JPH08174251A - 予熱とレーザ溶接とを組合わせた金属管の製造方法 - Google Patents

予熱とレーザ溶接とを組合わせた金属管の製造方法

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Publication number
JPH08174251A
JPH08174251A JP6322732A JP32273294A JPH08174251A JP H08174251 A JPH08174251 A JP H08174251A JP 6322732 A JP6322732 A JP 6322732A JP 32273294 A JP32273294 A JP 32273294A JP H08174251 A JPH08174251 A JP H08174251A
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JP
Japan
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gas
preheating
shield
laser welding
laser beam
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Pending
Application number
JP6322732A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihiro Takamura
登志博 高村
Kenichi Iwasaki
謙一 岩崎
Yutaka Nagahama
裕 長浜
Shuichi Kusaka
修一 日下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08174251A publication Critical patent/JPH08174251A/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1423Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the flow carrying an electric current

Abstract

(57)【要約】 【目的】 予熱とレーザ溶接とを組合わせた金属管の製
造におけるガスシールドを良好に行う。 【構成】 予熱温度を600〜1200℃、シールドガ
スの流速を5〜50m/分とし、製管材のギャップ巾と
シールドガスの噴出巾との比を2〜20の値で予熱部か
らレーザ溶接部までガスシールドする。 【効果】 予熱部からレーザ溶接部までの酸化が防止さ
れ、予熱温度に応じたシールドガス流量およびシールド
ボックスの設計要因を解明でき、シールドガスの無駄が
ない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、予熱とレーザ溶接方法
を組合わせた金属管の製造方法に係り、詳しくは予熱部
の酸化を防止するガスシールド方法に特徴を有する。
【0002】
【従来の技術】溶接管の製造方法の一例としてレーザ溶
接による方法が公知である。当該レーザ溶接装置は高価
であることから、高周波誘導加熱または高周波抵抗加熱
により予熱を行い、しかる後にレーザ溶接すればレーザ
出力が少ない低出力のレーザ溶接装置を用いることがで
きるので、設備費が低コストですみ、また、レーザ熱源
により高品質の金属管が製造できる等の利点がある。
【0003】図7は、公知の予熱とレーザを組合わせた
金属管製造方法を示す概略斜視図である。製管材1は、
スクイズロール2、3およびトップロール4、5により
A矢視方向に搬送されて円筒状に成形される。その際、
高周波誘導加熱または高周波抵抗機構6により製管材1
の両エッジ1a、1bは加熱され、予熱される。製管材
1はスクイズロール2,3およびトップロール4,5に
より両エッジが密着する位置に設けたレーザ溶接機構7
のレーザビームで溶融され、金属管8が完成する。9は
ガスシールドボックスで、前記高周波誘導加熱または高
周波抵抗加熱機構6により予熱された製管材1のエッジ
1a、1bがレーザ溶接されるまでの範囲を酸化防止す
るために設けられたものである。
【0004】また、前述の高周波誘導加熱または高周波
抵抗加熱機構6で予熱し、レーザ溶接7により製管材1
を接合して金属管8を製造する公知文献として、特公平
4ー18954号公報(金属パイプの製造方法)または
特開平5ー23867号公報(電縫鋼管溶接部の溶接欠
陥防止方法)、さらには、特開平6ー142959号公
報(レーザ溶接方法による製管方法およびその装置)が
開示されている。
【0005】前記3件の公報に開示された技術には、い
ずれも、予熱とレーザ溶接とを組合せた金属管の製造方
法が記載され、不活性ガスにより予熱部またはおよびレ
ーザ溶接部をシールドする技術が開示されている。
【0006】高周波誘導加熱または高周波抵抗加熱機構
6により予熱した製管材1の両エッジ1a、1bは酸化
されやすく、該酸化物がレーザ溶接した際も排除されず
溶接金属中に酸化物として混在し、該溶接部の品質が劣
化する問題がある。当該溶接金属中の酸化物の問題を解
決する手段として不活性ガスによるシールドが行われて
いることは前述のとおりである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】予熱とレーザ溶接とを
組合わせた金属管の製造においては、溶接金属中の酸素
濃度は予熱温度と密接に関連している。
【0008】図8は、当該溶接金属中の酸素濃度と予熱
温度との関係グラフである。図8によれば予熱温度が高
くなるほど溶接金属中の酸素濃度が増加することが理解
できる。
【0009】また、図9は、溶接金属中の酸素濃度と溶
接金属の延性ー脆性遷移温度との関係を示したグラフ
で、溶接金属中の酸素濃度の増加は溶接金属を脆くする
傾向を示している。
【0010】即ち、予熱とレーザ溶接の組合せによる金
属管の製造においては、溶接金属中の酸素濃度を如何に
低下させるかが重要であり、そのために不活性のガスシ
ールド方法が大きな問題となる。
【0011】しかしながら、前述の3件の公報には、予
熱部を大気から如何にシールドして酸化防止するかは詳
細に記載されていない。
【0012】従って、高価な不活性ガスであるシールド
ガスを無駄に噴出することがあり製管コストの増大をま
ねく問題がある。
【0013】本発明は、高周波誘導または高周波抵抗加
熱による予熱とレーザ溶接を組合わせた金属管の製造に
おいて、溶接金属中の酸素濃度の少ないガスシールド方
法を提供することを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】前述の課題は、予熱部と
レーザ溶接部をガスシールドしながら行う予熱を組合わ
せたレーザ溶接による金属管の製造方法において、予熱
温度を600〜1200℃の範囲で、シールドガスの流
速を5〜50m/分とし、製管材のギャップ巾とシール
ドガスの噴出巾との比を2〜20の値で前記予熱部から
レーザ溶接までの範囲をガスシールドすることを特徴と
する予熱を組合わせたレーザ溶接による金属管の製造方
法により解決される。
【0015】
【作用】予熱を組合わせたレーザ溶接による金属管の製
造方法においては、シールドガスの流速を5〜50m/
分とし、製管材のギャップ巾とシールドガスの噴出巾と
の比を2〜20の値で前記予熱部からレーザ溶接部まで
の範囲をガスシールドすることにより溶接金属中の酸素
濃度を300ppm以下の値に止めれば、溶接部の品質
を保つことができる。
【0016】ここで、予熱温度を600〜1200℃に
限定したのは、600℃未満であるとレーザ溶接機の出
力が上がり高価な設備費を要するので予熱効果が出な
い。また、予熱温度が1200℃を越えると溶接金属中
の酸素濃度が上がりガスシールド対策が困難になる。
【0017】また、シールドガスの流速を5〜50m/
分に限定したのは、5m/分未満では流量が不足してガ
スシールドの機能を果たさず、50m/分を越えると大
気の巻き込みが多くなり、シールド効果が減少する。
【0018】さらに、金属部材のギャップ巾とシールド
ガスの噴出巾との比において、2〜20の値としたの
は、2未満であるとシールドガスが充分に予熱部に噴出
されず溶接金属中の酸素濃度は300ppmを越えて望
ましくなく、20を越えると余分な面積にシールドガス
が噴出されることになり無駄が多くなる。
【0019】
【実施例】図1は、本発明のシールドガスの流量につい
ての実施例で、予熱温度が600℃〜1200℃の間で
のシールドガス流速と溶接金属中の酸素濃度を実験によ
り求めたものである。溶接金属中の酸素濃度を300p
pmに抑えるためには、流速は5m/分〜50m/分の
間が望ましいことが解明された。シールドガス流量l/
分は下記式で求められる。 500cm/分×W×L÷1000≦流量l/分≦50
00cm/分×W×L÷1000 ここで、Wはガスシールドボックスのシールドガス噴出
巾をLはガスシールドボックスのシールドガス噴出長さ
を、各々示す。
【0020】図2は、製管材1のギャップw1 とシール
ドガス噴出巾Wの比(W/w1 )と溶接金属中の酸素濃
度との関係を示す実施例で、このグラフから溶接金属中
の酸素濃度300ppmをキープするためには、シール
ドガス噴出巾Wは,製管材1のギャップw1 の2倍以
上、即ち、W≧2w1 で、2倍から20倍の範囲が望ま
しいことが解明された。
【0021】図3は、本発明に用いるガスシールドボッ
クスの斜視図である。9は、上面9aと側面9bの4周
囲が囲われて内部が空間でWのシールドガス噴出巾を有
するガスシールドボックス本体である。該ガスシールド
ボックス本体9の上面9aにはアルゴン、窒素等の不活
性のシールドガスを供給するためのシールドガス供給管
10が取付けられ、一方、底部9cには、メッシュの小
なる金網11が取付けられている。
【0022】図4は、ガスシールドボックス本体9の底
部9cに用いる部材の他の実施例で、図示の如く板材に
孔を開けた孔空き板12を取付けても良い。
【0023】以上のとおりガスシールドボックス本体9
は、シールドガス供給管10からアルゴン等の不活性の
シールドガスを供給し底部1cの金網11または孔空き
板12から製管材1の両エッジ1a,1bにシールドガ
