JP5866790B2 - Laser welded steel pipe manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、レーザビームを用いてオープンパイプの長手方向のエッジ部を溶接する鋼管(以下、レーザ溶接鋼管という)の製造方法に関し、特に油井管あるいはラインパイプ等の石油,天然ガスの採掘や輸送に好適なレーザ溶接鋼管の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a steel pipe (hereinafter referred to as a laser welded steel pipe) in which an edge portion of an open pipe is welded using a laser beam, and in particular, extraction and transportation of oil and natural gas such as an oil well pipe or a line pipe. The present invention relates to a method for manufacturing a laser welded steel pipe suitable for the above.

油井管あるいはラインパイプとして用いられる鋼管は、溶接鋼管(たとえば電縫鋼管,UOE鋼管等)とシームレス鋼管に大別される。これらの鋼管のうち、電縫鋼管は、熱間圧延した帯状の鋼板(いわゆるホットコイル)を素材として使用し、安価に製造できるので経済的に有利である。
しかし一般に電縫鋼管は、成形ロールを用いて鋼板を円筒状に成形してオープンパイプ(ここでオープンパイプとは、多段の成形ロールにより成形された端部が接合されていないパイプ状の鋼帯を言う。以下、オープンパイプと称す。)とし、そのオープンパイプのエッジ部(すなわち円筒状に成形した鋼帯の両側端部)をスクイズロールで加圧しながら電気抵抗溶接(高周波抵抗溶接とも呼ぶ)して製造するので、溶接による継ぎ目(いわゆるシーム)が必然的に存在し、そのシームの低温靭性が劣化するという問題がある。そのため電縫鋼管の油井管やラインパイプは、寒冷地での使用には課題がある。シームの低温靭性が劣化する理由は、エッジ部を溶接する際に高温の溶融メタルが大気中の酸素と反応して酸化物を生成し、その酸化物がシームに残留し易いからである。
Steel pipes used as oil well pipes or line pipes are roughly classified into welded steel pipes (for example, ERW steel pipes, UOE steel pipes, etc.) and seamless steel pipes. Among these steel pipes, ERW steel pipes are economically advantageous because they can be manufactured at low cost by using hot-rolled strip-shaped steel plates (so-called hot coils) as raw materials.
However, in general, ERW steel pipes are formed by forming steel plates into a cylindrical shape using forming rolls, and open pipes (here, open pipes are pipe-shaped steel strips that are formed by multi-stage forming rolls and not joined at the ends. Hereinafter, it is referred to as an open pipe), and electric resistance welding (also referred to as high-frequency resistance welding) is performed while pressing the edges of the open pipe (that is, both ends of the steel strip formed into a cylindrical shape) with a squeeze roll. Therefore, there is a problem that a seam by welding (so-called seam) inevitably exists, and the low temperature toughness of the seam deteriorates. Therefore, oil well pipes and line pipes of electric resistance steel pipes have problems in use in cold regions. The reason why the low temperature toughness of the seam deteriorates is that when the edge portion is welded, the high temperature molten metal reacts with oxygen in the atmosphere to generate an oxide, and the oxide tends to remain in the seam.

また電縫鋼管は、エッジ部を溶接する際に溶融メタル中で合金元素が偏析し易いので、シームの耐食性が劣化し易いという問題がある。そのため電縫鋼管の油井管やラインパイプは、厳しい腐食環境(たとえばサワー環境)での使用には課題がある。
一方でシームの低温靭性や耐食性を劣化させない溶接法として、レーザビームによる溶接(以下、レーザ溶接という)が注目されている。レーザ溶接は、熱源の寸法を小さくし、かつ熱エネルギーを高密度で集中できるので、溶融メタルにおける酸化物の生成や合金元素の偏析を防止できる。そのため、溶接鋼管の製造にレーザ溶接を適用すると、シームの低温靭性や耐食性の劣化を防止することが可能である。
In addition, the ERW steel pipe has a problem that the corrosion resistance of the seam tends to deteriorate because the alloy elements are easily segregated in the molten metal when the edge portion is welded. For this reason, oil-well pipes and line pipes of ERW steel pipes have problems in use in severe corrosive environments (for example, sour environments).
On the other hand, laser beam welding (hereinafter referred to as laser welding) has been attracting attention as a welding method that does not deteriorate the low temperature toughness and corrosion resistance of the seam. Laser welding makes it possible to reduce the size of the heat source and concentrate the heat energy at a high density, thereby preventing the formation of oxides and segregation of alloy elements in the molten metal. Therefore, when laser welding is applied to the production of a welded steel pipe, it is possible to prevent the low temperature toughness and corrosion resistance of the seam from being deteriorated.

そこで溶接鋼管の製造過程にて、オープンパイプのエッジ部にレーザビームを照射して溶接することによって鋼管(すなわちレーザ溶接鋼管)を製造する技術が実用化されている。
ところがレーザ溶接では、高密度エネルギー光線であるレーザビームを光学部品により集光して溶接部に照射することによって溶接を行うので、溶接の際に急激な金属の溶融を伴う。そのため、形成された溶融池から溶融メタルがスパッタとして飛散する。飛散したスパッタは、レーザ溶接鋼管に付着して鋼管の品質を低下させるとともに、溶接装置,光学部品および造管機にも付着して溶接の施工が不安定になる。また、レーザ溶接では熱エネルギーを高密度で集中して溶接を行なうので、スパッタが多量に発生し、アンダーカットやアンダーフィル(すなわち窪み)等の溶接欠陥が発生する。アンダーカットやアンダーフィルが発生すると、溶接部の強度が低下する。
Therefore, in the process of manufacturing a welded steel pipe, a technique for manufacturing a steel pipe (that is, a laser welded steel pipe) by irradiating the edge portion of the open pipe with a laser beam for welding has been put into practical use.
However, in laser welding, welding is performed by condensing a laser beam, which is a high-density energy beam, with an optical component and irradiating the welded portion, so that rapid melting of the metal is involved during welding. Therefore, molten metal scatters as spatter from the formed molten pool. The scattered spatter adheres to the laser-welded steel pipe and degrades the quality of the steel pipe, and also adheres to the welding apparatus, optical components, and the pipe making machine, and the welding work becomes unstable. Further, since laser welding is performed by concentrating heat energy at a high density, a large amount of spatter is generated, and welding defects such as undercut and underfill (that is, depressions) are generated. When undercut or underfill occurs, the strength of the welded portion decreases.

そこで、レーザ溶接にてスパッタの付着を防止する技術やスパッタの発生を防止する技術が種々検討されている。たとえば、レーザ出力を低減することによってスパッタの発生を防止する技術、あるいは焦点位置を大きくずらす(いわゆるデフォーカス)ことによってスパッタの発生を防止する技術が実用化されている。しかし、レーザ出力低減やデフォーカスは、溶接速度の減少(すなわち溶接効率の低下)を招くばかりでなく、溶込み不良が発生し易くなるという問題がある。   Therefore, various techniques for preventing the adhesion of spatter by laser welding and for preventing the occurrence of spatter have been studied. For example, a technique for preventing the occurrence of sputtering by reducing the laser output, or a technique for preventing the occurrence of sputtering by largely shifting the focal position (so-called defocusing) has been put into practical use. However, the reduction in laser output and defocus not only cause a reduction in welding speed (that is, a reduction in welding efficiency), but also have the problem that penetration defects are likely to occur.

