CN103476536B - 激光焊接钢管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光焊接钢管的制造方法，利用成形辊将钢板成形为圆筒状的开口管，一边利用挤压辊对开口管的边缘部进行加压一边照射激光束来对边缘部进行激光焊接，在上述激光焊接钢管的制造方法中，将分别使用不同的光纤传输且正焦点处的光斑直径超过0.3mm的两道激光束沿边缘部从开口管的上表面侧照射，将在开口管的上表面侧沿焊接进行方向先行的先行激光束以及后行的后行激光束以从垂直于开口管的上表面的方向朝焊接进行方向倾斜所设置的入射角的方式照射，并且使先行激光束的入射角比后行激光束的入射角大，并且使开口管的背面处的先行激光束的中心点与后行激光束的中心点之间的间隔为1mm以上，由此进行激光焊接。

Description

激光焊接钢管的制造方法
技术领域
本发明涉及使用激光束(laserbeam)来对开口管(openpipe)的长边方向的边缘部(longitudinaledges)进行焊接的钢管(以下称为激光焊接钢管(laserweldedsteelpipe))的制造方法，尤其是涉及油井管(oilcountrytubulargoods)或管线管(linepipe)等石油、天然气体的开采、输送所适用的激光焊接钢管的制造方法。
背景技术
用作油井管或管线管的钢管大致分为焊接钢管(weldedsteelpipe)(例如电焊钢管(electricresistanceweldedsteelpipe)、UOE钢管等)和无缝钢管。在这些钢管中，电焊钢管能够通过将热轧的带状钢板(steelstrip)(所谓的热轧钢卷(hotrolledsteelcoil))用作原材料而廉价地制造，所以在经济上是有利的。
然而，电焊钢管一般是使用成形辊将钢板成形为圆筒状来形成开口管(这里开口管是指由多段成形辊成形而成的端部不接合的管状的钢带。以下称为开口管。)，一边用挤压辊(squeezeroll)对该开口管的边缘部(即成形为圆筒状的钢带的两侧端部)进行加压一边进行电阻焊(electricresistancewelding，也称高频电阻焊)来进行制造，所以焊接的缝(所谓的接缝(seam))必然存在，从而存在该接缝的低温韧性(low-temperaturetoughness)劣化的问题。因此，电焊钢管的油井管、管线管难以在寒冷地区(colddistrict)使用。接缝的低温韧性劣化的原因是在焊接边缘部时高温的熔融金属(moltenmetal)与大气中的氧反应而生成氧化物(oxide)，该氧化物容易残留于接缝。
而且，电焊钢管还存在的问题是，在焊接边缘部时熔融金属中的合金元素(alloyelement)容易偏析，所以接缝的耐腐蚀性容易劣化。因此，电焊钢管的油井管、管线管难以在严峻的腐蚀环境(corrosionenvironment)(例如酸性环境(sourenvironment))下使用。
另一方面，作为不使接缝的低温韧性、耐腐蚀性劣化的焊接方法，基于激光束的焊接(以下称为激光焊接(laserwelding))备受关注。激光焊接能减小热源(heatsource)的尺寸，并且能够高密度集中热能(heatenergy)，所以能够防止熔融金属中的氧化物的生成、合金元素的偏析。因此，如果将激光焊接应用于制造焊接钢管，则能够防止接缝的低温韧性、耐腐蚀性的劣化。
因此，在焊接钢管的制造过程中，通过对开口管的边缘部照射激光束来进行焊接，从而制造钢管(即激光焊接钢管)的技术正实用化。
然而，在激光焊接中，利用光学部件(opticalcomponent)使作为高密度能量光线(high-energydensitylightbeam)的激光束聚光并照射到焊接部来进行焊接，所以焊接时带来急剧的金属熔融。因此，熔融金属作为飞溅物(spatter)从形成的熔池飞散。飞散的飞溅物附着于焊接装置(weldingequipment)而使接缝的质量降低，并且也附着于光学部件而使焊接的施工变得不稳定。另外，在激光焊接中高密度集中热能(heatenergy)来进行焊接，所以大量产生飞溅物，产生下陷(undercut)、不满(underfill)(即凹陷(depression))等焊接缺陷(weldingdefect)。如果产生不满，则焊接部的强度降低。
因此，研究各种在激光焊接中防止飞溅物的附着的技术、防止飞溅物的产生的技术。例如，通过减少激光输出(laserpower)来防止飞溅物产生的技术、或使焦点位置(focusposition)偏离很大(所谓的离焦(defocus))来防止飞溅物产生的技术正实用化。然而，存在如下问题：减少激光输出、离焦不仅导致焊接速度(weldingspeed)降低(即焊接效率(weldefficiency)降低)，还容易产生焊透不良(lackofpenetration)。
专利文献1公开了如下技术：将激光束分光生成多个激光束光斑(laserbeamspots)来防止飞溅物产生。然而，使多个光束光斑分散来进行激光焊接的技术与减少激光输出来进行激光焊接的技术相同，存在不仅导致焊接效率降低还容易产生焊透不良的问题。并且，用于将激光束分光的棱镜(prism)价格高，所以无法避免焊接的施工成本上升。
