JP2861836B2 - Laser welding method for ferritic stainless steel - Google Patents

Laser welding method for ferritic stainless steel

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JP2861836B2
JP2861836B2 JP6299863A JP29986394A JP2861836B2 JP 2861836 B2 JP2861836 B2 JP 2861836B2 JP 6299863 A JP6299863 A JP 6299863A JP 29986394 A JP29986394 A JP 29986394A JP 2861836 B2 JP2861836 B2 JP 2861836B2
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ferritic stainless
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    • 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
    • B23K2103/05Stainless steel

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フェライト系ステンレ
ス鋼のレーザ溶接方法に係わり、より詳しくは、加工性
の良好な溶接部が得られるフェライト系ステンレス鋼の
レーザ溶接方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for laser welding ferritic stainless steel, and more particularly, to a method for laser welding ferritic stainless steel capable of obtaining a welded portion having good workability.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ溶接は、レーザ光を細いビームに
集光して被溶接部に照射することによって被溶接部を溶
融接合する方法で、低入熱で深い溶け込み深さが得ら
れ、かつ低歪の高速溶接が可能であるとともに、溶接幅
が狭いため熱影響による材質の劣化が少ない溶接方法で
あることから、フェライト系ステンレス鋼等の溶接法と
して広く使用されている(特開昭56−168988号
公報等)。
2. Description of the Related Art Laser welding is a method in which a laser beam is condensed into a thin beam and radiated to a welded portion to melt-join the welded portion. A low heat input and a deep penetration depth are obtained. It is widely used as a welding method for ferritic stainless steel and the like because it is a welding method capable of high-speed welding with low distortion and small deterioration of the material due to heat influence due to a narrow welding width (Japanese Patent Laid-Open No. 168988).

【0003】しかし、肉厚が2.0mm以上の厚肉のフ
ェライト系ステンレス鋼を溶接した場合、その溶接部の
結晶粒が一部粗大化した組織となり、この粗大化した結
晶粒が溶接部の靭性を劣化させる原因であるといわれて
いる。
However, when a thick ferritic stainless steel having a thickness of 2.0 mm or more is welded, a structure in which the crystal grains of the welded portion are partially coarsened is formed. It is said to be the cause of deterioration in toughness.

【0004】一般に、へき開破壊を伴う材料の破壊靭性
値や脆性破壊の遷移温度は、材料の結晶粒径に依存し、
結晶粒径が大きくなればなるほど脆くなることが知られ
ており、フェライト系ステンレス鋼はその代表的な材料
である。従って、フェライト系ステンレス鋼の溶接部の
靭性劣化を防止して十分な加工性能を確保するために
は、その溶接部の結晶粒径の細粒化を図ることが必要不
可欠になる。
Generally, the fracture toughness value of a material accompanied by cleavage fracture and the transition temperature of brittle fracture depend on the crystal grain size of the material.
It is known that the larger the crystal grain size is, the more brittle it is. Ferritic stainless steel is a typical material. Therefore, in order to prevent deterioration of the toughness of the welded part of ferritic stainless steel and to secure sufficient processing performance, it is essential to reduce the crystal grain size of the welded part.

【0005】しかしながら、厚肉のフェライト系ステン
レス鋼を溶接すると、前述したように、その溶接部の結
晶粒が一部粗大化して靭性劣化を招くといわれている
が、レーザ溶接した場合における靭性劣化の詳細なメカ
ニズムは不明であった。
[0005] However, it is said that when a thick ferritic stainless steel is welded, as described above, the crystal grains in the welded portion are partially coarsened and the toughness is degraded. The detailed mechanism of was unknown.

【0006】そこで、本発明者等は、厚肉のフェライト
系ステンレス鋼をレーザ溶接した場合に生じる溶接部の
靭性劣化原因を解明すべく、種々実験研究を行った結
果、次の事実を知見した。
The present inventors have conducted various experimental studies to elucidate the cause of the deterioration of the toughness of the welded portion that occurs when thick ferritic stainless steel is laser-welded, and have found the following facts. .

