JPH08155665A - フェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法 - Google Patents
フェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法Info
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- JPH08155665A JPH08155665A JP6299863A JP29986394A JPH08155665A JP H08155665 A JPH08155665 A JP H08155665A JP 6299863 A JP6299863 A JP 6299863A JP 29986394 A JP29986394 A JP 29986394A JP H08155665 A JPH08155665 A JP H08155665A
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
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Abstract
(57)【要約】
【目的】優れた加工性を備える溶接部を有するフェライ
ト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法の提供。 【構成】第１のレーザビームによって貫通溶接された溶
接部の温度が４００℃以下になって後、この溶接部に対
して前記第１のレーザビームによる貫通溶接時の被溶接
材外表面における溶融幅と同等の溶融深さが得られる出
力で第２のレーザビームを照射するフェライト系ステン
レス鋼のレーザ溶接方法。 【効果】溶接部に生じた粗粒化結晶方位異常組織部分
を、第２のレーザビーム照射によって効果的に細粒化さ
せることができ、溶接部の加工性を確実に向上させるこ
とができる。
ト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法の提供。 【構成】第１のレーザビームによって貫通溶接された溶
接部の温度が４００℃以下になって後、この溶接部に対
して前記第１のレーザビームによる貫通溶接時の被溶接
材外表面における溶融幅と同等の溶融深さが得られる出
力で第２のレーザビームを照射するフェライト系ステン
レス鋼のレーザ溶接方法。 【効果】溶接部に生じた粗粒化結晶方位異常組織部分
を、第２のレーザビーム照射によって効果的に細粒化さ
せることができ、溶接部の加工性を確実に向上させるこ
とができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フェライト系ステンレ
ス鋼のレーザ溶接方法に係わり、より詳しくは、加工性
の良好な溶接部が得られるフェライト系ステンレス鋼の
レーザ溶接方法に関する。
ス鋼のレーザ溶接方法に係わり、より詳しくは、加工性
の良好な溶接部が得られるフェライト系ステンレス鋼の
レーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ溶接は、レーザ光を細いビームに
集光して被溶接部に照射することによって被溶接部を溶
融接合する方法で、低入熱で深い溶け込み深さが得ら
れ、かつ低歪の高速溶接が可能であるとともに、溶接幅
が狭いため熱影響による材質の劣化が少ない溶接方法で
あることから、フェライト系ステンレス鋼等の溶接法と
して広く使用されている（特開昭５６−１６８９８８号
公報等）。
集光して被溶接部に照射することによって被溶接部を溶
融接合する方法で、低入熱で深い溶け込み深さが得ら
れ、かつ低歪の高速溶接が可能であるとともに、溶接幅
が狭いため熱影響による材質の劣化が少ない溶接方法で
あることから、フェライト系ステンレス鋼等の溶接法と
して広く使用されている（特開昭５６−１６８９８８号
公報等）。
【０００３】しかし、肉厚が２．０ｍｍ以上の厚肉のフ
ェライト系ステンレス鋼を溶接した場合、その溶接部の
結晶粒が一部粗大化した組織となり、この粗大化した結
晶粒が溶接部の靭性を劣化させる原因であるといわれて
いる。
ェライト系ステンレス鋼を溶接した場合、その溶接部の
結晶粒が一部粗大化した組織となり、この粗大化した結
晶粒が溶接部の靭性を劣化させる原因であるといわれて
いる。
【０００４】一般に、へき開破壊を伴う材料の破壊靭性
値や脆性破壊の遷移温度は、材料の結晶粒径に依存し、
結晶粒径が大きくなればなるほど脆くなることが知られ
ており、フェライト系ステンレス鋼はその代表的な材料
である。従って、フェライト系ステンレス鋼の溶接部の
靭性劣化を防止して十分な加工性能を確保するために
は、その溶接部の結晶粒径の細粒化を図ることが必要不
可欠になる。
値や脆性破壊の遷移温度は、材料の結晶粒径に依存し、
結晶粒径が大きくなればなるほど脆くなることが知られ
ており、フェライト系ステンレス鋼はその代表的な材料
である。従って、フェライト系ステンレス鋼の溶接部の
靭性劣化を防止して十分な加工性能を確保するために
は、その溶接部の結晶粒径の細粒化を図ることが必要不
可欠になる。
【０００５】しかしながら、厚肉のフェライト系ステン
レス鋼を溶接すると、前述したように、その溶接部の結