专利文献2公开了如下技术：在进行激光焊接时使用焊丝(fillerwire)来防止熔敷金属(depositmetal)的不足(不满)。然而，在该技术中，焊接金属(weldmetal)的组成基于焊丝的成分而发生变化。因此，必须根据开口管的成分选择焊丝，由此焊丝的库存管理(stockmanagement)、激光焊接的作业管理(productioncontrol)的负担增大。
专利文献3公开了如下技术：混合使用激光焊接和电弧焊接(arcwelding)来防止焊接缺陷。然而，在该技术中，焊接装置的构造变得复杂，不仅维护(maintenance)的负担增大，焊接的作业管理的负担也会增大。
专利文献4公开了使用两个圆形的光束光斑的方法。然而，在该技术中，在应力作用于焊接部的条件(由于施加于电焊钢管的焊接部压缩(upset)而使应力作用于熔池的状况等)下的激光焊接中没有抑制焊接缺陷，尤其是钢板背面的飞溅物的产生量增大。
专利文献1：日本专利2902550号公报
专利文献2：日本特开2004-330299号公报
专利文献3：日本专利4120408号公报
专利文献4：日本特开2009-178768号公报
发明内容
本发明目的在于提供如下的方法，即、在制造激光焊接钢管时，适当保证两道激光束朝向被焊接件的入射角、正焦点处的光斑直径，并适当排列两道激光束，并且控制激光焊接的条件，由此防止飞溅物的产生，抑制焊接部的下陷、不满，并且不降低焊接效率地获得质量良好的焊接部，并且高合格率(yieldratio)地稳定制造激光焊接钢管。
发明者们对用于在对开口管的边缘部实施激光焊接来制造激光焊接钢管时形成没有焊接缺陷的焊接部的激光焊接技术进行了调查研究。
图2是示意性表示在制造激光焊接钢管时，垂直照射一道激光束来对开口管1的边缘部2的接合点进行激光焊接的现有的例子的立体图。图2中的箭头A表示焊接进行方向。此外，用透视图表示由激光束3的照射产生的深的空洞(cavity)(以下称为小孔(keyhole))4和在其周边形成的熔融金属5。
如果照射激光束3，则如图2所示，基于以高密度集中的热能使边缘部2熔融，并且基于该熔融金属5蒸发而产生的蒸发压和蒸发反作用力，而在熔融金属5产生小孔4。认为高温的等离子体(plasma)充满小孔4的内部，该高温的等离子体是使激光束3进入小孔4的内部，并使金属蒸气(metalvapour)基于激光束3的能量被电离从而产生的。
该小孔4表示激光束3的热能最收敛的位置。将边缘部的接合点配置于小孔4内从而能够稳定制造激光焊接钢管。但在激光束为一道的情况下，为了使边缘部2的接合点与小孔4一致，需要高精度的坡口加工技术。如果边缘部2的加工状态以及对接状态不稳定，则熔融金属5变得不稳定。结果，飞溅物大量产生，容易产生下陷、不满等焊接缺陷。
并且，在由于施加于焊接部的压缩而使应力作用于熔池的状况下，为了维持小孔，需要将所照射的激光束的能量进一步增大。结果，飞溅物增加，并且坡口熔融不充分，由此产生下陷、不满等焊接缺陷。
因此，发明者们着眼于对边缘部2的接合点照射两道激光束的技术。结果，适当排列激光束的照射位置并且控制各激光束的入射角、光斑直径等使两道激光束在开口管的钢板内部不会交叉来进行照射，从而能够抑制飞溅物的产生。而且，证明能够抑制焊接部的下陷、不满，并且不降低焊接效率地获得质量良好的焊接部，并且能够高合格率地稳定制造激光焊接钢管。
抑制飞溅物产生的详细机理(mechanism)不确定，但可推断是基于如下原因：使能量分散到以一定的入射角朝被焊接件照射的两道激光束，并且在沿焊接方向先行激光束抑制飞溅物并预热钢板后，后行激光束熔融钢板，从而抑制飞溅物的飞散。此外，激光束的入射角是指垂直于被焊接件的上表面的方向与照射激光束的方向所成的角。
本发明是根据这样的观点而完成的。
即，本发明涉及的激光焊接钢管的制造方法，利用成形辊将钢板成形为圆筒状的开口管，一边利用挤压辊对该开口管的边缘部进行加压一边照射激光束来对边缘部进行激光焊接，在上述激光焊接钢管的制造方法中，将分别使用不同的光纤传输且正焦点处的光斑直径超过0.3mm的两道激光束沿边缘部从开口管的上表面侧照射，将在开口管的上表面侧沿焊接进行方向先行的先行激光束以及后行的后行激光束以从垂直于开口管的上表面的方向朝焊接进行方向倾斜所设置的入射角的方式照射，并且使先行激光束的入射角比后行激光束的入射角大，并且使开口管的背面处的先行激光束的中心点与后行激光束的中心点之间的间隔为1mm以上，由此进行激光焊接。
在本发明的激光焊接钢管的制造方法中，先行激光束和后行激光束的入射角优选为5°～50°。另外，也可以使用光学部件将先行激光束以及后行激光束中的1种或者2种一分为二，并照射到边缘部的两侧。另外，优选在进行激光焊接时，对焊接部施加0.2mm～1.0mm的压缩。另外，优选先行激光束和后行激光束的激光输出合计超过16kW，并且以超过7m／分的焊接速度，来进行激光焊接。另外，优选在进行激光焊接之前不进行钢板的预热，并且在进行激光焊接之后实施切削或者磨削来加工焊缝。
根据本发明，在制造激光焊接钢管时，能够防止飞溅物的产生并抑制焊接部的下陷、不满，并且能够不降低焊接效率地获得质量良好的焊接部。结果，能够高合格率地稳定制造激光焊接钢管。得到的激光焊接钢管的接缝的低温韧性、耐腐蚀性优良，适用于在寒冷地区、腐蚀环境下使用的油井管、管线管。
附图说明
图1是示意性表示应用本发明来用两道激光束焊接开口管的边缘部的接合点的例子的立体图。此外，用透视图表示小孔和在其周围形成的熔融金属。
