JPH07290261A - 自動造管機の溶接方法 - Google Patents
自動造管機の溶接方法Info
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- JPH07290261A JPH07290261A JP6112255A JP11225594A JPH07290261A JP H07290261 A JPH07290261 A JP H07290261A JP 6112255 A JP6112255 A JP 6112255A JP 11225594 A JP11225594 A JP 11225594A JP H07290261 A JPH07290261 A JP H07290261A
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- Japan
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- pipe
- laser
- welding
- laser beam
- welding method
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- 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
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/20—Bonding
- B23K26/21—Bonding by welding
- B23K26/24—Seam welding
- B23K26/26—Seam welding of rectilinear seams
- B23K26/262—Seam welding of rectilinear seams of longitudinal seams of tubes
Landscapes
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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】 外面と同時に内面からも溶接して内面ビード
の整形を行い、溶接速度が速くかつ工業的に安定した操
業が可能な自動造管機の溶接方法の提供。 【構成】 片持ち支持管１０内にレーザー源からのレー
ザーを伝送する光ファイバー１２を挿入配置し、内部に
光ファイバー１２からのレーザーをコリメターレンズ１
３，１４で集光して、所要角度で配置したミラー１５に
て照射、集光させる光学系を構成したレーザーヘッド１
１で、内面シーム部をレーザービームで加熱するに際
し、外面からの溶接溶け込みをパイプ素材２の板厚の約
８０％程度に調整し、外面入力による溶融部直下より進
行方向の下流側の部分を加熱し、上面よりの圧力や重力
の作用の影響を抑止すると共にシーム部の喰違いや横走
り等を補修し、レーザービームの出力を変えて内面ビー
ドの幅を制御して平滑な内面ビードを形成した高品質の
溶接パイプを得る。
の整形を行い、溶接速度が速くかつ工業的に安定した操
業が可能な自動造管機の溶接方法の提供。 【構成】 片持ち支持管１０内にレーザー源からのレー
ザーを伝送する光ファイバー１２を挿入配置し、内部に
光ファイバー１２からのレーザーをコリメターレンズ１
３，１４で集光して、所要角度で配置したミラー１５に
て照射、集光させる光学系を構成したレーザーヘッド１
１で、内面シーム部をレーザービームで加熱するに際
し、外面からの溶接溶け込みをパイプ素材２の板厚の約
８０％程度に調整し、外面入力による溶融部直下より進
行方向の下流側の部分を加熱し、上面よりの圧力や重力
の作用の影響を抑止すると共にシーム部の喰違いや横走
り等を補修し、レーザービームの出力を変えて内面ビー
ドの幅を制御して平滑な内面ビードを形成した高品質の
溶接パイプを得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、化学工業用のステン
レスパイプの如く、パイプ内面の溶接部、すなわち裏ビ
ードが揃った滑らかな形状を有するパイプを自動造管機
で製造するための溶接方法に係り、光ファイバーを伝送
系としたレーザー溶接機のレーザーヘッドをパイプ内に
配置し、外面側からの溶接による溶融部底の下流側近傍
の裏ビード部を溶融部底の下流側に配置したレーザーヘ
ッドよりレーザービーム照射してビード状態を整える自
動造管機の溶接方法に関する。
レスパイプの如く、パイプ内面の溶接部、すなわち裏ビ
ードが揃った滑らかな形状を有するパイプを自動造管機
で製造するための溶接方法に係り、光ファイバーを伝送
系としたレーザー溶接機のレーザーヘッドをパイプ内に
配置し、外面側からの溶接による溶融部底の下流側近傍
の裏ビード部を溶融部底の下流側に配置したレーザーヘ
ッドよりレーザービーム照射してビード状態を整える自
動造管機の溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、化学工業用のステンレスパイプ
は、主としてパイプ内面を流体が通過するため、流体通
過の妨げとならないように、溶接部のビード形状が余盛
の少ないこと、表面の滑らかなこと、アンダーカット、
溶込み不良のないこと等が品質上要求される。
は、主としてパイプ内面を流体が通過するため、流体通
