倣
いローラとなり、高品質の溶接鋼管を製造できる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の方法に使用する溶接鋼管製造
装置の概要図である。本実施例では、鋼帯１を連続的に
搬送しつつ円筒状に成形し、その相対向する両側の鋼帯
端部１ａ，１ｂの間に後述するように構成された倣いロ
ーラ２を挿入し、両側の鋼帯端部１ａ，１ｂを第１の加
熱源である高周波電源３により予熱し、次いで第２の加
熱源であるレーザビーム４を反射ミラー５，集光ミラー
６により収束してＶシェープ会合点７より下流側の位置
（但し、スクイズロール８ａ，８ｂの中心を結ぶ線９と
突合わせ線１０との交点１１の近傍の位置）に照射して
突合わせ部１２を溶接する。また、レーザビーム４で突
合わせ部１２を溶接すると同時に、スクイズロール８
ａ，８ｂを加圧し該溶接部を接合する。
装置の概要図である。本実施例では、鋼帯１を連続的に
搬送しつつ円筒状に成形し、その相対向する両側の鋼帯
端部１ａ，１ｂの間に後述するように構成された倣いロ
ーラ２を挿入し、両側の鋼帯端部１ａ，１ｂを第１の加
熱源である高周波電源３により予熱し、次いで第２の加
熱源であるレーザビーム４を反射ミラー５，集光ミラー
６により収束してＶシェープ会合点７より下流側の位置
（但し、スクイズロール８ａ，８ｂの中心を結ぶ線９と
突合わせ線１０との交点１１の近傍の位置）に照射して
突合わせ部１２を溶接する。また、レーザビーム４で突
合わせ部１２を溶接すると同時に、スクイズロール８
ａ，８ｂを加圧し該溶接部を接合する。
【００１１】倣いローラ２は、図２に示すように、両側
に配置した金属部２１と中央部に両側の金属部２１を電
気的に絶縁するために配置したセラミックス部２２とを
機械的またはロー付けなどにより一体化した複合ローラ
である。このような複合ローラからなる倣いローラ２を
両側の鋼帯端部１ａ，１ｂが最初に接するＶシェープ会
合点７の上流側の鋼帯端部の隙間に挿入して突合わせ部
１２の偏位を検知し、その偏位量をレーザ溶接ヘッドに
フィードバックして突合わせ部１２に精度よくレーザビ
ームを照射する。この倣いローラ２は中央部のセラミッ
クス部２２で電気的に絶縁されているため、高周波電源
３からの電流が倣いローラ２を通じて短絡することはな
いので、Ｖシェープ会合点７の予熱温度を低下させな
い。また、両側の鋼帯端部１ａ，１ｂに接する部分は金
属部２１となっているため、機械的強度及び靭性が高い
ものとなっている。
に配置した金属部２１と中央部に両側の金属部２１を電
気的に絶縁するために配置したセラミックス部２２とを
機械的またはロー付けなどにより一体化した複合ローラ
である。このような複合ローラからなる倣いローラ２を
両側の鋼帯端部１ａ，１ｂが最初に接するＶシェープ会
合点７の上流側の鋼帯端部の隙間に挿入して突合わせ部
１２の偏位を検知し、その偏位量をレーザ溶接ヘッドに
フィードバックして突合わせ部１２に精度よくレーザビ
ームを照射する。この倣いローラ２は中央部のセラミッ
クス部２２で電気的に絶縁されているため、高周波電源
３からの電流が倣いローラ２を通じて短絡することはな
いので、Ｖシェープ会合点７の予熱温度を低下させな
い。また、両側の鋼帯端部１ａ，１ｂに接する部分は金
属部２１となっているため、機械的強度及び靭性が高い
ものとなっている。
【００１２】次に、上記構成の製造装置を用いて、外径
３０４〜５０８mmおよび板厚５．０〜１２．７mmの炭素
鋼溶接鋼管を製造した結果について説明する。
３０４〜５０８mmおよび板厚５．０〜１２．７mmの炭素
鋼溶接鋼管を製造した結果について説明する。
【００１３】素材の化学組成は、重量％表示で、Ｃ：0.