晶粒が一部粗大化して靭性劣化を招くといわれている
が、レーザ溶接した場合における靭性劣化の詳細なメカ
ニズムは不明であった。
レス鋼を溶接すると、前述したように、その溶接部の結
晶粒が一部粗大化して靭性劣化を招くといわれている
が、レーザ溶接した場合における靭性劣化の詳細なメカ
ニズムは不明であった。
【０００６】そこで、本発明者等は、厚肉のフェライト
系ステンレス鋼をレーザ溶接した場合に生じる溶接部の
靭性劣化原因を解明すべく、種々実験研究を行った結
果、次の事実を知見した。
系ステンレス鋼をレーザ溶接した場合に生じる溶接部の
靭性劣化原因を解明すべく、種々実験研究を行った結
果、次の事実を知見した。
【０００７】すなわち、肉厚が２．０ｍｍ以上の厚肉の
フェライト系ステンレス鋼を、被溶接材の突き合わせ形
状を図８に示すＩ型形状にしてレーザ溶接する場合に
は、被溶接材の肉厚が厚ければ厚いほどレーザの貫通力
が小さくなので、内面側のビード幅を確保することが困
難となって溶け込み不足等の溶接欠陥が生じるため、溶
接速度を遅くする必要がある。しかし、溶接速度を遅く
すると、溶接時に発生するプラズマ塊の量が多くなり、
そのプラズマ塊の熱エネルギーによって、図９に示す如
く、被溶接材の外表面側の溶融幅が内面側に比べ大きく
なったワインカップ状の溶接部形状を示すようになる。
この結果、溶接部は、その外表面側の溶融金属部の凝固
速度が遅くなるため、外表面側に溶接金属の中央部で結
晶粒が一部粗大化して外表面側方向へ縦に伸びた柱状晶
組織と、内面側に溶接中心に対して直交する方向へ伸び
た細粒の柱状晶組織とが混在した組織となり、前者の外
表面側方向へ縦に伸びた結晶粒の粗大化した柱状晶組織
が靭性劣化を生じさせることが明かとなった。
フェライト系ステンレス鋼を、被溶接材の突き合わせ形
状を図８に示すＩ型形状にしてレーザ溶接する場合に
は、被溶接材の肉厚が厚ければ厚いほどレーザの貫通力
が小さくなので、内面側のビード幅を確保することが困
難となって溶け込み不足等の溶接欠陥が生じるため、溶
接速度を遅くする必要がある。しかし、溶接速度を遅く
すると、溶接時に発生するプラズマ塊の量が多くなり、
そのプラズマ塊の熱エネルギーによって、図９に示す如
く、被溶接材の外表面側の溶融幅が内面側に比べ大きく
なったワインカップ状の溶接部形状を示すようになる。
この結果、溶接部は、その外表面側の溶融金属部の凝固
速度が遅くなるため、外表面側に溶接金属の中央部で結
晶粒が一部粗大化して外表面側方向へ縦に伸びた柱状晶
組織と、内面側に溶接中心に対して直交する方向へ伸び
た細粒の柱状晶組織とが混在した組織となり、前者の外
表面側方向へ縦に伸びた結晶粒の粗大化した柱状晶組織
が靭性劣化を生じさせることが明かとなった。
【０００８】このことは、次の実験結果から明かであ
る。
る。
【０００９】図１０は、代表的なフェライト系ステンレ
ス鋼であるＳＵＳ４３０からなる鋼板を管状に成形した
後、図１１に示すように、左右一対の押圧治具９、９を
用いて鋼板の両エッジ相互を突き合わせ、そのエッジ間
ギャップをゼロとした状態の上記Ｉ型形状の突き合わせ
部にレーザビームを照射して貫通溶接を行って外径４
８．６ｍｍ、肉厚３ｍｍの溶接管を作成し、その溶接部
の断面マクロ観察を行って前記結晶粒の粗大化した柱状
晶組織の存在を確認した後、５０ｍｍ長さに切断し、外
表面方向へ縦に伸びた結晶粒の粗大化した柱状晶組織部
分を除去すべく溶接余盛り部を含めて管外表面より０．
５ｍｍの肉厚部分を切削除去して肉厚２．５ｍｍとした
試験材（以下、減厚材という）と、溶接余盛り部のみを
切削除去する一方、内面側の肉厚を０．５ｍｍ切削除去
して肉厚２．５ｍｍとした試験材（以下、溶接まま材と
いう）とを、それぞれ８０個準備し、種々の温度で溶接
部を水平方向に位置させて密着偏平試験を行った時の割
れ発生率（試験片本数比率）を調べた結果である。
ス鋼であるＳＵＳ４３０からなる鋼板を管状に成形した
後、図１１に示すように、左右一対の押圧治具９、９を
用いて鋼板の両エッジ相互を突き合わせ、そのエッジ間
ギャップをゼロとした状態の上記Ｉ型形状の突き合わせ
部にレーザビームを照射して貫通溶接を行って外径４
８．６ｍｍ、肉厚３ｍｍの溶接管を作成し、その溶接部
の断面マクロ観察を行って前記結晶粒の粗大化した柱状
晶組織の存在を確認した後、５０ｍｍ長さに切断し、外
表面方向へ縦に伸びた結晶粒の粗大化した柱状晶組織部
分を除去すべく溶接余盛り部を含めて管外表面より０．
５ｍｍの肉厚部分を切削除去して肉厚２．５ｍｍとした
試験材（以下、減厚材という）と、溶接余盛り部のみを
切削除去する一方、内面側の肉厚を０．５ｍｍ切削除去
して肉厚２．５ｍｍとした試験材（以下、溶接まま材と
いう）とを、それぞれ８０個準備し、種々の温度で溶接
部を水平方向に位置させて密着偏平試験を行った時の割
れ発生率（試験片本数比率）を調べた結果である。
【００１０】図１０から明らかなように、管外表面から
０．５ｍｍの肉厚部分を切削除去した減厚材（図中、○
印で示す）では、−５０℃でも割れの発生が認められな
いが、溶接余盛り部のみと内面側肉厚を０．５ｍｍ切削
除去した溶接まま材（図中、●印で示す）では、０℃か
ら割れが発生していることから、結晶粒の粗大化した柱
状晶組織が溶接部の靭性劣化、換言すれば加工性劣化の
原因であることを示している。
