JP3360621B2 - Manufacturing method of welded steel pipe by high energy beam - Google Patents
Manufacturing method of welded steel pipe by high energy beamInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、高エネルギービ
ームによる溶接鋼管の製造方法、特に、高エネルギービ
ームの照射位置と溶接速度との関係をコントロールする
ことによって、溶接欠陥がなく、しかも、機械的性質に
優れた溶接部を得ることができる、高エネルギービーム
による溶接鋼管の製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a welded steel pipe using a high energy beam, and more particularly to a method for controlling the relationship between the irradiation position of a high energy beam and the welding speed so that there is no welding defect and mechanical The present invention relates to a method for manufacturing a welded steel pipe using a high energy beam, which can obtain a welded part having excellent properties.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、抵抗溶接による電縫管の製造方法
と異なり、高エネルギービームによる溶接鋼管の製造方
法が開発された。この高エネルギービームによる溶接鋼
管の製造方法は、従来の抵抗溶接による電縫管の製造方
法と基本構成は同じであり、オープンパイプの突合わせ
部を抵抗溶接によるかレーザー等の高エネルギービーム
によって溶接するかの違いである。2. Description of the Related Art In recent years, a method for manufacturing a welded steel pipe using a high energy beam has been developed, unlike a method for manufacturing an electric resistance welded pipe by resistance welding. The method for manufacturing a welded steel pipe using this high energy beam is the same as the conventional method for manufacturing an electric resistance welded pipe using resistance welding, and the butt portion of the open pipe is welded using resistance welding or a high energy beam such as a laser. Is the difference.
【０００３】以下、この鋼帯を高エネルギービームによ
る溶接鋼管の製造方法の概略を、図面を参照しながら説
明する。図４は、高エネルギービームによる溶接鋼管の
製造装置を示す概略平面図である。The outline of a method for manufacturing a welded steel pipe from this steel strip using a high energy beam will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic plan view showing an apparatus for manufacturing a welded steel pipe using a high energy beam.
【０００４】図４において、１は、鋼帯、２は、ブレー
クダウンロール群、３は、ケージロール群（あるいはク
ラスターロール群）、４は、フィンパスロール群、５
は、スクイズスタンドに設けられたスクイズロール、そ
して、６は、各ロール群２、３および４によって円筒形
状に形成されたオープンパイプである。In FIG. 4, 1 is a steel strip, 2 is a breakdown roll group, 3 is a cage roll group (or cluster roll group), 4 is a fin pass roll group, and 5 is
Is a squeeze roll provided on the squeeze stand, and 6 is an open pipe formed into a cylindrical shape by each of the roll groups 2, 3 and 4.
【０００５】上述したように構成される、高エネルギー
ビームによる溶接鋼管の製造装置によれば、溶接鋼管
は、以下のようにして製造される。鋼帯１は、ブレーク
ダウンロール群２、ケージロール群３およびフィンパス
ロール群４によって円筒形状のオープンパイプ６に連続
的に成型される。オープンパイプ６の対向する両側突合
わせ部６Ａは、スクイズロール５を備えたスクイズスタ
ンドにおいて、レーザー等の高エネルギービームが、突
合わせ部６Ａに倣って照射されることにより溶融して連
続的に溶接され、これによって、溶接鋼管が連続的に製
造される。[0005] According to the apparatus for manufacturing a welded steel pipe using a high-energy beam configured as described above, the welded steel pipe is manufactured as follows. The steel strip 1 is continuously formed into a cylindrical open pipe 6 by a breakdown roll group 2, a cage roll group 3, and a fin pass roll group 4. Opposite side butt portions 6A of the open pipe 6 are fused and continuously welded by irradiating a high energy beam such as a laser along the butt portion 6A in a squeeze stand provided with the squeeze roll 5. As a result, a welded steel pipe is continuously manufactured.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来から高エネルギー
ビームによる溶接法においては、ビームをスクイズロー
ル５の中心線（Ｌ）、即ち、一対のスクイズロール５の
各々の中心軸線５Ａ間の中央部を通り、中心軸線５Ａと
平行な直線の近傍の突合わせ部６Ａに向けて照射してい
るが、ビーム照射位置を明確に規定した例はない。即
ち、ビーム照射位置は、厳密にスクイズロール５の中心
線（Ｌ）上なのか、中心線（Ｌ）の入側なのか出側なの
か、入側あるいは出側だとすれば、中心線（Ｌ）からど
のくらい距離をおくべきか等についての開示は一切な
い。Conventionally, in a welding method using a high-energy beam, the beam is applied to the center line (L) of the squeeze roll 5, that is, the central portion between the respective center axes 5A of the pair of squeeze rolls 5. As described above, irradiation is performed toward the butting portion 6A near a straight line parallel to the central axis 5A, but there is no example in which the beam irradiation position is clearly defined. That is, if the beam irradiation position is strictly on the center line (L) of the squeeze roll 5, on the entry side or on the exit side of the center line (L), on the entry side or exit side, the center line ( There is no disclosure as to how far from L).