特許文献1には、レーザビームを分光して複数個のスポットを生成させてスパッタの発生を防止する技術が開示されている。しかし、複数個のスポットに分散させてレーザ溶接を行う技術は、レーザ出力を低減してレーザ溶接を行う技術と同等であり、溶接効率の低下を招くばかりでなく、溶込み不良が発生し易くなるという問題がある。しかも、レーザビームを分光する光学部品が高価であるから、溶接の施工コストが上昇するのは避けられない。   Patent Document 1 discloses a technique for preventing the occurrence of sputtering by splitting a laser beam to generate a plurality of spots. However, the technique of performing laser welding by dispersing it in a plurality of spots is equivalent to the technique of performing laser welding by reducing the laser output, not only causing a decrease in welding efficiency, but also causing poor penetration. There is a problem of becoming. In addition, since optical components that split the laser beam are expensive, it is inevitable that the welding construction cost will increase.

特許文献2では、レーザ溶接を行なう際にフィラーワイヤを用いてアンダーフィルを防止する技術が開示されている。しかし、この技術ではフィラーワイヤの成分によって溶接金属の組成が変化する。そのため、オープンパイプの成分に応じてフィラーワイヤを選択しなければならず、フィラーワイヤの在庫管理やレーザ溶接の作業管理の負荷が増大する。   Patent Document 2 discloses a technique for preventing underfill using a filler wire when performing laser welding. However, in this technique, the composition of the weld metal changes depending on the filler wire components. Therefore, a filler wire must be selected according to the component of the open pipe, and the load of filler wire inventory management and laser welding work management increases.

特許文献3では、レーザ溶接とアーク溶接を複合して用いることによって、溶接欠陥を防止する技術が開示されている。しかし、この技術では溶接装置の構造が複雑になりメンテナンスの負荷が増大するばかりでなく、溶接の作業管理の負荷が増大する。
特許文献4では、2つの円形のビームスポットを用いる方法が開示されている。しかしながら、この技術では溶接部に応力が働く条件でのレーザ溶接において溶接欠陥は抑制されず、特に鋼板の裏面のスパッタ発生量が増大する。
Patent Document 3 discloses a technique for preventing welding defects by using a combination of laser welding and arc welding. However, with this technique, the structure of the welding apparatus becomes complicated and the load of maintenance increases, and the load of work management for welding also increases.
Patent Document 4 discloses a method using two circular beam spots. However, with this technique, welding defects are not suppressed in laser welding under conditions in which stress is applied to the welded portion, and in particular, the amount of spatter generated on the back surface of the steel sheet increases.

特許2902550号公報Japanese Patent No. 2902550 特開2004-330299号公報JP 2004-330299 A 特許4120408号公報Japanese Patent No. 4120408 特開2009-178768号公報JP 2009-178768

本発明は、レーザ溶接鋼管を製造するにあたって、レーザビームの照射角度,スポット径を適正に保ち、かつ2本以上のレーザビームを適正に配列するとともに、レーザ溶接の条件を制御することによって、溶接部のアンダーカトやアンダーフィルを抑制し、かつ溶接効率を低下させることなく良好な品質の溶接部を得るとともに、レーザ溶接鋼管を歩留り良く安定して製造する方法を提供することを目的とする。 In manufacturing a laser-welded steel pipe, the present invention keeps the laser beam irradiation angle and spot diameter properly, arranges two or more laser beams properly, and controls the laser welding conditions. suppressing undercover Tsu with or underfill parts, and with obtaining the welds of good quality without lowering the welding efficiency, and to provide a method of manufacturing a laser welded steel pipe with good yield stably .

発明者らは、オープンパイプのエッジ部にレーザ溶接を施してレーザ溶接鋼管を製造するにあたって、溶接欠陥のない溶接部を形成するためのレーザ溶接技術について調査検討した。
図1は、レーザ溶接鋼管を製造する際に、レーザビームを1本用いてオープンパイプ1のエッジ部2の接合点をレーザ溶接する例を模式的に示す斜視図である。図1中の矢印Aは、オープンパイプの進行方向を示す。なお、レーザビーム3の照射によって発生する深い空洞(以下、キーホールという)4と、その周辺に形成される溶融メタル5は透視図として示す。
The inventors have investigated and studied a laser welding technique for forming a welded portion having no welding defect when laser welding is performed on an edge portion of an open pipe to manufacture a laser welded steel pipe.
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example in which a welding point of the edge portion 2 of the open pipe 1 is laser-welded using one laser beam when manufacturing a laser-welded steel pipe. An arrow A in FIG. 1 indicates the traveling direction of the open pipe. A deep cavity 4 (hereinafter referred to as a keyhole) 4 generated by irradiation with the laser beam 3 and a molten metal 5 formed in the periphery thereof are shown as perspective views.

レーザビーム3を照射すると、図1に示すように、高密度で集中する熱エネルギーによってエッジ部2が溶融するとともに、その溶融メタル5が蒸発して発生する蒸発圧と蒸発反力によって、溶融メタル5にキーホール4が発生する。キーホール4の内部には、レーザビーム3が侵入し、金属蒸気がレーザビーム3のエネルギーによって電離されて生じた高温のプラズマが充満していると考えられる。   When the laser beam 3 is irradiated, as shown in FIG. 1, the edge portion 2 is melted by heat energy concentrated at high density, and the molten metal 5 is evaporated by the evaporation pressure and reaction force generated by evaporation of the molten metal 5. A keyhole 4 is generated at 5. It is considered that the laser beam 3 enters the inside of the keyhole 4 and high temperature plasma generated by ionizing the metal vapor by the energy of the laser beam 3 is filled.

このキーホール4は、レーザビーム3の熱エネルギーが最も収斂する位置を示すものである。エッジ部の接合点をキーホール4内に配置することによってレーザ溶接鋼管を安定して製造できる。ただし、エッジ部2の接合点とキーホール4とを一致させるためには、高精度の開先加工技術が必要である。エッジ部2の加工状態および突合せ状態が不安定であると、溶融メタル5が不安定になる。その結果、スパッタが多発し、アンダーカットやアンダーフィル等の溶接欠陥が発生し易くなる。   The keyhole 4 indicates a position where the thermal energy of the laser beam 3 is most converged. A laser welded steel pipe can be stably manufactured by disposing the joining point of the edge portion in the keyhole 4. However, in order to make the joint point of the edge part 2 and the keyhole 4 correspond, a highly accurate groove processing technique is required. If the processing state and the butting state of the edge portion 2 are unstable, the molten metal 5 becomes unstable. As a result, spatter frequently occurs, and welding defects such as undercut and underfill tend to occur.

また、スパッタを抑制するために、レーザ溶接や鋼管製造の設定条件を変更しても、鋼板の裏面からのスパッタを同時に抑制することはできず、スパッタ発生量の増大を招くこともある。
さらに、溶接部に加えられるアップセットによって溶融池に応力が働くような状況では、キーホールを維持するために、照射するレーザビームのエネルギーをより一層増大させる必要がある。その結果、スパッタが増加するとともに、開先が十分に溶融せず、アンダーカットやアンダーフィル等の溶接欠陥が発生する。
Further, even if the setting conditions for laser welding and steel pipe production are changed in order to suppress spatter, spatter from the back surface of the steel sheet cannot be suppressed at the same time, and the amount of spatter generated may be increased.
Furthermore, in a situation where stress is exerted on the weld pool due to the upset applied to the welded portion, it is necessary to further increase the energy of the irradiated laser beam in order to maintain the keyhole. As a result, spatter increases, the groove does not melt sufficiently, and welding defects such as undercut and underfill occur.

そこで発明者らは、エッジ部2の接合点に2本以上のレーザビームを照射する技術に着目した。その結果、レーザビームの照射位置を適正に配列するとともに、それぞれのレーザビームの照射角度やスポット径等を制御することによって、スパッタの発生を抑制できることが分かった。そして、溶接部のアンダーカットやアンダーフィルを抑制し、かつ溶接効率を低下させることなく良好な品質の溶接部を得るとともに、レーザ溶接鋼管を歩留り良く安定して製造できることが判明した。   Therefore, the inventors focused attention on a technique for irradiating two or more laser beams to the junction of the edge portion 2. As a result, it was found that the occurrence of spatter can be suppressed by properly arranging the irradiation positions of the laser beams and controlling the irradiation angle and spot diameter of each laser beam. It was also found that a laser welded steel pipe can be stably produced with a good yield while suppressing the undercut and underfill of the weld and obtaining a good quality weld without reducing the welding efficiency.

