JPH0199789A - 溶接管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、溶接管を製造するにあたり、レーザビームを
用いて効率的に溶接を行う方法に関する。

〈従来の技術〉 レーザを用いて管の溶接を行う方法に関しては、例えば
特開昭５９−１０１２９３号や特開昭６１−４９７９７
号などの公報に開示されている。前者は、第５図（ａ）
に示すようにオーブンバイブ１のスクイズロール２への
送給方向から対向する両端面１ａ、ｌｂの接合点Ａに向
けてオープンパイプ外周面と３０°以内の角度をなすよ
うにレーザ発生装置３からのビームＢをミラー４を介し
て照射して加熱するものである。また後者は、第５図Ｇ
）に示すように、対向する両端面１ａ、ｌｂが接合点Ａ
を頂点としたクサビ形状をなす被溶接物のクサビ形状の
開放側から光ファイバ５を介してレーザビームＢを照射
するものである。

さらに、特開昭６０−２０６５８９号公報にはレーザを
溶接線の上から照射する方法が示されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、レーザビームを管と平行かまたはそれに近い
角度でｖ型をなす接合点に照射する場合、集光形状が問
題となる。レーザビームがシングルモードビームの場合
、ビーム形状は円形であり、焦点のスポット径は通常お
よそ０．２〜０．９閣φであって、レーザ発生装置のパ
ラメータ、レーザ光の波長、あるいは集光レンズ焦点距
離から決まるので、板厚の薄い場合には、第５図（Ｃ）
に示すように集光形状Ｆは板厚に対して適切なビーム径
となり得るが、板厚が厚くなると第５図（イ）に示すよ
うに全板厚を溶接するにはビームを上下に振らせるライ
ビングの操作が必要となり、装置が複雑になる。

また、他の手段として、集光形状Ｆを長円形にする方法
が考えられるが、これも第５図（ｅ）、（ｆ）に示すよ
うに板厚に応じて長径の寸法を変えねばならず、集光レ
ンズの形状を変更する操作を必要とするため、結局前記
と同様な手間がかかる装置が必要となる。

従って、上記したような方法では、いずれも板厚に応じ
て簡単に効率よく溶接を行うことができないという問題
があった。

これに対して接合点に管表面と直角方向からビームをあ
てて溶接する特開昭６０−２０６５８９号の方法によれ
ば、溶接部の溶は込み幅に比べて溶は込み深さが太き（
変化するので、板厚が変わった場合、レーザの出力を調
整することにより溶は込み量即ち溶は込み深さをｔＰＩ
節することができ、比較的簡単に対応することが可能で
ある。

しかしながら、レーザを上から照射する場合、キャビテ
ィ中に発生する金属蒸気プラズマにレーザが吸収され、
その分キャビティ壁面の吸収熱量は減少するため、溶は
込み深さが大きいほど効率は低下することになる。すな
わち、本発明者らが調査したところ、レーザ出力と溶は
込み深さの関係は第６図に示すような特性であり、溶は
込み深さ／出力の比ａは一定でな（、高出力側は低出力
側に比べてａが小さくなる傾向がある。したがって、こ
の場合高出力側では効率は悪化し、ある値以上の溶は込
み深さを得ることは困難である。

本発明は、上記のような問題点を解消すべくなされたも
のであって、簡易な手段により溶接管の肉厚が異なる場
合であっても効率よく溶接可能な方法を提供することを
目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、金属帯を管状に成形し、゛両端の突合せ部の
接合点にレーザビームを照射しながらスクイズロールで
圧力を加えて溶接管を製造する方法において、前記接合
点の管外面側および管内面倒の２方向から同時にレーザ
ビームを照射して溶接を行うようにして、上記目的を達
成するものである。

以下に、図面を参照して本発明の具体的構成を説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を一部断面を含んで模式的
に示す斜視図である。

図において、レーザ発生装置３から放出されたレーザビ
ームＢ、は溶接する接合点Ａの上方に位置する反射率５
０％のハーフミラ−４によりレーザビームの半分は反射
され下方に閏かうビームＢ１となり、残り半分のビーム
Ｂ２はハーフミラ−を通過する。ビームＢ、は集光レン
ズ６ａにより集光され、接合点Ａの上方から接合点Ａに
向かって照射されることにより対向する両端面１ａ、ｌ
ｂの上半分を溶融させる。

一方、ハーフミラ−を通過したビームＢｇは、接合点Ａ
の上流側上方に位置するミラー５ａにより９０°に反射
され、オーブンパイプｌの両端面１ａ。

１ｂの間を通過して、管内面に位置するミラー５ｂによ
りさらに９０°に反射され、管内部を管と平行に走り、
集光レンズ６ｂを通して集光されミラー５ｃで反射され
て、接合点Ａ下方から接合点Ａに向かって反射されるこ
とにより、対向する両端面１ａ、ｌｂの下半分を溶融さ
せる。この場合、上下両ビームＢｌ、　８１の焦点位置
は溶接線上の同じ点でなければならない、このようにし
て、溶融された両端面１ａ、ｌｂをスクイズロール２で
圧力を加えて溶接を行う。