過の妨げとならないように、溶接部のビード形状が余盛
の少ないこと、表面の滑らかなこと、アンダーカット、
溶込み不良のないこと等が品質上要求される。
【０００３】従来、自動造管機による化学工業用ステン
レスパイプの製造における溶接法には、外面からの自動
溶接が主でＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、レーザー溶接、
電子ビーム溶接などの各種溶融溶接法が採用されてい
る。一般に、パイプ肉厚が厚くなると溶接速度が非常に
低くなり、例えば板厚み１０ｍｍ程度になると、ＴＩＧ
溶接法、プラズマ溶接法では溶接が非能率的で要求され
る工業的なレベルが達成できず、レーザー溶接法によっ
ても完全な溶込みを確保し、裏ビードの揃った滑らかな
形を作ることは困難であった。
レスパイプの製造における溶接法には、外面からの自動
溶接が主でＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、レーザー溶接、
電子ビーム溶接などの各種溶融溶接法が採用されてい
る。一般に、パイプ肉厚が厚くなると溶接速度が非常に
低くなり、例えば板厚み１０ｍｍ程度になると、ＴＩＧ
溶接法、プラズマ溶接法では溶接が非能率的で要求され
る工業的なレベルが達成できず、レーザー溶接法によっ
ても完全な溶込みを確保し、裏ビードの揃った滑らかな
形を作ることは困難であった。
【０００４】パイプ肉厚が厚く、レーザー溶接法による
場合は、完全な溶け込みを考慮してレーザー出力を設定
すると、エッジ部のダレ、段差、傾斜等のバラツキが実
際上発生するので、機械加工したＩシーム部のような条
件では内面ビードの均一化は難しく、所謂キーホールウ
エルディングとなり、溶け込みオーバーによるフラッシ
ュ、溶け落ち、余盛形状の不良等が発生し、また、レー
ザー出力を低く設定すると内面ビードの溶け込み不足等
が発生し易く、完全な溶込みを確保し、裏ビードの揃っ
た滑らかな形を作り、安定した操業を行うことは困難で
あった。
場合は、完全な溶け込みを考慮してレーザー出力を設定
すると、エッジ部のダレ、段差、傾斜等のバラツキが実
際上発生するので、機械加工したＩシーム部のような条
件では内面ビードの均一化は難しく、所謂キーホールウ
エルディングとなり、溶け込みオーバーによるフラッシ
ュ、溶け落ち、余盛形状の不良等が発生し、また、レー
ザー出力を低く設定すると内面ビードの溶け込み不足等
が発生し易く、完全な溶込みを確保し、裏ビードの揃っ
た滑らかな形を作り、安定した操業を行うことは困難で
あった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】パイプ内面のビードを
完全に揃えることは、特に化学工業用ステンレスパイプ
の如き用途のパイプでは、その品質上極めて重要な点で
ある。そこで、外面からの自動溶接とともに内面からＴ
ＩＧ溶接法による内面溶接を行う方法が提案されてお
り、外面と同時に内面からも溶接する方法は内面ビード
の整形に有効であると考えられる。
完全に揃えることは、特に化学工業用ステンレスパイプ
の如き用途のパイプでは、その品質上極めて重要な点で
ある。そこで、外面からの自動溶接とともに内面からＴ
ＩＧ溶接法による内面溶接を行う方法が提案されてお
り、外面と同時に内面からも溶接する方法は内面ビード
の整形に有効であると考えられる。
【０００６】しかし、ＴＩＧ溶接法では、トーチの特性
上、垂直にアークを発生させなければならないため、連
続溶接時の溶融部からのスパッター等により電極が損傷
しやすく不測の状態を招き易い。従って安定した操業を
望むことは困難である。
上、垂直にアークを発生させなければならないため、連
続溶接時の溶融部からのスパッター等により電極が損傷
しやすく不測の状態を招き易い。従って安定した操業を
望むことは困難である。
【０００７】この発明は、自動造管機によるパイプの製
造において、外面と同時に内面からも溶接して内面ビー
ドの整形を行う自動造管機の溶接方法の提供を目的と
し、特にパイプ肉厚比が大きなパイプの場合でも、溶接
速度が速くかつ工業的に安定した操業が可能な自動造管
機の溶接方法の提供を目的としている。
造において、外面と同時に内面からも溶接して内面ビー
ドの整形を行う自動造管機の溶接方法の提供を目的と
し、特にパイプ肉厚比が大きなパイプの場合でも、溶接
速度が速くかつ工業的に安定した操業が可能な自動造管
機の溶接方法の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は、板端面同士
を付き合わせて外面側から溶接してパイプを連続的に製
造する自動造管機の溶接方法において、レーザー溶接機
のレーザーヘッドを光ファイバーを伝送系として成形中
のパイプ内に配置し、外面側からの溶接による溶融部底
の下流側近傍の１または複数箇所のパイプ内面を、溶融
部の下流側に配置される１または複数のレーザーヘッド
より照射するレーザービームにて加熱溶融し、パイプ内
面のビード状態を整えることを特徴とする自動造管機の
溶接方法である。この発明において、被成形体の管素材
の進行方向を、例えば図１、図２で右手から左手へと流
れると仮定すると、溶融部の上流側とは帯材の長手両端
が突き合わされつつあり、まだ溶接されていない右側で
あり、溶融部の下流側とは溶接されて管となった左側を
示すものである。
を付き合わせて外面側から溶接してパイプを連続的に製