０．５ｍｍの肉厚部分を切削除去した減厚材（図中、○
印で示す）では、−５０℃でも割れの発生が認められな
いが、溶接余盛り部のみと内面側肉厚を０．５ｍｍ切削
除去した溶接まま材（図中、●印で示す）では、０℃か
ら割れが発生していることから、結晶粒の粗大化した柱
状晶組織が溶接部の靭性劣化、換言すれば加工性劣化の
原因であることを示している。
【００１１】ところで、厚肉のフェライト系ステンレス
鋼をレーザ溶接した場合、溶接部の外表面側に生じる上
記結晶粒の粗大化した柱状晶組織の生成を防止あるいは
抑制する方法としては、次に述べる方法が考えられる。
鋼をレーザ溶接した場合、溶接部の外表面側に生じる上
記結晶粒の粗大化した柱状晶組織の生成を防止あるいは
抑制する方法としては、次に述べる方法が考えられる。
【００１２】第１の方法は、被溶接材の突き合わせ形状
を上記Ｉ型形状（図８参照）にするとともに、図１２に
示すように、溶接トーチ１０から供給する加工センター
ガスの流量を増加させるか、または溶接トーチ１０の下
流側にサイドガスノズル１１を配置してサイドガスを吹
き付けてレーザ溶接時に発生するプラズマ塊の発生量を
抑制して溶接する方法であり、第２の方法は、図１３に
示すように、被溶接材の突き合わせ形状をＶ型形状にし
てプラズマ塊の熱エネルギーによる外表面側部分の被溶
接材の溶融量を減少させるように溶接する方法であり、
これらの方法による場合には、溶接部形状が図１４に示
すような形状となり、外表面側での結晶粒が粗粒化して
縦に成長するのが抑制され、比較的細粒の横方向の柱状
晶組織が得られる。しかし、上記第１の方法では、ガス
流で溶金流を押圧かつ乱すため、図１４に示すように、
アンダーカット１３等の溶接欠陥を発生させる。また、
上記第２の方法では、被溶接材の開先断面積が大きいた
め、溶金量が不足して前記同様にアンダーカット１３や
アンダービード等の溶接欠陥を発生させるという問題が
ある。
を上記Ｉ型形状（図８参照）にするとともに、図１２に
示すように、溶接トーチ１０から供給する加工センター
ガスの流量を増加させるか、または溶接トーチ１０の下
流側にサイドガスノズル１１を配置してサイドガスを吹
き付けてレーザ溶接時に発生するプラズマ塊の発生量を
抑制して溶接する方法であり、第２の方法は、図１３に
示すように、被溶接材の突き合わせ形状をＶ型形状にし
てプラズマ塊の熱エネルギーによる外表面側部分の被溶
接材の溶融量を減少させるように溶接する方法であり、
これらの方法による場合には、溶接部形状が図１４に示
すような形状となり、外表面側での結晶粒が粗粒化して
縦に成長するのが抑制され、比較的細粒の横方向の柱状
晶組織が得られる。しかし、上記第１の方法では、ガス
流で溶金流を押圧かつ乱すため、図１４に示すように、
アンダーカット１３等の溶接欠陥を発生させる。また、
上記第２の方法では、被溶接材の開先断面積が大きいた
め、溶金量が不足して前記同様にアンダーカット１３や
アンダービード等の溶接欠陥を発生させるという問題が
ある。
【００１３】なお、特開昭５６−９０８８号公報には、
溶接線に対して２つのレーザビームを直列に照射してビ
ードの形状を整形するレーザ溶接法が提案されている
が、フェライト系ステンレス鋼を溶接した場合に生じる
溶接部の靭性劣化を防止する手段については何等示して
いない。
溶接線に対して２つのレーザビームを直列に照射してビ
ードの形状を整形するレーザ溶接法が提案されている
が、フェライト系ステンレス鋼を溶接した場合に生じる
溶接部の靭性劣化を防止する手段については何等示して
いない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の実状
に鑑みなされたもので、加工センターガス流量の増加、
サイドガス吹き付けの採用および被溶接材の突き合わせ
形状にＶ型形状を採用することなく、溶接部の外表面側
に生じる粗大異方位結晶粒部分を効果的に細粒化させ得
て、優れた加工性、具体的には例えば溶接余盛り部を除
去した溶接管を−４０℃で密着偏平試験した場合におい
ても溶接部に割れが発生しないという、優れた加工性を
備える溶接部を有するフェライト系ステンレス鋼のレー
ザ溶接方法を提供することを目的とする。
に鑑みなされたもので、加工センターガス流量の増加、
サイドガス吹き付けの採用および被溶接材の突き合わせ
形状にＶ型形状を採用することなく、溶接部の外表面側
に生じる粗大異方位結晶粒部分を効果的に細粒化させ得
て、優れた加工性、具体的には例えば溶接余盛り部を除
去した溶接管を−４０℃で密着偏平試験した場合におい
ても溶接部に割れが発生しないという、優れた加工性を
備える溶接部を有するフェライト系ステンレス鋼のレー
ザ溶接方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次のフ
ェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法にある。
ェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法にある。
【００１６】フェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方
法において、第１のレーザビームによって貫通溶接され