スを吹きつける構造となっている。
【0024】図5は、ガスシールドボックス本体9の底
部9cの長さLは、レーザ溶接の上流側に位置する高周
波誘導加熱または高周波抵抗加熱機構6の予熱部からレ
ーザ溶接部7までの長さlより10mm以下、即ち、L
≧l−10mmが望ましい。また、必要に応じ、ガスシ
ールドボックスを製管材1の内部にも配置し、内部下方
から上方の予熱部およびレーザ溶接部近傍に向けてシー
ルドガスを噴出しても良い。さらに、ガスシールドボッ
クス本体9の長辺部9b′は、図5に示す如く製管材1
の両エッジ1a、1bが形成するクサビ状に合わせて形
成しても良い。
【0025】図6は、本発明によるガスシールドを用い
た場合の溶接金属中の酸素濃度と予熱温度との関係を示
したグラフである。
【0026】図6において、酸素濃度300ppm以下
に設定した場合の予熱温度は600℃〜1200℃の範
囲が望ましいことが解明された。
【0027】
【発明の効果】本発明は、以上のとおりであるから、予
熱とレーザ溶接を組合わせた金属管の製造において、高
周波誘導加熱または高周波抵抗加熱等の予熱部がレーザ
溶接位置までの間に酸化されることがなく、予熱温度と
の関係で的確にシールドガス流量およびシールドボック
スの設計要因を解明することができたので、シールドガ
スの制御が可能となり、シールドガスの無駄が発生しな
い効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシールドガスの流量について、溶接金
属中との関係を示すグラフ。
【図2】本発明におけるシールドガスの噴出量と溶接金
属中の酸素濃度との関係を示すグラフ。
【図3】本発明におけるガスシールドボックスの実施例
を示す斜視図。
【図4】本発明におけるガスシールドボックスの底部の
一実施例を示す斜視図。
【図5】本発明におけるシールガスの噴出範囲を説明し
た平面図。
【図6】本発明における予熱温度と溶接金属中の酸素濃
度の関係を示すグラフ。
【図7】従来技術における予熱とレーザ溶接を組合わせ
た金属管製造装置の概略斜視図。
【図8】従来技術におけるガスシールドなしの予熱温度
と溶接金属中の酸素濃度の関係を示すグラフ。
【図9】従来技術におけるガスシールドなしの溶接金属
中の酸素濃度と延性ー脆性遷移温度との関係グラフ。
【符号の説明】
1 製管材 1a エッジ 1b エッジ 2 スクイズロール 3 スクイズロール 4 トップロール 5 トップロール 6 高周波誘導加熱または高周波抵抗加熱機構 7 レーザ溶接機構 8 金属管 9 ガスシールドボックス本体 10 シールドガス供給管 11 金網 12 孔空き板 W シールドガス噴出巾 L シールドガス噴出長さ l 予熱部とレーザ溶接部との距離 w1 製管材のギャップ巾
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23K 26/14 Z (72)発明者 日下 修一 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予熱部とレーザ溶接部をガスシールドし
    ながら行う予熱とレーザ溶接とを組合わせた金属管の製
    造方法において、予熱温度を600〜1200℃の範囲
    で、シールドガスの流速を5〜50m/分とし、製管材
    のギャップ巾とシールドガスの噴出巾との比を2〜20
    の値で前記予熱部からレーザ溶接部までの範囲をガスシ
    ールドすることを特徴とする予熱とレーザ溶接とを組合
    わせた金属管の製造方法。
JP6322732A 1994-12-26 1994-12-26 予熱とレーザ溶接とを組合わせた金属管の製造方法 Pending JPH08174251A (ja)

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JP6322732A JPH08174251A (ja) 1994-12-26 1994-12-26 予熱とレーザ溶接とを組合わせた金属管の製造方法

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JP6322732A JPH08174251A (ja) 1994-12-26 1994-12-26 予熱とレーザ溶接とを組合わせた金属管の製造方法

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JP (1) JPH08174251A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014231084A (ja) * 2013-05-30 2014-12-11 Jfeスチール株式会社 電縫鋼管の溶接部シールドシステム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014231084A (ja) * 2013-05-30 2014-12-11 Jfeスチール株式会社 電縫鋼管の溶接部シールドシステム

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19990706