造する自動造管機の溶接方法において、レーザー溶接機
のレーザーヘッドを光ファイバーを伝送系として成形中
のパイプ内に配置し、外面側からの溶接による溶融部底
の下流側近傍の１または複数箇所のパイプ内面を、溶融
部の下流側に配置される１または複数のレーザーヘッド
より照射するレーザービームにて加熱溶融し、パイプ内
面のビード状態を整えることを特徴とする自動造管機の
溶接方法である。この発明において、被成形体の管素材
の進行方向を、例えば図１、図２で右手から左手へと流
れると仮定すると、溶融部の上流側とは帯材の長手両端
が突き合わされつつあり、まだ溶接されていない右側で
あり、溶融部の下流側とは溶接されて管となった左側を
示すものである。
【０００９】また、この発明は、上述の構成において、
レーザーヘッドがヘッド軸線に対し６０度〜３０度の光
軸変更手段とフォーカス変更手段を有し、溶融部下流側
よりレーザービーム照射する自動造管機の溶接方法を提
案する。さらに、この発明は、上記の構成において、光
ファイバー先端に設けた光学系ヘッドをパイプ内面のビ
ード部方向に対向配置し、パイプ外のＣＣＤカメラと光
ファイバーで接続したＣＣＤカメラシステムで、確認し
たシーム部状態に応じて、レーザービーム照射位置、レ
ーザー出力を変更する自動造管機の溶接方法を併せて提
案する。
レーザーヘッドがヘッド軸線に対し６０度〜３０度の光
軸変更手段とフォーカス変更手段を有し、溶融部下流側
よりレーザービーム照射する自動造管機の溶接方法を提
案する。さらに、この発明は、上記の構成において、光
ファイバー先端に設けた光学系ヘッドをパイプ内面のビ
ード部方向に対向配置し、パイプ外のＣＣＤカメラと光
ファイバーで接続したＣＣＤカメラシステムで、確認し
たシーム部状態に応じて、レーザービーム照射位置、レ
ーザー出力を変更する自動造管機の溶接方法を併せて提
案する。
【００１０】この発明において、外面側からの溶接方法
は、公知のいずれの溶接方法でも良いが、実施例に示す
レーザー溶接方法との組合せが最も好ましい。また、こ
の発明は、パイプ内面のビード状態を整えるために内面
側にレーザー溶接を採用するが、レーザー種類も実施例
に示すＹＡＧレーザー以外のいずれのものも採用でき、
出力もパルス方式、連続方式のいずれも採用できる。
は、公知のいずれの溶接方法でも良いが、実施例に示す
レーザー溶接方法との組合せが最も好ましい。また、こ
の発明は、パイプ内面のビード状態を整えるために内面
側にレーザー溶接を採用するが、レーザー種類も実施例
に示すＹＡＧレーザー以外のいずれのものも採用でき、
出力もパルス方式、連続方式のいずれも採用できる。
【００１１】
【作用】従来、溶融溶接の速度を向上させるために、パ
ワーを増加させるだけでは、ビード形状の不良、すなわ
ち、アンダーカット、余盛形状の不良、内面ビードの溶
け込み不足、横走り、溶け込みオーバーによるフラッシ
ュやスパッタリング、溶け落ち等が発生するため、実際
の操業においてはシーム部のバラツキを考慮に入れて、
加熱溶融により生成した溶融部（以下モルトンプールと
いう）の底部がパイプ内面側に突き抜けないように溶接
速度及び入力をコントロールする必要があった。
ワーを増加させるだけでは、ビード形状の不良、すなわ
ち、アンダーカット、余盛形状の不良、内面ビードの溶
け込み不足、横走り、溶け込みオーバーによるフラッシ
ュやスパッタリング、溶け落ち等が発生するため、実際
の操業においてはシーム部のバラツキを考慮に入れて、
加熱溶融により生成した溶融部（以下モルトンプールと
いう）の底部がパイプ内面側に突き抜けないように溶接
速度及び入力をコントロールする必要があった。
【００１２】詳述すると、内面ビードの形状を制御する
ためには、モルトンプール底部が内表面に達するように
加熱し、底部のモルトンメタルの表面張力及び母材部と
の付着力、凝集力によって、モルトンメタルに働く重力
及びアーク力等とバランスするように外部からの溶接の
パワー及び速度をコントロールする必要があった。しか
しながら、ロール成形による連続造管ではエッジ部のダ
レ、段差、傾斜等のバラツキが実際上発生するので、機
械加工したＩシーム部のような条件では内面ビードの均
一化は難しい。
ためには、モルトンプール底部が内表面に達するように
加熱し、底部のモルトンメタルの表面張力及び母材部と
の付着力、凝集力によって、モルトンメタルに働く重力
及びアーク力等とバランスするように外部からの溶接の
パワー及び速度をコントロールする必要があった。しか
しながら、ロール成形による連続造管ではエッジ部のダ
レ、段差、傾斜等のバラツキが実際上発生するので、機
械加工したＩシーム部のような条件では内面ビードの均
一化は難しい。
【００１３】そこで従来は、モルトンプール底部が内表
面に達するように加熱する際に、モルトンプールの底部
が内面側に突き抜けないように底部を直接入力によって
形成するのではなく、母材の熱の伝導によって融点まで
達するような条件で行うことが望ましいことから、入力
の抑制並びに速度の低下が余儀なくされる。ところが、
従来の問題点について前述したレーザー溶接によるキー
ホールウエルディングの場合のごとく、実際上は加熱溶
融により生成したモルトンプールの底部が内面側に突き
抜けたり、溶融不足を生じたりするために、特に板厚が
厚いほど溶融溶接の速度を速くすることが極めて困難で
あった。
面に達するように加熱する際に、モルトンプールの底部
が内面側に突き抜けないように底部を直接入力によって