た溶接部の温度が４００℃以下になって後、この溶接部
に対して前記第１のレーザビームによる貫通溶接時の被
溶接材外表面における溶融幅と同等の溶融深さが得られ
る出力で第２のレーザビームを照射することを特徴とす
るフェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法。
法において、第１のレーザビームによって貫通溶接され
た溶接部の温度が４００℃以下になって後、この溶接部
に対して前記第１のレーザビームによる貫通溶接時の被
溶接材外表面における溶融幅と同等の溶融深さが得られ
る出力で第２のレーザビームを照射することを特徴とす
るフェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法。
【００１７】
【作用】以下、添付図面に基づいて本発明をさらに詳細
に説明する。
に説明する。
【００１８】図１は、本発明に係わるフェライト系ステ
ンレス鋼のレーザ溶接方法を、溶接管の製造に適用した
場合の実施態様の一例を示す模式図である。
ンレス鋼のレーザ溶接方法を、溶接管の製造に適用した
場合の実施態様の一例を示す模式図である。
【００１９】図１において、ＯＰはオープンパイプであ
って、このオープンパイプＯＰはフェライト系ステンレ
ス鋼からなる帯鋼を図示しない成形ロール群に通して横
断面Ｕ形から両エッジ部Ｅ、Ｅが相対向する横断面Ｏ形
に曲成される。オープンパイプＯＰは、白抜き矢符方向
に移送されて誘導加熱コイル１を通過する際に、Ｖ形を
形成する帯鋼両エッジ部Ｅ、Ｅが所定温度に予熱され
る。
って、このオープンパイプＯＰはフェライト系ステンレ
ス鋼からなる帯鋼を図示しない成形ロール群に通して横
断面Ｕ形から両エッジ部Ｅ、Ｅが相対向する横断面Ｏ形
に曲成される。オープンパイプＯＰは、白抜き矢符方向
に移送されて誘導加熱コイル１を通過する際に、Ｖ形を
形成する帯鋼両エッジ部Ｅ、Ｅが所定温度に予熱され
る。
【００２０】次いで、オープンパイプＯＰは、左右一対
のスクイズロール２、２間に通され、帯鋼両エッジ部
Ｅ、Ｅの肉厚方向の間隙がゼロとなるように横断面形状
が前述したＩ型形状になるように突き合わせされ、この
突き合わせ部の上方に配置された第１の溶接トーチ３か
ら照射されるレーザビームによって貫通溶接されて溶接
管Ｐとなるが、本発明では第１の溶接トーチ３の下流側
に配置された冷却水噴射ノズル４ａと、窒素ガス、アル
ゴンガス等からなる不活性ガス噴射ノズル４ｂとからな
る局部強制冷却装置４によって貫通溶接された溶接部Ｗ
Ｂを強制冷却した後、この強制冷却された溶接部ＷＢに
対して局部強制冷却装置４の下流側に近接配置された第
２の溶接トーチ５から所定出力のレーザビームを照射す
る。
のスクイズロール２、２間に通され、帯鋼両エッジ部
Ｅ、Ｅの肉厚方向の間隙がゼロとなるように横断面形状
が前述したＩ型形状になるように突き合わせされ、この
突き合わせ部の上方に配置された第１の溶接トーチ３か
ら照射されるレーザビームによって貫通溶接されて溶接
管Ｐとなるが、本発明では第１の溶接トーチ３の下流側
に配置された冷却水噴射ノズル４ａと、窒素ガス、アル
ゴンガス等からなる不活性ガス噴射ノズル４ｂとからな
る局部強制冷却装置４によって貫通溶接された溶接部Ｗ
Ｂを強制冷却した後、この強制冷却された溶接部ＷＢに
対して局部強制冷却装置４の下流側に近接配置された第
２の溶接トーチ５から所定出力のレーザビームを照射す
る。
【００２１】詳しくは、局部強制冷却装置４によって４
００℃以下の温度にまで強制冷却された溶接部ＷＢに対
し、第１の溶接トーチ３から照射されるレーザビームに
よって貫通溶接した時の被溶接材料の外表面における溶
融幅と同等の溶融深さが得られる出力で第２の溶接トー
チ５からレーザビームを照射する。
００℃以下の温度にまで強制冷却された溶接部ＷＢに対
し、第１の溶接トーチ３から照射されるレーザビームに
よって貫通溶接した時の被溶接材料の外表面における溶
融幅と同等の溶融深さが得られる出力で第２の溶接トー
チ５からレーザビームを照射する。
【００２２】このように、第１のレーザビームによって
貫通溶接された溶接部ＷＢを４００℃以下の温度にまで
強制冷却した後、この強制冷却された溶接部を第１のレ
ーザビームによる溶接時の被溶接材料の外表面における
溶融幅と同等の溶融深さが得られる出力の第２のレーザ
ビームを照射することにより、溶接部の外表面側に生じ
た結晶粒の粗大化した外表面側へ縦に伸びた柱状晶組織
の部分が、図２に示すように、細粒化された横方向に伸
びた柱状晶組織となり、溶接部の靭性低下が防止され
る、換言すれば溶接部の加工性の向上が図れる。
貫通溶接された溶接部ＷＢを４００℃以下の温度にまで
強制冷却した後、この強制冷却された溶接部を第１のレ
ーザビームによる溶接時の被溶接材料の外表面における
溶融幅と同等の溶融深さが得られる出力の第２のレーザ
ビームを照射することにより、溶接部の外表面側に生じ
た結晶粒の粗大化した外表面側へ縦に伸びた柱状晶組織
の部分が、図２に示すように、細粒化された横方向に伸
びた柱状晶組織となり、溶接部の靭性低下が防止され
る、換言すれば溶接部の加工性の向上が図れる。
【００２３】これは、上記第１のレーザビームによる溶
接時に生じる結晶粒の粗大化した外表面側へ縦に伸びた