【０００７】本願発明者等は、高エネルギービームの照
射部分がスクイズロールの中心線を通過するまで、即
ち、高エネルギービームの照射からスクイズロールによ
る突合わせ部のアップセットが完了する時点までの溶融
部の凝固時間に着目し、溶接部の強度を母材と同程度に
維持するには、如何にしたら良いかについて、鋭意研究
を重ねた。その結果、高エネルギービームの照射部分が
スクイズロールの中心線を通過するまでの時間と溶接部
の機械的性能に相関があり、溶接速度、即ち、高エネル
ギービームの照射部分がスクイズロールの中心線を通過
するまでの時間を特定すれば、溶接欠陥の発生を防止す
ることができ、しかも、溶接部の強度を母材と同程度に
維持することができるといった知見を得た。[0007] The inventors of the present invention devised that the high-energy beam irradiation portion passes through the center line of the squeeze roll, that is, from the high-energy beam irradiation to the completion of the upset of the butted portion by the squeeze roll. Focusing on the solidification time of the weld, the intensive research was conducted on how to maintain the strength of the weld at the same level as the base metal. As a result, there is a correlation between the time required for the high-energy beam irradiated portion to pass through the center line of the squeeze roll and the mechanical performance of the welded portion. It has been found that, by specifying the time required to pass through, the occurrence of welding defects can be prevented and the strength of the welded portion can be maintained at the same level as that of the base metal.
【０００８】この発明は、上述した知見に基づきなされ
たものであり、高エネルギービームの照射位置と溶接速
度との関係をコントロールすることによって、溶接欠陥
がなく、しかも、機械的性質に優れた溶接部を得ること
ができる、高エネルギービームによる溶接鋼管の製造方
法を提供することにある。[0008] The present invention has been made based on the above-mentioned findings, and has no welding defects and has excellent mechanical properties by controlling the relationship between the irradiation position of the high energy beam and the welding speed. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a welded steel pipe using a high energy beam, which can obtain a portion.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
鋼帯を一連のロール群により円筒形状のオープンパイプ
に連続的に成型し、スクイズロールを備えたスクイズス
タンドにおいて、前記オープンパイプの対向する両側突
合わせ部に高エネルギービームを照射して、前記両側突
合わせ部を連続的に溶接することからなる、溶接鋼管の
製造方法において、前記高エネルギービームを前記スク
イズロールの入側において前記突合わせ部に照射し、前
記高エネルギービームの照射部分が前記スクイズロール
の中心線を通過するまでの時間を０．１５ｓｅｃから
０．３０ｓｅｃの範囲内に限定することことに特徴を有
するものである。According to the first aspect of the present invention,
The steel strip is continuously formed into a cylindrical open pipe by a series of rolls, and in a squeeze stand equipped with a squeeze roll, a high energy beam is applied to a butt portion on both sides of the open pipe facing each other, and A method for manufacturing a welded steel pipe, comprising continuously welding a butt portion, wherein the high energy beam is irradiated to the butt portion on the entrance side of the squeeze roll, and the irradiated portion of the high energy beam is squeezed. It is characterized in that the time required to pass through the center line of the roll is limited to the range of 0.15 sec to 0.30 sec.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】この発明の、高エネルギービーム
による溶接鋼管の製造方法の一実施態様を、図面を参照
しながら説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a method for manufacturing a welded steel pipe by using a high energy beam according to the present invention will be described with reference to the drawings.