【0007】すなわち、肉厚が2.0mm以上の厚肉の
フェライト系ステンレス鋼を、被溶接材の突き合わせ形
状を図8に示すI型形状にしてレーザ溶接する場合に
は、被溶接材の肉厚が厚ければ厚いほどレーザの貫通力
が小さくなので、内面側のビード幅を確保することが困
難となって溶け込み不足等の溶接欠陥が生じるため、溶
接速度を遅くする必要がある。しかし、溶接速度を遅く
すると、溶接時に発生するプラズマ塊の量が多くなり、
そのプラズマ塊の熱エネルギーによって、図9に示す如
く、被溶接材の外表面側の溶融幅が内面側に比べ大きく
なったワインカップ状の溶接部形状を示すようになる。
この結果、溶接部は、その外表面側の溶融金属部の凝固
速度が遅くなるため、外表面側に溶接金属の中央部で結
晶粒が一部粗大化して外表面側方向へ縦に伸びた柱状晶
組織と、内面側に溶接中心に対して直交する方向へ伸び
た細粒の柱状晶組織とが混在した組織となり、前者の外
表面側方向へ縦に伸びた結晶粒の粗大化した柱状晶組織
が靭性劣化を生じさせることが明かとなった。
That is, when a thick ferritic stainless steel having a thickness of 2.0 mm or more is laser-welded with the butt shape of the material to be welded being an I-shape as shown in FIG. 8, the thickness of the material to be welded is increased. The thicker the thickness is, the smaller the laser penetration force is. Therefore, it is difficult to secure a bead width on the inner surface side, and welding defects such as insufficient penetration occur, so that it is necessary to reduce the welding speed. However, when the welding speed is reduced, the amount of plasma mass generated during welding increases,
Due to the thermal energy of the plasma mass, as shown in FIG. 9, the welded material has a wine cup-shaped welded shape in which the melting width on the outer surface side is larger than that on the inner surface side.
As a result, since the solidification rate of the molten metal portion on the outer surface side of the welded portion becomes slower, the crystal grains partially coarsened in the central portion of the weld metal on the outer surface side and vertically extended toward the outer surface side. A columnar crystal structure and a fine-grained columnar crystal structure extending in the direction orthogonal to the weld center on the inner surface are mixed, and the coarse columnar crystal grains vertically extending in the outer surface direction of the former. It became clear that the crystal structure causes toughness degradation.

【0008】このことは、次の実験結果から明かであ
る。
This is clear from the following experimental results.

【0009】図10は、代表的なフェライト系ステンレ
ス鋼であるSUS430からなる鋼板を管状に成形した
後、図11に示すように、左右一対の押圧治具9、9を
用いて鋼板の両エッジ相互を突き合わせ、そのエッジ間
ギャップをゼロとした状態の上記I型形状の突き合わせ
部にレーザビームを照射して貫通溶接を行って外径4
8.6mm、肉厚3mmの溶接管を作成し、その溶接部
の断面マクロ観察を行って前記結晶粒の粗大化した柱状
晶組織の存在を確認した後、50mm長さに切断し、外
表面方向へ縦に伸びた結晶粒の粗大化した柱状晶組織部
分を除去すべく溶接余盛り部を含めて管外表面より0.
5mmの肉厚部分を切削除去して肉厚2.5mmとした
試験材(以下、減厚材という)と、溶接余盛り部のみを
切削除去する一方、内面側の肉厚を0.5mm切削除去
して肉厚2.5mmとした試験材(以下、溶接まま材と
いう)とを、それぞれ80個準備し、種々の温度で溶接
部を水平方向に位置させて密着偏平試験を行った時の割
れ発生率(試験片本数比率)を調べた結果である。
FIG. 10 shows that a steel plate made of SUS430, which is a typical ferritic stainless steel, is formed into a tube, and then, as shown in FIG. A laser beam is applied to the above-mentioned I-shaped butted portion in a state where the gap between the edges is made zero, and the outer diameter of the butted portion is reduced by 4 mm.
A welded tube having a thickness of 8.6 mm and a thickness of 3 mm was prepared, and macroscopic observation of a cross section of the welded portion was performed to confirm the presence of the coarse columnar crystal structure of the crystal grains. In order to remove the coarse columnar crystal structure portion of the crystal grains extending vertically in the direction, it is 0.1 mm from the outer surface of the tube including the extra weld portion.
A test material (hereinafter referred to as a reduced thickness material) having a thickness of 2.5 mm by cutting and removing a 5 mm thick portion, and cutting and removing only an excess weld portion, while cutting a 0.5 mm thick inner surface. Eighty test pieces each having a thickness of 2.5 mm removed (hereinafter referred to as as-welded materials) were prepared, and the flattening test was performed by placing the welded portions at various temperatures in the horizontal direction. It is the result of having investigated the crack generation rate (the ratio of the number of test pieces).

【0010】図10から明らかなように、管外表面から
0.5mmの肉厚部分を切削除去した減厚材(図中、○
印で示す)では、−50℃でも割れの発生が認められな
いが、溶接余盛り部のみと内面側肉厚を0.5mm切削
除去した溶接まま材(図中、●印で示す)では、0℃か
ら割れが発生していることから、結晶粒の粗大化した柱
状晶組織が溶接部の靭性劣化、換言すれば加工性劣化の
原因であることを示している。
As is apparent from FIG. 10, a reduced thickness material obtained by cutting and removing a 0.5 mm thick portion from the outer surface of the tube (in FIG.
), No cracking was observed even at -50 ° C. However, in the as-welded material in which only the extra welded portion and the inner surface side wall thickness were cut and removed by 0.5 mm (indicated by ● in the figure), The occurrence of cracks at 0 ° C. indicates that the columnar crystal structure in which the crystal grains are coarsened causes deterioration of the toughness of the welded portion, in other words, deterioration of the workability.