柱状晶組織の深さは、本発明者等の種々実験研究の結果
によれば、溶接部の外表面の溶融幅程度であることか
ら、第２のレーザビームの出力を第１のレーザビームに
よる溶接部の被溶接材外表面における溶融幅と同等の溶
融深さが得られるようすることで、始めて靭性劣化起因
となる異常組織の部分を再溶融細粒化させることが可能
となるためである。
接時に生じる結晶粒の粗大化した外表面側へ縦に伸びた
柱状晶組織の深さは、本発明者等の種々実験研究の結果
によれば、溶接部の外表面の溶融幅程度であることか
ら、第２のレーザビームの出力を第１のレーザビームに
よる溶接部の被溶接材外表面における溶融幅と同等の溶
融深さが得られるようすることで、始めて靭性劣化起因
となる異常組織の部分を再溶融細粒化させることが可能
となるためである。
【００２４】また、第１のレーザビームによる貫通溶接
時に生じた溶接部の粗大結晶粒の柱状晶組織を再溶融さ
せて細粒組織にするためには、第１のレーザビームによ
る溶接部の冷却過程において結晶粒の成長過程の温度で
あるときに第２のレーザビームを照射しても何等の効果
もなく、再溶融部の結晶粒が成長してその結晶方位およ
び粒径は第１のレーザビームによる溶接部と同等になっ
てしまう。従って、第１のレーザビームによる溶接部の
結晶粒の成長が完全に停止しており、かつ第１のレーザ
ビームによる溶接部の予熱効果によって第２のレーザビ
ームによる溶接部の結晶粒が再び成長する温度以下にな
ってから第２のレーザビームを照射する必要があるが、
第１のレーザビームによる溶接部の温度が４００℃以下
であれば再溶融による細粒化が可能となるためである。
このことは、図３に示す実験結果から明かである。
時に生じた溶接部の粗大結晶粒の柱状晶組織を再溶融さ
せて細粒組織にするためには、第１のレーザビームによ
る溶接部の冷却過程において結晶粒の成長過程の温度で
あるときに第２のレーザビームを照射しても何等の効果
もなく、再溶融部の結晶粒が成長してその結晶方位およ
び粒径は第１のレーザビームによる溶接部と同等になっ
てしまう。従って、第１のレーザビームによる溶接部の
結晶粒の成長が完全に停止しており、かつ第１のレーザ
ビームによる溶接部の予熱効果によって第２のレーザビ
ームによる溶接部の結晶粒が再び成長する温度以下にな
ってから第２のレーザビームを照射する必要があるが、
第１のレーザビームによる溶接部の温度が４００℃以下
であれば再溶融による細粒化が可能となるためである。
このことは、図３に示す実験結果から明かである。
【００２５】図３は、溶接余盛り部を除去した溶接管を
−４０℃で密着偏平試験した場合の溶接部の割れ発生
（再溶融による細粒化）に及ぼす第２のレーザビームを
照射する前の溶接部温度の影響を調べた結果を示す図で
あるが、第２のレーザビームを照射する前の溶接部温度
が４００℃を超えると溶接部に割れが発生し、４００℃
以下では溶接部に割れの発生がないことから明らかであ
る。なお、上記第２のレーザビーム照射による異常組織
部分の再溶融による細粒化は、上記したように第１のレ
ーザビーム照射による溶接部の温度が４００℃以下で十
分に図れるが、より安定的に図るためには１００℃以
下、より好ましくは室温近傍の温度になってから第２の
レーザビームを照射するのが望ましい。
−４０℃で密着偏平試験した場合の溶接部の割れ発生
（再溶融による細粒化）に及ぼす第２のレーザビームを
照射する前の溶接部温度の影響を調べた結果を示す図で
あるが、第２のレーザビームを照射する前の溶接部温度
が４００℃を超えると溶接部に割れが発生し、４００℃
以下では溶接部に割れの発生がないことから明らかであ
る。なお、上記第２のレーザビーム照射による異常組織
部分の再溶融による細粒化は、上記したように第１のレ
ーザビーム照射による溶接部の温度が４００℃以下で十
分に図れるが、より安定的に図るためには１００℃以
下、より好ましくは室温近傍の温度になってから第２の
レーザビームを照射するのが望ましい。
【００２６】また、図１に示した実施態様では、高速溶
接を可能ならしめるため、帯鋼両エッジ部Ｅ、Ｅを誘導
加熱コイル１によって予熱するようにしたが、これは省
略することができる。さらに、局部強制冷却手段を設け
て第１のレーザビームによる溶接部を強制冷却して第２
のレーザビームを直ちに照射するするようにしたが、局
部強制冷却手段を省略し、第１のレーザビームによる溶
接部の温度が４００℃以下になる下流側の適宜位置、あ
るいはオフラインにおいて第２のレーザビームを照射す
るようにしてもよいことはいうまでもない。またさら
に、本発明の方法は、溶接管の製造に限らず、例えば平
板の突き合わせ溶接、溶接形鋼の製造等にも適用できる
こともいうまでもない。
接を可能ならしめるため、帯鋼両エッジ部Ｅ、Ｅを誘導
加熱コイル１によって予熱するようにしたが、これは省
略することができる。さらに、局部強制冷却手段を設け
て第１のレーザビームによる溶接部を強制冷却して第２
のレーザビームを直ちに照射するするようにしたが、局
部強制冷却手段を省略し、第１のレーザビームによる溶
接部の温度が４００℃以下になる下流側の適宜位置、あ
るいはオフラインにおいて第２のレーザビームを照射す
るようにしてもよいことはいうまでもない。またさら
に、本発明の方法は、溶接管の製造に限らず、例えば平