05，Ｓｉ：0.15，Ｍｎ：1.20，Ｐ：0.010 ，Ｓ：0.001
，Ｎｂ：0.05，Ｖ：0.03である。レーザには、最大出
力２０ｋＷの炭酸ガスレーザを用いて、溶接速度（造管
速度）４ m/minで溶接した。倣いローラには、Ｚｒ
Ｏ2 ，ＳｉＡｌＯＮ及びＡｌ2Ｏ3 等のセラミックス板
を超硬合金、コバール及びステンレス鋼等の金属で機械
的あるいはロー付け法によりサンドイッチして製作した
複合ローラを用いた。なお、セラミックスと金属のロー
付けは、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ等を用いたロー付け法により
製作した。また、比較例として、ＺｒＯ2 ，ＳｉＡｌＯ
Ｎ及びＡｌ2 Ｏ3からなる単体のセラミックス製ローラ
と、超硬合金、コバール及びステンレス鋼からなる単体
の金属製ローラも造管試験に供した。表１に、本発明例
及び比較例の製造条件と溶接部の品質の評価結果を示
す。
05，Ｓｉ：0.15，Ｍｎ：1.20，Ｐ：0.010 ，Ｓ：0.001
，Ｎｂ：0.05，Ｖ：0.03である。レーザには、最大出
力２０ｋＷの炭酸ガスレーザを用いて、溶接速度（造管
速度）４ m/minで溶接した。倣いローラには、Ｚｒ
Ｏ2 ，ＳｉＡｌＯＮ及びＡｌ2Ｏ3 等のセラミックス板
を超硬合金、コバール及びステンレス鋼等の金属で機械
的あるいはロー付け法によりサンドイッチして製作した
複合ローラを用いた。なお、セラミックスと金属のロー
付けは、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ等を用いたロー付け法により
製作した。また、比較例として、ＺｒＯ2 ，ＳｉＡｌＯ
Ｎ及びＡｌ2 Ｏ3からなる単体のセラミックス製ローラ
と、超硬合金、コバール及びステンレス鋼からなる単体
の金属製ローラも造管試験に供した。表１に、本発明例
及び比較例の製造条件と溶接部の品質の評価結果を示
す。
【００１４】
【表１】
【００１５】本発明例Ｎｏ．１〜５は、超硬合金、コバ
ール及びステンレス鋼からなる金属部とＺｒＯ2 ，Ｓｉ
ＡｌＯＮ及びＡｌ2 Ｏ3 からなるセラミックス部との複
合ローラを使用した場合であり、鋼帯端部の突合わせ面
とレーザ照射点とが精度よく一致しており、健全な溶接
部が得られた。一方、比較例Ｎｏ．６，７は単体の金属
製ローラを用いた場合であり、高周波電源で加熱時に鋼
帯端部と該ローラとが短絡し、Ｖシェープ会合点の加熱
が不十分であるため、溶接部が板厚を貫通していなかっ
た。また、比較例Ｎｏ．８〜１０は単体のセラミックス
製ローラを用いた場合であり、造管溶接時に該ローラが
破損し、鋼帯端部とレーザ照射点とが一致せず、溶接部
に融合不良の欠陥が生じた。以上の結果、比較例におい
て金属製ローラを用いた場合には、鋼帯端部とローラと
が短絡してＶシェープ会合点の加熱が不十分で未貫通溶
接となった。また、セラミックス製ローラを用いた場合
にはローラが破損して溶接部に融合不良欠陥が発生し
た。したがって、このような問題を生じない本発明例の
金属とセラミックスとを複合したローラを使用した場合
のみ、Ｖシェープ会合点が均一の加熱され、精度よく倣
うことができ、健全な溶接部が得られた。
ール及びステンレス鋼からなる金属部とＺｒＯ2 ，Ｓｉ
ＡｌＯＮ及びＡｌ2 Ｏ3 からなるセラミックス部との複
合ローラを使用した場合であり、鋼帯端部の突合わせ面
とレーザ照射点とが精度よく一致しており、健全な溶接
部が得られた。一方、比較例Ｎｏ．６，７は単体の金属
製ローラを用いた場合であり、高周波電源で加熱時に鋼
帯端部と該ローラとが短絡し、Ｖシェープ会合点の加熱
が不十分であるため、溶接部が板厚を貫通していなかっ
た。また、比較例Ｎｏ．８〜１０は単体のセラミックス
製ローラを用いた場合であり、造管溶接時に該ローラが
破損し、鋼帯端部とレーザ照射点とが一致せず、溶接部
に融合不良の欠陥が生じた。以上の結果、比較例におい
て金属製ローラを用いた場合には、鋼帯端部とローラと
が短絡してＶシェープ会合点の加熱が不十分で未貫通溶
接となった。また、セラミックス製ローラを用いた場合
にはローラが破損して溶接部に融合不良欠陥が発生し
た。したがって、このような問題を生じない本発明例の
金属とセラミックスとを複合したローラを使用した場合
のみ、Ｖシェープ会合点が均一の加熱され、精度よく倣
うことができ、健全な溶接部が得られた。
【００１６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、連続的に
搬送される鋼帯を円筒状に成形し、両側の鋼帯端部が形
成するＶシェープ点の上流側の隙間に倣いローラを挿入
し、両側の鋼帯端部を高周波電流により加熱しながら、
鋼帯端部の突合わせ部に高密度エネルギービームを照射
して溶接する溶接鋼管の製造方法において、中央部がセ
