JPH07124770A - 管の突合わせレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置 - Google Patents
管の突合わせレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置Info
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- JPH07124770A JPH07124770A JP5272153A JP27215393A JPH07124770A JP H07124770 A JPH07124770 A JP H07124770A JP 5272153 A JP5272153 A JP 5272153A JP 27215393 A JP27215393 A JP 27215393A JP H07124770 A JPH07124770 A JP H07124770A
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- Japan
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- welding
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- laser
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/10—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam
- B23K26/103—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam the laser beam rotating around the fixed workpiece
- B23K26/106—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece using a fixed support, i.e. involving moving the laser beam the laser beam rotating around the fixed workpiece inside the workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/24—Seam welding
- B23K26/28—Seam welding of curved planar seams
- B23K26/282—Seam welding of curved planar seams of tube sections
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- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高速かつ低入熱のレーザ溶接を利用した、管
の突合わせ溶接を、管の姿勢を固定したまま、突合わせ
部に沿って自動的に行うことが可能な溶接装置を提供す
る。 【構成】 管の内側から管の周方向に溶接を施すレーザ
溶接装置であって、管の開口から管内側に挿入して配置
される、管の軸上で回転可能にかつ軸方向へ伸縮可能に
設けた主アーム１と、この主アーム１の先端部に、径方
向に伸縮可能に設けた副アーム７と、この副アーム７の
先端に設けた、レーザビームを突合わせ部に照射するノ
ズル８と、このノズル８に向けてレーザビームを集光す
る集光器12とを有し、レーザ発振器から主アーム内を通
り上記集光器に至るレーザビームの伝送経路における、
各関節部に反射ミラー９〜11を配置する。
の突合わせ溶接を、管の姿勢を固定したまま、突合わせ
部に沿って自動的に行うことが可能な溶接装置を提供す
る。 【構成】 管の内側から管の周方向に溶接を施すレーザ
溶接装置であって、管の開口から管内側に挿入して配置
される、管の軸上で回転可能にかつ軸方向へ伸縮可能に
設けた主アーム１と、この主アーム１の先端部に、径方
向に伸縮可能に設けた副アーム７と、この副アーム７の
先端に設けた、レーザビームを突合わせ部に照射するノ
ズル８と、このノズル８に向けてレーザビームを集光す
る集光器12とを有し、レーザ発振器から主アーム内を通
り上記集光器に至るレーザビームの伝送経路における、
各関節部に反射ミラー９〜11を配置する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、管の端面を突合わせ
て、その突合わせ部をレーザビームにて周方向に溶接す
る方法およびこの方法に用いるレーザ溶接装置に関する
ものである。
て、その突合わせ部をレーザビームにて周方向に溶接す
る方法およびこの方法に用いるレーザ溶接装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、パイプラインなどの現場におい
て、管を溶接によってつなげる施工は、主に人手によっ
て行われていた。この作業は、その環境の劣悪さもあ
り、非常に効率の悪いものであった。そこで、管の端面
を突合わせて、その突合わせ部を周方向に自動溶接する
手法が提案され、一部は実用化されているが、その大半
はMIG 溶接またはTIG 溶接であり、従って溶接速度が遅
く、また溶接入熱による変形や溶接残留応力などの問題
が未解決である。
て、管を溶接によってつなげる施工は、主に人手によっ
て行われていた。この作業は、その環境の劣悪さもあ
り、非常に効率の悪いものであった。そこで、管の端面
を突合わせて、その突合わせ部を周方向に自動溶接する
手法が提案され、一部は実用化されているが、その大半
はMIG 溶接またはTIG 溶接であり、従って溶接速度が遅
く、また溶接入熱による変形や溶接残留応力などの問題
が未解決である。
【０００３】これに対してレーザ溶接は、上記問題を回
避できるため有利であり、このレーザ溶接を利用した管
の溶接に関する提案が、特公昭62−47633 号公報に記載
されている。
避できるため有利であり、このレーザ溶接を利用した管
の溶接に関する提案が、特公昭62−47633 号公報に記載
されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この技術は、ビーム姿
勢固定で管が回転し、溶接を行う施工法となる。しかし
ながら、パイプラインの現場施工では、管の他端は土中
に埋設してあるため管を回転させることが不可能であ
り、この技術の現場施工への適用が非常に難しいところ
に問題を残していた。
勢固定で管が回転し、溶接を行う施工法となる。しかし
ながら、パイプラインの現場施工では、管の他端は土中
に埋設してあるため管を回転させることが不可能であ
り、この技術の現場施工への適用が非常に難しいところ
に問題を残していた。
【０００５】従って、本発明の目的は、高速かつ低入熱
のレーザ溶接を利用した、管の突合わせ溶接を、管の姿
勢を固定したまま、突合わせ部に沿って自動的に行う方
法およびこの方法に適合する装置を提供するものであ
る。
のレーザ溶接を利用した、管の突合わせ溶接を、管の姿
勢を固定したまま、突合わせ部に沿って自動的に行う方
法およびこの方法に適合する装置を提供するものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、管と管との端
面を突合わせ、その突合わせ部を管の内側からレーザ溶
接することを特徴とする管の突合わせレーザ溶接方法で
ある。
面を突合わせ、その突合わせ部を管の内側からレーザ溶
接することを特徴とする管の突合わせレーザ溶接方法で
ある。
【０００７】また、上記の方法には、管の内側から管の
周方向に溶接を施すレーザ溶接装置であって、管の開口
から管内側に挿入して配置される、管の軸上で回転可能
にかつ軸方向へ伸縮可能に設けた主アームと、この主ア
ーム先端部に、径方向に伸縮可能に設けた副アームと、
この副アームの先端に設けた、レーザビームを突合わせ
部に照射するノズルと、このノズルに向けてレーザビー
ムを集光する集光器とを有し、レーザ発振器から主アー
ム内を通り上記集光器に至るレーザビームの伝送経路に
おける、各関節部に反射ミラーを配置して成る、レーザ
溶接装置が有利に適合する。
周方向に溶接を施すレーザ溶接装置であって、管の開口
から管内側に挿入して配置される、管の軸上で回転可能
にかつ軸方向へ伸縮可能に設けた主アームと、この主ア
ーム先端部に、径方向に伸縮可能に設けた副アームと、
この副アームの先端に設けた、レーザビームを突合わせ
部に照射するノズルと、このノズルに向けてレーザビー
ムを集光する集光器とを有し、レーザ発振器から主アー
ム内を通り上記集光器に至るレーザビームの伝送経路に
おける、各関節部に反射ミラーを配置して成る、レーザ
溶接装置が有利に適合する。
【０００８】さて、図１に、本発明で使用するレーザ溶
接装置を示す。図において、符号１は突合わせ溶接を施
す管2aおよび2bの内側に挿入される円筒状の主アームで
あり、この主アーム１の基端は、軸受け３を介して、図
示しないレーザ発振器からのレーザビームを導くダクト
４に、回転可能に固定する一方、その先端面は管2a内
に、例えば３〜４本の油圧シリンダーを介して、設置さ
れるモータ５の駆動軸６に固定する。該駆動軸６は、管
2aおよび2bと共有する主アーム１の中心軸と同軸上に配
置し、従って主アーム１に該モータ５による、軸受け３
を支点とした回転を与えることができる。なお、主アー
ム１は、例えば、アーム途中におけるスライド機構に
て、その軸方向での伸縮が可能である。
接装置を示す。図において、符号１は突合わせ溶接を施
す管2aおよび2bの内側に挿入される円筒状の主アームで
あり、この主アーム１の基端は、軸受け３を介して、図
示しないレーザ発振器からのレーザビームを導くダクト
４に、回転可能に固定する一方、その先端面は管2a内
に、例えば３〜４本の油圧シリンダーを介して、設置さ
れるモータ５の駆動軸６に固定する。該駆動軸６は、管
2aおよび2bと共有する主アーム１の中心軸と同軸上に配
置し、従って主アーム１に該モータ５による、軸受け３
を支点とした回転を与えることができる。なお、主アー
ム１は、例えば、アーム途中におけるスライド機構に
て、その軸方向での伸縮が可能である。
【０００９】また、主アーム１の先端外周面には、主ア
ーム１の径方向に突出する副アーム７を、主アーム１の
径方向に、主アーム１と同様の機構にて伸縮可能に設け
る。この副アーム７は、その先端面に、レーザビームを
管2aと2bとの突合わせ部2cに照射するノズル８をそなえ
る。すなわち、該ノズル８は、モータ５による主アーム
１の回転とともに副アーム７が回転されると、突合わせ
部2cに沿って移動するのである。
ーム１の径方向に突出する副アーム７を、主アーム１の
径方向に、主アーム１と同様の機構にて伸縮可能に設け
る。この副アーム７は、その先端面に、レーザビームを
管2aと2bとの突合わせ部2cに照射するノズル８をそなえ
る。すなわち、該ノズル８は、モータ５による主アーム
１の回転とともに副アーム７が回転されると、突合わせ
部2cに沿って移動するのである。
【００１０】以上の構成のレーザ溶接装置は、互いに連
通するダクト４、主アーム１および副アーム７の内部に
レーザビームを通して、このビームをノズル８に導くた
め、まずダクト４の関節部に反射ミラー９を設けて、レ
ーザ発振器からのレーザビームを主アーム１内に平行ビ
ームとして伝送し、次いで主アーム１と副アーム７との
間の関節部に設けた、集光器である、反射ミラー10にて
副アーム７内に伝送し、さらに副アーム７先端域の関節
部に設けた反射ミラー11にて集光ミラー12へ導き、ここ
で集光したレーザビームをノズル８から突合わせ部2cに
向けて照射する。
通するダクト４、主アーム１および副アーム７の内部に
レーザビームを通して、このビームをノズル８に導くた
め、まずダクト４の関節部に反射ミラー９を設けて、レ
ーザ発振器からのレーザビームを主アーム１内に平行ビ
ームとして伝送し、次いで主アーム１と副アーム７との
間の関節部に設けた、集光器である、反射ミラー10にて
副アーム７内に伝送し、さらに副アーム７先端域の関節
部に設けた反射ミラー11にて集光ミラー12へ導き、ここ
で集光したレーザビームをノズル８から突合わせ部2cに
向けて照射する。
【００１１】なお、図示例では、レーザビームの集光器
として集光ミラーを用いたが、図の集光ミラーの位置に
反射ミラーを設けてノズル８に向けてレーザビームを伝
送し、該ノズル８の手前に集光レンズを配置することも
可能である。
として集光ミラーを用いたが、図の集光ミラーの位置に
反射ミラーを設けてノズル８に向けてレーザビームを伝
送し、該ノズル８の手前に集光レンズを配置することも
可能である。
【００１２】
【作用】次に、本発明のレーザ溶接の要領について説明
する。すなわち、レーザ発振器からのレーザビームをミ
ラーやレンズなどの光学系を介して管内側の突合わせ部
に導いた状態で、レーザビームを照射するノズルを管の
内側で360 °回転させることによって、突合わせ部の溶
接を行う。従って、管の外側の状況に影響を受けること
がないため、管の溶接現場において、管外側に存在する
様々な障害物に邪魔されずに、レーザビームを走査で
き、効率の良い溶接施工が達成される。
する。すなわち、レーザ発振器からのレーザビームをミ
ラーやレンズなどの光学系を介して管内側の突合わせ部
に導いた状態で、レーザビームを照射するノズルを管の
内側で360 °回転させることによって、突合わせ部の溶
接を行う。従って、管の外側の状況に影響を受けること
がないため、管の溶接現場において、管外側に存在する
様々な障害物に邪魔されずに、レーザビームを走査で
き、効率の良い溶接施工が達成される。
【００１３】ここで、レーザビーム、特に炭酸ガスレー
ザは、エネルギー密度が高く、これを微小のスポットに
集光することで、突合わせ部の表面は容易に溶融すると
ともに、その一部の蒸発により発生する空洞に沿ってレ
ーザビームがさらに深いところまで照射されるため、い
わゆる深溶け込み溶接が可能になる。従って、管の内側
からのレーザビームの照射によって、突合わせ部の確実
な溶接を実現できる。
ザは、エネルギー密度が高く、これを微小のスポットに
集光することで、突合わせ部の表面は容易に溶融すると
ともに、その一部の蒸発により発生する空洞に沿ってレ
ーザビームがさらに深いところまで照射されるため、い
わゆる深溶け込み溶接が可能になる。従って、管の内側
からのレーザビームの照射によって、突合わせ部の確実
な溶接を実現できる。
【００１４】また、管外周面から突合わせ部に対して、
さらにTIG,MIG またはレーザ溶接にて、肉盛り溶接を施
すことも可能であり、管外周面におけるビードを均一化
する上で好ましい。
さらにTIG,MIG またはレーザ溶接にて、肉盛り溶接を施
すことも可能であり、管外周面におけるビードを均一化
する上で好ましい。
【００１５】なお、管の内側でレーザビームを360 °回
転させて溶接を行う場合、管の厚みや姿勢により、溶融
メタルがその自重を表面張力で支えきれずに垂れ下がる
場合がある。この理由から、溶接部の部分にアンダーカ
ットが発生することがある。この場合は、溶接時に溶材
を添加することで、アンダーカットの発生を回避するこ
とが可能である。
転させて溶接を行う場合、管の厚みや姿勢により、溶融
メタルがその自重を表面張力で支えきれずに垂れ下がる
場合がある。この理由から、溶接部の部分にアンダーカ
ットが発生することがある。この場合は、溶接時に溶材
を添加することで、アンダーカットの発生を回避するこ
とが可能である。
【００１６】ここで、管内周面でのレーザ溶接は、レー
ザビームを管内周面に照射する際のレーザビームの向き
（以下、溶接姿勢という）によって、その溶接部のビー
ド形状が変化するため、溶材の添加量を溶接姿勢に応じ
て調節する必要がある。すなわち、溶接姿勢が真上に向
いている場合は、溶融部が下方に流動してアンダーカッ
トの発生は回避されるため、溶材を添加しなくてもよい
が、溶接姿勢が真上以外の場合は、アンダーカットの発
生頻度が高いため、溶材を添加する必要がある。具体的
には、図２に示すように、溶材の添加量を、溶接姿勢が
真下における溶材添加量を100 としたとき、下向き上進
は 100〜110 、上向き上進は 110〜90、真上はゼロ、上
向き下進は 100〜120 および下向き下進は 120〜100 に
なるように、適宜調整することが好ましい。
ザビームを管内周面に照射する際のレーザビームの向き
（以下、溶接姿勢という）によって、その溶接部のビー
ド形状が変化するため、溶材の添加量を溶接姿勢に応じ
て調節する必要がある。すなわち、溶接姿勢が真上に向
いている場合は、溶融部が下方に流動してアンダーカッ
トの発生は回避されるため、溶材を添加しなくてもよい
が、溶接姿勢が真上以外の場合は、アンダーカットの発
生頻度が高いため、溶材を添加する必要がある。具体的
には、図２に示すように、溶材の添加量を、溶接姿勢が
真下における溶材添加量を100 としたとき、下向き上進
は 100〜110 、上向き上進は 110〜90、真上はゼロ、上
向き下進は 100〜120 および下向き下進は 120〜100 に
なるように、適宜調整することが好ましい。
【００１７】
実施例１ 図１に示したレーザ溶接装置を用いて、径が300 mmおよ
び厚みが12mmである、２本の管を突合わせ溶接した。な
お、レーザ発振器には、出力：10kwの炭酸ガスレーザを
使用し、溶接速度：1.0 ｍ／min で管内周面の突合わせ
部を１パスで溶接した。また、比較として、同様の溶接
を従来法に従うＭＡＧ溶接多層盛り（４層）でも行っ
た。両者の溶接入熱量、溶接時間および溶接部の欠陥発
生率について調査した結果を表１に示す。同表から、本
発明によるレーザ溶接は、ＭＡＧ溶接と比較して、入熱
量が低く、溶接時間は約１／30に短縮され、さらに溶接
部の欠陥発生率も低かった。
び厚みが12mmである、２本の管を突合わせ溶接した。な
お、レーザ発振器には、出力：10kwの炭酸ガスレーザを
使用し、溶接速度：1.0 ｍ／min で管内周面の突合わせ
部を１パスで溶接した。また、比較として、同様の溶接
を従来法に従うＭＡＧ溶接多層盛り（４層）でも行っ
た。両者の溶接入熱量、溶接時間および溶接部の欠陥発
生率について調査した結果を表１に示す。同表から、本
発明によるレーザ溶接は、ＭＡＧ溶接と比較して、入熱
量が低く、溶接時間は約１／30に短縮され、さらに溶接
部の欠陥発生率も低かった。
【００１８】
【表１】
【００１９】実施例２ 図１に示したレーザ溶接装置を用いて、径が300 mmおよ
び厚みが９mmである、２本の管を、溶接姿勢に応じて溶
材（ＣMn系ソリッドワイヤ 0.9mmφ）を、通電加熱下
で、図３に示すところに従って添加しながら、突合わせ
溶接した。すなわち、レーザ発振器には、出力：10kwの
炭酸ガスレーザを使用し、溶接速度：1.0ｍ／min で管
内周面の突合わせ部を１パスで溶接するに当たり、溶接
姿勢に応じて、表２に示す各条件下に溶材添加量を調整
した。また、比較として、同様の溶接を従来法に従うＭ
ＡＧ溶接多層盛り（４層）でも行った。両者の溶接入熱
量、溶接時間および溶接部の欠陥発生率について調査し
た結果を表３に示す。同表から、本発明によるレーザ溶
接は、ＭＡＧ溶接と比較して、入熱量が低く、溶接時間
は約１／30に短縮され、さらに溶接部の欠陥発生率も低
かった。
び厚みが９mmである、２本の管を、溶接姿勢に応じて溶
材（ＣMn系ソリッドワイヤ 0.9mmφ）を、通電加熱下
で、図３に示すところに従って添加しながら、突合わせ
溶接した。すなわち、レーザ発振器には、出力：10kwの
炭酸ガスレーザを使用し、溶接速度：1.0ｍ／min で管
内周面の突合わせ部を１パスで溶接するに当たり、溶接
姿勢に応じて、表２に示す各条件下に溶材添加量を調整
した。また、比較として、同様の溶接を従来法に従うＭ
ＡＧ溶接多層盛り（４層）でも行った。両者の溶接入熱
量、溶接時間および溶接部の欠陥発生率について調査し
た結果を表３に示す。同表から、本発明によるレーザ溶
接は、ＭＡＧ溶接と比較して、入熱量が低く、溶接時間
は約１／30に短縮され、さらに溶接部の欠陥発生率も低
かった。
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、管の突合わせ溶接を、
高速かつ低入熱のレーザ溶接にて、管の姿勢を固定した
まま、突合わせ部に沿って自動的に行うことができ、従
って変形および残留応力の極めて少ない溶接を、現場で
実施することが可能である。
高速かつ低入熱のレーザ溶接にて、管の姿勢を固定した
まま、突合わせ部に沿って自動的に行うことができ、従
って変形および残留応力の極めて少ない溶接を、現場で
実施することが可能である。
【図１】本発明のレーザ溶接装置を示す模式図である。
【図２】溶接姿勢を示す模式図である。
【図３】溶材の添加要領を説明する模式図である。
１ 主アーム１ 2a，2b 管 2c 突合わせ部 ３ 軸受け ４ ダクト ５ モータ ６ 駆動軸 ７ 副アーム ８ ノズル ９ 反射ミラー 10 反射ミラー 11 反射ミラー 12 集光ミラー
Claims (2)
- 【請求項１】管と管との端面を突合わせ、その突合わせ
部を管の内側からレーザ溶接することを特徴とする管の
突合わせレーザ溶接方法。 - 【請求項２】管の内側から管の周方向に溶接を施すレー
ザ溶接装置であって、管の開口から管内側に挿入して配
置される、管の軸上で回転可能にかつ軸方向へ伸縮可能
に設けた主アームと、この主アームの先端部に、径方向
に伸縮可能に設けた副アームと、この副アームの先端に
設けた、レーザビームを突合わせ部に照射するノズル
と、このノズルに向けてレーザビームを集光する集光器
とを有し、レーザ発振器から主アーム内を通り上記集光
器に至るレーザビームの伝送経路における、各関節部に
反射ミラーを配置して成る、レーザ溶接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5272153A JPH07124770A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 管の突合わせレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5272153A JPH07124770A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 管の突合わせレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07124770A true JPH07124770A (ja) | 1995-05-16 |
Family
ID=17509833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5272153A Pending JPH07124770A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 管の突合わせレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07124770A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6007963A (en) * | 1995-09-21 | 1999-12-28 | Sandia Corporation | Method for extreme ultraviolet lithography |
| CN107020451A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-08-08 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 可旋转扫描的激光输出装置 |
-
1993
- 1993-10-29 JP JP5272153A patent/JPH07124770A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6007963A (en) * | 1995-09-21 | 1999-12-28 | Sandia Corporation | Method for extreme ultraviolet lithography |
| CN107020451A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-08-08 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 可旋转扫描的激光输出装置 |
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