板の突き合わせ溶接、溶接形鋼の製造等にも適用できる
こともいうまでもない。
【００２７】さらに、本発明では、上記したように、第
１のレーザビームと第２のレーザビームを溶接線に対し
て直列に配置して照射するに際し、第１のレーザビーム
と第２のレーザビームとは、図４に示すように、伝送途
中の第１のレーザビームを半透過ミラー６によってチョ
ッピングして第２のレーザビームとする方法、図５に示
すように、集光前のレーザビームを角度を有する分割平
面ミラー７によって２分割した後、さらに集光ミラー８
によって第１のレーザビームと第２のレーザビームに分
割するツインビーム法、図６に示すように、それぞれ独
立した図示しないレーザ発振機から第１のレーザビーム
と第２のレーザビームを供給する方法のいずれであって
もよい。
１のレーザビームと第２のレーザビームを溶接線に対し
て直列に配置して照射するに際し、第１のレーザビーム
と第２のレーザビームとは、図４に示すように、伝送途
中の第１のレーザビームを半透過ミラー６によってチョ
ッピングして第２のレーザビームとする方法、図５に示
すように、集光前のレーザビームを角度を有する分割平
面ミラー７によって２分割した後、さらに集光ミラー８
によって第１のレーザビームと第２のレーザビームに分
割するツインビーム法、図６に示すように、それぞれ独
立した図示しないレーザ発振機から第１のレーザビーム
と第２のレーザビームを供給する方法のいずれであって
もよい。
【００２８】
【実施例】表１に示す化学成分を有するフェライト系ス
テンレス鋼製で、肉厚２．５ｍｍの帯鋼を用いて外径４
８．６ｍｍのオープンパイプに連続的に成形し、このオ
ープンパイプの帯鋼両エッジ相互をスクイズロールによ
ってその肉厚方向の間隙がゼロとなるようにその突き合
わせ形状がＩ形状になるように突き合わせ、帯鋼両エッ
ジ相互が当接した衝合部に、表２に示す条件で、第１の
レーザビームを照射して貫通溶接し、次いでこの貫通溶
接した溶接部を強制冷却して後、第２のレーザビームを
照射して溶接管を得た。
テンレス鋼製で、肉厚２．５ｍｍの帯鋼を用いて外径４
８．６ｍｍのオープンパイプに連続的に成形し、このオ
ープンパイプの帯鋼両エッジ相互をスクイズロールによ
ってその肉厚方向の間隙がゼロとなるようにその突き合
わせ形状がＩ形状になるように突き合わせ、帯鋼両エッ
ジ相互が当接した衝合部に、表２に示す条件で、第１の
レーザビームを照射して貫通溶接し、次いでこの貫通溶
接した溶接部を強制冷却して後、第２のレーザビームを
照射して溶接管を得た。
【００２９】なお、比較のため、表２に示す条件で、第
１のレーザビームを照射して貫通溶接し、この貫通溶接
した溶接部を強制冷却せずに表２に示す温度の溶接部に
対して第２のレーザビームを照射したもの、および表２
に示す条件で第１のレーザビームを照射して貫通溶接し
たままのものも準備した。また、レーザ発振機はいずれ
も炭酸ガスレーザ発振機であり、第２のレーザビームは
定格出力２ｋＷのものを用いその出力を調整し、第１の
レーザビームはその焦点を管外表面に、第２のレーザビ
ームはその焦点を溶接ビードの外表面に設定して照射し
た。さらに、比較のために行った溶接部を強制冷却しな
い場合における第２のレーザビームの照射位置は、第１
のレーザビームの照射位置より２５０ｍｍ下流側の位置
とした。
１のレーザビームを照射して貫通溶接し、この貫通溶接
した溶接部を強制冷却せずに表２に示す温度の溶接部に
対して第２のレーザビームを照射したもの、および表２
に示す条件で第１のレーザビームを照射して貫通溶接し
たままのものも準備した。また、レーザ発振機はいずれ
も炭酸ガスレーザ発振機であり、第２のレーザビームは
定格出力２ｋＷのものを用いその出力を調整し、第１の
レーザビームはその焦点を管外表面に、第２のレーザビ
ームはその焦点を溶接ビードの外表面に設定して照射し
た。さらに、比較のために行った溶接部を強制冷却しな
い場合における第２のレーザビームの照射位置は、第１
のレーザビームの照射位置より２５０ｍｍ下流側の位置
とした。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】これら得られた溶接管の溶接余盛部を管外
径に沿って研削除去した後、長さ５０ｍｍの管状試験片
を各２０個採取し、溶接部が水平位置に位置するように
位置させて各種温度で密着偏平試験を行って溶接部の割
れ発生率を求め、溶接部の加工性を評価した。その結果
を、図７に示した。なお、図７中、○印は本発明法によ
た場合、●印は単一レーザビームによる従来法によった
場合、×印は溶接部を強制冷却しない本発明の比較法に
よった場合である。
径に沿って研削除去した後、長さ５０ｍｍの管状試験片
を各２０個採取し、溶接部が水平位置に位置するように
位置させて各種温度で密着偏平試験を行って溶接部の割
れ発生率を求め、溶接部の加工性を評価した。その結果
を、図７に示した。なお、図７中、○印は本発明法によ
た場合、●印は単一レーザビームによる従来法によった
場合、×印は溶接部を強制冷却しない本発明の比較法に
よった場合である。
【００３３】図７から明らかなように、単一レーザビー
ム溶接の従来法では、割れ発生遷移温度が０℃で溶接部
の加工性が劣っており、また溶接部を強制冷却せずに第
２のレーザビームを照射した比較法では、割れ発生遷移