【0011】ところで、厚肉のフェライト系ステンレス
鋼をレーザ溶接した場合、溶接部の外表面側に生じる上
記結晶粒の粗大化した柱状晶組織の生成を防止あるいは
抑制する方法としては、次に述べる方法が考えられる。
By the way, when a thick ferritic stainless steel is laser-welded, a method of preventing or suppressing the formation of the coarse columnar crystal structure of the crystal grains generated on the outer surface side of the welded portion will be described below. A method is conceivable.

【0012】第1の方法は、被溶接材の突き合わせ形状
を上記I型形状(図8参照)にするとともに、図12に
示すように、溶接トーチ10から供給する加工センター
ガスの流量を増加させるか、または溶接トーチ10の下
流側にサイドガスノズル11を配置してサイドガスを吹
き付けてレーザ溶接時に発生するプラズマ塊の発生量を
抑制して溶接する方法であり、第2の方法は、図13に
示すように、被溶接材の突き合わせ形状をV型形状にし
てプラズマ塊の熱エネルギーによる外表面側部分の被溶
接材の溶融量を減少させるように溶接する方法であり、
これらの方法による場合には、溶接部形状が図14に示
すような形状となり、外表面側での結晶粒が粗粒化して
縦に成長するのが抑制され、比較的細粒の横方向の柱状
晶組織が得られる。しかし、上記第1の方法では、ガス
流で溶金流を押圧かつ乱すため、図14に示すように、
アンダーカット13等の溶接欠陥を発生させる。また、
上記第2の方法では、被溶接材の開先断面積が大きいた
め、溶金量が不足して前記同様にアンダーカット13や
アンダービード等の溶接欠陥を発生させるという問題が
ある。
In the first method, the shape of the butted material to be welded is set to the above-mentioned I-shaped shape (see FIG. 8), and as shown in FIG. 12, the flow rate of the processing center gas supplied from the welding torch 10 is increased. Alternatively, a side gas nozzle 11 is disposed downstream of the welding torch 10 and a side gas is blown to suppress the amount of plasma lumps generated during laser welding to perform welding. The second method is shown in FIG. As shown in the above, a method of welding the material to be welded so that the butt shape of the material to be welded is V-shaped so as to reduce the amount of fusion of the material to be welded on the outer surface side portion due to the thermal energy of the plasma mass,
In the case of using these methods, the shape of the welded portion has a shape as shown in FIG. 14, the crystal grains on the outer surface side are suppressed from coarsening and growing vertically, and the relatively fine grains in the horizontal direction are suppressed. A columnar structure is obtained. However, in the first method, since the gas flow presses and disturbs the molten metal flow, as shown in FIG.
A welding defect such as the undercut 13 is generated. Also,
In the second method, since the groove cross-sectional area of the material to be welded is large, there is a problem that the amount of the molten metal is insufficient and welding defects such as the undercut 13 and the underbead are generated as described above.

【0013】なお、特開昭56−9088号公報には、
溶接線に対して2つのレーザビームを直列に照射してビ
ードの形状を整形するレーザ溶接法が提案されている
が、フェライト系ステンレス鋼を溶接した場合に生じる
溶接部の靭性劣化を防止する手段については何等示して
いない。
Incidentally, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 56-9088 discloses that
A laser welding method has been proposed in which two laser beams are irradiated in series on a welding line to shape a bead, but a means for preventing deterioration in the toughness of a weld portion caused when a ferritic stainless steel is welded. Is not shown at all.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の実状
に鑑みなされたもので、加工センターガス流量の増加、
サイドガス吹き付けの採用および被溶接材の突き合わせ
形状にV型形状を採用することなく、溶接部の外表面側
に生じる粗大異方位結晶粒部分を効果的に細粒化させ得
て、優れた加工性、具体的には例えば溶接余盛り部を除
去した溶接管を−40℃で密着偏平試験した場合におい
ても溶接部に割れが発生しないという、優れた加工性を
備える溶接部を有するフェライト系ステンレス鋼のレー
ザ溶接方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made in consideration of the above problems.
It is possible to effectively refine the coarsely misoriented crystal grains generated on the outer surface side of the welded part without adopting the side gas spraying and adopting the V-shaped shape for the butted material to be welded. Ferritic stainless steel having a welded part with excellent workability, in which cracks do not occur in the welded part even when, for example, a welded pipe from which a weld excess part has been removed is subjected to an adhesion flatness test at −40 ° C. An object of the present invention is to provide a method for laser welding steel.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次のフ
ェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法にある。
The gist of the present invention resides in the following laser welding method for ferritic stainless steel.