形成するのではなく、母材の熱の伝導によって融点まで
達するような条件で行うことが望ましいことから、入力
の抑制並びに速度の低下が余儀なくされる。ところが、
従来の問題点について前述したレーザー溶接によるキー
ホールウエルディングの場合のごとく、実際上は加熱溶
融により生成したモルトンプールの底部が内面側に突き
抜けたり、溶融不足を生じたりするために、特に板厚が
厚いほど溶融溶接の速度を速くすることが極めて困難で
あった。
【００１４】この発明では、図２ＡのＩシーム溶接部の
温度分布説明図に示す如く、外面からの溶接、ここでは
一例としてレーザー溶接トーチ１による外面よりの溶込
みは内面まで達成させる必要はなく、例えば、パイプ素
材２の板厚ｔの約８０〜９０％程度となるように、モル
トンプール３の底面高さを調整するので、溶接の入力過
剰（キーホールウエルディング）による溶け落ちの心配
はなく、これに伴うフラシュやスパッタリングもなくな
る。一方、内面側のシーム部４は、レーザー溶接トーチ
１による外面入力により溶融点（モルトンプールの最底
部）直下まで加熱されており、同部をレーザービーム５
で加熱すると直ちに融点までに加熱されるが、この発明
では外面入力による溶融部の底部直下ではなく、そのパ
イプ素材２の溶融部直下の下流側近傍部分、図では溶融
部の底部直下（溶接トーチ１の中心軸上）よりα長さ離
れた部分をレーザービーム５で加熱する。この発明は、
溶融部底部の下流側近傍部分をレーザービーム５で加熱
することにより、モルトンプール３の上面よりの圧力や
重力の作用の影響を抑止すると共にシーム部の喰違いや
横走り等も、レーザービーム５の出力を変えて内面ビー
ドの幅を制御することにより修正することが可能であ
り、品質のよい溶接パイプを得ることができる。
温度分布説明図に示す如く、外面からの溶接、ここでは
一例としてレーザー溶接トーチ１による外面よりの溶込
みは内面まで達成させる必要はなく、例えば、パイプ素
材２の板厚ｔの約８０〜９０％程度となるように、モル
トンプール３の底面高さを調整するので、溶接の入力過
剰（キーホールウエルディング）による溶け落ちの心配
はなく、これに伴うフラシュやスパッタリングもなくな
る。一方、内面側のシーム部４は、レーザー溶接トーチ
１による外面入力により溶融点（モルトンプールの最底
部）直下まで加熱されており、同部をレーザービーム５
で加熱すると直ちに融点までに加熱されるが、この発明
では外面入力による溶融部の底部直下ではなく、そのパ
イプ素材２の溶融部直下の下流側近傍部分、図では溶融
部の底部直下（溶接トーチ１の中心軸上）よりα長さ離
れた部分をレーザービーム５で加熱する。この発明は、
溶融部底部の下流側近傍部分をレーザービーム５で加熱
することにより、モルトンプール３の上面よりの圧力や
重力の作用の影響を抑止すると共にシーム部の喰違いや
横走り等も、レーザービーム５の出力を変えて内面ビー
ドの幅を制御することにより修正することが可能であ
り、品質のよい溶接パイプを得ることができる。
【００１５】なお、外面よりの溶込み深さと、内面から
のレーザービームによる溶込み深さの比率は特に限定し
ないが、板厚みや溶接速度を考慮して外面よりの溶込み
が主になるように適宜選定すればよい。内面側のレーザ
ービーム５の出力は、レーザー溶接トーチ１による外面
よりの入熱がパイプ素材２の板厚ｔの約８０〜９０％程
度、溶け込むように設定されており、また、かかる入熱
にて溶融点（モルトンプールの最底部）近傍は十分加熱
されているため、新たな入熱が僅かであっても直ちに融
点までに加熱されることを考慮し、ビーム出力を設定す
る必要がある。また、この際、レーザービーム５の焦点
もシャープに一点に集中させるよりも、所要部分全体に
新たな入熱を分散させるがごとくビームを照射すること
が好ましい。
のレーザービームによる溶込み深さの比率は特に限定し
ないが、板厚みや溶接速度を考慮して外面よりの溶込み
が主になるように適宜選定すればよい。内面側のレーザ
ービーム５の出力は、レーザー溶接トーチ１による外面
よりの入熱がパイプ素材２の板厚ｔの約８０〜９０％程
度、溶け込むように設定されており、また、かかる入熱
にて溶融点（モルトンプールの最底部）近傍は十分加熱
されているため、新たな入熱が僅かであっても直ちに融
点までに加熱されることを考慮し、ビーム出力を設定す
る必要がある。また、この際、レーザービーム５の焦点
もシャープに一点に集中させるよりも、所要部分全体に
新たな入熱を分散させるがごとくビームを照射すること
が好ましい。
【００１６】この際、複数のレーザーヘッドで同一又は
複数箇所のパイプ内面をレーザービームにて加熱溶融す
ることも内面ビードの幅など形状の制御に有効な手段で
ある。前記の溶融部底部直下からレーザービームを照射
する下流側近傍位置までの距離αは、特に限定しない
が、外面入熱による内面シーム部の温度が溶融温度より
２００℃〜３００℃程度低い箇所が好ましく、外面から
の入熱量や溶接速度等に応じて照射位置やレーザービー
ム５の出力を調節することが好ましい。
複数箇所のパイプ内面をレーザービームにて加熱溶融す
ることも内面ビードの幅など形状の制御に有効な手段で
ある。前記の溶融部底部直下からレーザービームを照射
する下流側近傍位置までの距離αは、特に限定しない
が、外面入熱による内面シーム部の温度が溶融温度より
２００℃〜３００℃程度低い箇所が好ましく、外面から