【００１１】図１は、この発明の、高エネルギービーム
による溶接鋼管の製造方法を示す概略正面図、図２は、
この発明の、高エネルギービームによる溶接鋼管の製造
方法を示す概略平面図である。FIG. 1 is a schematic front view showing a method of manufacturing a welded steel pipe using a high energy beam according to the present invention, and FIG.
It is an outline top view showing the manufacturing method of the welding steel pipe by a high energy beam of the present invention.
【００１２】図１および図2 において、５は、スクイズ
ロール、６は、造管方向上流側の上述した一連のロール
群（図示せず）により円筒形状に形成されたオープンパ
イプ、７は、オープンパイプ６の突合わせ部６Ａに照射
されるレーザー等の高エネルギービームである。ビーム
７は、スクイズロール５の入側において突合わせ部６Ａ
に照射される。In FIGS. 1 and 2, 5 is a squeeze roll, 6 is an open pipe formed in a cylindrical shape by the above-mentioned series of rolls (not shown) on the upstream side in the pipe forming direction, and 7 is an open pipe. It is a high energy beam such as a laser beam applied to the butting portion 6A of the pipe 6. The beam 7 has a butt portion 6A on the entrance side of the squeeze roll 5.
Is irradiated.
【００１３】なお、Ｌは、スクイズロール５の中心線、
即ち、一対のスクイズロール５の各々の中心軸線５Ａ間
の中央部を通り、中心軸線５Ａと平行な直線であり、Ｍ
は、ビーム７の照射部分（Ｐ）を通り、中心線（Ｌ）と
平行な直線であり、そして、Ｘは、直線（Ｍ）と中心線
（Ｌ）との間の距離である。L is the center line of the squeeze roll 5,
That is, it is a straight line that passes through the central portion between the central axes 5A of the pair of squeeze rolls 5 and is parallel to the central axis 5A.
Is a straight line passing through the irradiated portion (P) of the beam 7 and parallel to the center line (L), and X is a distance between the straight line (M) and the center line (L).
【００１４】この発明において、ビーム７の照射部分
（Ｐ）がスクイズロール５の中心線（Ｌ）を通過するま
での時間を０．１５ｓｅｃから０．３０ｓｅｃの範囲内
に限定した理由について説明する。In the present invention, the reason why the time required for the irradiated portion (P) of the beam 7 to pass through the center line (L) of the squeeze roll 5 is limited to the range of 0.15 sec to 0.30 sec will be described.
【００１５】ビーム７の照射部分（Ｐ）がスクイズロー
ル５の中心線（Ｌ）を通過するまでの時間が０．１５ｓ
ｅｃ未満であると、突合わせ部６Ａがビーム７によって
溶融されてからスクイズロール５によるアップセットが
完了するまでの時間が短いので、溶融部が完全に凝固し
きれない。従って、外部からの拘束が解かれるので、溶
接部に凝固割れといわれる内部欠陥が発生しやすい。こ
の結果、靭性が低下する等、機械的性質が悪化する。こ
の原因は、母材中の炭素（Ｃ）や硫黄（Ｓ）等の低融点
の成分が凝固過程で溶融部中心付近で濃縮されることに
ある。The time required for the irradiated portion (P) of the beam 7 to pass through the center line (L) of the squeeze roll 5 is 0.15 s.
If it is less than ec, the time from the melting of the butted portion 6A by the beam 7 to the completion of the upset by the squeeze roll 5 is short, so that the melted portion cannot be completely solidified. Accordingly, since the external restraint is released, an internal defect called solidification crack is easily generated in the welded portion. As a result, mechanical properties such as toughness are deteriorated. This is because low melting point components such as carbon (C) and sulfur (S) in the base material are concentrated near the center of the molten portion during the solidification process.
【００１６】一方、ビーム７の照射部分（Ｐ）がスクイ
ズロール５の中心線（Ｌ）を通過するまでの時間が０．
３０ｓｅｃを超えると、突合わせ部６Ａがスクイズロー
ル５により完全にアップセットされる以前に溶融部の凝
固が完了してしまう。従って、完全溶融による溶接が行
われず、いわゆる、冷接状態となるので、良好な溶接部
性能が得られない。On the other hand, the time required for the irradiated portion (P) of the beam 7 to pass through the center line (L) of the squeeze roll 5 is set to 0.