本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、板厚4mm以上の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、オープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながらオープンパイプの外面側からレーザビームを照射してエッジ部をレーザ溶接するレーザ溶接鋼管の製造方法において、I開先を形成するエッジ部にスクイズロールを用いて0.2〜1.0mmのアップセットを加えながら、それぞれ異なるファイバーを用いて伝送したジャストフォーカスでのスポット径が直径0.32〜0.64mmの2本以上のレーザビームを先行レーザビームと後行レーザビームとに分類し、先行レーザビームを後行レーザビームよりも溶接線方向に先行させて先行レーザビームによって溶融池を形成し、かつ先行レーザビームと後行レーザビームの鋼板内における中心線間隔を1.0〜2.5mmとするとともに、先行レーザビームの鋼板の表面におけるエネルギー密度を後行レーザビームより小さくし、2本以上のレーザビームのレーザ出力が合計16kWを超え、かつ7m/分を超える溶接速度で、レーザ溶接を行なうレーザ溶接鋼管の製造方法である。
The present invention has been made based on these findings.
That is, in the present invention, a steel plate having a thickness of 4 mm or more is formed into a cylindrical open pipe with a forming roll, and the edge portion of the open pipe is irradiated with a laser beam from the outer surface side while being pressed with a squeeze roll. In a laser welded steel pipe manufacturing method that uses laser welding, a spot in just focus that is transmitted using different fibers while adding 0.2-1.0mm upset using a squeeze roll to the edge forming the I groove. Two or more laser beams having a diameter of 0.32 to 0.64 mm are classified into a preceding laser beam and a succeeding laser beam, and the preceding laser beam precedes the succeeding laser beam in the welding line direction and is melted by the preceding laser beam. When the pond is formed and the center line interval of the preceding laser beam and the following laser beam in the steel plate is 1.0 to 2.5 mm In both cases, the energy density of the surface of the steel plate of the preceding laser beam is made smaller than that of the succeeding laser beam, and laser welding is performed at a welding speed where the laser output of two or more laser beams exceeds 16 kW in total and exceeds 7 m / min. It is a manufacturing method of a laser welded steel pipe.

本発明のレーザ溶接鋼管の製造方法においては、先行レーザビームの鋼板の表面におけるスポット径またはスポット長さを、後行レーザビームより大きくしてレーザ溶接を行なうことが好ましい。また、先行レーザビームと後行レーザビームが鋼板内で交差しないように配置してレーザ溶接を行なうことが好ましい。また、先行レーザビームの前進角を5〜50°とし、かつ後行レーザビームの後退角を0〜50°として貫通溶接を行なうことが好ましい。 In the laser welded steel pipe manufacturing method of the present invention, it is preferable to perform laser welding by making the spot diameter or spot length of the preceding laser beam on the surface of the steel plate larger than that of the subsequent laser beam. Further, it is preferable that the above line laser beam and the trailing laser beam is arranged so as not to intersect with the steel plate is performed with the laser welding. Further, it is preferable to perform through welding by setting the advance angle of the preceding laser beam to 5 to 50 ° and the receding angle of the following laser beam to 0 to 50 °.

さらに本発明のレーザ溶接鋼管の製造方法においては、レーザ溶接に先立って鋼板の予熱を行ない、かつレーザ溶接の後で切削または研削を施して溶接ビードを加工することが好ましい。 In the method of manufacturing a laser welded steel pipe of the present invention performs the preheating of the steel sheet prior to the record over laser welding, and it is preferable to process the weld bead is subjected to cutting or grinding after the laser welding.

本発明によれば、レーザ溶接鋼管を製造するにあたって、溶接部のアンダーカットやアンダーフィルを抑制し、かつ溶接効率を低下させることなく良好な品質の溶接部を得ることができる。その結果、レーザ溶接鋼管を歩留り良く安定して製造できる。得られたレーザ溶接鋼管は、シームの低温靭性や耐食性が優れており、寒冷地や腐食環境で使用する油井管やラインパイプに好適である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when manufacturing a laser-welded steel pipe, a weld part of favorable quality can be obtained, without suppressing the undercut and underfill of a weld part, and reducing a welding efficiency. As a result, the laser welded steel pipe can be manufactured stably with a high yield. The obtained laser welded steel pipe has excellent seam low-temperature toughness and corrosion resistance, and is suitable for oil well pipes and line pipes used in cold regions and corrosive environments.

1本のレーザビームでオープンパイプのエッジ部の接合点を溶接する例を模式的に示す斜視図である。なお、キーホールとその周囲に形成される溶融メタルを示した透視図として示す。It is a perspective view which shows typically the example which welds the junction of the edge part of an open pipe with one laser beam. In addition, it shows as a perspective view which showed the keyhole and the molten metal formed in the circumference | surroundings. 本発明を適用して2本以上のレーザビームの照射位置の例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of the irradiation position of two or more laser beams by applying this invention. 図2(a)に示す先行レーザビームと後行レーザビームの配置の例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of arrangement | positioning of the preceding laser beam and subsequent laser beam which are shown to Fig.2 (a).

本発明では、2本以上のレーザビームを、それぞれ異なるファイバーを用いて伝送し、オープンパイプの外側から先行レーザビームおよび後行レーザビームをエッジ部に照射する。2本以上のレーザビームを単一のファイバーで伝送すると、後述するスポット径,スポット長さ,エネルギー密度,照射角度等を個別に設定することはできない。そのため、2本以上のレーザビームを、それぞれ異なるファイバーを用いて伝送する必要がある。   In the present invention, two or more laser beams are transmitted using different fibers, and the edge portion is irradiated with the preceding laser beam and the subsequent laser beam from the outside of the open pipe. When two or more laser beams are transmitted by a single fiber, a spot diameter, a spot length, an energy density, an irradiation angle, etc., which will be described later, cannot be individually set. Therefore, it is necessary to transmit two or more laser beams using different fibers.

使用するレーザ発振器は1台でも良いし、あるいは複数台でも良い。レーザ発振器が1台で、2本以上のレーザビームを伝送する場合は、各ファイバーにレーザ光を分割すれば良い。
2本以上のレーザビームのジャストフォーカスでのスポット径は、いずれも直径0.3mmを超える必要がある。ここで、ジャストフォーカスでのスポット径は、レーザビームを光学的に集光させ、レーザビームの焦点平行部のビーム径を指す。つまりジャストフォーカスの位置では、レーザビームを光学的に集束させているので、レーザビームのエネルギー密度が最も高くなる。
One or more laser oscillators may be used. When one laser oscillator is used to transmit two or more laser beams, the laser light may be divided into each fiber.
The spot diameter at the just focus of two or more laser beams must exceed 0.3 mm in diameter. Here, the spot diameter at the just focus refers to the beam diameter of the focal parallel portion of the laser beam by optically condensing the laser beam. That is, at the just focus position, since the laser beam is optically focused, the energy density of the laser beam is the highest.

レーザビームのジャストフォーカスでのスポット径が0.32mm未満では、溶接時の溶接ビードの幅が狭くなり、開先の溶け残りが発生する。また、鋼板の溶融量を増加するためにはレーザ出力を大きくする必要があるので、0.32mm以上とする。一方、スポット径が0.64mmを超えると、キーホールが安定し難くなる。そのため、レーザビームのジャストフォーカスでのスポット径は0.64mm以下とするIn less than the laser beam spot diameter is 0. 32 mm in a just focus, the width of the weld bead during welding becomes narrow, undissolved groove occurs. Furthermore, since in order to increase the amount of melting of the steel sheet, it is necessary to increase the laser output, and 0. 32 mm or more. On the other hand, if the spot diameter exceeds 0.64 mm, the keyhole becomes difficult to stabilize. Therefore, the spot diameter at the just focus of the laser beam is not more than 0.64 mm.