の入熱量や溶接速度等に応じて照射位置やレーザービー
ム５の出力を調節することが好ましい。
【００１７】また、この発明において、レーザービーム
を照射する位置である該溶融部直下の下流側近傍部分を
狙うレーザーヘッドは、少なくともレーザーヘッドのビ
ーム照射口は該溶融部直下ではなく溶融部の下流側の所
要位置に配置されるもので、配置位置に応じて所要角度
を持ったビーム照射口にて、該溶融部の底部の下流側近
傍部分を狙ってレーザービームを照射するため、モルト
ンプールのスパッター等の現象が生じても、レーザービ
ームを遮ったりすることがなく、また、レーザーヘッド
に損傷を与える可能性は極めて少なく、溶接条件を自由
に調整することができ、また連続操業が可能となる。例
えば、レーザーヘッド自体は、冷却水が循環する冷却ジ
ャケットで被覆することにより、高温度やモルトンプー
ルのスパッター等から保護することができる。また、レ
ーザーヘッドのビーム照射口にヘッド軸線に対し６０度
〜３０度の光軸変更手段とフォーカス変更手段を備え、
溶融部下流側よりレーザービーム照射することにより、
レーザーヘッドのビーム照射口の損傷を防止するとも
に、内面ビードの幅など形状の制御がより効果的に実現
できる。
を照射する位置である該溶融部直下の下流側近傍部分を
狙うレーザーヘッドは、少なくともレーザーヘッドのビ
ーム照射口は該溶融部直下ではなく溶融部の下流側の所
要位置に配置されるもので、配置位置に応じて所要角度
を持ったビーム照射口にて、該溶融部の底部の下流側近
傍部分を狙ってレーザービームを照射するため、モルト
ンプールのスパッター等の現象が生じても、レーザービ
ームを遮ったりすることがなく、また、レーザーヘッド
に損傷を与える可能性は極めて少なく、溶接条件を自由
に調整することができ、また連続操業が可能となる。例
えば、レーザーヘッド自体は、冷却水が循環する冷却ジ
ャケットで被覆することにより、高温度やモルトンプー
ルのスパッター等から保護することができる。また、レ
ーザーヘッドのビーム照射口にヘッド軸線に対し６０度
〜３０度の光軸変更手段とフォーカス変更手段を備え、
溶融部下流側よりレーザービーム照射することにより、
レーザーヘッドのビーム照射口の損傷を防止するとも
に、内面ビードの幅など形状の制御がより効果的に実現
できる。
【００１８】レーザーヘッドの一例を説明すると、帯材
の両端部を突き合わせてパイプ化する一般的なパイプミ
ルの場合、図１に示す如く、ロール成形にて帯材両端部
を突き合わせる直前のパイプ素材が開いた箇所より片持
ち支持管１０を挿入し、その先端にレーザーヘッド１１
を装着し、片持ち支持管１０内にレーザー源からのレー
ザーを伝送する光ファイバー１２を挿入配置し、レーザ
ーヘッド１１内に光ファイバー１２からのレーザーをコ
リメターレンズ１３，１４で集光して、所要角度で配置
したミラー１５にて照射窓となる保護レンズ１６へと反
射、照射させる光学系を構成することにより、外面側か
らの溶接による溶融部底部の下流側近傍のシーム部を、
溶融部の下流側に配置されるレーザーヘッド１１より照
射するレーザービームにて加熱溶融することができる。
なお、レーザーヘッド１１は、図で詳細に示してはいな
いが、冷却水が循環する冷却ジャケットで被覆してあ
る。また、上記構成に加えて、レーザーヘッド１１ある
いは片持ち支持管１０の先端にパイプ２内面に当接する
車輪を設けた内面ガイド装置を接続してもよい。
の両端部を突き合わせてパイプ化する一般的なパイプミ
ルの場合、図１に示す如く、ロール成形にて帯材両端部
を突き合わせる直前のパイプ素材が開いた箇所より片持
ち支持管１０を挿入し、その先端にレーザーヘッド１１
を装着し、片持ち支持管１０内にレーザー源からのレー
ザーを伝送する光ファイバー１２を挿入配置し、レーザ
ーヘッド１１内に光ファイバー１２からのレーザーをコ
リメターレンズ１３，１４で集光して、所要角度で配置
したミラー１５にて照射窓となる保護レンズ１６へと反
射、照射させる光学系を構成することにより、外面側か
らの溶接による溶融部底部の下流側近傍のシーム部を、
溶融部の下流側に配置されるレーザーヘッド１１より照
射するレーザービームにて加熱溶融することができる。
なお、レーザーヘッド１１は、図で詳細に示してはいな
いが、冷却水が循環する冷却ジャケットで被覆してあ
る。また、上記構成に加えて、レーザーヘッド１１ある
いは片持ち支持管１０の先端にパイプ２内面に当接する
車輪を設けた内面ガイド装置を接続してもよい。
【００１９】シーム部への照射角度を予め所要の角度に
設定するほか、また、ミラー１５の配置角度や位置を可
変構造にすることにより、光軸角度を自由に設定するこ
とが可能になる。また、光軸角度が一定であっても、例
えば片持ち支持管１０のパイプ外の支持側にパイプ素材
２内で前後方向及び回転角度を変更可能にした支持装置
を設けることにより、照射位置や照射角度をある程度変
更することが可能になる。
設定するほか、また、ミラー１５の配置角度や位置を可
変構造にすることにより、光軸角度を自由に設定するこ
とが可能になる。また、光軸角度が一定であっても、例
えば片持ち支持管１０のパイプ外の支持側にパイプ素材
２内で前後方向及び回転角度を変更可能にした支持装置
を設けることにより、照射位置や照射角度をある程度変
更することが可能になる。
【００２０】さらに、片持ち支持管１０内にＣＣＤカメ
ラシステム用の光ファイバーを挿入配置することによ