If it exceeds 30 sec, the solidification of the melted portion is completed before the butting portion 6A is completely upset by the squeeze roll 5. Therefore, welding by complete melting is not performed, and a so-called cold contact state is obtained, so that good welded portion performance cannot be obtained.
【００１７】従って、この発明においては、ビーム７の
照射部分（Ｐ）がスクイズロール５の中心線（Ｌ）を通
過するまでの時間を０．１５ｓｅｃから０．３０ｓｅｃ
の範囲内に限定した。Therefore, in the present invention, the time required for the irradiated portion (P) of the beam 7 to pass through the center line (L) of the squeeze roll 5 is from 0.15 sec to 0.30 sec.
Within the range.
【００１８】[0018]
【実施例】次に、この発明の、高エネルギービームによ
る溶接鋼管の製造方法を実施例により更に詳細に説明す
る。Next, a method for manufacturing a welded steel pipe by a high energy beam according to the present invention will be described in more detail with reference to examples.
【００１９】表1 に示す化学成分を有する×６０クラス
の耐サワー用熱延鋼板を素材として、外径４０６．４ｍ
ｍ×肉厚９．５ｍｍの溶接鋼管を製造した。溶接は、高
エネルギービームとして高出力レーザーを使用し、スク
イズロールの入側においてオープンパイプの突合わせ部
にレーザーを照射し、この直前で給電チップを介して高
周波電流を突合わせ部に流して、突合わせ部を７００℃
程度の温度に予熱することにより行った。更に、溶接後
のシーム部を９５０℃に加熱し、次いで、急冷し、そし
て、６５０℃に加熱することによって、溶接部に焼入れ
焼戻し熱処理を施した。A hot rolled steel sheet for sour resistance of × 60 class having the chemical components shown in Table 1 was used as a material, and the outer diameter was 406.4 m.
A welded steel pipe of mx 9.5 mm thickness was manufactured. Welding uses a high-power laser as a high-energy beam, irradiates the laser to the butt portion of the open pipe on the entrance side of the squeeze roll, and immediately before this, a high-frequency current flows through the butt portion via the power supply tip, 700 ° C at the butt
This was done by preheating to a moderate temperature. Furthermore, the seam after welding was heated to 950 ° C., then quenched, and then heated to 650 ° C. to perform a quenching and tempering heat treatment on the weld.
【００２０】この結果を表２および図３に示す。なお、
溶接部の性能は、−４０℃におけるシャルピー衝撃試験
の吸収エネルギー値を求めることにより評価した。まと
めて評価しやすいように評価の値は、１０ｍｍサイズに
換算してあり、それぞれ１水準当たり３個づつの平均値
である。なお、表１の母材の吸収エネルギーは、３００
から３７０（Ｊ）の範囲内であった。The results are shown in Table 2 and FIG. In addition,
The performance of the weld was evaluated by determining the absorbed energy value of a Charpy impact test at −40 ° C. The values of the evaluations are converted into 10 mm sizes so that the evaluations can be easily performed collectively, and each is an average value of three pieces per one level. The absorbed energy of the base material in Table 1 was 300
To 370 (J).
【００２１】[0021]
【表１】 [Table 1]
【００２２】[0022]
【表２】 [Table 2]
【００２３】図３および表２から明らかなように、高エ
ネルギービームの照射部分がスクイズロールの中心線を
通過するまでの時間が０．１５ｓｅｃから０．３０ｓｅ
ｃの範囲内である場合には、何れも、溶接部の強度は、
母材の強度である３００から３７０（Ｊ）の範囲内であ
り、優れた機械的特性を有していた。As apparent from FIG. 3 and Table 2, the time required for the irradiated portion of the high energy beam to pass through the center line of the squeeze roll is from 0.15 sec to 0.30 sec.
When the value is within the range of c, the strength of the welded portion is:
The strength of the base material was in the range of 300 to 370 (J), and it had excellent mechanical properties.