图2是示意性表示用一道激光束焊接开口管的边缘部的接合点的现有的例子的立体图。此外，用透视图表示小孔和在其周围形成的熔融金属。
图3是示意性表示图1的先行激光束、后行激光束以及垂直于开口管的上表面的线的配置的例子的侧视图。
图4是示意性表示开口管的上表面处的先行激光束的照射区域、后行激光束的照射区域以及边缘部的配置的例子的俯视图。
具体实施方式
图1是示意性表示应用本发明来用两道激光束焊接开口管的边缘部的例子的立体图。图1中的箭头A表示焊接进行方向。此外，用透视图表示由激光束3a、3b的照射产生的小孔4和在其周围形成的熔融金属5。
在本发明中，使两道激光束3a、3b沿开口管1的边缘部2从开口管1的上表面侧照射。此时，如果利用光学部件(例如棱镜等)将由单一的光纤传输的激光束一分为二并且照射，则无法分别独立地设定后述的入射角、光斑直径。因此，需要分别使用不同的光纤传输两道激光束3a、3b。
可以使用1台激光振荡器，也可以使用2台。在使用1台激光振荡器传输两道激光束的情况下，只要将振荡的激光在振荡器内分割，然后，分别通过不同的光纤传输即可。
如图1所示，激光束3a、3b沿边缘部2前后配置。将在开口管1的上表面侧沿焊接进行方向先行的激光束设为先行激光束3a，将后行的激光束设为后行激光束3b。
(1)先行激光束以及后行激光束的正焦点处的光斑直径：
在先行激光束3a、后行激光束3b的正焦点处的光斑直径为0.3mm以下时，焊接时的焊缝的宽度变窄，产生坡口的熔融残余。因此，使正焦点处的光斑直径超过0.3mm。另一方面，如果光斑直径超过1mm，则能量密度较小，所以小孔难以稳定。因此，先行激光束3a、后行激光束3b的正焦点处的光斑直径优选在1mm以下。
先行激光束3a、后行激光束3b的光斑形状优选为圆形，但也可以为椭圆形(ovalfigure)。在光斑形状为椭圆形的情况下，需要正对焦处的短径超过0.3mm。而且，鉴于与上述圆形的情况相同的理由，短径优选为1mm以下。
(2)从开口管的上表面到焦点的距离：
将从开口管的上表面到焦点的距离设为t(mm)，将开口管的钢板厚设为T(mm)，如果从开口管的上表面到焦点的距离t超过3×T(即从上表面朝上方3T)，则焦点的位置过高，所以难以稳定维持小孔。另一方面，如果超过-3×T(即从上表面朝下方3T)，则焦点的位置过深，所以容易从钢板的背面(即开口管的内表面)侧产生飞溅物。因此，优选将从开口管的上表面到焦点的距离t设定在-3×T～3×T的范围内。
(3)先行激光束的入射角和后行激光束的入射角：
图3是示意性表示图1的先行激光束3a、后行激光束3b以及垂直于开口管1上表面的线的配置的例子的侧视图。如图3所示，先行激光束3a和后行激光束3b都以朝箭头A所示的焊接进行方向倾斜的方式照射到开口管1上表面。将该先行激光束3a与垂直于开口管1上表面的线构成的角θa设为先行激光束3a的入射角，将后行激光束3b与垂直于开口管1表面的线构成的角θb设为后行激光束3b的入射角，并设定为使各入射角满足θa>θb。
并且，先行激光束3a和后行激光束3b以不在开口管1的钢板内部交叉的方式配置。如果将从钢板1的上表面到先行激光束3a与后行激光束3b的交叉位置的距离设为X(mm)，将钢板1的板厚设为T(mm)，则优选将X设定在0(即钢板1的上表面)≤X≤2×T(即从钢板1的上表面朝上方2T)的范围内。其理由是在X<0的情况下先行激光束3a和后行激光束3b在钢板1的内部交叉，所以先行激光束3a和后行激光束3b的各小孔4合为一体而产生巨大的小孔，由此容易大量产生飞溅物。另一方面，在X>2×T的情况下，熔融金属5分离所以对接部的熔融变得不稳定，由此容易大量产生飞溅物。
此外，如果将先行激光束3a的入射角θa和后行激光束3b的入射角θb设定为θa<θb，则从后行激光束3b所穿过的开口管1的上表面到背面的距离变长，所以后行激光束3b的能量衰减，加热效率(heatingefficiency)降低。因此，虽然获得先行激光束3a对边缘部2的预热效果(preheatingeffect)，但后行激光束3b对边缘部2的熔融变得不稳定。
另外，如果设定为θa=θb，则先行激光束3a和后行激光束3b的各小孔4容易合为一体而产生巨大的小孔，由此可能大量产生飞溅物。
因此，需要将先行激光束3a和后行激光束3b的入射角设定为θa>θb。即，在先行激光束3a预热边缘部2时为了抑制飞溅物而增大倾斜角θa。在后行激光束3b熔融边缘部2时为了提高加热效率而减小倾斜角θb。
这样，先行激光束3a预热边缘部2。而且先行激光束3a朝焊接进行方向倾斜而照射，所以能够抑制飞溅物的产生。接着，后行激光束3b熔融边缘部2。此时边缘部2被预热，所以不产生飞溅物。结果，能够减少飞溅物，进而能够防止下陷、不满。
在先行激光束3a的入射角θa不足5°时，入射角θa过小，所以表现出与垂直照射先行激光束3a的情况相同的举动，无法得到抑制飞溅物的产生的效果。另一方面，如果入射角θa超过50°，则从先行激光束3a所穿过的开口管1的上表面到背面的距离变长，所以先行激光束3a的能量衰减，无法得到充分的预热效果。因此，先行激光束3a的入射角θa优选在5°～50°的范围内。