なお、接合点に照射する上下両ビーム８１．’Ｂ！の照
射角度は、管表面に対して垂直にするのが望ましいが、
必らずしもそれに限定されるものではなく、垂直線に対
して管軸の方向に２０〜３０゛程度傾斜させても構わな
い、その理由は、凝固後の熔は込み形状には何ら影響を
及ぼさないためである。

また、管径が小さく、管の内面に集光レンズ６ｂを挿入
するのが困難な場合には、第２図に示すように集光レン
ズ６ｂを外面側に配し、内面側のビームａＸを管内に位
置するミラー５ｂで反射させてもよい、この場合、上下
両ビームＢ、、　Ｂ、の照射角度は同じにする必要があ
る。また、この場合は、ビームが傾く分だけ必要熔は込
み深さが大きくなるので、レーザ出力をその骨上げる必
要がある。

なお、管内面にミラーを取付けると、溶接の際に発生す
るスパッタによって内面ミラーが汚れる恐れがあるから
、これを防止するためにも、第２図に示すようにミラー
５ｂを接合点Ａよりやや上流に置（ようにすることが望
ましい。

さらにミラーへのスパッタの付着防止の方策として、管
内面にシールガスを吹き込む等の処置を講するようにす
れば、−層効果を上げることが可能である。

く作　　用〉 本発明によれば、溶接する接合点に対して、管内、外面
の２方向から同時にレーザビームを照射することにより
、そのレーザ出力に対する溶は込み深さの大きさは、第
３図に示すようにほぼ直線的な関係が得られるのである
。

この理由は、必要なレーザ出力を２分することにより、
その１方向から照射されるレーザ出力は半減されるから
、そのキャビティ中に発生する金属蒸気プラズマも半減
してレーザへの影響を抑制することによる。

したがって、同一溶接速度、同一肉厚の場合は、レーザ
出力は従来法に比べて小さくてすみ、また同一レーザ出
力、同一肉厚であれば、溶接速度を上げることができる
。

〈実施例〉 外径：　　１１４．３ｓｍ、肉厚：　　７．０ａａｍの
鋼管を、本発明法を用いて溶接速度：　２　ｍ／ｓｉｎ
、シールドガス：Ａｒガス１　レーザ出力ｊ６ＫＷの条
件により溶接を行った結果、第４図（ａ）に示すような
良好な溶は込み形状を存する溶接が得られた。比較のた
め、従来法で同一サイズ、同一速度で溶接を行ったとき
の溶は込み形状を第４図（ｂ）に示した。またそのとき
のレーザ出力は８に村を必要とした。それ故、従来法に
比べて本発明法では溶接の効率が約２５％向上している
ことがわかる。また、従来法では、ｌ０ＫＨの出力でシ
ールドガスとしてＡｒガスを用いた場合、肉厚二８１１
１１程度が溶は込み深さの限界であったが、本発明法で
は約１２ｍまで熔は込み深さが得られ、厚肉材の溶接を
容易に行うことが可能である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、従来法に比べて
溶接効率を高めることができるから、生産性を向上させ
ることが可能である。また、溶接ビード幅も従来法に比
べて小さ（できるので、品質の向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を一部断面を含んで模式的
に示す斜視図、第２図は、本発明の他の実施例を一部断
面を含んで模式的に示す側面図、第３図は、本発明にお
けるレーザ出力と溶は込み深さの関係の一例を示す特性
図、第４図は、接合点の溶接時の溶は込み形状を示す断
面図、第５図は、従来例を示す概要図、第６図は、従来
例におけるレーザ出力と溶は込み深さの関係の一例を示
す特性図である。 ■・・・オープンパイプ、 ２・・・スクイズロール、 ３・・・レーザ発生装置、 ４・・・ハーフミラ−１５・・・ミラー、６・・・集光
レンズ、　　　　Ａ・・・接合点、Ｂ・・・レーザビー
ム、　　　　Ｆ・・・集光形状、Ｐ・・・溶接管。 特許出願人　　　　川崎製鉄株式会社 第　　１　　図 第　　２　　図 （ａ）　　　　　（ｂ） 第　　３　　図 レーザ出力　（ＫＷ） 第　　６　　図 レーザ出力（Ｋ〜■） 第　　５　　図 （ａ） （ｂ） （ｃ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｄ）（ｅ）　
　　　　（ｆ） Ａヒ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属帯を管状に成形し、両端の突合せ部の接合点にレー
   ザビームを照射しながらスクイズロールで圧力を加えて
   溶接管を製造する方法において、前記接合点の管外面側
   および管内両側の２方向から同時にレーザビームを照射
   して溶接を行うことを特徴とする溶接管の製造方法。