【００２４】[0024]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、鋼帯を一連のロール群により円筒形状のオープンパ
イプに連続的に成型し、スクイズロールを備えたスクイ
ズスタンドにおいて、前記オープンパイプの対向する両
側突合わせ部に高エネルギービームを照射して、前記両
側突合わせ部を連続的に溶接することからなる、溶接鋼
管の製造方法において、前記高エネルギービームを前記
スクイズロールの入側において前記突合わせ部に照射
し、前記高エネルギービームの照射部分が前記スクイズ
ロールの中心線を通過するまでの時間を０．１５ｓｅｃ
から０．３０ｓｅｃの範囲内に限定することによって、
溶接欠陥がなく、しかも、機械的性質に優れた溶接部を
得ることができるといった有用な効果がもたらされる。As described above, according to the present invention, in a squeeze stand provided with a squeeze roll, a steel strip is continuously formed into a cylindrical open pipe by a series of rolls. A method of manufacturing a welded steel pipe, comprising irradiating a high-energy beam to opposing two-sided butted portions and continuously welding the two-sided butted portions, wherein the high-energy beam is applied to an entrance side of the squeeze roll. Irradiates the butt portion, and the time required for the irradiated portion of the high energy beam to pass through the center line of the squeeze roll is 0.15 sec.
By limiting to within 0.30 sec,
Useful effects such as being able to obtain a weld having no welding defects and excellent mechanical properties are provided.
【図１】この発明の、高エネルギービームによる溶接鋼
管の製造方法を示す概略正面図である。FIG. 1 is a schematic front view showing a method for manufacturing a welded steel pipe using a high energy beam according to the present invention.
【図２】この発明の、高エネルギービームによる溶接鋼
管の製造方法を示す概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing a method for manufacturing a welded steel pipe using a high energy beam according to the present invention.
【図３】高エネルギービームの照射部分がスクイズロー
ルの中心線を通過するまでの時間とシャルピー衝撃試験
における吸収エネルギー値との関係を示すグラフであ
る。FIG. 3 is a graph showing a relationship between a time required for an irradiated portion of a high energy beam to pass through a center line of a squeeze roll and an absorbed energy value in a Charpy impact test.
【図４】高エネルギービームによる溶接鋼管の製造装置
を示す概略平面図である。FIG. 4 is a schematic plan view showing an apparatus for manufacturing a welded steel pipe using a high energy beam.
１：鋼帯 ２：ブレークダウンロール群 ３：ケージロール群 ４：フィンパスロール群 ５：スクイズロール ５Ａ：スクイズロールの中心軸線 ６：オープンパイプ ６Ａ：オープンパイプの突合わせ部 ７：ビーム 1: Steel strip 2: Breakdown roll group 3: Cage roll group 4: Fin pass roll group 5: Squeeze roll 5A: Center axis of squeeze roll 6: Open pipe 6A: Butt of open pipe 7: Beam
Claims (1)
オープンパイプに連続的に成型し、スクイズロールを備
えたスクイズスタンドにおいて、前記オープンパイプの
対向する両側突合わせ部に高エネルギービームを照射し
て、前記両側突合わせ部を連続的に溶接することからな
る、溶接鋼管の製造方法において、 前記高エネルギービームを前記スクイズロールの入側に
おいて前記突合わせ部に照射し、前記高エネルギービー
ムの照射部分が前記スクイズロールの中心線を通過する
までの時間を０．１５ｓｅｃから０．３０ｓｅｃの範囲
内に限定することを特徴とする、高エネルギービームに
よる溶接鋼管の製造方法。1. A steel strip is continuously formed into a cylindrical open pipe by a series of rolls, and a squeeze stand provided with a squeeze roll irradiates a high energy beam to a butt portion of the open pipe facing both sides. Then, in the method for manufacturing a welded steel pipe, comprising continuously welding the two-sided butted portions, irradiating the butted portion with the high-energy beam on the entrance side of the squeeze roll, A method for manufacturing a welded steel pipe with a high energy beam, wherein a time required for an irradiated portion to pass through a center line of the squeeze roll is limited to a range of 0.15 sec to 0.30 sec.
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