JPH05277769A - 高加工性溶接鋼管の製造方法 - Google Patents

高加工性溶接鋼管の製造方法

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JPH05277769A
JPH05277769A JP4074648A JP7464892A JPH05277769A JP H05277769 A JPH05277769 A JP H05277769A JP 4074648 A JP4074648 A JP 4074648A JP 7464892 A JP7464892 A JP 7464892A JP H05277769 A JPH05277769 A JP H05277769A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ溶接のよる高加工性溶接鋼管の製造方
法を提供する。 【構成】 溶接に先立って、両端面を250 ℃以上に予熱
して少なくとも内面余盛高さを0.15mm以上形成させ、レ
ーザ溶接終了後に溶接ビード部を板厚方向に圧下して前
記内面余盛高さを消去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主に加工性等の溶接部
性能が良好な溶接鋼管の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】溶接鋼管は、鋼帯を一群の成形ロールで
管状に成形し、対向する両端部を適宜溶接手段で接合し
て製造する。かかる溶接鋼管製造のための溶接方法とし
ては、TIG溶接、プラズマ溶接、サブマージアーク溶
接等の溶融溶接法と、ERW(電気抵抗溶接) に代表さ
れる圧接法に大別される。
【0003】溶融溶接法は、溶接欠陥が発生し難く溶接
部性能に優れていることが利点であり、特にTIGやプ
ラズマ溶接は溶接金属の清浄度が良好であるためステン
レス等の高級鋼管に適用されている。しかし、その反
面、溶接母材、溶着金属の溶け込みに時間を要すること
から溶接速度が遅いため生産性が問題となっている。一
方、ERW法のような圧接法は、溶融溶接法と全く逆
に、能率面では極めて優れているが、ペネトレータ等の
溶接欠陥が発生し易いという欠点を有しているため高級
鋼管に適用した場合、溶接部の信頼性が問題となる。
【0004】そこで、ERWと同等の速度でかつアーク
溶接と同等の溶接部性能を有する製管溶接法を開発する
目的で、最近、溶接熱源として炭酸ガスレーザを使用す
ることが検討されており、一部でフェライト系ステンレ
ス溶接鋼管を対象に実用化されている。特開昭56−1689
88号公報および特開昭63−278689号公報参照。
【0005】レーザ溶接は、TIG と同様に溶融溶接であ
るため欠陥が発生し難く、さらに通常のアーク溶接に比
較して熱源のエネルギー密度が高いため溶け込みが深く
かつ速いことから高速溶接が可能であり、また熱エネル
ギーの集中度が高いことから総入熱量を少なくできるた
め溶接部の性能も良好であるという特徴を有している。
【0006】ところで、今日、主に自動車製造用の構造
用鋼管として二次加工性の良好な鋼管の需要が増加しつ
つある。材質としては炭素鋼やフェライト系ステンレス
鋼が使用され、二次加工法の種類としては曲げ、絞り、
拡管およびそれらの組み合わせである。これらの二次加
工時に問題となるのが溶接部の割れであり、溶接部の延
性、靱性の改善や硬さ分布の均一化が課題となってい
る。
【0007】これらの鋼管は従来はほとんどERWで製
造されてきたが、ERWは前述したように溶接欠陥が発
生し易く、それを起点として二次加工時に割れが発生し
易い。これに対して、レーザ溶接法は、溶融溶接である
ため欠陥が皆無であり、また従来の溶融溶接に比較して
溶接入熱を低くできるため、結晶粒が細かくなり、溶接
部の靱性、加工性が良好となる。また、レーザ溶接法
は、高速溶接が可能であり、従来のアーク溶接法に比較
して生産性も良好である。このように、レーザ溶接によ
る製管法は、従来のERWやアーク溶接による製管法に
比較して高加工性鋼管の製造により適していると言え
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、溶接部の加
工性をさらに向上させる方法として、溶接ビード部を板
厚方向に圧延する方法が提案されている(特開昭62−13
524 号公報参照) 。この方法は溶接部の耐食性を改善す
る目的で開発されたものであるが、加工性改善にも有効
であることが発明者らの検討で明らかになっている。
【0009】このようにビード部を圧延することにより
加工性が改善されるのは、溶接時に形成された結晶の方
向性が崩されることによる強度特性の異方性解消による
ものと思われる。よって、圧延によって加工性改善とい
う効果を得るためには十分な加工量を確保することが重
要となる。
【0010】しかしながら、レーザ溶接法は、すでに述
べたように、小入熱でビード断面積の小さい溶接を行え
ることが特徴であり、その結果として溶接直後において
の切削あるいは研削手段による除去が極めて困難な内面
ビード余盛高さが通常0.1 mm以下、より好ましくは0.05
mm以下となるように溶接されており、これにビード圧延
を実施しても加工量が少ないためほとんど効果が得られ
ないという問題点が生じる。
【0011】ここに、本発明の目的は、溶接鋼管の製造
にレーザ溶接を適用するとともに、レーザ溶接法にみら
れるビード部圧延での加工量不足による加工性確保の困
難という問題点を解消し、例えば、限界絞り率35%以
上、拡管20%以上の加工性を実現した溶接鋼管の製造方
法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】まず、レーザ溶接におい
て、十分な加工量確保に必要な余盛を増大させる方法と
して、アプセット量を増加させる方法が考えられるが、
板厚の薄い鋼帯から製管する場合、後述する図1(a) 、
(b) に示すように、被溶接端面同志の目違いや座屈が生
じるため実用的ではない。そこで、発明者らは、種々検
討の結果、余盛を増大させる方法として、レーザ照射前
に被溶接端面近傍を予熱する方法が有効であることを見
い出し、本発明を完成した。
【0013】従来より、予熱は、レーザ溶接の溶け込み
を増大させ、限界溶接速度を向上せしめる作用があり、
溶接部の性能向上という意味よりはむしろ生産向上にお
いてその効果が見い出されてきたが、本発明においては
ビード圧延と組み合わせることにより溶接部性能面でも
有効であることが判明した。すなわち、従来、レーザ溶
接に際しての予熱自体は知られていたが、溶接後に行う
ビード圧延との組合せにおいては知られていなかった。
むしろ、前述したように、溶接ビードは従来は積極的に
形成させないようにするか、形成した場合には切削等に
よって消去する努力がなされていた程であった。
【0014】よって、本発明の要旨とするところは、帯
鋼を成形ロール群に供給し、連続的にオープンパイプ状
に形成し、対設するスクイズロールで加圧することによ
り両端面を接触せしめ、その衝合部にレーザビームを照
射して溶接管を得る製管溶接方法において、レーザ照射
前に被溶接端面近傍を250 ℃以上に予熱して少なくとも
内面余盛高さを0.15mm以上形成させ、溶接終了後に溶接
ビード部を板厚方向に圧下して前記内面余盛高さを消去
することを特徴とする高加工性溶接鋼管の製造方法であ
る。
【0015】上記内面余盛高さ消去は、溶接と同一速度
でインラインで行うようにしてもよい。また、内面余盛
高さ消去後、少なくとも溶接部近傍を熱処理するように
して加工性の確保を確実のものとしてもよい。
【0016】
【作用】次に、添付図面を参照しながら本発明の作用に
ついてさらに詳述する。図1は、高アプセット時の従来
法におけるビード形状を説明する図であり、レーザ溶接
では、入熱量が低く加熱領域が狭いため、スクイズロー
ルでアプセットを大きく設定しても、図1(a) 、(b) の
ような異常変形 (目違い、座屈) が発生してしまい、余
盛を増加させることはできない。図中、符号10は溶接間
両端面部、12は溶接ビードであり、図1(a) は両端面が
目違いを起こした状態を、図1(b) は両端において鋼板
が座屈した状態をそれぞれ示す。
【0017】これに対して、本発明にしたがって予熱を
実施すると、図2 (外面余盛部切削除去後を示す) に示
すように、予熱された端面近傍領域が変形され易くなる
ため、異常変形を起こすことなく余盛の増大が可能とな
る。図中、図1と同一部位は同一符号で示す。14は内面
余盛部を示す。なお、内面余盛高さは、図中、点線で示
す仮想内面と内面余盛部との間の高さHをいう。
【0018】図3は、慣用法にしたがってフェライト系
ステンレス鋼を炭酸ガスレーザ溶接した場合の予熱温
度、アプセット量と内面ビード高さの関係を示したグラ
フであり、図から明らかな如く、0.15mm以上の余盛部高
さ(H) を確保するには予熱温度として250 ℃以上が必要
であり、それ未満であると、予熱域の強度低下が不十分
となり余盛増大は期待できない。
【0019】図4は、上記例によって得られた内面余盛
形成溶接鋼管の圧延消去した内面余盛高さと溶接部加工
性 (限界絞り率で評価) との関係を示したものであり、
本発明法に従って予め積極的に形成した内面余盛の圧延
消去を行うことは加工性改善に極めて有効であることが
判る。
【0020】このようにビード圧延、特に内面ビード圧
延により溶接部の加工性が改善されるのは、図5(a) に
模式的に示すように、溶接金属中の不純物が集まり易い
最終凝固線 (ビード中央の結晶粒界) 20がビード圧延に
より図5(b) に示すように崩されることが直接の原因と
考えられる。
【0021】本発明によれば、鋼帯の成形スクイズロー
ルによるアップセット予熱、レーザ溶接、そしてビード
部圧延の各工程を経て溶接鋼管が製造されるが、それら
の各単位操作はいずれもすでに溶接鋼管の製造法として
公知であって、本発明にあってもそれを利用すればよ
い。
【0022】例えば、本発明においてレーザ溶接に先立
って行う予熱は高周波誘導方式等によって行えばよく、
その際好ましくは端面近傍のみを予熱するためには10KH
z 以上の周波数とするのが良い。本発明において使用す
るレーザ溶接は、例えば炭酸ガスレーザ法などすでに製
管法として用いられているものであってもよく、その溶
接条件も含めて特に制限ない。一般的には次のような条
件で行えばよい。
【0023】レーザ出力 : 1〜6 Kw、溶接速度 : 1〜20
m/分、さらに要すればトーチ先端からArガスあるいは
Heガスを10〜50 l/分噴射するシールド溶接を行っても
よい。また、内面ビードの圧延加工はロール加工、摺動
圧下、連続鍛圧の手段等で行えばよい。
【0024】以上の方法は、内面ビードの圧延を溶接と
同一速度でインラインで行う方法であるが、オフライン
で実施しても効果は同等である。また、ビード圧延後の
溶接部近傍またはパイプ全体を例えば 910〜950 ℃×1
〜30分という熱処理することにより硬さ分布が均一化さ
れるため加工性を一層改善することが可能である。
【0025】なお、本発明が対象とする溶接鋼管、溶接
鋼管としうるものであれば、その材質はステンレス鋼は
もちろん一般の炭素鋼、合金鋼、その他高合金鋼のいず
れにあってもよい。次に、実施例によって本発明の作用
をさらに具体的に説明する。
【0026】
【実施例】表1に本例で用いた素材化学成分を、表2に
溶接条件を示す。素材は、フェライト系ステンレス鋼
(A) 、50キロ級炭素鋼(B) および低強度炭素鋼(C) の3
種類であり、サイズは鋼種A、Cが外径50.8mm、肉厚2
mm、鋼種Bが外径50.8mm、肉厚6mmである。
【0027】溶接法は、ERW (電縫溶接) 、Arガスプ
ラズマ溶接、炭酸ガスレーザ溶接の3種類である。一部
の条件は最終工程で熱処理を実施しており、その条件
は、930 ℃放冷である。ビード圧延量は、圧延消去前の
形成内面ビード余盛高さで表した (外面ビードは溶接直
後に研削されるため本実施例では無関係) 。また、予熱
は高周波誘導方式で行った (周波数450kHz) 。
【0028】溶接部の性能は、絞りと拡管により加工性
を評価し、それ以外に密着偏平試験により溶接欠陥の発
生量を評価している。絞りおよび拡管は、割れが発生す
る限界の絞り率、拡管率を外径比率 (%) で表示し、溶
接欠陥は試験片長に対する欠陥長さ率で表示した。
【0029】表2において、No.1〜7、13〜18、25〜28
が従来例、No.8、9、19、20、29、30が比較例であり、
10〜12、21〜24、31〜33が本発明例である。表2に示す
結果からも明らかな如く、本発明法により製造された溶
接鋼管は、絞り35%以上、拡管20%以上と、いずれの加
工特性ともに従来法による溶接鋼管より優れており、溶
接欠陥も皆無である。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
【発明の効果】本発明により、レーザ溶接部の加工限界
が向上し、極めて加工性の良好な溶接管の製造が可能と
なった。特に、絞り40%以上、拡管50%以上という場
合、例えば管端部に縮・拡径加工が施される自動車排気
系構成用鋼管等への応用も可能となるなど、その実用上
の意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a) 、(b) は、高アプセット時の従来法に
よるビード形状を示す、それぞれ目違い、座屈の場合を
示す。
【図2】本発明によるビード形状の説明図である。
【図3】予熱温度と座屈限界内面余盛り高さの関係を示
すグラフである。
【図4】圧延消去前の形成内面余盛高さと限界絞り加工
性との関係を示すグラフである。
【図5】図5(a) 、(b) は、それぞれビード圧延なしの
場合と、ビード圧延有りの場合の圧延ビードの断面の模
式図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 帯鋼を成形ロール群に供給し、連続的に
    オープンパイプ状に形成し、対設するスクイズロールで
    加圧することにより両端面を接触せしめ、その衝合部に
    レーザビームを照射して溶接管を得る製管溶接方法にお
    いて、レーザ照射前に被溶接端面近傍を250 ℃以上に予
    熱して少なくとも内面余盛高さを0.15mm以上形成させ、
    溶接終了後に溶接ビード部を板厚方向に圧下して前記内
    面余盛高さを消去することを特徴とする高加工性溶接鋼
    管の製造方法。
  2. 【請求項2】 内面余盛高さ消去を溶接と同一速度でイ
    ンラインで行うことを特徴とする請求項1記載の高加工
    性溶接鋼管の製造方法。
  3. 【請求項3】 内面余盛高さ消去後、少なくとも溶接部
    近傍を熱処理することを特徴とする請求項1または2記
    載の高加工性溶接鋼管の製造方法。
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