レーザビームのスポット形状は円形が好ましいが、楕円形であっても良い。スポット形状が楕円形の場合は、短径が0.32mm以上である必要がある。また上記した円形の場合と同様の理由で、短径は0.64mm以下とする
溶接線に対してほぼ同一の垂直方向に2本以上のレーザビームを照射する場合は、レーザビームが通過する鋼板内の領域(以下、鋼板内という)の各スポット形状の一部が重複する、もしくは重複しないように照射し、かつ各レーザビームの鋼板表面でのスポット長さ(溶接線に対して垂直方向)を0.4mm以上とすることによって、接合点を溶融池内に配置することが比較的容易に可能となる。ここで、鋼板内は鋼板表面を含むものとする。なお、スポット長さは、レーザビームの一部が重複して連結されたスポット形状の溶接線の垂直方向で最も広幅の部位の長さを指し、レーザビームが重複しない場合は、溶接線の垂直方向で各スポット形状の最も幅の広幅の長さの合計を指す。
The spot shape of the laser beam is preferably circular, but may be elliptical. If the spot shape of an ellipse, the minor axis needs Ru der than 0. 32 mm. Also for the same reason as the case of the circular mentioned above, minor axis is not more than 0.64 mm.
When irradiating two or more laser beams in substantially the same vertical direction with respect to the weld line, a part of each spot shape of the region in the steel plate through which the laser beam passes (hereinafter referred to as the steel plate) overlaps. Alternatively, it is relatively easy to place the joint points in the molten pool by irradiating the laser beams so that they do not overlap and by setting the spot length of each laser beam on the steel sheet surface (perpendicular to the weld line) to 0.4 mm or more Easy to do. Here, the inside of a steel plate includes the steel plate surface. The spot length refers to the length of the widest part in the vertical direction of a spot-shaped weld line in which a part of the laser beam is overlapped and connected. If the laser beam does not overlap, the spot length is vertical. It refers to the sum of the widest widths of each spot shape in the direction.

そして、鋼板内におけるレーザビームの中心線間隔を溶接線方向に1.0〜2.5mmとする。つまり、先行レーザビームと後行レーザビームとに分類して溶接線方向に配列した各レーザビームの中心線(すなわち照射する光軸方向の中心線)を、溶接線方向に1.0〜2.5mmの間隔を設けて配列することによって、溶接線方向に伸びた1個の溶融池でのレーザ溶接が可能となる。 And the centerline space | interval of the laser beam in a steel plate shall be 1.0-2.5 mm in a weld line direction. In other words, the center lines of the laser beams that are classified into the preceding laser beam and the following laser beam and arranged in the welding line direction (that is, the center line in the optical axis direction to be irradiated) are spaced by 1.0 to 2.5 mm in the welding line direction. By arranging and arranging, it becomes possible to perform laser welding in one molten pool extending in the weld line direction.

先行レーザビームに複数本、もしくは、かつ後行レーザビームに複数本のレーザビームを用いる場合、先行レーザビームのうち後行レーザビームに最も近いものの中心線と後行レーザビームのうち先行レーザビームに最も近いものの中心線との溶接線方向の間隔を1.0〜2.5mmとする。
また、2本以上のレーザビームは、図2(a)〜図2(d)に示すような照射位置の配列が考えられる。図2(a)〜図2(d)は、2本以上のレーザビームの照射位置の例を示す平面図である。図2中の矢印Aはオープンパイプの進行方向を示す。図2(a)は、2本のレーザビームの照射位置の配列を示したもので、溶接方向に先行する先行レーザビーム3-1および後行する後行レーザビーム3-2を溶接線上に配置した例である。図2(b)は、3本のレーザビームの照射位置の配列を示したもので、先行レーザビーム3-1を溶接線上に配置し、後行レーザビーム3-2,3-3を溶接線の両側に配置した例である。図2(c)は、3本のレーザビームの照射位置の配列を示したもので、先行レーザビーム3-1,3-2を溶接線の両側に配置し、後行レーザビーム3-3を溶接線上に配置した例である。図2(d)は、4本のレーザビームの照射位置の配列を示したもので、先行レーザビーム3-1,3-2および後行レーザビーム3-3,3-4を溶接線の両側にそれぞれ配置した例である。
When using a plurality of laser beams for the preceding laser beam and a plurality of laser beams for the following laser beam, the center line of the preceding laser beam closest to the following laser beam and the preceding laser beam among the following laser beams are used. The distance in the weld line direction from the center line of the closest object is set to 1.0 to 2.5 mm .
Further, for two or more laser beams, an arrangement of irradiation positions as shown in FIGS. 2 (a) to 2 (d) can be considered. 2A to 2D are plan views showing examples of irradiation positions of two or more laser beams. An arrow A in FIG. 2 indicates the traveling direction of the open pipe. FIG. 2A shows the arrangement of the irradiation positions of two laser beams. The preceding laser beam 3-1 preceding the welding direction and the succeeding laser beam 3-2 are arranged on the welding line. This is an example. FIG. 2B shows the arrangement of the irradiation positions of the three laser beams. The preceding laser beam 3-1 is arranged on the weld line, and the subsequent laser beams 3-2 and 3-3 are weld lines. It is the example arrange | positioned on both sides. FIG. 2 (c) shows an arrangement of irradiation positions of three laser beams. The preceding laser beams 3-1 and 3-2 are arranged on both sides of the weld line, and the subsequent laser beam 3-3 is arranged. It is the example arrange | positioned on a weld line. FIG. 2 (d) shows the arrangement of the irradiation positions of the four laser beams. The preceding laser beams 3-1, 3-2 and the succeeding laser beams 3-3, 3-4 are arranged on both sides of the weld line. It is the example which has each arranged.

なお、2本以上のレーザビームの配列は、図2(a)〜図2(d)に限るものではなく、目的に応じて適宜配列を設定できる。また、本発明に用いるレーザビームの本数は、2本〜4本が好ましい。5本以上のレーザビームは、設備コスト,製造コストやレーザビームの位置制御が複雑になることから好ましくない。
2本以上のレーザビームを、図2(a)〜図2(d)に示すような位置に照射しつつ、所定の位置にエッジ部の接合点を配置するためには高精度の制御技術が必要である。そこで上記の2本以上のレーザビームが形成する溶融メタル内に、エッジ部の接合点を配置するように制御しながらレーザ溶接を行なっても良い。溶融メタルはレーザビームのスポット長さに比べて、パイプの周方向(溶接線に対して垂直方向)の長さが大きいので、比較的容易な技術によって制御できる。
Note that the arrangement of two or more laser beams is not limited to that shown in FIGS. 2A to 2D, and the arrangement can be appropriately set according to the purpose. The number of laser beams used in the present invention is preferably 2 to 4. Five or more laser beams are not preferable because the equipment cost, manufacturing cost, and laser beam position control are complicated.
In order to place the junction of the edge part at a predetermined position while irradiating two or more laser beams to the positions as shown in FIGS. is necessary. In view of this, laser welding may be performed while controlling so as to arrange the joining point of the edge portion in the molten metal formed by the two or more laser beams. Since the length of the molten metal is larger in the circumferential direction of the pipe (perpendicular to the weld line) than the spot length of the laser beam, it can be controlled by a relatively easy technique.

図2(a)に示すように、溶接線上に先行レーザビームと後行レーザビームを1本ずつ配置する場合は、先行レーザビーム3-1のスポット径を、後行レーザビーム3-2のスポット径より大きくしてレーザ溶接を行なうことが好ましい。図2(b)に示すように、先行レーザビーム(1本)を溶接線上に配置し、後行レーザビーム(2本)を溶接線の両側に配置する場合は、先行レーザビーム3-1のスポット径を、後行レーザビーム3-2,3-3のスポット長さより大きくしてレーザ溶接を行なうことが好ましい。図2(c)に示すように、先行レーザビーム(2本)を溶接線の両側に配置し、後行レーザビーム(1本)を溶接線上に配置する場合は、先行レーザビーム3-1,3-2のスポット長さを、後行レーザビーム3-3のスポット径より大きくしてレーザ溶接を行なうことが好ましい。図2(d)に示すように、先行レーザビーム(2本)を溶接線の両側に配置し、後行レーザビーム(2本)を溶接線の両側に配置する場合は、先行レーザビーム3-1,3-2のスポット長さを、後行レーザビーム3-3,3-4のスポット長さより大きくしてレーザ溶接を行なうことが好ましい。つまり、先行レーザビームによって溶融池を形成し、その溶融池内に後行レーザビームを照射するために、先行レーザビームのスポット径またはスポット長さを、後行レーザビームのスポット径またはスポット長さより大きくする。   As shown in FIG. 2A, when one preceding laser beam and one following laser beam are arranged on the weld line, the spot diameter of the preceding laser beam 3-1 is set to the spot of the following laser beam 3-2. Laser welding is preferably performed with a diameter larger than that. As shown in FIG. 2B, when the preceding laser beam (one) is arranged on the weld line and the succeeding laser beams (two) are arranged on both sides of the weld line, the preceding laser beam 3-1 Laser welding is preferably performed with the spot diameter larger than the spot length of the subsequent laser beams 3-2 and 3-3. As shown in FIG. 2 (c), when the preceding laser beams (2) are arranged on both sides of the welding line and the succeeding laser beam (1) is arranged on the welding line, the preceding laser beams 3-1, Laser welding is preferably performed with the spot length 3-2 being larger than the spot diameter of the subsequent laser beam 3-3. As shown in FIG. 2 (d), when the preceding laser beams (2) are arranged on both sides of the weld line and the succeeding laser beams (2) are arranged on both sides of the weld line, the preceding laser beam 3- Laser welding is preferably performed by setting the spot lengths 1 and 3-2 to be larger than the spot lengths of the following laser beams 3-3 and 3-4. That is, in order to form a molten pool with the preceding laser beam and irradiate the subsequent laser beam into the molten pool, the spot diameter or the spot length of the preceding laser beam is larger than the spot diameter or the spot length of the subsequent laser beam. To do.

先行レーザビームとして溶接線に対してほぼ同一の垂直線上に3本以上のレーザビームを照射し、かつ後行レーザビームとして溶接線に対してほぼ同一の垂直線上に3本以上のレーザビームを照射する場合は、鋼板の表面における溶接線に対して垂直方向の先行レーザビームのスポット長さを、後行レーザビームより大きくしてレーザ溶接を行なうことが好ましい。つまり、先行レーザビームによって溶融池を形成し、その溶融池内に後行レーザビームを照射するために、先行レーザビームのスポット長さを、後行レーザビームより大きくする。   Irradiate three or more laser beams on almost the same vertical line as the preceding laser beam, and irradiate three or more laser beams on the almost identical vertical line as the following laser beam. In this case, it is preferable to perform laser welding by setting the spot length of the preceding laser beam in the direction perpendicular to the welding line on the surface of the steel plate to be larger than that of the subsequent laser beam. That is, in order to form a molten pool with the preceding laser beam and irradiate the subsequent laser beam into the molten pool, the spot length of the preceding laser beam is made larger than that of the subsequent laser beam.

図2(c)(d)に示すように、先行レーザビーム(2本)を溶接線の両側に配置する場合は、鋼板の表面における先行レーザビームのスポット長さは0.4mm超えとすることが好ましい。先行レーザビームのスポット長さが0.4mm以下では、後行レーザビームを溶融池内に照射することが困難であり、スパッタが多発し、アンダーカットやアンダーフィル等の溶接欠陥が発生する。   As shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d), when the preceding laser beams (2) are arranged on both sides of the weld line, the spot length of the preceding laser beam on the surface of the steel plate should be more than 0.4 mm. preferable. When the spot length of the preceding laser beam is 0.4 mm or less, it is difficult to irradiate the subsequent laser beam into the molten pool, spatter frequently occurs, and welding defects such as undercut and underfill occur.

また図2(b)(d)に示すように、後行レーザビーム(2本)を溶接線の両側に配置する場合は、鋼板の表面における後行レーザビームのスポット長さは0.3mm超えとすることが好ましい。スポット長さが0.3mm以下では、溶接時の溶接ビードの幅が狭くなり、開先の溶け残りが発生する。
先行および後行のレーザビームにそれぞれ3本以上のレーザビームを用いる場合は、鋼板の表面における各レーザビームの溶接線に対して垂直方向のスポット長さを、先行レーザビームは0.4mm超えとし、後行レーザビームは0.3mm超えとする。このようにして接合点を溶融池内に比較的容易に配置することができる。先行および後行にそれぞれ2本以上のレーザビームを用いる場合、単一のファイバーで転送されたレーザビームを光学系部品で分割して用いても良い。
As shown in Fig. 2 (b) and (d), when two subsequent laser beams are arranged on both sides of the weld line, the spot length of the subsequent laser beam on the surface of the steel plate exceeds 0.3 mm. It is preferable to do. When the spot length is 0.3 mm or less, the width of the weld bead at the time of welding becomes narrow, and the unmelted groove is generated.
When three or more laser beams are used for the preceding and succeeding laser beams, the spot length in the direction perpendicular to the welding line of each laser beam on the surface of the steel plate is set to exceed 0.4 mm for the preceding laser beam, The trailing laser beam is over 0.3 mm. In this way, the joining points can be arranged relatively easily in the molten pool. When two or more laser beams are used for each of the preceding and succeeding laser beams, the laser beam transferred by a single fiber may be divided by optical system components.

また本発明では、先行レーザビームの鋼板の表面におけるエネルギー密度(2本以上照射する場合はその合計レーザ出力をレーザ照射面積の合計で除したもの)を、後行レーザビームの鋼板表面におけるエネルギー密度(2本以上照射する場合はその合計レーザ出力をレーザ照射面積の合計で除したもの)より小さくしてレーザ溶接を行なう。つまり、先行レーザビームによって溶融池を形成し、その溶融池内に後行レーザビームを照射するにあたって、先行レーザビームによって形成される溶融池からのスパッタの発生を抑制するために、先行レーザビームのエネルギー密度を小さくする。先行レーザビームのエネルギー密度を大きくすると、溶融池からのスパッタが増大し、かつ溶融池の揺動が大きくなる。その結果、後行レーザビームによってスパッタがさらに増大するとともに、アンダーカットやアンダーフィル等の溶接欠陥が多量に発生する。 In the present invention, the energy density of the preceding laser beam on the surface of the steel sheet (when two or more beams are irradiated, the total laser output divided by the total laser irradiation area) is calculated as the energy density of the subsequent laser beam on the surface of the steel sheet. (when irradiating two or more sum divided by the laser irradiation area that total laser output) will rows of laser welding with less than. In other words, when the molten pool is formed by the preceding laser beam and the subsequent laser beam is irradiated into the molten pool, the energy of the preceding laser beam is suppressed in order to suppress the occurrence of spatter from the molten pool formed by the preceding laser beam. Reduce the density. When the energy density of the preceding laser beam is increased, spatter from the molten pool increases and the fluctuation of the molten pool increases. As a result, spatter is further increased by the subsequent laser beam, and a large amount of welding defects such as undercut and underfill occur.