温度が−２０℃で溶接部の加工性が劣っている。これに
対し、本発明法では、割れ発生遷移温度が−５０℃で溶
接部の加工性が著しく改善されている。
ム溶接の従来法では、割れ発生遷移温度が０℃で溶接部
の加工性が劣っており、また溶接部を強制冷却せずに第
２のレーザビームを照射した比較法では、割れ発生遷移
温度が−２０℃で溶接部の加工性が劣っている。これに
対し、本発明法では、割れ発生遷移温度が−５０℃で溶
接部の加工性が著しく改善されている。
【００３４】
【発明の効果】本発明の方法によれば、加工センターガ
ス流量の増加、サイドガス吹き付けの採用および被溶接
材の突き合わせ形状にＶ型形状を採用することなく、溶
接部の外表面側に生じる粗大結晶粒部分を効果的に細粒
化させ得うるので、溶接部の加工性に優れたフェライト
系ステンレス鋼からなる鋼製品を高能率に製造すること
ができる。
ス流量の増加、サイドガス吹き付けの採用および被溶接
材の突き合わせ形状にＶ型形状を採用することなく、溶
接部の外表面側に生じる粗大結晶粒部分を効果的に細粒
化させ得うるので、溶接部の加工性に優れたフェライト
系ステンレス鋼からなる鋼製品を高能率に製造すること
ができる。
【図１】本発明のレーザ溶接方法を、溶接管の製造に適
用した場合の一実施態様を模式的に示す図である。
用した場合の一実施態様を模式的に示す図である。
【図２】本発明のレーザ溶接方法によった場合に得られ
る溶接部の形状と組織を模式的に示す図である。
る溶接部の形状と組織を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第２のレーザビーム照射前の溶接部温
度が再溶融による細粒化に及ぼす影響を示す図である。
度が再溶融による細粒化に及ぼす影響を示す図である。
【図４】本発明の方法における第１のレーザビームと第
２のレーザビームの供給方法の一例を模式的に示す図で
ある。
２のレーザビームの供給方法の一例を模式的に示す図で
ある。
【図５】本発明の方法における第１のレーザビームと第
２のレーザビームの供給方法の他の一例を模式的に示す
図である。
２のレーザビームの供給方法の他の一例を模式的に示す
図である。
【図６】本発明の方法における第１のレーザビームと第
２のレーザビームの供給方法のさらに他の一例を模式的
に示す図である。
２のレーザビームの供給方法のさらに他の一例を模式的
に示す図である。
【図７】実施例の結果を示す図である。
【図８】Ｉ型形状の突き合わせによる従来の単一レーザ
ビームによるレーザ溶接方法を模式的に示す図である。
ビームによるレーザ溶接方法を模式的に示す図である。
【図９】Ｉ型形状の突き合わせによる従来の単一レーザ
ビームで貫通溶接した場合に得られる溶接部の形状と組
織を模式的に示す図である。
ビームで貫通溶接した場合に得られる溶接部の形状と組
織を模式的に示す図である。
【図１０】Ｉ型形状の突き合わせによる従来の単一レー
ザビームで貫通溶接した場合に得られる溶接部の形状と
組織が溶接部の加工性に及ぼす影響を示す図である。
ザビームで貫通溶接した場合に得られる溶接部の形状と
組織が溶接部の加工性に及ぼす影響を示す図である。
【図１１】Ｉ型形状の突き合わせの単一レーザビームに
よる従来のレーザ溶接法を溶接管の製造に適用した場合
の模擬溶接試験法を示す図である。
よる従来のレーザ溶接法を溶接管の製造に適用した場合
の模擬溶接試験法を示す図である。
【図１２】従来のＩ型形状の突き合わせの単一レーザビ
ームによるレーザ溶接方法においてプラズマ塊の発生量
を低減させる方法を模式的に示す図である。
ームによるレーザ溶接方法においてプラズマ塊の発生量
を低減させる方法を模式的に示す図である。
【図１３】Ｖ型形状の突き合わせによる従来の単一レー
ザビームによるレーザ溶接方法を模式的に示す図であ
る。
ザビームによるレーザ溶接方法を模式的に示す図であ
る。
【図１４】Ｖ型形状の突き合わせによる単一レーザビー
ムによる従来のレーザ溶接方法またはＩ型形状の突き合
わせの単一レーザビームによるプラズマ塊発生量低減手
段を採用した従来のレーザ溶接方法で得られる溶接部の
形状と組織を模式的に示す図である。
ムによる従来のレーザ溶接方法またはＩ型形状の突き合
わせの単一レーザビームによるプラズマ塊発生量低減手
段を採用した従来のレーザ溶接方法で得られる溶接部の
形状と組織を模式的に示す図である。
ＯＰ：オープンパイプ １ ：誘導加熱コイル、２
：スクイズロール ３ ：第１のレーザビームを
照射する溶接トーチ ４ ：局部強制冷却装置 ５ ：第２のレーザビーム
を照射する溶接トーチ ＷＢ：溶接部 Ｐ ：溶接管
：スクイズロール ３ ：第１のレーザビームを
照射する溶接トーチ ４ ：局部強制冷却装置 ５ ：第２のレーザビーム
を照射する溶接トーチ ＷＢ：溶接部 Ｐ ：溶接管
Claims (1)
- 【請求項１】フェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方
法において、第１のレーザビームによって貫通溶接され
た溶接部の温度が４００℃以下になって後、この溶接部
に対して前記第１のレーザビームによる貫通溶接時の被
溶接材外表面における溶融幅と同等の溶融深さが得られ
る出力で第２のレーザビームを照射することを特徴とす
るフェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6299863A JP2861836B2 (ja) | 1994-12-02 | 1994-12-02 | フェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6299863A JP2861836B2 (ja) | 1994-12-02 | 1994-12-02 | フェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08155665A true JPH08155665A (ja) | 1996-06-18 |
| JP2861836B2 JP2861836B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=17877868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6299863A Expired - Fee Related JP2861836B2 (ja) | 1994-12-02 | 1994-12-02 | フェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2861836B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007119808A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corp | 溶接部低温強度に優れたフェライト系ステンレス鋼板製容器およびその溶接方法 |
| JP2010052040A (ja) * | 2008-03-31 | 2010-03-11 | Jfe Steel Corp | 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 |
| JP5024475B1 (ja) * | 2011-03-30 | 2012-09-12 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レーザ溶接鋼管の製造方法 |
| WO2012147213A1 (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レーザ溶接鋼管の製造方法 |
| KR102097402B1 (ko) * | 2019-04-10 | 2020-04-06 | (주)두인티앤피 | 냉각용 분사기가 형성된 2중 용접의 erw 스텐파이프 제조방법 |
-
1994
- 1994-12-02 JP JP6299863A patent/JP2861836B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007119808A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Corp | 溶接部低温強度に優れたフェライト系ステンレス鋼板製容器およびその溶接方法 |
| JP2010052040A (ja) * | 2008-03-31 | 2010-03-11 | Jfe Steel Corp | 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 |
| 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 |
| JP5024475B1 (ja) * | 2011-03-30 | 2012-09-12 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レーザ溶接鋼管の製造方法 |
| WO2012132023A1 (ja) * | 2011-03-30 | 2012-10-04 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レーザ溶接鋼管の製造方法 |
| US9364921B2 (en) | 2011-03-30 | 2016-06-14 | Jfe Steel Corporation | Method of manufacturing laser welded steel pipe |
| WO2012147213A1 (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | Ｊｆｅスチール株式会社 | レーザ溶接鋼管の製造方法 |
| CN103501955A (zh) * | 2011-04-28 | 2014-01-08 | 杰富意钢铁株式会社 | 激光焊接钢管的制造方法 |
| KR102097402B1 (ko) * | 2019-04-10 | 2020-04-06 | (주)두인티앤피 | 냉각용 분사기가 형성된 2중 용접의 erw 스텐파이프 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2861836B2 (ja) | 1999-02-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |