JPH08206865A - Profiling device for laser welding of tube - Google Patents

Profiling device for laser welding of tube

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JPH08206865A
JPH08206865A JP7017345A JP1734595A JPH08206865A JP H08206865 A JPH08206865 A JP H08206865A JP 7017345 A JP7017345 A JP 7017345A JP 1734595 A JP1734595 A JP 1734595A JP H08206865 A JPH08206865 A JP H08206865A
Authority
JP
Japan
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pipe
center
welding
laser
seam
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7017345A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Yamada
田 信 夫 山
Toshihiko Yamashita
下 俊 彦 山
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH08206865A publication Critical patent/JPH08206865A/en
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Abstract

PURPOSE: To eliminate welding defects in manufacturing a small-diameter, thick tube. CONSTITUTION: In the equipment of continuously manufacturing and welding tubes with a power laser beam, the device is structured such that; by using the outer diameter of a tube Dp, detected value of a seam center Sc and offset quantity Sf of welding focus, the deflection quantity Lmd and the deflection angle Pc are computed on a reflection mirror 19 and a condensing convex lens 13; that the rotary phase quantity of a stepping motor is controlled so as to control the optical system 19, 13 through a reducer and a worm gear; and that a laser beam is emitted from the direction vertical 16 to the seam center.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、パイプ、主として金属
パイプ、の造管に関し、特に、平板状の管材を円形に成
形したパイプのシ−ム部を、パワーレーザーを用いて連
続的に倣い溶接する、レーザー溶接倣い装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to pipe making, mainly metal pipes, and more particularly, to a pipe seam formed by molding a flat plate-like pipe material into a circular shape continuously by using a power laser. The present invention relates to a laser welding copying device for welding.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶接部の組織的性質と機械的性質に優れ
ること、溶接作業のエネルギー効率や生産性が優れてい
ることから、パワーレーザーを用いたレーザー溶接が、
例えばステンレス等の金属パイプの造管方法として採用
されている。
2. Description of the Related Art Laser welding using a power laser is excellent because of excellent structural and mechanical properties of a welded portion and energy efficiency and productivity of welding work.
For example, it is used as a method for producing a metal pipe such as stainless steel.

【0003】一般に造管工程では、外径,肉厚の異なる
複数の仕様のパイプを成形ロールを替えることにより同
一の設備で造り込む。このような造管ラインでは、ロー
ル列の調整不良があるとシームセンターが蛇行する。ま
た蛇行は、平板素材の幅方向の材質や寸法の不均一によ
っても起こる。この蛇行は造管工程に避けがたい現象で
あるため、光学式もしくは電磁式のシームセンター検出
器を溶接点直前に設置し、これに倣うようにレーザービ
ーム照射位置を制御することが行われている。図1にレ
ーザー溶接によるパイプ製造プロセスの一般的な構成の
簡略図を示す。図中で、5の成形ロール列で円形に成形
された材料は、12のレーザー溶接トーチからのビーム
をシームセンター検出器で検出された位置に照射するよ
うにビームの照射方向を造管ラインと直角方向に揺動制
御して溶接される。
In general, in a pipe making process, pipes having a plurality of specifications having different outer diameters and wall thicknesses are made by the same equipment by changing the forming rolls. In such a pipe-making line, the seam center meanders if there is a misalignment of the roll row. The meandering is also caused by unevenness in the width direction material and the size of the flat plate material. Since this meandering is an unavoidable phenomenon in the pipe making process, an optical or electromagnetic seam center detector is installed immediately before the welding point, and the laser beam irradiation position is controlled to follow this. There is. FIG. 1 shows a simplified diagram of a general configuration of a pipe manufacturing process by laser welding. In the figure, the material formed into a circular shape by the forming roll row of 5 has a beam from the laser welding torch of 12 at the position detected by the seam center detector and the irradiation direction of the beam is the pipe forming line. Welding is controlled by swinging at right angles.

【0004】図6に、従来の集光レンズ(凸レンズ)の
変位量制御によるレーザービームの倣い制御の動作を示
す。図6の(a)はシームセンターのずれ量Scが「0
のとき」のレーザービーム集光の状況を表し、図6の
(b)はScが「0でないとき」の集光状況を表す。レ
ーザー発信器本体から導波管を経由して造管プロセスの
中心軸上に導かれた円環状のビームは、シ−ムセンタ検
出値に基づき、制御装置を介してステップモーターを回
転させ、ウォームギヤーを介して凸レンズを水平方向に
動かして焦点変位量を制御する。またパイプ表面からの
溶接焦点深さが溶接条件によって異なることがあるた
め、レンズの上下位置を手動もしくは制御装置にて調整
又は制御して、溶接焦点深さを調節する。このような従
来の方法による制御では、パイプ径Dpが小さく、かつ
パイプ肉厚tpが小さいとき溶接外れが生じるという問
題点がある。
FIG. 6 shows a conventional laser beam scanning control operation by displacement control of a condenser lens (convex lens). In FIG. 6A, the seam center deviation amount Sc is “0”.
When the laser beam is focused “when”, and FIG. 6B shows the focusing state when Sc is not “0”. The annular beam guided from the laser oscillator main body through the waveguide to the center axis of the pipe making process rotates the step motor through the controller based on the detected value of the seam center, and the worm gear. The convex lens is moved in the horizontal direction via to control the amount of focus displacement. Further, since the welding focal depth from the pipe surface may vary depending on the welding conditions, the vertical position of the lens is adjusted or controlled manually or by a control device to adjust the welding focal depth. In the control by such a conventional method, there is a problem that the welding disengagement occurs when the pipe diameter Dp is small and the pipe wall thickness tp is small.

【0005】図7に、図6の(b)の「Scが0でない
とき」の溶接部へのレーザービームの照射図を示し、溶
接外れの発生を説明する。図7の(a)はビームの拡が
りを考慮しないとき、図7の(b)はビームの拡がりを
考慮したときである。平板素材をパイプ形状に成形した
ときの、原板の端面の突き合わせ線であるシーム線18
が、レーザービームを照射すべき線である。パイプ中心
からの距離Scと溶接焦点レベルLwfとの交点Pにレ
−ザ−ビームの焦点を置くようにレ−ザ−ビーム焦点位
置が制御されるが、ビームの拡がりを考慮した場合(図
7の(b))でも、パイプの肉厚方向で略上半分は溶接
されるが、下半分はビームがシーム線18に当らないた
め、溶接されないことが分かる。金属材料をレーザー溶
接するときは、ビーム焦点近傍が高エネルギー密度とな
り、この部分の材料が瞬時的に蒸発しホールができるこ
とにより、溶融金属表面でレーザービームが反射する
「ウォールホール効果」と一般に呼ばれている現象が生
じ、この効果の結果、ビーム焦点以降は「キーホール」
と呼ばれるビーム中心直進方向に針状のプラズマ化され
た穴が生じる。そのため図7で示すよりも、一層顕著に
溶接不良現象が生じることになるが、一方で、溶融面か
らの伝熱現象も付加されるため、キーホールは膨らみを
持ち、この効果は緩和されることになる。溶接対象材料
や溶接条件によって異なるためウォールホール効果の及
ぼす影響は一概に論じられない。発明者らがステンレス
パイプのレーザー溶接機で経験したところでは、 Lwf=0[mm]、Sc≧3[mm]で、Dp×tp≦8
0[mm2] Lwf:焦点レベル,Sc:シ−ムセンタ−オフセット
量,Dp:パイプ径,tp:パイプ肉厚 になると溶接不良が起こることがあることが分った。勿
論この不良発生条件は溶接機の構成や造管ラインの運転
条件によって変化するため、一意には論じられないが、
レーザー溶接においてはその特性上ビームの広がりが小
さいため一般的に起こる現象である。
FIG. 7 shows an irradiation diagram of the laser beam on the welded portion when "Sc is not 0" in FIG. 6B, and the occurrence of welding deviation will be described. 7A shows the beam divergence not taken into consideration, and FIG. 7B shows the beam divergence taken into consideration. Seam line 18 which is a butt line of the end faces of the original plate when the flat plate material is formed into a pipe shape
Is the line to be irradiated with the laser beam. The laser beam focus position is controlled so that the laser beam is focused at the intersection P between the distance Sc from the pipe center and the welding focus level Lwf, but the beam divergence is taken into consideration (Fig. 7). Also in (b)), the upper half is welded in the thickness direction of the pipe, but the lower half is not welded because the beam does not hit the seam line 18. When laser welding metal materials, the energy density near the beam focus becomes high, and the material in this area evaporates instantaneously to form holes, which is commonly called the "wall hole effect" in which the laser beam is reflected on the surface of the molten metal. As a result of this effect, there is a "keyhole" after the beam focus.
Needle-like plasmatized holes are formed in the direction of the beam center. Therefore, a welding failure phenomenon occurs more significantly than that shown in FIG. 7, but on the other hand, since the heat transfer phenomenon from the melting surface is also added, the keyhole has a bulge and this effect is mitigated. It will be. The effect of the wallhole effect cannot be generally discussed because it depends on the material to be welded and the welding conditions. According to the experience of the inventors of the present invention with a laser welding machine for stainless pipes, Lwf = 0 [mm], Sc ≧ 3 [mm], and Dp × tp ≦ 8.
It was found that welding failure may occur at 0 [mm 2 ] Lwf: focus level, Sc: seam center offset amount, Dp: pipe diameter, tp: pipe wall thickness. Of course, this defect occurrence condition changes depending on the configuration of the welding machine and the operating conditions of the pipe making line, so it cannot be discussed uniquely.
This is a phenomenon that generally occurs in laser welding because the beam spread is small due to its characteristics.

【0006】また、溶接不良を生じさせないためのこの
他のレーザー溶接の機構として、レーザー溶接ロボット
を使う方法も考えられるが、制御精度,応答性,設備費
用の観点から上記の対策として適用困難である。
A method using a laser welding robot can be considered as another laser welding mechanism for preventing welding defects, but it is difficult to apply the above-mentioned measures from the viewpoint of control accuracy, responsiveness, and equipment cost. is there.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記の従来のレーザー
ビーム制御方法では、小径,厚肉のパイプを溶接すると
きに、上述の溶接不良が発生するという問題点があっ
た。本発明は、この問題点を解決するためになされたも
ので、材料の突き合わせ部にレーザービームをシームセ
ンターとパイプ中心を結ぶ方向から正しく照射し、溶接
不良を防止するレーザービームの倣い装置を提供するも
のである。
The above-described conventional laser beam control method has a problem that the above-mentioned welding failure occurs when welding a small-diameter, thick-walled pipe. The present invention has been made in order to solve this problem, and provides a laser beam copying apparatus for preventing a welding defect by correctly irradiating a laser beam on a butt portion of a material from a direction connecting a seam center and a pipe center. To do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、パイプ進行方
向(造管ライン)と直角方向から入射する円環状のレー
ザービームを前記シーム部とパイプ中心を結ぶ方向に調
節する光学系を備える。本発明の実施例は、レーザー発
信器から導波管を経由して伝送され造管ラインの直角方
向から入射する円環状のレーザービームを反射するミラ
ーと反射されたビームを収束させる凸レンズとからなる
光学系と、これらのパイプ表面からの距離,角度をシ−
ムセンタ検出器による検出値,溶接焦点のパイプ表面か
らのオフセット指令値ならびに造管されるパイプの仕様
等とから制御量を演算する制御部と、ステップモータ,
減速機,ウォームギヤからなる駆動部とからなるもので
ある。
The present invention comprises an optical system for adjusting an annular laser beam incident from a direction perpendicular to the pipe traveling direction (pipe forming line) in a direction connecting the seam portion and the center of the pipe. An embodiment of the present invention comprises a mirror for reflecting an annular laser beam transmitted from a laser oscillator through a waveguide and incident from a direction perpendicular to a pipe making line, and a convex lens for converging the reflected beam. See the optical system and the distance and angle from these pipe surfaces.
A control unit that calculates a control amount from the detection value of the center detector, the offset command value of the welding focus from the pipe surface, the specifications of the pipe to be piped, a step motor,
It consists of a drive unit consisting of a reduction gear and a worm gear.

【0009】[0009]

【実施例】図2に本発明の一実施例の構成概要を示し、
図3に、図2に示す溶接ト−チ12の光学系収納ボック
ス21の内部にある反射ミラ−19および凸レンズ13
を示す。なお、溶接ト−チ12は、図1に示す態様で溶
接に使用されるものである。まず図3を参照する。図中
Dbは、レーザー発信器から導波管を経由して伝送され
た円環状のレーザービームの外径を、Dpはパイプの外
径を、tpはパイプの肉厚を、Scはシームセンターの
変位量を、またSfはパイプ表面からの溶接焦点の深度
指令値を表す。なお、これらの単位は〔mm〕である。
反射ミラー19と凸レンズ13は光学系として2点鎖線
で示すボックス21に収納されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 2 shows the outline of the configuration of an embodiment of the present invention
FIG. 3 shows a reflection mirror 19 and a convex lens 13 inside the optical system storage box 21 of the welding torch 12 shown in FIG.
Indicates. The welding torch 12 is used for welding in the mode shown in FIG. First, referring to FIG. In the figure, Db is the outer diameter of the annular laser beam transmitted from the laser oscillator through the waveguide, Dp is the outer diameter of the pipe, tp is the wall thickness of the pipe, and Sc is the seam center. The displacement amount and Sf represent the depth command value of the welding focus from the pipe surface. In addition, these units are [mm].
The reflection mirror 19 and the convex lens 13 are housed in a box 21 shown by a chain double-dashed line as an optical system.

【0010】制御されるのは、パイプ中心鉛直線からの
光学系収納ボックス21の変位量Lmd〔mm〕,点C
mを中心とするミラー19の回転角度Pm〔ラジア
ン〕,点Cmを回転中心とするレンズ13の振れ角度P
c〔ラジアン〕,ミラー19の中心Cmとレンズ13の
中心C1との距離Llm〔mm〕、および、パイプ表面
とミラー19の中心Cmとの距離Lpm〔mm〕であ
り、図2に示す駆動機構41によって操作される。それ
ぞれの値は、レンズ13の焦点距離fl〔mm〕と、シ
−ムセンタ−オフセット量Sc〔mm〕および溶接焦点
深さSf〔mm〕を使って、次の式(1)から式(4)
により演算される。
What is controlled is the displacement amount Lmd [mm] of the optical system storage box 21 from the vertical center line of the pipe, point C.
Rotation angle Pm [radian] of the mirror 19 about m, and deflection angle P of the lens 13 about the point Cm.
c [radian], the distance Llm [mm] between the center Cm of the mirror 19 and the center C1 of the lens 13, and the distance Lpm [mm] between the pipe surface and the center Cm of the mirror 19, and the drive mechanism shown in FIG. 41 is operated. Using the focal length fl [mm] of the lens 13, the seam center offset amount Sc [mm], and the welding focal depth Sf [mm], the respective values are calculated from the following formulas (1) to (4).
Is calculated by

【0011】[0011]

【数2】 [Equation 2]

【0012】Pc,Lmd,LlmおよびPmの値(目
標値)は、図2に示す制御装置40にて、変動量である
Dp,Sc,Sf,溶接ト−チ固有のfl、および、溶
接中は設定値に固定されるLpmを使って演算される。
式(1)〜(4)において、Sc《Dpのときは、それ
ぞれ式(1)は式(5)で、式(2)は式(6)で、式
(3)は式(7)で、式(4)は式(8)で近似したP
c’,Lmd’,Llm’,Pm’を使っても実用上差
し支えない。
The values (target values) of Pc, Lmd, Llm and Pm are fluctuation amounts Dp, Sc, Sf, fl peculiar to the welding torch, and fl during welding in the controller 40 shown in FIG. Is calculated using Lpm fixed to the set value.
In the formulas (1) to (4), when Sc << Dp, the formula (1) is the formula (5), the formula (2) is the formula (6), and the formula (3) is the formula (7). , Equation (4) is P approximated by Equation (8)
There is no practical problem even if c ', Lmd', Llm ', and Pm' are used.

【0013】[0013]

【数3】 (Equation 3)

【0014】また、式(5)〜(8)を更に簡略化する
こともできる。本発明の倣い装置を使用することによ
り、図7で説明した従来の制御方式によるごとき溶接外
れがないことを、図4の円弧倣い溶接部拡大図を用いて
示す。図で示すように、レーザービームはシーム線18
のパイプ中心からの延長線16方向から照射され、従来
の制御方法のような、パイプ肉厚方向で半分が溶接され
ないという溶接不良は発生しない。実際のレーザーは若
干のビーム拡がりがあるためビームの集束は点ではなく
拡がりを持つが、これに関する図は省略する。
Further, the expressions (5) to (8) can be further simplified. By using the copying apparatus of the present invention, it is shown that there is no welding dislocation as in the conventional control method described with reference to FIG. As shown, the laser beam is a seam line 18
Irradiation is carried out from the direction of the extension line 16 from the center of the pipe, and the welding failure that half is not welded in the pipe wall thickness direction as in the conventional control method does not occur. Since the actual laser has a slight beam divergence, the focusing of the beam has a divergence instead of a point, but a diagram relating to this is omitted.

【0015】図2を参照する。倣い装置の制御装置40
においてPLC(プログラマブルコントローラ)22に
は、オペレ−タにより造管されるパイプの外径Dpと肉
厚tp,溶接焦点オフセット量設定値Sfが入力され、
シームセンサー検出器11によりシ−ムセンタ検出値S
cが入力される。PLC22は、先に説明した演算式
(1)〜(4)を用いて、Pc,Lmd,Llm,Pm
を演算し、減速機35,33,34,36の減速比とウ
ォームギヤ38,39の移動量/回転比とから、ステッ
プモータ30,28,29,31への制御指令値を演算
し、モ−タドライバ25,23,24,26に与える。
Lmd,Llmは減速機とウォームギヤを介して移動量
に変換される。Pc,Pmは減速機を介して回転角に変
換される。制御装置40は、5セットの駆動機構を備え
ており、上述のように4セットが溶接中に制御される。
この実施例では、残り1セット(27,32,37)
は、パイプ10に対するト−チ位置(ボックス21の距
離)を設定するものである。オペレ−タが設定値Lpm
を入力すると、PLc22はこれをメモリにセ−ブし、
ステップモータ32への制御指令値を演算し、モ−タド
ライバ27に与える。Lpmは減速機とウォームギヤを
介して移動量に変換される。新たにLpmが入力されな
い限り、PLC22は次に入力されたLPm値を保持
し、モ−タ32の駆動は行なわない。すなわちLPm
(図3)は、設定値に固定である。なお、変位計でパイ
プ10の高さ方向(直線17に沿う方向)の変位を検出
し、この検出値に従ってLpmを設定値に維持するよう
にモ−タ32への制御指令値をフィ−ドバック制御して
もよく、また、変位計の検出値を上記式中のLpmとし
て、Pc,Lmd,Llm,Pmの算出に用いて、Lp
mの変動に対応してPc,Lmd,Llm,Pmを制御
するようにしてもよい。
Referring to FIG. Copying device control device 40
In PLC (Programmable Controller) 22, the outer diameter Dp, the wall thickness tp, and the welding focus offset amount set value Sf of the pipe made by the operator are input.
Seam sensor detector 11 allows seam center detection value S
c is input. The PLC 22 uses Pc, Lmd, Llm, and Pm by using the arithmetic expressions (1) to (4) described above.
Is calculated, and the control command value to the step motors 30, 28, 29, 31 is calculated from the reduction ratios of the reduction gears 35, 33, 34, 36 and the movement amounts / rotation ratios of the worm gears 38, 39, and the motors are calculated. Data to the driver 25, 23, 24, 26.
Lmd and Llm are converted into movement amounts via a speed reducer and a worm gear. Pc and Pm are converted into rotation angles via a speed reducer. The controller 40 comprises 5 sets of drive mechanisms, 4 sets being controlled during welding as described above.
In this embodiment, the remaining one set (27, 32, 37)
Is to set the torch position (distance of the box 21) with respect to the pipe 10. Operator set value Lpm
If you enter, PLc22 will save it to memory,
A control command value for the step motor 32 is calculated and given to the motor driver 27. Lpm is converted into a moving amount via a reduction gear and a worm gear. Unless a new Lpm is input, the PLC 22 holds the next input LPm value and does not drive the motor 32. That is, LPm
(FIG. 3) is fixed to the set value. The displacement gauge detects the displacement of the pipe 10 in the height direction (the direction along the straight line 17), and the control command value to the motor 32 is fed back so that Lpm is maintained at the set value according to the detected value. Alternatively, the detected value of the displacement gauge may be used as Lpm in the above equation to calculate Pc, Lmd, Llm, and Pm, and Lp
You may make it control Pc, Lmd, Llm, and Pm according to the change of m.