【0016】フェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方
法において、第1のレーザビームによって貫通溶接され
た溶接部の温度が400℃以下になっ後、この溶接部
に対して前記第1のレーザビームによる貫通溶接時の被
溶接材外表面における溶融幅と同等の溶融深さが得られ
る出力で第2のレーザビームを照射することを特徴とす
るフェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法。
[0016] In the laser welding method of ferritic stainless steel, after the temperature of the welds penetration welding by the first laser beam becomes 400 ° C. or less, penetration by the first laser beam to the weld A laser welding method for ferritic stainless steel, comprising: irradiating a second laser beam with an output capable of obtaining a melting depth equivalent to a melting width on an outer surface of a material to be welded.

【0017】[0017]

【作用】以下、添付図面に基づいて本発明をさらに詳細
に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

【0018】図1は、本発明に係わるフェライト系ステ
ンレス鋼のレーザ溶接方法を、溶接管の製造に適用した
場合の実施態様の一例を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an embodiment in which the laser welding method for ferritic stainless steel according to the present invention is applied to the production of a welded pipe.

【0019】図1において、OPはオープンパイプであ
って、このオープンパイプOPはフェライト系ステンレ
ス鋼からなる帯鋼を図示しない成形ロール群に通して横
断面U形から両エッジ部E、Eが相対向する横断面O形
に曲成される。オープンパイプOPは、白抜き矢符方向
に移送されて誘導加熱コイル1を通過する際に、V形を
形成する帯鋼両エッジ部E、Eが所定温度に予熱され
る。
In FIG. 1, OP is an open pipe, and the open pipe OP is formed by passing a band steel made of ferritic stainless steel through a group of forming rolls (not shown) so that both edge portions E and E are relatively opposed from a U-shaped cross section. It is bent to the opposite cross section O shape. When the open pipe OP is conveyed in the direction of the outline arrow and passes through the induction heating coil 1, both edges E, E of the strip forming the V shape are preheated to a predetermined temperature.

【0020】次いで、オープンパイプOPは、左右一対
のスクイズロール2、2間に通され、帯鋼両エッジ部
E、Eの肉厚方向の間隙がゼロとなるように横断面形状
が前述したI型形状になるように突き合わせされ、この
突き合わせ部の上方に配置された第1の溶接トーチ3か
ら照射されるレーザビームによって貫通溶接されて溶接
管Pとなるが、本発明では第1の溶接トーチ3の下流側
に配置された冷却水噴射ノズル4aと、窒素ガス、アル
ゴンガス等からなる不活性ガス噴射ノズル4bとからな
る局部強制冷却装置4によって貫通溶接された溶接部W
Bを強制冷却した後、この強制冷却された溶接部WBに
対して局部強制冷却装置4の下流側に近接配置された第
2の溶接トーチ5から所定出力のレーザビームを照射す
る。
Next, the open pipe OP is passed between the pair of left and right squeeze rolls 2 and 2 and has the above-mentioned cross-sectional shape I so that the gap in the thickness direction between both edges E and E of the steel strip becomes zero. It is butt-joined so as to have a mold shape, and is through-welded by a laser beam emitted from a first welding torch 3 arranged above the butt portion to form a welded pipe P. In the present invention, the first welding torch is used. 3 is welded through-welded by a local forced cooling device 4 including a cooling water injection nozzle 4a disposed downstream of the cooling water injection nozzle 3 and an inert gas injection nozzle 4b formed of nitrogen gas, argon gas, or the like.
After forcibly cooling B, a laser beam having a predetermined output is applied to the forcibly cooled weld WB from a second welding torch 5 disposed close to the downstream side of the local forced cooling device 4.