ラミックス、その両側が金属で一体化した複合ローラか
らなる倣いローラを用いてビーム照射位置を突合わせ部
に追従させながら溶接するものであるから、予熱不良、
ローラの破損等がなく、したがって融合不良等の溶接欠
陥のない高品質の溶接鋼管を製造することができる。
搬送される鋼帯を円筒状に成形し、両側の鋼帯端部が形
成するＶシェープ点の上流側の隙間に倣いローラを挿入
し、両側の鋼帯端部を高周波電流により加熱しながら、
鋼帯端部の突合わせ部に高密度エネルギービームを照射
して溶接する溶接鋼管の製造方法において、中央部がセ
ラミックス、その両側が金属で一体化した複合ローラか
らなる倣いローラを用いてビーム照射位置を突合わせ部
に追従させながら溶接するものであるから、予熱不良、
ローラの破損等がなく、したがって融合不良等の溶接欠
陥のない高品質の溶接鋼管を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法に使用する製造装置の概要図であ
る。
る。
【図２】倣いローラの断面図である。
１ 鋼帯 １ａ，１ｂ 鋼帯端部 ２ 倣いローラ ３ 高周波電源 ４ レーザビーム ７ Ｖシェープ会合点 ８ａ，８ｂ スクイズロール １２ 突合わせ部 ２１ 金属部 ２２ セラミックス部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大村 雅紀 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 高村 登志博 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 長浜 裕 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−76690（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−46890（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−118392（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−88780（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/18
Claims (1)
- 【請求項１】 鋼帯を連続的に搬送しつつ両側の鋼帯端
部が対向するように円筒状に成形し、両側の鋼帯端部が
形成するＶシェープ会合点の上流側の隙間に倣いローラ
を挿入し、両側の鋼帯端部を高周波電流により加熱しな
がら、鋼帯端部の突合わせ部に高密度エネルギービーム
を照射して溶接する溶接鋼管の製造方法において、 前記倣いローラとして、中央部がセラミックス、その両
側が金属で一体化した複合ローラを用いて、ビーム照射
位置を前記突合わせ部に追従させて溶接することを特徴
とする溶接鋼管の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6325750A JP2870432B2 (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 溶接鋼管の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6325750A JP2870432B2 (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 溶接鋼管の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08174252A JPH08174252A (ja) | 1996-07-09 |
| JP2870432B2 true JP2870432B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=18180231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6325750A Expired - Fee Related JP2870432B2 (ja) | 1994-12-27 | 1994-12-27 | 溶接鋼管の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2870432B2 (ja) |
-
1994
- 1994-12-27 JP JP6325750A patent/JP2870432B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08174252A (ja) | 1996-07-09 |
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