同样，在后行激光束3b的入射角θb不足5°时，入射角θb过小，所以表现出与垂直照射后行激光束3b的情况相同的举动，无法得到抑制飞溅物的产生的效果。另一方面，如果入射角θb超过50°，则从后行激光束3b所穿过的开口管1的上表面到背面的距离变长，所以后行激光束3b的能量衰减，无法获得充分的焊透深度。因此，后行激光束3b的入射角θb优选在5°～50°的范围内。
(4)开口管的背面侧的先行激光束与后行激光束的中心点的间隔：
而且，将开口管1的背面侧的先行激光束3a与后行激光束3b的中心点的间隔L设为1mm以上。如果间隔L在1mm以上，则在背面侧熔池沿焊接进行方向延伸，来自背面侧的飞溅物的产生量减少，由此可得到没有下陷、不满的焊缝。但是如果间隔L超过10mm，则背面侧的熔池分离，所以容易产生飞溅物。因此，先行激光束3a与后行激光束3b的中心点的间隔L优选在1mm～10mm的范围内。
(5)压缩量(upsetlength)：
另外，在进行激光焊接时，优选对焊接部施加0.2mm～1.0mm的压缩。在压缩量不足0.2mm时，无法使由激光焊接产生的气孔消失。另一方面，如果超过1.0mm，则激光焊接变得不稳定，飞溅物的产生量增加。
(6)开口管的边缘部的接合点：
开口管1的边缘部2的接合点只要位于使边缘部2的板厚方向的平均间隔G被挤压辊压窄而达到0.5mm以下的位置即可。
另外，在从激光振荡器分别由不同光纤传输的先行激光束3a、后行激光束3b中，也可以利用光学部件(例如棱镜等)将先行激光束3a或者后行激光束3b一分为二并且照射到边缘部2的两侧。图4(b)是将后行激光束3b一分为二(照射区域3-2、3-3)并且照射到边缘部2的两侧的例子，图4(c)是将先行激光束3a一分为二(照射区域3-1、3-2)并且照射到边缘部2的两侧的例子。或者如图4(d)所示，也可以将先行激光束3a一分为二(照射区域3-1、3-2)并将后行激光束3b一分为二(照射区域3-3、3-4)并且照射到边缘部2的两侧。只要这样照射先行激光束3a、后行激光束3b，就能够容易维持边缘部2穿过照射区域内的状态。
(7)激光束的激光输出以及焊接速度：
一般，激光输出越低、焊接速度越慢则在激光焊接时产生的飞溅物越少。然而为了抑制飞溅物的产生而降低激光输出和焊接速度意味着降低激光焊接钢管的生产性。因此，在本发明中，优选先行激光束3a和后行激光束3b的激光束的激光输出合计超过16kW，并且以超过7m／分的焊接速度来进行激光焊接。在激光输出合计在16kW以下时，焊接速度变为7m／分以下，所以导致激光焊接钢管的生产性降低。
(8)开口管上表面处的激光束的照射区域与焊接线的间隔
如图4(a)所示，优选将先行激光束3a和后行激光束3b配置为开口管1上表面处的照射区域3-1、3-2的中心与边缘部2一致。但是，难以维持该配置来进行焊接，焊接施工中开口管1上表面处的照射区域3-1、3-2的中心未必一定与边缘部2一致。如果照射区域3-1、3-2的中心与边缘部2的间隔增大，则先行激光束3a、后行激光束3b从对接坡口脱离，容易产生坡口的熔融残余等焊接缺陷。
即使照射区域3-1、3-2的中心与边缘部2不一致，如果以边缘部2通过照射区域3-1、3-2内的状态进行焊接，则不会产生焊接缺陷。因此，优选照射区域3-1、3-2的中心与边缘部2的间隔均在照射区域3-1、3-2的半径以内。
在本发明中，即使是厚壁材料(例如厚度4mm以上)的开口管，也能够不用通过高频加热(high-frequencyinductionheating)等预热边缘部，来进行激光焊接。但是，如果通过高频加热等对边缘部进行预热，则能够得到提高激光焊接钢管的生产性等的效果。如果进行基于高频加热的预热则在焊接部形成堆高(excessiveconvexity)，但在激光焊接后通过切削或磨削除去该堆高就可更好地完成焊接部的表面性状。
(8)激光束的振荡器
本发明所使用的激光束的振荡器(oscillator)可以使用各种形态的振荡器，优选将气体(例如CO2(carbondioxidegas)、氦-氖(helium-neon)、氩(argon)、氮气(nitrogen)、碘(iodine)等)用作介质的气体激光器(gaslaser)、将固体(例如掺杂了稀土元素的YAG等)用作介质的固体激光器(solidlaser)、用光纤(fiber)代替分散材料(bulk)作为激光介质(lasermedium)的光纤激光器(fiberlaser)、盘状激光器(disklaser)等。或者也可以使用半导体激光器(semiconductorlaser)。
(9)辅助热源：
可以从开口管1的外面侧利用辅助热源(auxiliaryheatsource)进行加热。该辅助热源只要能够加热熔融开口管1的外表面，就对其结构没有特别限定。例如，优选利用燃烧器熔化法(burnermeltingmethod)、等离子体熔化法(plasmameltingmethod)、TIG熔化法(TungstenInertGasmeltingmethod)、电子束熔化法(electronbeammeltingmethod)、激光熔化法(leserbeammeltingmethod)等方法。
此外，优选将辅助热源与激光束的振荡器配置为一体。其理由是如果辅助热源和激光不配置为一体，则为了获得辅助热源的效果而需要较多的热量，很难抑制焊接缺陷(例如下陷、不满等)。并且，更优选为使辅助热源比激光束的振荡器更靠前配置。其理由是能够除去边缘部的水分、油分。
而且，优选使用电弧作为优选的辅助热源。电弧的产生源使用能够朝抑制熔融金属烧穿(burn-through)的方向施加电磁力(即由焊接电流的磁场产生的电磁力)的装置。例如，能够使用TIG焊接法(tungsteninertgaswelding)、等离子弧焊法(plasmaarcwelding)等以往公知的技术。此外，优选电弧的产生源与激光束配置为一体。其理由如上所述，将在产生电弧的焊接电流(weldingcurrent)的周边产生的磁场(magneticfield)的影响有效地施加于由激光束产生的熔融金属。并且，更优选为使电弧的产生源比激光束靠前配置。其理由是能够除去边缘部的水分、油分。
而且，将本发明与气体保护焊、添加填充金属等以往公知的技术组合也会有效果。这样的复合焊接的技术不仅适用于焊接钢管的制造，还适用于厚钢板的焊接。
如以上说明那样，根据本发明，在制造激光焊接钢管时适当地保证光斑直径，并适当排列两道激光束，并且控制激光束的入射角等激光焊接的条件，从而能够防止飞溅物的产生，能够抑制焊接部的下陷、不满，并且能够不降低焊接效率地得到质量良好的焊接部，能够高合格率地稳定制造激光焊接钢管。得到的激光焊接钢管能发挥激光焊接的优点，使接缝的低温韧性、耐腐蚀性优良，适用于在寒冷地区、腐蚀环境下使用的油井管、管线管。
实施例
利用成形辊将带状的钢板成形为圆筒状的开口管，利用挤压辊一边对该开口管的边缘部进行加压一边如图1所示那样从上表面侧照射两道激光束来制造激光焊接钢管。钢板的成分如表1所示。
在激光焊接中，使用2台最大输出为10kW的光纤激光振荡器，焊接条件如表2所示。从开口管的上表面到焦点的距离t(mm)相对于板厚T都为1／2T。表1中的激光束的入射角θa、θb是图3所示的角度。入射角为负表示使激光束朝焊接进行方向A的相反方向倾斜而照射。
表2中的焊接钢管No.1～4、7～10是如图4(a)所示那样配置激光束的例子，焊接钢管No.5、11是如图4(b)所示那样配置激光束的例子，焊接钢管No.6是如图4(c)所示那样配置激光束的例子。
在表2所示的发明例(焊接钢管No.1～6)中，激光束的正焦点处的光斑直径、以及开口管的背面侧的先行激光束与后行激光束的中心点的间隔满足本发明的范围，并且使先行激光束、后行激光束朝焊接进行方向倾斜而照射，并且将先行激光束的入射角θa设定为比后行激光束的入射角θb大。
在表2中的比较例中，焊接钢管No.7是将后行激光束的入射角θb设为0°的例子(即垂直照射的例子)，焊接钢管No.8是背面侧的先行激光束与后行激光束的中心点的间隔超出本发明的范围的例子，焊接钢管No.9是后行激光束的正焦点处的光斑直径超出本发明的范围的例子，焊接钢管No.10是使先行激光束朝焊接进行方向A的相反方向倾斜而照射的例子，焊接钢管No.11是使先行激光束的入射角θa比后行激光束3b的入射角θb小的例子。
在这样进行了激光焊接后，目视观察焊接钢管的上表面，调查飞溅物的附着状况。另外，目视观察焊接钢管的上表面以及背面的焊缝，调查下陷、不满的产生状况。其结果如表3所示。
由表3可知，在发明例中不产生飞溅物的附着以及下陷、不满。
可知在比较例7～9中虽然没有飞溅物的附着，但产生下陷、不满或坡口的熔融残余。在比较例10、11中飞溅物大量附着而且产生不满。
产业上的利用可能性
在制造激光焊接钢管时，能够高合格率地稳定制造激光焊接钢管，所以在工业上起到显著效果。
附图标记的说明
1...开口管；2...边缘部；3...激光束；3a...先行激光束；3b...后行激光束；4...小孔(空洞)；5...熔融金属；6...接缝。

Claims (11)

1.一种激光焊接钢管的制造方法，利用成形辊将钢板成形为圆筒状的开口管，一边利用挤压辊对该开口管的边缘部进行加压一边照射激光束来对所述边缘部进行激光焊接，
所述激光焊接钢管的制造方法的特征在于，
将分别使用不同的光纤传输且正焦点处的光斑直径超过0.3mm且在1mm以下的两道激光束沿所述边缘部从所述开口管的上表面侧照射，将在所述开口管的上表面侧沿焊接进行方向先行的先行激光束以及后行的后行激光束以从垂直于所述开口管的上表面的方向朝所述焊接进行方向倾斜所设置的入射角的方式照射，并且使所述先行激光束的入射角比所述后行激光束的入射角大，并且使所述开口管的背面处的所述先行激光束的中心点与所述后行激光束的中心点之间的间隔为1mm～10mm，由此进行激光焊接。
2.根据权利要求1所述的激光焊接钢管的制造方法，其特征在于，
所述先行激光束和所述后行激光束的入射角为5°～50°。
3.根据权利要求1所述的激光焊接钢管的制造方法，其特征在于，
使用光学部件将所述先行激光束以及所述后行激光束中的1种或者2种一分为二，并照射到所述边缘部的两侧。
4.根据权利要求2所述的激光焊接钢管的制造方法，其特征在于，
使用光学部件将所述先行激光束以及所述后行激光束中的1种或者2种一分为二，并照射到所述边缘部的两侧。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的激光焊接钢管的制造方法，其特征在于，
在进行所述激光焊接时，对焊接部施加0.2mm～1.0mm的压缩。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的激光焊接钢管的制造方法，其特征在于，
所述先行激光束和所述后行激光束的激光输出合计超过16kW，并且以超过7m/分的焊接速度，来进行所述激光焊接。
7.根据权利要求5所述的激光焊接钢管的制造方法，其特征在于，
所述先行激光束和所述后行激光束的激光输出合计超过16kW，并且以超过7m/分的焊接速度，来进行所述激光焊接。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的激光焊接钢管的制造方法，其特征在于，
在进行所述激光焊接之前不进行所述钢板的预热，并且在进行所述激光焊接之后实施切削或者磨削来加工焊缝。
9.根据权利要求5所述的激光焊接钢管的制造方法，其特征在于，
在进行所述激光焊接之前不进行所述钢板的预热，并且在进行所述激光焊接之后实施切削或者磨削来加工焊缝。
10.根据权利要求6所述的激光焊接钢管的制造方法，其特征在于，
在进行所述激光焊接之前不进行所述钢板的预热，并且在进行所述激光焊接之后实施切削或者磨削来加工焊缝。
11.根据权利要求7所述的激光焊接钢管的制造方法，其特征在于，
在进行所述激光焊接之前不进行所述钢板的预热，并且在进行所述激光焊接之后实施切削或者磨削来加工焊缝。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2547987C1 (ru) * 2011-03-29 2015-04-10 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Способ лазерной сварки
RU2552826C2 (ru) 2011-03-30 2015-06-10 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Способ изготовления стальной трубы лазерной сваркой
US20130309000A1 (en) * 2012-05-21 2013-11-21 General Electric Comapny Hybrid laser arc welding process and apparatus
JP6327453B2 (ja) * 2014-04-22 2018-05-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザ溶接方法及び装置
JP6108178B2 (ja) 2014-06-16 2017-04-05 トヨタ自動車株式会社 レーザー溶接装置およびレーザー溶接方法
US20170304943A1 (en) * 2014-09-01 2017-10-26 Toyota Motor Europe Systems for and method of welding with two collections of laser heat source points
JP6391412B2 (ja) * 2014-10-16 2018-09-19 株式会社Ｉｈｉ検査計測 レーザ溶接方法及びレーザ溶接装置
DE102015207279A1 (de) 2015-04-22 2016-10-27 Ipg Laser Gmbh Fügevorrichtung und Fügeverfahren
JP6241459B2 (ja) * 2015-07-31 2017-12-06 トヨタ自動車株式会社 溶接構造体の製造方法
DE102017107725A1 (de) 2017-04-10 2018-10-11 Bpw Bergische Achsen Kg Verfahren zum Herstellen eines Achskörpers einer Fahrzeugachse sowie Achskörper einer Fahrzeugachse
RU2660791C1 (ru) * 2017-07-04 2018-07-09 Публичное акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" (ПАО "ЧТПЗ") Способ лазерно-дуговой сварки стыка заготовок из углеродистой стали с толщиной стенок 10-45 мм
PL234003B1 (pl) * 2018-02-01 2019-12-31 Przedsiebiorstwo Uslug Technicznych Firmus Spólka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia Sposób spawania laserowego spoin czołowych i pachwinowych wymienników ciepła
DE102018219280A1 (de) * 2018-11-12 2020-05-14 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum spritzerfreien Schweißen, insbesondere mit einem Festkörperlaser
JP7400808B2 (ja) * 2019-03-27 2023-12-19 株式会社プロテリアル 溶接管の製造方法及び溶接管の製造装置
CN111215749A (zh) * 2019-11-15 2020-06-02 上海交通大学 具有Al-Si镀层热成形钢板的双光束激光拼焊方法
DE102020216163A1 (de) 2019-12-20 2021-06-24 Sms Group Gmbh Stumpfstoßlasertiefschweißverfahren
RU2751407C1 (ru) * 2020-10-16 2021-07-13 Открытое Акционерное Общество "Тяжпрессмаш" Способ производства сварных шестигранных труб размером "под ключ" 252+2х5+0,7х4300+20 мм из боросодержащего листового проката для оборудования АЭС
CN113798677B (zh) * 2021-09-14 2024-02-27 江苏科技大学 一种双相不锈钢与钛合金的焊接方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59101293A (ja) * 1982-11-30 1984-06-11 Sumitomo Metal Ind Ltd 溶接管の製造方法
EP0245145A1 (fr) * 1986-04-21 1987-11-11 Cmb Packaging S.A. Procédé de soudage au laser et installation mettant en oeuvre ce procédé
CN1140116A (zh) * 1995-04-28 1997-01-15 日本钢管株式会社 焊接钢管的制造方法
JP2009178768A (ja) * 2008-02-01 2009-08-13 Sumitomo Metal Ind Ltd レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置
JP2009269036A (ja) * 2008-04-30 2009-11-19 Tokyu Car Corp レーザ溶接方法

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0199789A (ja) * 1987-10-13 1989-04-18 Kawasaki Steel Corp 溶接管の製造方法
DE3843841A1 (de) 1988-12-24 1990-06-28 Fraunhofer Ges Forschung Laserstrahlschweissverfahren
JP3285435B2 (ja) 1993-07-07 2002-05-27 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JPH07144288A (ja) * 1993-11-19 1995-06-06 Sumitomo Metal Ind Ltd レーザー製管溶接方法
JP2902550B2 (ja) 1994-01-25 1999-06-07 住友重機械工業株式会社 レーザ加工機
RU2062195C1 (ru) * 1994-08-10 1996-06-20 Акционерное общество закрытого типа "Технолазер" Способ лазерной сварки труб
JP2836498B2 (ja) * 1994-09-19 1998-12-14 住友金属工業株式会社 レーザ溶接製管方法
JP2861836B2 (ja) * 1994-12-02 1999-02-24 住友金属工業株式会社 フェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法
JP3079962B2 (ja) * 1995-07-12 2000-08-21 日本鋼管株式会社 溶接鋼管の製造方法
RU2116181C1 (ru) * 1997-02-07 1998-07-27 Акционерное общество закрытого типа "Технолазер" Лазерный комплекс для проводки трубопроводов
JPH11123578A (ja) 1997-10-22 1999-05-11 Isuzu Motors Ltd レーザ加工ヘッド
JP2000000683A (ja) * 1998-06-12 2000-01-07 Advanced Materials Processing Inst Kinki Japan レーザ溶接方法
WO2000066314A1 (en) * 1999-04-30 2000-11-09 Edison Welding Insitute Coated material welding with multiple energy beams
JP4395217B2 (ja) 1999-05-17 2010-01-06 株式会社アマダエンジニアリングセンター レーザ溶接用複合ヘッド
FR2830477B1 (fr) * 2001-10-09 2004-02-06 Usinor Procede et dispositif de soudage par recouvrement a l'aide d'un faisceau a haute densite d'energie de deux toles revetues
WO2003031108A1 (en) * 2001-10-09 2003-04-17 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Process for avoiding cracking in welding
JP2003334686A (ja) 2002-05-22 2003-11-25 Denso Corp レーザ加工スパッタ付着防止
DE10261422B4 (de) * 2002-12-30 2014-04-03 Volkswagen Ag Laserschweiß- und lötverfahren sowie Vorrichtung dazu
JP4120408B2 (ja) 2003-01-21 2008-07-16 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 レーザとアークの複合溶接方法およびそれに用いる溶接継手の開先形状
JP2004330299A (ja) 2003-04-15 2004-11-25 Nippon Steel Corp 溶接部強度に優れたレーザ溶接方法
KR100489692B1 (ko) 2004-06-16 2005-05-17 엘에스전선 주식회사 플라즈마와 레이저를 이용한 연속적인 맞대기 용접방법 및이를 이용한 금속관 제조방법
US8253062B2 (en) 2005-06-10 2012-08-28 Chrysler Group Llc System and methodology for zero-gap welding
UA20464U (en) * 2006-08-15 2007-01-15 Yurii Yosypovych Smyrnov Heterogeneous contact pair
FR2908677B1 (fr) 2006-11-17 2009-02-20 Air Liquide Procede de soudage par faisceau laser a penetration amelioree
JP5122986B2 (ja) 2008-01-10 2013-01-16 新日鐵住金株式会社 鋼板のレーザ溶接方法およびその装置
CN101983110B (zh) * 2008-03-31 2014-06-25 杰富意钢铁株式会社 用高密度能量束接合的焊接钢管及其制造方法
JP5375527B2 (ja) * 2008-10-31 2013-12-25 Ｊｆｅスチール株式会社 レーザ溶接鋼管の製造方法
CN102015193B (zh) 2008-11-27 2013-07-24 松下电器产业株式会社 复合焊接方法和复合焊接装置
JP5248347B2 (ja) * 2009-01-21 2013-07-31 株式会社総合車両製作所 レーザ溶接方法
US20100288738A1 (en) * 2009-05-15 2010-11-18 General Electric Company Welding apparatus and method
RU2552826C2 (ru) 2011-03-30 2015-06-10 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Способ изготовления стальной трубы лазерной сваркой

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59101293A (ja) * 1982-11-30 1984-06-11 Sumitomo Metal Ind Ltd 溶接管の製造方法
EP0245145A1 (fr) * 1986-04-21 1987-11-11 Cmb Packaging S.A. Procédé de soudage au laser et installation mettant en oeuvre ce procédé
CN1140116A (zh) * 1995-04-28 1997-01-15 日本钢管株式会社 焊接钢管的制造方法
JP2009178768A (ja) * 2008-02-01 2009-08-13 Sumitomo Metal Ind Ltd レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置
JP2009269036A (ja) * 2008-04-30 2009-11-19 Tokyu Car Corp レーザ溶接方法

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