【0021】詳しくは、局部強制冷却装置4によって4
00℃以下の温度にまで強制冷却された溶接部WBに対
し、第1の溶接トーチ3から照射されるレーザビームに
よって貫通溶接した時の被溶接材料の外表面における溶
融幅と同等の溶融深さが得られる出力で第2の溶接トー
チ5からレーザビームを照射する。
More specifically, the local forced cooling device 4
Melt depth equivalent to the melt width on the outer surface of the material to be welded when the welded portion WB forcibly cooled to a temperature of 00 ° C. or less is welded through by a laser beam emitted from the first welding torch 3 Is irradiated with a laser beam from the second welding torch 5 with an output that yields

【0022】このように、第1のレーザビームによって
貫通溶接された溶接部WBを400℃以下の温度にまで
強制冷却した後、この強制冷却された溶接部を第1のレ
ーザビームによる溶接時の被溶接材料の外表面における
溶融幅と同等の溶融深さが得られる出力の第2のレーザ
ビームを照射することにより、溶接部の外表面側に生じ
た結晶粒の粗大化した外表面側へ縦に伸びた柱状晶組織
の部分が、図2に示すように、細粒化された横方向に伸
びた柱状晶組織となり、溶接部の靭性低下が防止され
る、換言すれば溶接部の加工性の向上が図れる。
After the welded portion WB welded through by the first laser beam is forcibly cooled to a temperature of 400 ° C. or less, the forcibly cooled welded portion is welded by the first laser beam. By irradiating a second laser beam with an output that can obtain a melting depth equivalent to the melting width on the outer surface of the material to be welded, the crystal grains generated on the outer surface side of the welded portion are coarsened to the outer surface side. As shown in FIG. 2, the portion of the columnar crystal structure extending vertically becomes a finely grained columnar crystal structure extending in the horizontal direction, thereby preventing a decrease in the toughness of the welded portion, in other words, processing the welded portion. Performance can be improved.

【0023】これは、上記第1のレーザビームによる溶
接時に生じる結晶粒の粗大化した外表面側へ縦に伸びた
柱状晶組織の深さは、本発明者等の種々実験研究の結果
によれば、溶接部の外表面の溶融幅程度であることか
ら、第2のレーザビームの出力を第1のレーザビームに
よる溶接部の被溶接材外表面における溶融幅と同等の溶
融深さが得られるようすることで、始めて靭性劣化起因
となる異常組織の部分を再溶融細粒化させることが可能
となるためである。
This is because the depth of the columnar crystal structure vertically extending to the outer surface side where the crystal grains are coarsened and formed at the time of welding by the first laser beam is based on the results of various experimental studies by the present inventors. For example, since the welding width is about the melting width of the outer surface of the welded portion, the output of the second laser beam can be obtained by the first laser beam at a melting depth equivalent to the melting width of the welded material outer surface of the welded portion. By doing so, it is possible to re-melt and refine the portion of the abnormal structure that causes toughness degradation for the first time.

【0024】また、第1のレーザビームによる貫通溶接
時に生じた溶接部の粗大結晶粒の柱状晶組織を再溶融さ
せて細粒組織にするためには、第1のレーザビームによ
る溶接部の冷却過程において結晶粒の成長過程の温度で
あるときに第2のレーザビームを照射しても何等の効果
もなく、再溶融部の結晶粒が成長してその結晶方位およ
び粒径は第1のレーザビームによる溶接部と同等になっ
てしまう。従って、第1のレーザビームによる溶接部の
結晶粒の成長が完全に停止しており、かつ第1のレーザ
ビームによる溶接部の予熱効果によって第2のレーザビ
ームによる溶接部の結晶粒が再び成長する温度以下にな
ってから第2のレーザビームを照射する必要があるが、
第1のレーザビームによる溶接部の温度が400℃以下
であれば再溶融による細粒化が可能となるためである。
このことは、図3に示す実験結果から明かである。
Further, in order to remelt the columnar crystal structure of the coarse crystal grains of the weld portion generated at the time of penetration welding by the first laser beam into a fine grain structure, the first laser beam is used to cool the weld portion. Irradiating the second laser beam at the temperature of the crystal grain growth process in the process has no effect, and the crystal grain in the remelted portion grows and its crystal orientation and grain size are changed by the first laser beam. It will be equivalent to a beam weld. Therefore, the growth of the crystal grains of the weld by the first laser beam is completely stopped, and the crystal grains of the weld by the second laser beam grow again due to the effect of preheating the weld by the first laser beam. It is necessary to irradiate the second laser beam after the temperature falls below
This is because if the temperature of the welded portion by the first laser beam is 400 ° C. or lower, finer particles can be formed by remelting.
This is clear from the experimental results shown in FIG.

【0025】図3は、溶接余盛り部を除去した溶接管を
−40℃で密着偏平試験した場合の溶接部の割れ発生
(再溶融による細粒化)に及ぼす第2のレーザビームを
照射する前の溶接部温度の影響を調べた結果を示す図で
あるが、第2のレーザビームを照射する前の溶接部温度
が400℃を超えると溶接部に割れが発生し、400℃
以下では溶接部に割れの発生がないことから明らかであ
る。なお、上記第2のレーザビーム照射による異常組織
部分の再溶融による細粒化は、上記したように第1のレ
ーザビーム照射による溶接部の温度が400℃以下で十
分に図れるが、より安定的に図るためには100℃以
下、より好ましくは室温近傍の温度になってから第2の
レーザビームを照射するのが望ましい。
FIG. 3 shows that a second laser beam is applied to generate cracks (refinement by re-melting) in a welded portion when a welded tube from which a weld excess portion has been removed is subjected to an adhesion flatness test at -40 ° C. It is a figure which shows the result of having investigated the influence of the welding part temperature before, when the welding part temperature before irradiating a 2nd laser beam exceeds 400 degreeC, a crack will generate | occur | produce in a welding part and 400 degreeC
In the following, it is clear from the fact that there is no crack in the welded portion. In addition, the grain refinement by remelting of the abnormal structure portion by the second laser beam irradiation can be sufficiently achieved when the temperature of the welded portion by the first laser beam irradiation is 400 ° C. or lower as described above, but is more stable. In order to achieve this, it is desirable that the second laser beam be irradiated after the temperature reaches 100 ° C. or lower, more preferably, around room temperature.

【0026】また、図1に示した実施態様では、高速溶
接を可能ならしめるため、帯鋼両エッジ部E、Eを誘導
加熱コイル1によって予熱するようにしたが、これは省
略することができる。さらに、局部強制冷却手段を設け
て第1のレーザビームによる溶接部を強制冷却して第2
のレーザビームを直ちに照射するするようにしたが、局
部強制冷却手段を省略し、第1のレーザビームによる溶
接部の温度が400℃以下になる下流側の適宜位置、あ
るいはオフラインにおいて第2のレーザビームを照射す
るようにしてもよいことはいうまでもない。またさら
に、本発明の方法は、溶接管の製造に限らず、例えば平
板の突き合わせ溶接、溶接形鋼の製造等にも適用できる
こともいうまでもない。
In the embodiment shown in FIG. 1, both edges E and E of the steel strip are preheated by the induction heating coil 1 in order to enable high-speed welding, but this can be omitted. . Further, a local forced cooling means is provided to forcibly cool the welded portion by the first laser beam and to perform second cooling.
The laser beam was immediately irradiated, but the local forced cooling means was omitted and the second laser was placed at an appropriate position on the downstream side where the temperature of the welded portion by the first laser beam became 400 ° C. or less, or off-line. It goes without saying that a beam may be applied. Furthermore, it goes without saying that the method of the present invention can be applied not only to the production of welded pipes, but also to, for example, butt welding of flat plates, production of welded steel sections, and the like.

【0027】さらに、本発明では、上記したように、第
1のレーザビームと第2のレーザビームを溶接線に対し
て直列に配置して照射するに際し、第1のレーザビーム
と第2のレーザビームとは、図4に示すように、伝送途
中の第1のレーザビームを半透過ミラー6によってチョ
ッピングして第2のレーザビームとする方法、図5に示
すように、集光前のレーザビームを角度を有する分割平
面ミラー7によって2分割した後、さらに集光ミラー8
によって第1のレーザビームと第2のレーザビームに分
割するツインビーム法、図6に示すように、それぞれ独
立した図示しないレーザ発振機から第1のレーザビーム
と第2のレーザビームを供給する方法のいずれであって
もよい。
Further, according to the present invention, as described above, when irradiating the first laser beam and the second laser beam in series with respect to the welding line, the first laser beam and the second laser beam are used. A beam is a method of chopping a first laser beam during transmission as shown in FIG. 4 by a semi-transmissive mirror 6 to form a second laser beam. As shown in FIG. Is split into two by a split plane mirror 7 having an angle,
Twin beam method in which the laser beam is split into a first laser beam and a second laser beam by a method shown in FIG. 6, in which a first laser beam and a second laser beam are supplied from independent laser oscillators (not shown). Any of these may be used.

【0028】[0028]

【実施例】表1に示す化学成分を有するフェライト系ス
テンレス鋼製で、肉厚2.5mmの帯鋼を用いて外径4
8.6mmのオープンパイプに連続的に成形し、このオ
ープンパイプの帯鋼両エッジ相互をスクイズロールによ
ってその肉厚方向の間隙がゼロとなるようにその突き合
わせ形状がI形状になるように突き合わせ、帯鋼両エッ
ジ相互が当接した衝合部に、表2に示す条件で、第1の
レーザビームを照射して貫通溶接し、次いでこの貫通溶
接した溶接部を強制冷却して後、第2のレーザビームを
照射して溶接管を得た。
EXAMPLE A 2.5 mm-thick strip steel made of ferritic stainless steel having the chemical components shown in Table 1 was used and had an outer diameter of 4 mm.
An 8.6 mm open pipe is continuously formed, and both ends of the steel strip of the open pipe are butted by a squeeze roll so that a butt shape becomes an I shape so that a gap in a thickness direction becomes zero. Under the conditions shown in Table 2, a first laser beam was applied to the abutted portion where both edges of the steel strip abuted to each other to perform penetration welding. Was applied to obtain a welded tube.

【0029】なお、比較のため、表2に示す条件で、第
1のレーザビームを照射して貫通溶接し、この貫通溶接
した溶接部を強制冷却せずに表2に示す温度の溶接部に
対して第2のレーザビームを照射したもの、および表2
に示す条件で第1のレーザビームを照射して貫通溶接し
たままのものも準備した。また、レーザ発振機はいずれ
も炭酸ガスレーザ発振機であり、第2のレーザビームは
定格出力2kWのものを用いその出力を調整し、第1の
レーザビームはその焦点を管外表面に、第2のレーザビ
ームはその焦点を溶接ビードの外表面に設定して照射し
た。さらに、比較のために行った溶接部を強制冷却しな
い場合における第2のレーザビームの照射位置は、第1
のレーザビームの照射位置より250mm下流側の位置
とした。
For comparison, the first laser beam was irradiated and pierced and welded under the conditions shown in Table 2, and the pierced weld was welded to the weld at the temperature shown in Table 2 without forced cooling. Table 2
1 was irradiated with the first laser beam under the conditions shown in FIG. Each of the laser oscillators is a carbon dioxide gas laser oscillator. The second laser beam has a rated output of 2 kW and its output is adjusted. The first laser beam has its focal point on the outer surface of the tube and the second laser beam has the second laser beam. The laser beam was irradiated with its focus set on the outer surface of the weld bead. Further, the irradiation position of the second laser beam in the case where the welded portion performed for comparison is not forcibly cooled is the first laser beam.
At a position 250 mm downstream from the irradiation position of the laser beam.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】これら得られた溶接管の溶接余盛部を管外
径に沿って研削除去した後、長さ50mmの管状試験片
を各20個採取し、溶接部が水平位置に位置するように
位置させて各種温度で密着偏平試験を行って溶接部の割
れ発生率を求め、溶接部の加工性を評価した。その結果
を、図7に示した。なお、図7中、○印は本発明法によ
た場合、●印は単一レーザビームによる従来法によった
場合、×印は溶接部を強制冷却しない本発明の比較法に
よった場合である。
After grinding the excess weld portion of the obtained weld tube along the outer diameter of the tube, 20 tubular test pieces each having a length of 50 mm were sampled, and the welded portion was positioned horizontally. The flattening test was carried out at various temperatures at each position to determine the crack occurrence rate of the welded portion, and the workability of the welded portion was evaluated. The result is shown in FIG. In FIG. 7, the mark ○ indicates the case according to the method of the present invention, the mark 場合 indicates the case according to the conventional method using a single laser beam, and the mark × indicates the case according to the comparative method of the present invention in which the weld is not forcibly cooled. It is.

【0033】図7から明らかなように、単一レーザビー
ム溶接の従来法では、割れ発生遷移温度が0℃で溶接部
の加工性が劣っており、また溶接部を強制冷却せずに第
2のレーザビームを照射した比較法では、割れ発生遷移
温度が−20℃で溶接部の加工性が劣っている。これに
対し、本発明法では、割れ発生遷移温度が−50℃で溶
接部の加工性が著しく改善されている。
As is apparent from FIG. 7, in the conventional method of single laser beam welding, the transition temperature of crack initiation is 0 ° C., and the workability of the weld is inferior. In the comparative method in which the laser beam was irradiated, the transition temperature for crack initiation was −20 ° C., and the workability of the weld was inferior. On the other hand, in the method of the present invention, the workability of the welded portion is remarkably improved when the transition temperature for crack initiation is −50 ° C.

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明の方法によれば、加工センターガ
ス流量の増加、サイドガス吹き付けの採用および被溶接
材の突き合わせ形状にV型形状を採用することなく、溶
接部の外表面側に生じる粗大結晶粒部分を効果的に細粒
化させ得うるので、溶接部の加工性に優れたフェライト
系ステンレス鋼からなる鋼製品を高能率に製造すること
ができる。
According to the method of the present invention, the gas is generated on the outer surface side of the welded portion without increasing the flow rate of the processing center gas, adopting the side gas spraying, and adopting the V-shape in the butt shape of the material to be welded. Since the coarse crystal grains can be effectively refined, a steel product made of ferritic stainless steel having excellent weldability can be manufactured with high efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のレーザ溶接方法を、溶接管の製造に適
用した場合の一実施態様を模式的に示す図である。
FIG. 1 is a view schematically showing one embodiment in which the laser welding method of the present invention is applied to the production of a welded pipe.

【図2】本発明のレーザ溶接方法によった場合に得られ
る溶接部の形状と組織を模式的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a shape and a structure of a welded portion obtained by a laser welding method of the present invention.

【図3】本発明の第2のレーザビーム照射前の溶接部温
度が再溶融による細粒化に及ぼす影響を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the effect of the temperature of a weld before irradiation with a second laser beam on grain refinement by remelting according to the present invention.

【図4】本発明の方法における第1のレーザビームと第
2のレーザビームの供給方法の一例を模式的に示す図で
ある。
FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of a method for supplying a first laser beam and a second laser beam in the method of the present invention.

【図5】本発明の方法における第1のレーザビームと第
2のレーザビームの供給方法の他の一例を模式的に示す
図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing another example of a method for supplying a first laser beam and a second laser beam in the method of the present invention.

【図6】本発明の方法における第1のレーザビームと第
2のレーザビームの供給方法のさらに他の一例を模式的
に示す図である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing still another example of a method of supplying a first laser beam and a second laser beam in the method of the present invention.

【図7】実施例の結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the results of an example.

【図8】I型形状の突き合わせによる従来の単一レーザ
ビームによるレーザ溶接方法を模式的に示す図である。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a conventional laser welding method using a single laser beam by abutting an I-shaped shape.

【図9】I型形状の突き合わせによる従来の単一レーザ
ビームで貫通溶接した場合に得られる溶接部の形状と組
織を模式的に示す図である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a shape and a structure of a welded portion obtained when a conventional single laser beam is pierced and welded by butt of an I-shaped shape.

【図10】I型形状の突き合わせによる従来の単一レー
ザビームで貫通溶接した場合に得られる溶接部の形状と
組織が溶接部の加工性に及ぼす影響を示す図である。
FIG. 10 is a view showing the influence of the shape and structure of a welded portion obtained when a conventional single laser beam is pierced by butting of an I-shaped shape on the workability of the welded portion.

【図11】I型形状の突き合わせの単一レーザビームに
よる従来のレーザ溶接法を溶接管の製造に適用した場合
の模擬溶接試験法を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a simulated welding test method in a case where a conventional laser welding method using a single laser beam having an I-shaped butt is applied to the production of a welded pipe.

【図12】従来のI型形状の突き合わせの単一レーザビ
ームによるレーザ溶接方法においてプラズマ塊の発生量
を低減させる方法を模式的に示す図である。
FIG. 12 is a view schematically showing a method for reducing the amount of generated plasma lumps in a conventional laser welding method using a single laser beam having an I-shaped shape butting.

【図13】V型形状の突き合わせによる従来の単一レー
ザビームによるレーザ溶接方法を模式的に示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram schematically showing a conventional laser welding method using a single laser beam by abutting V-shaped shapes.

【図14】V型形状の突き合わせによる単一レーザビー
ムによる従来のレーザ溶接方法またはI型形状の突き合
わせの単一レーザビームによるプラズマ塊発生量低減手
段を採用した従来のレーザ溶接方法で得られる溶接部の
形状と組織を模式的に示す図である。
FIG. 14 shows welding obtained by a conventional laser welding method using a single laser beam with a V-shaped butt or a conventional laser welding method employing a means for reducing the amount of plasma mass generated by a single laser beam with an I-shaped butt. It is a figure which shows the shape and structure | tissue of a part typically.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

OP:オープンパイプ 1 :誘導加熱コイル、2
:スクイズロール 3 :第1のレーザビームを
照射する溶接トーチ 4 :局部強制冷却装置 5 :第2のレーザビーム
を照射する溶接トーチ WB:溶接部 P :溶接管
OP: Open pipe 1: Induction heating coil, 2
: Squeeze roll 3: Welding torch for irradiating first laser beam 4: Local forced cooling device 5: Welding torch for irradiating second laser beam WB: Welded part P: Welded pipe

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 26/00 310 B21C 37/08──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) B23K 26/00 310 B21C 37/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】フェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方
法において、第1のレーザビームによって貫通溶接され
た溶接部の温度が400℃以下になっ後、この溶接部
に対して前記第1のレーザビームによる貫通溶接時の被
溶接材外表面における溶融幅と同等の溶融深さが得られ
る出力で第2のレーザビームを照射することを特徴とす
るフェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法。
1. A laser welding method of ferritic stainless steel, after the temperature of the first laser beam welds penetration welding by became 400 ° C. or less, the first laser beam to the weld A method of laser welding ferritic stainless steel, comprising irradiating a second laser beam with an output capable of obtaining a melting depth equivalent to a melting width on an outer surface of a material to be welded at the time of penetration welding by the method.
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