り、光ファイバー先端に設けた光学系ヘッドをパイプ内
面のビード部方向に対向配置し、光ファイバーの他端に
パイプ外のＣＣＤカメラと接続してＣＣＤカメラシステ
ムを構成することができ、シーム部の状態をＣＣＤカメ
ラシステムに接続したディスプレイで確認でき、確認し
たシーム部状態に応じて、レーザービーム照射位置、レ
ーザー出力を変更することができ、内面ビードの幅など
形状の制御がより効果的に実現できる。
ラシステム用の光ファイバーを挿入配置することによ
り、光ファイバー先端に設けた光学系ヘッドをパイプ内
面のビード部方向に対向配置し、光ファイバーの他端に
パイプ外のＣＣＤカメラと接続してＣＣＤカメラシステ
ムを構成することができ、シーム部の状態をＣＣＤカメ
ラシステムに接続したディスプレイで確認でき、確認し
たシーム部状態に応じて、レーザービーム照射位置、レ
ーザー出力を変更することができ、内面ビードの幅など
形状の制御がより効果的に実現できる。
【００２１】
【実施例】外面からの溶接条件として、５ｋＷ出力のＣ
Ｏ2レーザー装置を用い、内面からの溶接条件として、
１ｋＷ出力のＹＡＧレーザー装置を用い、上述した内面
ガイド装置を用いて、板厚５ｍｍと１０ｍｍのＳＵＳ３
０４材からなるパイプの溶接を行った。この際、先ず、
外面側の主溶接ヘッドより板厚の約８０％程度のペネト
レーションを生じるように、モルトンプールを発生さ
せ、同時に内面側ヘッドより、４５度〜６０度程度の角
度でモルトンプールの底部、すなわち、溶融部底部直下
（外面の溶接トーチの中心軸上）より下流側部分を加熱
溶融した。内面エッジ近傍は、充分に加熱され、融点直
下の温度分布となっており、少ないパワーでも有効に加
熱溶融することが可能であった。また、実操業時の映像
より温度分布を測定した測定結果を模式的に表した図２
のＢに示す説明図からも明らかなように、内面ビード幅
が拡大し、内面曲率に近い滑らかな（ｃｏｎｔｏｕｒ）
形状を得ることができた。
Ｏ2レーザー装置を用い、内面からの溶接条件として、
１ｋＷ出力のＹＡＧレーザー装置を用い、上述した内面
ガイド装置を用いて、板厚５ｍｍと１０ｍｍのＳＵＳ３
０４材からなるパイプの溶接を行った。この際、先ず、
外面側の主溶接ヘッドより板厚の約８０％程度のペネト
レーションを生じるように、モルトンプールを発生さ
せ、同時に内面側ヘッドより、４５度〜６０度程度の角
度でモルトンプールの底部、すなわち、溶融部底部直下
（外面の溶接トーチの中心軸上）より下流側部分を加熱
溶融した。内面エッジ近傍は、充分に加熱され、融点直
下の温度分布となっており、少ないパワーでも有効に加
熱溶融することが可能であった。また、実操業時の映像
より温度分布を測定した測定結果を模式的に表した図２
のＢに示す説明図からも明らかなように、内面ビード幅
が拡大し、内面曲率に近い滑らかな（ｃｏｎｔｏｕｒ）
形状を得ることができた。
【００２２】また、５ｋＷ出力のＣＯ2レーザー装置を
用いて外面からの溶接のみの従来法を、同一素材のパイ
プの溶接を行ったところ、従来法の場合、板厚５ｍｍで
は溶接速度が２ｍ／分程度、板厚１０ｍｍでは溶接速度
が０．３ｍ／分以下と工業生産には非効率的であった。
これに対して、この発明による溶接の場合、板厚５ｍｍ
では溶接速度が３ｍ／分、板厚１０ｍｍでは溶接速度が
１ｍ／分以上と工業生産を実現できる溶接速度が得られ
た。
用いて外面からの溶接のみの従来法を、同一素材のパイ
プの溶接を行ったところ、従来法の場合、板厚５ｍｍで
は溶接速度が２ｍ／分程度、板厚１０ｍｍでは溶接速度
が０．３ｍ／分以下と工業生産には非効率的であった。
これに対して、この発明による溶接の場合、板厚５ｍｍ
では溶接速度が３ｍ／分、板厚１０ｍｍでは溶接速度が
１ｍ／分以上と工業生産を実現できる溶接速度が得られ
た。
【００２３】
【発明の効果】従来、自動造管機における溶接は、レー
ザー溶接法によるパイプ肉厚が厚い場合は、エッジ部の
ダレ、段差、傾斜等のバラツキが実際上発生するので、
完全な溶け込みを考慮してレーザー出力を設定すると、
所謂キーホールウエルダンとなり、溶け込みオーバーに
よるフラッシュやスパッタリング、溶け落ち、余盛形状
の不良等が発生し、また、レーザー出力を低く設定する
と内面ビードの溶け込み不足等が発生し易く、完全な溶
込みを確保し、裏ビードの揃った滑らかな形を作り、安
定した操業を行うことは困難であった。ところが、この
発明では、外面側からのレーザー溶接による溶込みを板
厚の約８０〜９０％程度となるよう設定することによ
り、外面よりの入力はフルパワーに近い入熱となるよう
に溶接速度を上げることが可能で、一方、該溶融部底の
下流側近傍のパイプ内面を溶融部の下流側に配置したレ
ーザーヘッドのレーザービームにて加熱溶融することに
より、内面側への入力が予熱された面への入力なので小
さいパワーでも充分で、外面側からの速い溶接速度に対
応することができることを特徴とし、かかる方法によ
り、外側からの主溶接の溶け落ち及びこれに伴うフラッ
シュやスパッタリングがなく、内面加熱にて内面シーム
の溶融不足や形状不良をなくし形状を良好にすることが
できることから、溶接速度が著しく向上し、且つパイプ
内面の溶接による不良を防止することができる。
ザー溶接法によるパイプ肉厚が厚い場合は、エッジ部の
ダレ、段差、傾斜等のバラツキが実際上発生するので、
完全な溶け込みを考慮してレーザー出力を設定すると、
所謂キーホールウエルダンとなり、溶け込みオーバーに