なお、レーザビームのエネルギー密度は、レーザ出力の制御および光学系によるスポット径の制御によって調整することが可能である。
さらに本発明では、先行レーザビームと後行レーザビームが鋼板内(すなわちレーザビームが通過する鋼板内の領域)で交差しないように配置してレーザ溶接を行なうことが好ましい。その理由は、先行レーザビームと後行レーザビームが鋼板内で交差すると、その部位のエネルギー密度が上昇し、鋼板の裏面でのスパッタの発生量が増加し、裏面側にアンダーカットやアンダーフィル等の溶接欠陥が発生するからである。
The energy density of the laser beam can be adjusted by controlling the laser output and controlling the spot diameter by the optical system.
Further, in the present invention, it is preferable to perform laser welding by arranging so that the preceding laser beam and the succeeding laser beam do not intersect in the steel plate (that is, the region in the steel plate through which the laser beam passes). The reason is that when the preceding laser beam and the following laser beam intersect in the steel plate, the energy density at that portion increases, the amount of spatter generated on the back surface of the steel plate increases, and undercut or underfill is formed on the back surface side. This is because a welding defect occurs.

2本以上のレーザビームには、それぞれ照射角度を設けることが好ましい。図3に示すように、溶接の進行方向の前方に照射されるレーザビームと鋼板表面の垂直線とのなす照射角度を前進角θaとし、溶接の進行方向の後方に照射されるレーザビームと鋼板表面の垂直線とのなす照射角度を後退角θbとする。図3中の矢印Bは溶接の進行方向を示すものであり、図2中の矢印Aの逆方向である。   It is preferable to provide an irradiation angle for each of two or more laser beams. As shown in FIG. 3, the laser beam irradiated to the rear of the welding progress direction is defined as an advancing angle θa, which is an irradiation angle formed between the laser beam irradiated in the forward direction of the welding and the vertical line on the surface of the steel plate. The irradiation angle made with the vertical line on the surface is defined as the receding angle θb. The arrow B in FIG. 3 shows the progress direction of welding, and is the reverse direction of the arrow A in FIG.

たとえば、先行レーザビーム3aと後行レーザビーム3bをそれぞれ1本ずつ照射する場合(図2(a)参照)は、図3に示すように、先行レーザビーム3aを溶接の進行方向の前方に傾斜させて前進角θaで照射し、後行レーザビーム3bを溶接の進行方向の後方に傾斜させて後退角θbで照射することが好ましい。
先行レーザビーム3aの前進角θaは5〜50°とすることが好ましい。先行レーザビームに前進角5°以上を付与することによって、鋼板表面からのスパッタ発生量が減少する。しかし、前進角が50°を超えると、その効果は得られない。
For example, when each of the preceding laser beam 3a and the succeeding laser beam 3b is irradiated (see FIG. 2 (a)), as shown in FIG. 3, the preceding laser beam 3a is tilted forward in the welding direction. It is preferable to irradiate with the advancing angle θa and to irradiate the subsequent laser beam 3b with the receding angle θb by inclining the backward laser beam 3b backward in the welding traveling direction.
The advance angle θa of the preceding laser beam 3a is preferably 5 to 50 °. By applying a forward angle of 5 ° or more to the preceding laser beam, the amount of spatter generated from the steel sheet surface is reduced. However, if the advance angle exceeds 50 °, the effect cannot be obtained.

先行レーザビームが2本以上の場合(図2(c)(d)参照)は、各先行レーザビームの前進角θaをそれぞれ5〜50°とすることが好ましい。そして、各先行レーザビームの前進角を5〜50°の範囲内の所定の角度に揃えて、各先行レーザビームを平行にすることが一層好ましい。
後行レーザビーム3bの後退角θbは0〜50°とすることが好ましい。後行レーザビームに後退角0°以上を付与することによって、鋼板裏面からのスパッタ発生量が減少する。しかし、後退角が50°を超えると、その効果は得られない。
When there are two or more preceding laser beams (see FIGS. 2C and 2D), it is preferable that the advance angle θa of each preceding laser beam is 5 to 50 °. It is more preferable that the advance angles of the preceding laser beams are aligned at a predetermined angle within a range of 5 to 50 ° so that the preceding laser beams are parallel.
The receding angle θb of the trailing laser beam 3b is preferably 0 to 50 °. By applying a receding angle of 0 ° or more to the subsequent laser beam, the amount of spatter generated from the back surface of the steel sheet is reduced. However, if the receding angle exceeds 50 °, the effect cannot be obtained.

後行レーザビームが2本以上の場合(図2(b)(d)参照)は、各後行レーザビームの後退角θbをそれぞれ0〜50°とすることが好ましい。そして、各後行レーザビームの後退角を0〜50°の範囲内の所定の角度に揃えて、各後行レーザビームを平行にすることが一層好ましい。
レーザ溶接を行なう際には、溶接部に0.2〜1.0mmのアップセットを加える。アップセット量が0.2mm未満では、レーザ溶接によって生じたブローホールを消滅させることができない。一方、1.0mmを超えると、レーザ溶接が不安定になり、スパッタの発生量が増加する。
When there are two or more subsequent laser beams (see FIGS. 2B and 2D), the receding angle θb of each subsequent laser beam is preferably set to 0 to 50 °. It is more preferable that the backward laser beams are made parallel by aligning the receding angles of the subsequent laser beams to a predetermined angle within the range of 0 to 50 °.
When performing laser welding, Ru added upsets 0.2~1.0mm the weld. If the amount of upset is less than 0.2 mm, the blowhole caused by laser welding cannot be eliminated. On the other hand, if it exceeds 1.0 mm, laser welding becomes unstable and the amount of spatter generated increases.

このようなレーザ溶接部に応力が働くような状況において、レーザ溶接時のキーホールを安定させるためには、2本以上のレーザビームを用いて、たとえば図2に示すように配列することが好ましい。
一般にレーザ溶接時に発生するスパッタは、レーザ出力が低いほど、溶接速度が遅いほど少なくなる。しかしながらスパッタの発生を抑えるために、レーザ出力と溶接速度を低下させることは、レーザ溶接鋼管の生産性を低下させることを意味する。そこで本発明では、2本以上のレーザビームのレーザ出力が合計16kWを超え、かつ7m/分を超える溶接速度でレーザ溶接を行なう。レーザ出力が合計16kW以下では、溶接速度が7m/分以下となってしまうので、レーザ溶接鋼管の生産性低下を招く。
In order to stabilize the keyhole during laser welding in such a situation where stress is applied to the laser welded portion, it is preferable to use two or more laser beams, for example, as shown in FIG. .
In general, spatter generated during laser welding decreases as the laser output decreases and the welding speed decreases. However, reducing the laser output and the welding speed in order to suppress the occurrence of spatter means reducing the productivity of the laser welded steel pipe. In this invention, the laser output of two or more laser beams is greater than the sum 16 kW, and will rows of laser welding at a welding speed of greater than 7m / min. If the laser output is 16 kW or less in total, the welding speed will be 7 m / min or less, resulting in a decrease in productivity of the laser welded steel pipe.

図1は、1本のレーザビームでオープンパイプのエッジ部の接合点を溶接する例を模式的に示す斜視図であるが、本発明のように2本以上のレーザビームを照射する場合も、オープンパイプ1のエッジ部2をスクイズロール(図示せず)で加圧しながら、オープンパイプ1の外面側からレーザビームを照射する。オープンパイプ1のエッジ部2の接合点は、エッジ部2の板厚方向の平均間隔Gが、スクイズロールにより狭まり、0.5mm以下になった箇所であればどこでも良い。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example in which a joint point of an edge portion of an open pipe is welded with one laser beam, but also when two or more laser beams are irradiated as in the present invention, While pressurizing the edge 2 of the open pipe 1 with a squeeze roll (not shown), a laser beam is irradiated from the outer surface side of the open pipe 1. The joining point of the edge part 2 of the open pipe 1 may be anywhere as long as the average interval G in the thickness direction of the edge part 2 is narrowed by a squeeze roll and becomes 0.5 mm or less.

本発明では、厚肉材(たとえば厚さ4mm以上)のオープンパイプであっても、エッジ部の高周波加熱等で予熱することなく、レーザ溶接を行なうことが可能である。ただし、エッジ部を高周波加熱等で予熱すれば、レーザ溶接鋼管の生産性が向上する等の効果が得られる。高周波加熱による予熱を行なえば溶接部に余盛が形成されるが、レーザ溶接の後でその余盛を切削もしくは研削によって除去すれば、溶接部の表面性状が一層良好に仕上がる。   In the present invention, even an open pipe made of a thick material (for example, a thickness of 4 mm or more) can be laser-welded without preheating by high-frequency heating or the like of the edge portion. However, if the edge portion is preheated by high frequency heating or the like, effects such as improved productivity of the laser welded steel pipe can be obtained. If preheating is performed by high-frequency heating, a surplus is formed in the welded portion. However, if the surplus is removed by cutting or grinding after laser welding, the surface properties of the welded portion are further improved.

本発明で使用するレーザビームの発振機は、様々な形態の発振器が使用でき、気体(たとえばCO2,ヘリウム−ネオン,アルゴン,窒素,ヨウ素等)を媒質として用いる気体レーザ,固体(たとえば希土類元素をドープしたYAG等)を媒質として用いる固体レーザ,レーザ媒質としてバルクの代わりにファイバーを利用するファイバーレーザ等が好適である。あるいは,半導体レーザを使用しても良い。 Oscillator of the laser beam used in the present invention, an oscillator of various forms can be used, a gas (e.g. CO 2, helium - neon, argon, nitrogen, iodine) gas laser is used as a medium, solid (e.g., a rare earth element A solid-state laser using YAG doped with YAG, etc.) as a medium, and a fiber laser using a fiber instead of a bulk as a laser medium are suitable. Alternatively, a semiconductor laser may be used.

オープンパイプの外面側から補助熱源によって加熱しても良い。その補助熱源は、オープンパイプの外面を加熱し溶融できるものであれば、その構成は特に限定しない。たとえば、バーナ溶解法,プラズマ溶解法,TIG溶解法,電子ビーム溶解法,レーザ溶解法等を利用した手段が好適である。
なお、補助熱源はレーザビームの発振機と一体的に配置することが好ましい。その理由は、補助熱源とレーザを一体的に配置しないと、補助熱源の効果を得るためには大きな熱量が必要となり、また溶接欠陥(たとえばアンダーカットやアンダーフィル等)の抑制が非常に困難になるからである。さらに、補助熱源をレーザビームの発振機より先行させて配置することが一層好ましい。その理由は、エッジ部の水分,油分を除去できるからである。
You may heat with an auxiliary heat source from the outer surface side of an open pipe. The configuration of the auxiliary heat source is not particularly limited as long as it can heat and melt the outer surface of the open pipe. For example, a means using a burner melting method, a plasma melting method, a TIG melting method, an electron beam melting method, a laser melting method or the like is suitable.
The auxiliary heat source is preferably disposed integrally with the laser beam oscillator. The reason is that if the auxiliary heat source and the laser are not integrated, a large amount of heat is required to obtain the effect of the auxiliary heat source, and it is very difficult to suppress welding defects (such as undercut and underfill). Because it becomes. Further, it is more preferable that the auxiliary heat source is disposed ahead of the laser beam oscillator. The reason is that moisture and oil can be removed from the edge portion.

さらに好ましい補助熱源として、アークの使用が好ましい。アークの発生源は、溶融メタルの溶落ちを抑制する方向に電磁力(すなわち溶接電流の磁界から発生する電磁力)を付加できるものを使用する。たとえば、TIG溶接法,プラズマアーク溶接法等の従来から知られている技術が使用できる。なお、アークの発生源はレーザビームと一体的に配置することが好ましい。その理由は、上述したように、アークを発生させる溶接電流の周辺に生じる磁界の影響を、レーザビームで生じた溶融メタルに効果的に与えるためである。さらに、アークの発生源をレーザビームより先行させて配置することが一層好ましい。その理由は、エッジ部の水分,油分を除去できるからである。   Furthermore, the use of an arc is preferred as a preferred auxiliary heat source. As the arc generation source, one that can add electromagnetic force (that is, electromagnetic force generated from the magnetic field of the welding current) in a direction to suppress the molten metal from falling off is used. For example, conventionally known techniques such as TIG welding and plasma arc welding can be used. Note that the arc generation source is preferably arranged integrally with the laser beam. The reason is that, as described above, the influence of the magnetic field generated around the welding current that generates the arc is effectively given to the molten metal generated by the laser beam. Further, it is more preferable that the arc generation source is arranged ahead of the laser beam. The reason is that moisture and oil can be removed from the edge portion.

さらに本発明と、ガスシールド溶接や溶加材添加等の従来から知られている技術とを組み合わせても効果は得られる。このような複合溶接の技術は、溶接鋼管の製造のみならず厚鋼板の溶接にも適用できる。
以上に説明した通り、本発明によれば、レーザ溶接鋼管を製造するにあたってスポット径,スポット長さを適正に保ち、かつ2本以上のレーザビームを適正に配列するとともに、レーザビームの照射角度等のレーザ溶接の条件を制御することによって、溶接部のアンダーカットやアンダーフィルを抑制し、かつ溶接効率を低下させることなく良好な品質の溶接部を得ることができ、レーザ溶接鋼管を歩留り良く安定して製造できる。得られたレーザ溶接鋼管は、レーザ溶接の利点を活かしてシームの低温靭性や耐食性が優れており、寒冷地や腐食環境で使用する油井管やラインパイプに好適である。
Furthermore, the effect can be obtained by combining the present invention with conventionally known techniques such as gas shield welding and filler material addition. Such composite welding technology can be applied not only to the manufacture of welded steel pipes but also to the welding of thick steel plates.
As described above, according to the present invention, in manufacturing a laser welded steel pipe, the spot diameter and the spot length are properly maintained, and two or more laser beams are properly arranged, and the irradiation angle of the laser beam, etc. By controlling the laser welding conditions, it is possible to suppress the undercut and underfill of the welded part, and to obtain a welded part of good quality without reducing the welding efficiency, and to stabilize the laser welded steel pipe with high yield Can be manufactured. The obtained laser welded steel pipe is excellent in low temperature toughness and corrosion resistance of the seam by taking advantage of laser welding, and is suitable for oil well pipes and line pipes used in cold regions and corrosive environments.

帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、そのオープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながら、レーザビームを外面側から照射してレーザ溶接鋼管を製造した。鋼板の成分は表1に示す通りである。   A strip-shaped steel plate was formed into a cylindrical open pipe with a forming roll, and a laser welded steel pipe was manufactured by irradiating the edge of the open pipe with a squeeze roll and irradiating a laser beam from the outer surface side. The components of the steel sheet are as shown in Table 1.

Figure 0005866790
Figure 0005866790

レーザ溶接では、10kWのファバーレーザ発振器を2台使用し、溶接条件は表2に示す通りである。   In laser welding, two 10 kW Faber laser oscillators are used, and the welding conditions are as shown in Table 2.

Figure 0005866790
Figure 0005866790

表2中の溶接鋼管No.1〜4,7〜10は図2(a)のようにレーザビームを配置した例、溶接鋼管No.5,11は図2(b)のようにレーザビームを配置した例、溶接鋼管No.6,12は図2(c)のようにレーザビームを配置した例である。
表2に示す発明例(溶接鋼管No.1〜6)は、レーザビームのジャストフォーカスでのスポット径および中心線間隔が本発明の範囲を満足する例である。比較例の溶接鋼管No.7,8,11,12は、レーザビームの中心線間隔が本発明の範囲を外れる例であり、比較例の溶接鋼管No.9,10は、レーザビームのジャストフォーカスでのスポット径が本発明の範囲を外れる例である。
The welded steel pipes Nos. 1 to 4 and 7 to 10 in Table 2 are examples in which a laser beam is arranged as shown in FIG. The arranged examples, welded steel pipe Nos. 6 and 12, are examples in which a laser beam is arranged as shown in FIG.
Inventive examples (welded steel pipe Nos. 1 to 6) shown in Table 2 are examples in which the spot diameter and center line interval at the just focus of the laser beam satisfy the scope of the present invention. The welded steel pipe Nos. 7, 8, 11 and 12 of the comparative examples are examples in which the center line interval of the laser beam is outside the range of the present invention, and the welded steel pipe Nos. 9 and 10 of the comparative example are just focus of the laser beam. This is an example in which the spot diameter is outside the scope of the present invention.

得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験および磁粉探傷に供し、JIS規格G0582およびJIS規格G0565に準拠してシームを20mにわたって探傷した。その探傷結果を表3に示す。なお表3において超音波探傷は、基準となるN5内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10%以下のものを優(◎),10%超え25%以下のものを良(○),25%超え50%以下のものを可(△),50%超えのものを不可(×)として評価した。   The obtained laser welded steel pipe was subjected to an ultrasonic flaw detection test and a magnetic particle flaw detection, and a seam was flawed over 20 m in accordance with JIS standard G0582 and JIS standard G0565. Table 3 shows the flaw detection results. In Table 3, for ultrasonic flaw detection, the peak indicated height is superior to 10% or less (◎), and is greater than 10% to 25% or less with respect to the standard N5 inner and outer notch artificial defects. (○), 25% to 50% or less was evaluated as acceptable (△), and 50% was evaluated as unacceptable (×).

また磁粉探傷は、レーザ溶接鋼管の内面の溶接欠陥を検査し、溶接欠陥が認められないものを優(◎),点状の溶接欠陥が認められたものを可(△),線状の溶接欠陥が認められたものを不可(×)として評価した。その結果を表3に示す。   For magnetic particle inspection, the weld defect on the inner surface of a laser welded steel pipe is inspected. Excellent (◎) if no weld defect is found, acceptable (△) if spot weld is found, and linear welding. Those in which defects were recognized were evaluated as impossible (x). The results are shown in Table 3.

Figure 0005866790
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表3から明らかなように、発明例(溶接鋼管No.1〜6)では、超音波探傷は優(◎)または良(○)であった。また、スパッタの発生に起因するアンダーカットやアンダーフィル等の溶接欠陥も認められなかった。
一方、比較例(溶接鋼管No.7〜12)では、超音波探傷は可(△)または不可(×)であり、磁粉探傷も可(△)または不可(×)であった。また、スパッタの発生に起因するアンダーカットやアンダーフィル等の溶接欠陥も認められた。
As is apparent from Table 3, in the inventive examples (welded steel pipe Nos. 1 to 6), the ultrasonic flaw detection was excellent (◎) or good (○). Also, no welding defects such as undercut and underfill due to the occurrence of spatter were observed.
On the other hand, in the comparative examples (welded steel pipe Nos. 7 to 12), ultrasonic flaw detection was acceptable (Δ) or not possible (×), and magnetic particle flaw detection was also acceptable (Δ) or not possible (×). In addition, welding defects such as undercut and underfill due to the occurrence of spatter were also observed.

レーザ溶接鋼管を製造するにあたって、レーザ溶接鋼管を歩留り良く、安定して製造できるので、産業上格段の効果を奏する。   When manufacturing a laser welded steel pipe, the laser welded steel pipe can be manufactured stably with a high yield, so that it has a remarkable industrial effect.

1 オープンパイプ
2 エッジ部
3 レーザビーム
3a 先行レーザビーム
3b 後行レーザビーム
4 キーホール(空洞)
5 溶融メタル
6 シーム
1 Open pipe 2 Edge 3 Laser beam
3a Leading laser beam
3b Trailing laser beam 4 Keyhole (cavity)
5 Molten metal 6 Seam

Claims (5)

板厚4mm以上の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、前記オープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながら前記オープンパイプの外面側からレーザビームを照射して前記エッジ部をレーザ溶接するレーザ溶接鋼管の製造方法において、I開先を形成する前記エッジ部に前記スクイズロールを用いて0.2〜1.0mmのアップセットを加えながら、それぞれ異なるファイバーを用いて伝送したジャストフォーカスでのスポット径が直径0.32〜0.64mmの2本以上のレーザビームを先行レーザビームと後行レーザビームとに分類し、前記先行レーザビームを前記後行レーザビームよりも溶接線方向に先行させて前記先行レーザビームによって溶融池を形成し、かつ前記先行レーザビームと前記後行レーザビームの前記鋼板内における中心線間隔を1.0〜2.5mmとするとともに、前記先行レーザビームの前記鋼板の表面におけるエネルギー密度を前記後行レーザビームより小さくし、前記2本以上のレーザビームのレーザ出力が合計16kWを超え、かつ7m/分を超える溶接速度で、前記レーザ溶接を行なうことを特徴とするレーザ溶接鋼管の製造方法。 A steel plate having a thickness of 4 mm or more is formed into a cylindrical open pipe with a forming roll, and a laser beam is irradiated from the outer surface side of the open pipe while pressurizing the edge portion of the open pipe with a squeeze roll to laser the edge portion. In a method for manufacturing a laser welded steel pipe to be welded, a spot at a just focus that is transmitted using different fibers while adding an upset of 0.2 to 1.0 mm using the squeeze roll to the edge portion forming the I groove. diameter is classified into a prior laser beam and the trailing laser beam two or more laser beams with a diameter 0.32~0.64Mm, the prior laser the preceding laser beam by preceding the weld line direction than the trailing laser beam beam by forming a molten pool, and the medium in the preceding laser beam within the steel sheet of the trailing laser beam The line spacing is 1.0 to 2.5 mm, the energy density of the preceding laser beam on the surface of the steel plate is smaller than that of the subsequent laser beam, the laser output of the two or more laser beams exceeds 16 kW, and A method for producing a laser-welded steel pipe, wherein the laser welding is performed at a welding speed exceeding 7 m / min. 前記先行レーザビームの前記鋼板の表面におけるスポット径またはスポット長さを、前記後行レーザビームより大きくして前記レーザ溶接を行なうことを特徴とする請求項1に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。   2. The method of manufacturing a laser welded steel pipe according to claim 1, wherein the laser welding is performed by making a spot diameter or a spot length of the preceding laser beam on the surface of the steel plate larger than that of the subsequent laser beam. 前記先行レーザビームと前記後行レーザビームが前記鋼板内で交差しないように配置して前記レーザ溶接を行なうことを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。   The method of manufacturing a laser welded steel pipe according to claim 1 or 2, wherein the laser welding is performed by arranging the preceding laser beam and the subsequent laser beam so as not to intersect in the steel plate. 前記先行レーザビームの前進角を5〜50°とし、かつ前記後行レーザビームの後退角を0〜50°として前記レーザ溶接を行なうことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。   The laser welding is performed with the advance angle of the preceding laser beam being 5 to 50 ° and the receding angle of the following laser beam being 0 to 50 °. The manufacturing method of the laser welding steel pipe of description. 前記レーザ溶接に先立って前記鋼板の予熱を行ない、かつ前記レーザ溶接の後で切削または研削を施して溶接ビードを加工することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。   The laser according to any one of claims 1 to 4, wherein the steel plate is preheated prior to the laser welding, and the welding bead is processed by cutting or grinding after the laser welding. Manufacturing method of welded steel pipe.
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