JPH08174052A - 溶接鋼管の製造方法 - Google Patents

溶接鋼管の製造方法

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JPH08174052A
JPH08174052A JP6316398A JP31639894A JPH08174052A JP H08174052 A JPH08174052 A JP H08174052A JP 6316398 A JP6316398 A JP 6316398A JP 31639894 A JP31639894 A JP 31639894A JP H08174052 A JPH08174052 A JP H08174052A
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JP
Japan
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welding
length
linear beam
converged
laser
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Pending
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JP6316398A
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English (en)
Inventor
Moriaki Ono
守章 小野
Masaki Omura
雅紀 大村
Toshihiro Takamura
登志博 高村
Yutaka Nagahama
裕 長浜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04Tubular or hollow articles
    • B23K2101/06Tubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys

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  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生産性を低下させることなく、溶接欠陥のな
い、良好なビード形状が得られる溶接鋼管の製造方法を
提供する。 【構成】 レーザビーム3をシリンドリカルレンズ5と
シリンドリカルミラー6を用いて線状に収束させ、その
線状ビーム3bを素管1の突合わせ部2に平行に照射し
て突合わせ部を溶接する。線状ビーム3bの長さLw は
溶接速度vに対して式(1)で表わされる範囲内に設定
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼帯を筒状に成形した
素管の突合わせ部に高密度エネルギービームを照射する
ことにより溶接鋼管を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザビームなどの高密度エネルギービ
ームの集中熱源による鋼管溶接は、特公昭61−298
30号公報に開示されているように、他のエネルギー密
度の小さい溶接熱源(MIGアークなどの熱源)に比べ
て生産性の高い高速溶接が行え、溶接入熱を少なくする
ことができる。その結果、溶接部の幅が狭く熱影響によ
る素管材質の劣化が少ない、品質の優れた管の製造が可
能である。しかし、この方法は、レーザビームを素管の
突合わせ部に照射して板厚を貫通溶接させる方法である
ため、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が発生しやす
いという問題点を有している。
【0003】従来法の問題点を図3を参照して説明す
る。レーザビームによる溶接は、素管1の突合わせ部2
に105 W/cm2 以上に収束した高密度エネルギービー
ム(レーザビーム)11を照射し、管厚を貫通するキー
ホールを形成させながら溶接する方法であるが、ビーム
照射部には溶融金属から金属が蒸発してその一部が電離
して生成されたプラズマ12が発生する。このプラズマ
は、ビームエネルギーの吸収性がよく溶接に費やすエネ
ルギーを減少させ、溶込み深さを減少させる原因となっ
ている。したがって、高速溶接時の単位溶接長さ当たり
の投入熱エネルギーも減少することになる。このよう
に、レーザビームの照射によって発生したプラズマおよ
び溶接の高速化による溶接エネルギーが減少することに
より、キーホールが不安定になる。その程度は、鋼管内
面側の溶接ビードほど著しい。すなわち、鋼管内面側の
溶接ビードはエネルギー不足によりビード幅が狭くな
り、かつ溶融金属の凝固速度が速くなるため、キーホー
ル部の不安定凝固によってアンダーカット13、ブロー
ホール14あるいは素材の成分によっては凝固割れ15
といった溶接欠陥が発生しやすい。さらには、鋼管内面
側の溶接ビード16は凹凸が激しく、表面性状が劣るも
のとなりやすい。
【0004】そこで、溶接ビードに発生する溶接欠陥お
よび表面性状を改善する方法として、第1に、溶接速度
を遅くしてキーホールを安定化させ、溶接欠陥や表面性
状を改善する方法があるが、この方法では生産性が著し
く低下するため有効でない。第2に、特開昭60−99
494号公報、特開昭60−216986号公報に開示
するように、被溶接材の裏側に反射率の高い材料ででき
た部材を設置し、キーホールを貫通したレーザビームを
その部材で反射させて溶接部分に照射し、さらにArな
どの不活性ガスを供給してプラズマを発生させることに
より、溶接ビードの安定化を図る方法がある。しかし、
この方法でも、貫通ビームのエネルギーは被溶接材表面
に照射した熱エネルギーの10%程度しかなく、アンダ
ーカットや溶接部内に発生するブローホールを低減させ
るには至らない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の解決すべき課
題は、溶接熱源に高密度エネルギービームを用いる溶接
鋼管の製造方法において、前記のような溶接欠陥を発
生させないこと、溶接ビードの表面品質を改善するこ
と、生産性を低下させないことにある。
【0006】
【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、鋼帯をオープンパイプ状に成形し、その両
端面を突き合わせ、その突合わせ部に、高密度エネルギ
ービームを溶接線方向に平行に収束させて照射し、前記
突合わせ部を溶接することを特徴とする。
【0007】また、本発明は、前記高密度エネルギービ
ームの収束された線状ビームの長さLw (mm) を、下記
式で表わされる範囲の値にすることを特徴とする。 v/100≦Lw ≦v/50 …(1) 但し、vは溶接速度(mm /sec)である。
【0008】
【作用】本発明においては、素管の突合わせ部に照射さ
れる高密度エネルギービームを溶接線方向に平行に線状
に収束させた線状ビームとすることを特徴とする。この
ように線状に収束させた線状ビームを用いることによ
り、前記溶接欠陥を抑制できる理由について述べると、
通常、溶接に用いられる点状に収束させたビームは直径
が50〜300μmと小さいため、溶接時に形成される
キーホール径も小さくなる。したがって、容易に溶融金
属によってキーホールが潰されブローホールが形成され
る。特に、ビーム照射裏面側の溶融池の凝固速度が速い
ため、キーホールを溶融金属が円滑に埋めることができ
ずに中途半端な状態で凝固するため、アンダーカットお
よび溶接ビードの荒れ等の溶接欠陥が発生する。一方、
本発明のように線状ビームを用いると、キーホールが溶
接線方向に長く伸びるため、冷却速度が低下し、溶融金
属の急速な凝固が回避され、キーホールを溶融金属が安
定に埋めつつ凝固するため、前記溶接欠陥の発生を回避
できることになる。
【0009】この線状ビームの長さ寸法Lw は、溶接速
度v(mm /sec)により変化する値であり、実験結果か
ら、式(1)で表わされる範囲の値が適していることが
わかった。すなわち、板厚12mmの炭素鋼を20kWの
炭酸ガスレーザを用いて線状に収束したビームの長さを
種々変化させて溶接した。その実験結果を図2に示す。
図2は、この実験で得られた溶接品質評価結果を、横軸
の線状ビームの長さLw(mm)と縦軸の溶接速度v(mm /s
ec)との関係で表わしたものである。同図より、線状ビ
ームの長さ寸法Lw がv/100未満の領域では、キー
ホール寸法が過小となり、ブローホールやアンダーカッ
トなどの溶接欠陥が発生している。一方、線状ビームの
長さ寸法Lw がv/50超の領域では、キーホール寸法
が過大となり、溶け落ちビードとなり、さらに線状ビー
ムの長さが大きい場合にはエネルギー密度が小さくなり
溶け込み不足となっている。したがって、線状ビームの
長さには、溶接速度を初めとする溶接条件により適正範
囲が存在することが明らかであり、線状ビームの長さ寸
法Lw は、溶接速度vに対して、v/100以上、v/
50以下の範囲(斜線で示す領域)に設定すべきであ
る。
【0010】
【実施例】図1は本発明の方法に使用する装置の概要図
である。レーザ発生装置(図示せず)から円形の平行光
にコリメートされたレーザビーム3を平面ミラー4で反
射させ、焦点距離L(=Lm +Li 但し、Lm :円筒
面の中心縦軸方向の焦点距離、Li :円筒面の中心横軸
方向の焦点距離)のシリンドリカルレンズ5に入射させ
る。このシリンドリカルレンズ5によって線状のビーム
3bに収束し、さらにシリンドリカルレンズ5の後方に
配置した焦点距離L3 のシリンドリカルミラー6によっ
て線状ビーム3bの長さLw を調節して、素管1の突合
わせ部2に平行に照射する。
【0011】ここで、シリンドリカルレンズ5における
直径L0 の入射ビーム3aは、シリンドリカルレンズ5
により焦点距離Lでは長さL0 の線状ビーム3bとなる
が、溶接点2aでの線状ビーム3bの長さLw は、式
(2)で表わされるように、シリンドリカルミラー6
(焦点距離L3 )と溶接位置との間隔Li により調節で
きる。 Lw =[(L3 −Li )/L3 ]×L0 …(2) このようにしてレーザビーム3を線状に収束させた線状
ビーム3bを素管1の突合わせ部2に平行に照射するこ
とにより、突合わせ部2を連続的に溶接していく。
【0012】以下、実施例に基づいて本発明の効果を説
明する。素材として板厚4.8mmから16mmまでの熱延
鋼板を用い、管径75mmから508mmまでの造管を行
い、その突合わせ部に前記の線状ビーム3bを照射し
て、製管溶接を行った。溶接は、焦点距離600mmのシ
リンドルカルレンズ5とシリンドリカルミラー6を用い
て、長さLw が0.3〜4.0mmの線状ビームにより行
った。溶接条件は、レーザ出力:20kW,溶接速度:
40〜160mm/sec,シールドガスにはヘリウムを用い
た。このような条件で溶接管を製造し、管内外面のビー
ド形状およびブローホール、アンダーカット、割れ等の
溶接欠陥の有無を調査した。
【0013】表1に、管寸法、溶接条件および溶接ビー
ド部の評価結果を示す。
【0014】
【表1】
【0015】表1において、比較例No.1,No.
2,No.5,No.6,No.7,No.9は、線状
ビーム長さが溶接速度vとの比でv/100未満のた
め、アンダーカット等の溶接欠陥が発生した。また、比
較例No.3,No.4,No.8,No.10は、線
状ビーム長さが溶接速度vとの比でv/50超であり、
溶け落ちが発生した。一方、線状ビーム長さが本発明の
範囲にある本発明例は、全て溶接欠陥の発生もなく良好
なビードが形成された。
【0016】このように本発明の特許請求の範囲から外
れた溶接条件では、ビード形状が劣化し、あるいは溶接
欠陥が発生した。これに対して、本発明の溶接条件を全
て満たす場合にのみ、溶接欠陥のない優れたビード形状
が得られることがわかる。
【0017】なお、本発明は、溶接鋼管の製造だけでな
く、一般的な被溶接材の突き合わせ溶接に適用できるも
のである。また、素管の断面形状は円形、四角形など任
意である。
【0018】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高密度エ
ネルギービームであるレーザビームを線状に収束してそ
の線状ビームを素管の突合せ部に平行に照射して溶接す
るものであるから、貫通溶接が安定して行われるため、
レーザ溶接に固有の溶接欠陥、すなわちアンダーカッ
ト、ブローホール、溶け落ちなどの発生を完全に防止で
き、かつ、管内外面とも良好なビード形状が得られると
いう効果がある。また、レーザ溶接のもつ高能率溶接の
特徴を一層推進することができ、生産性が向上する効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法に使用する装置の概要図である。
【図2】溶接部の品質に及ぼす溶接速度と線状ビームの
長さとの関係を示す図である。
【図3】従来法の説明図で、溶接部の断面を併記して示
す図である。
【符号の説明】
1 素管 2 突合せ部 3 レーザビーム 3b 線状ビーム 4 平面ミラー 5 シリンドリカルレンズ 6 シリンドリカルミラー
フロントページの続き (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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼帯をオープンパイプ状に成形し、その
    両端面を突き合わせ、その突合わせ部に、高密度エネル
    ギービームを溶接線方向に平行に収束させて照射し、前
    記突合わせ部を溶接することを特徴とする溶接鋼管の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記高密度エネルギービームの収束され
    た線状ビームの長さLw (mm) を、下記式で表わされる
    範囲の値にすることを特徴とする請求項1記載の溶接鋼
    管の製造方法。 v/100≦Lw ≦v/50 但し、vは溶接速度(mm /sec)である。
JP6316398A 1994-12-20 1994-12-20 溶接鋼管の製造方法 Pending JPH08174052A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008055952A (ja) * 2006-08-29 2008-03-13 Tokyu Car Corp 鉄道車両台車用の構造物及びその製造方法
CN112548324A (zh) * 2019-09-25 2021-03-26 必能信超声(上海)有限公司 激光焊接方法和用于激光焊接的设备

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