よるフラッシュやスパッタリング、溶け落ち、余盛形状
の不良等が発生し、また、レーザー出力を低く設定する
と内面ビードの溶け込み不足等が発生し易く、完全な溶
込みを確保し、裏ビードの揃った滑らかな形を作り、安
定した操業を行うことは困難であった。ところが、この
発明では、外面側からのレーザー溶接による溶込みを板
厚の約８０〜９０％程度となるよう設定することによ
り、外面よりの入力はフルパワーに近い入熱となるよう
に溶接速度を上げることが可能で、一方、該溶融部底の
下流側近傍のパイプ内面を溶融部の下流側に配置したレ
ーザーヘッドのレーザービームにて加熱溶融することに
より、内面側への入力が予熱された面への入力なので小
さいパワーでも充分で、外面側からの速い溶接速度に対
応することができることを特徴とし、かかる方法によ
り、外側からの主溶接の溶け落ち及びこれに伴うフラッ
シュやスパッタリングがなく、内面加熱にて内面シーム
の溶融不足や形状不良をなくし形状を良好にすることが
できることから、溶接速度が著しく向上し、且つパイプ
内面の溶接による不良を防止することができる。
【図１】この発明方法に使用するパイプ内のレーザーヘ
ッドの一例を示す概略説明図である。
ッドの一例を示す概略説明図である。
【図２】この発明方法によるＩシーム溶接部の温度分布
説明図であり、Ａは管軸方向の縦断面、Ｂは管直径方向
の縦断面を示す。
説明図であり、Ａは管軸方向の縦断面、Ｂは管直径方向
の縦断面を示す。
１ レーザー溶接トーチ ２ パイプ素材 ３ モルトンプール ４ シーム部 ５ レーザービーム １０ 片持ち支持管 １１ レーザーヘッド １２ 光ファイバー １３，１４ コリメターレンズ １５ ミラー １６ 保護レンズ
Claims (4)
- 【請求項１】 板端面同士を付き合わせて外面側から溶
接してパイプを連続的に製造する自動造管機の溶接方法
において、レーザー溶接機のレーザーヘッドを光ファイ
バーを伝送系として成形中のパイプ内に配置し、外面側
からの溶接による溶融部底の下流側近傍のパイプ内面
を、溶融部の下流側に配置されるレーザーヘッドより照
射するレーザービームにて加熱溶融し、パイプ内面のビ
ード状態を整えることを特徴とする自動造管機の溶接方
法。 - 【請求項２】 レーザーヘッドがヘッド軸線に対し６０
度〜３０度の光軸変更手段とフォーカス変更手段を有
し、溶融部の下流側よりレーザービーム照射することを
特徴とする請求項１記載の自動造管機の溶接方法。 - 【請求項３】 光ファイバー先端に設けた光学系ヘッド
をパイプ内面のビード部方向に対向配置し、パイプ外の
ＣＣＤカメラと光ファイバーで接続したＣＣＤカメラシ
ステムで、確認したシーム部状態に応じて、レーザービ
ーム照射位置、レーザー出力を変更することを特徴とす
る請求項２記載の自動造管機の溶接方法。 - 【請求項４】 複数のレーザーヘッドで同一又は複数箇
所のパイプ内面をレーザービームにて加熱溶融すること
を特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の
自動造管機の溶接方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6112255A JPH07290261A (ja) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | 自動造管機の溶接方法 |
| AU68566/94A AU6856694A (en) | 1994-04-26 | 1994-06-03 | Method for welding automatic pipe forming machine |
| PCT/JP1994/000904 WO1995029034A1 (fr) | 1994-04-26 | 1994-06-03 | Procede de soudure pour une machine de formage automatique de tuyaux |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6112255A JPH07290261A (ja) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | 自動造管機の溶接方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07290261A true JPH07290261A (ja) | 1995-11-07 |
Family
ID=14582132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6112255A Pending JPH07290261A (ja) | 1994-04-26 | 1994-04-26 | 自動造管機の溶接方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07290261A (ja) |
| AU (1) | AU6856694A (ja) |
| WO (1) | WO1995029034A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006123005A (ja) * | 2004-10-25 | 2006-05-18 | Snecma | レーザビームによる穿孔または加工ヘッド用ノズル |
| WO2009123330A1 (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-08 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 高密度エネルギービームで接合した溶接鋼管およびその製造方法 |
| WO2011055373A1 (en) * | 2009-11-03 | 2011-05-12 | The Secretary, Department Of Atomic Energy,Govt.Of India. | Niobium based superconducting radio frequency (scrf) cavities comprising niobium components joined by laser welding; method and apparatus for manufacturing such cavities |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101347862B (zh) * | 2008-06-06 | 2011-04-06 | 上汽通用五菱汽车股份有限公司 | 一种应用微负压于管道裂缝焊补的作业方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62104689A (ja) * | 1984-02-29 | 1987-05-15 | エルパトロ−ニク・アクチエンゲゼルシヤフト | かん円筒部の縦縁をレ−ザ溶接するための装置 |
| JPH0698507B2 (ja) * | 1987-07-24 | 1994-12-07 | 三菱重工業株式会社 | 管内周面補修装置 |
| JP3179199B2 (ja) * | 1992-08-19 | 2001-06-25 | オリンパス光学工業株式会社 | 管内修理装置 |
-
1994
- 1994-04-26 JP JP6112255A patent/JPH07290261A/ja active Pending
- 1994-06-03 WO PCT/JP1994/000904 patent/WO1995029034A1/ja active Application Filing
- 1994-06-03 AU AU68566/94A patent/AU6856694A/en not_active Abandoned
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006123005A (ja) * | 2004-10-25 | 2006-05-18 | Snecma | レーザビームによる穿孔または加工ヘッド用ノズル |
| WO2009123330A1 (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-08 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 高密度エネルギービームで接合した溶接鋼管およびその製造方法 |
| CN101983110A (zh) * | 2008-03-31 | 2011-03-02 | 杰富意钢铁株式会社 | 用高密度能量束接合的焊接钢管及其制造方法 |
| KR101257360B1 (ko) * | 2008-03-31 | 2013-04-23 | 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 | 고밀도 에너지 빔으로 접합한 용접 강관 및 그의 제조 방법 |
| US8993920B2 (en) | 2008-03-31 | 2015-03-31 | Jfe Steel Corporation | Method for producing a steel pipe using a high energy density beam |
| US9677692B2 (en) | 2008-03-31 | 2017-06-13 | Jfe Steel Corporation | Welded steel pipe joined with high-energy-density beam and method for producing the same |
| WO2011055373A1 (en) * | 2009-11-03 | 2011-05-12 | The Secretary, Department Of Atomic Energy,Govt.Of India. | Niobium based superconducting radio frequency (scrf) cavities comprising niobium components joined by laser welding; method and apparatus for manufacturing such cavities |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1995029034A1 (fr) | 1995-11-02 |
| AU6856694A (en) | 1995-11-16 |
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