【0016】図5に、各制御量を記入した。光学系収納
ボックス21は、Dpに応じてLpm移動軸に沿って、
Lpm(オペレ−タ入力値)の高さに調整される。発明
者らの実施例では、Lpmは造管されるパイプの外径に
より一意に定まり、調整頻度が少ないため、オペレ−タ
入力があったときのみ入力値に設定するようにしてい
る。以降ではこの高さLpmは固定値として扱う。
In FIG. 5, each control amount is entered. The optical system storage box 21 is moved along the Lpm movement axis according to Dp,
It is adjusted to the height of Lpm (operator input value). In the examples of the inventors, Lpm is uniquely determined by the outer diameter of the pipe to be piped, and the adjustment frequency is low. Therefore, Lpm is set to an input value only when an operator input is made. Hereinafter, this height Lpm is treated as a fixed value.

【0017】この実施例では、Lmd移動軸は光学系収
納ボックスをScに応じて水平方向に移動する軸であ
る。Lmdの移動と連動して、Cmを振れ中心としてP
c,Pmの角度が制御される。また、Sfの設定値に応
じて、Lpm移動軸に沿ってLpmが制御される。反射
ミラーの有効径は127[mm](5[inch])、凸レンズ
の有効径は76.2[mm](3[inch])、焦点距離は254
[mm](10[inch])である。また導波管を経由して
伝送されたレーザービームの径Dbは50.8[mm](2
[inch])である。Scは適用対象ラインの実績から−
3から+3[mm]とした。Sfは造管対象パイプの仕様
より−1から+3[mm]とした。
In this embodiment, the Lmd moving shaft is a shaft for moving the optical system storage box in the horizontal direction according to Sc. In conjunction with the movement of Lmd, Pm with Cm as the swing center
The angles of c and Pm are controlled. Further, Lpm is controlled along the Lpm movement axis according to the set value of Sf. The effective diameter of the reflecting mirror is 127 [mm] (5 [inch]), the effective diameter of the convex lens is 76.2 [mm] (3 [inch]), and the focal length is 254.
[Mm] (10 [inch]). The diameter Db of the laser beam transmitted via the waveguide is 50.8 [mm] (2
[Inch]). Sc is based on the actual results of the applicable lines-
3 to +3 [mm]. Sf was set to -1 to +3 [mm] according to the specifications of the pipe to be piped.

【0018】LpmはDp=50を基準として、330.2
±50[mm]に、Pcは0[deg]を基準に±20[deg]
に、Lmdは0[mm]を基準に±120[mm]に、Llm
は85[mm]を基準に±10[mm]に、Pmは45[de
g]を基準に±10[deg]にそれぞれ最大移動量を余裕
を見て設定した。
Lpm is 330.2 based on Dp = 50.
± 50 [mm], Pc is ± 20 [deg] based on 0 [deg]
Lmd is ± 120 [mm] based on 0 [mm], Llm
Is 85 [mm] and ± 10 [mm], and Pm is 45 [de]
The maximum movement amount was set to ± 10 [deg] with a margin with reference to g].

【0019】発明者らは上述のレ−ザ溶接倣い装置を、
図1に示す溶接ト−チ21に組付けて、ステンレスなら
びにチタンパイプの連続溶接ライン(図1)に適用し
た。該ラインで製造されるパイプの外径Dpは21.7から
89.1[mm]、肉厚tpは1.5から4.0[mm]である。パワ
ーレーザー源は電気室に設置された不安定型の5[k
w]CO2レーザー発信器を用い、光路長約9[m]の
導波管を経由して溶接ラインの直上に水平方向からビー
ムを導き、レーザー溶接を実施するもので、従来一般に
この種のパイプを製造するのに使われていたティグ溶接
機に代わって設備化されたものである。該ラインでは、
種々のシームセンター捻れ対策を実施したが、最大±3
[mm]のシーム捻れが避けられないことが判明した。こ
のシーム捻れのために、当初に設置した従来方式のレー
ザービーム倣い機構を用いたのでは、小径,厚肉のパイ
プを製造すると、先に説明した溶接不良が生じ製品歩留
まりの低下を来していたが、上記実施例の適用により、
溶接不良が減少し製品歩留まりが向上した。
The inventors of the present invention have implemented the above laser welding copying apparatus
It was assembled to the welding torch 21 shown in FIG. 1 and applied to a continuous welding line for stainless steel and titanium pipes (FIG. 1). The outer diameter Dp of the pipe manufactured in this line is from 21.7
The thickness is 89.1 [mm] and the thickness tp is 1.5 to 4.0 [mm]. The power laser source is an unstable 5 [k] installed in the electric room.
w] A CO2 laser oscillator is used to guide a beam from the horizontal direction directly above the welding line via a waveguide with an optical path length of about 9 [m] to perform laser welding. Conventionally, this type of pipe It was installed in place of the TIG welding machine used to manufacture the. In the line,
Various seam center twist countermeasures were implemented, but maximum ± 3
It turns out that a seam twist of [mm] is unavoidable. Due to this seam twist, the conventional laser beam copying mechanism originally installed was used, and if a small-diameter, thick-walled pipe is manufactured, the above-described welding failure occurs and the product yield decreases. However, by applying the above-mentioned embodiment,
Welding defects were reduced and product yield was improved.

【0020】すなわち次のような効果があった。That is, there were the following effects.

【0021】1)小径,厚肉パイプの溶接で発生してい
た溶接不良が生じなくなった。溶接後に溶接部を切り取
り内面からシームセンターと溶接中心を実測した結果
で、全てのパイプ仕様について±50[μm]の精度で
溶接されていることが確 認された。
1) Welding defects that have occurred in welding small-diameter, thick-walled pipes no longer occur. After welding, the weld was cut off and the seam center and weld center were measured from the inner surface, and it was confirmed that all pipe specifications were welded with an accuracy of ± 50 [μm].

【0022】2)その結果、製品歩留まりが向上した。2) As a result, the product yield is improved.

【0023】3)速い応答特性の倣い制御が達成でき
た。ミラー,レンズ,駆動用のステップモーターは軽量
でありシームセンターの移動速度最大値である3[mm/s
ec]を十分に満たすことができた。
3) Copy control with fast response characteristics could be achieved. The mirror, lens, and step motor for driving are lightweight, and the maximum moving speed of the seam center is 3 [mm / s
ec] was fully satisfied.

【0024】4)安価に設備化できた。当初のレーザー
ビーム入射方向がラインの上方からであったのをライン
の横方向からに改造することと、従来の倣い機構を本発
明による円弧倣いに改造するだけで、安価に設備化でき
た。
4) The equipment could be inexpensively constructed. Initially, the laser beam incident direction was from above the line, but by modifying it from the lateral direction of the line, and by modifying the conventional copying mechanism to the arc-shaped copying according to the present invention, the equipment could be inexpensively installed.

【0025】5)また、大径,薄肉から小径,厚肉まで
のパイプを1つのレーザー溶接ラインで製造可能にあ
り、生産性が向上した。
5) Further, it is possible to manufacture pipes of large diameter, thin wall to small diameter, thick wall by one laser welding line, and productivity is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 連続的にレーザー溶接を実施し、パイプを製
造するラインの一般的なプロセス構成を示すブロック図
である。切断機等溶接部以降の設備については図示を省
略した。
FIG. 1 is a block diagram showing a general process configuration of a line for producing a pipe by continuously performing laser welding. Illustration of equipment such as a cutting machine after the welded portion is omitted.

【図2】 本発明の一実施例の全体概要を示すブロック
図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an overall outline of an embodiment of the present invention.

【図3】 図2に示す光学系収納ボックス21の内部お
よび溶接対象パイプ10の横断面を示すブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram showing a cross section of the inside of the optical system storage box 21 shown in FIG. 2 and the pipe 10 to be welded.

【図4】 図3のパイプ10の一部を拡大して示す横断
面図である。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the pipe 10 of FIG.

【図5】 図3の光学系収納ボックス21の内部を拡大
して示すブロック図である。
5 is a block diagram showing an enlarged interior of the optical system storage box 21 of FIG.

【図6】 従来からレーザー溶接機のラインで使用され
ていた凸レンズの変位量制御だけによるレーザービーム
の倣い制御を説明する説明図であり、溶接対象パイプ1
0およびレ−ザ−照射レンズ13の横断面を示す。
(a)はシームセンターオフセットScが0でパイプ搬
送ラインの中心上方に溶接線があるときを、(b)はS
cが動いたときのレーザービームの集光,倣いの状況を
示す。
FIG. 6 is an explanatory view for explaining the laser beam scanning control only by the displacement amount control of the convex lens, which has been conventionally used in the line of the laser welding machine, and the pipe to be welded 1
0 and the cross section of the laser irradiation lens 13 are shown.
(A) shows the case where the seam center offset Sc is 0 and the welding line is above the center of the pipe conveying line, and (b) shows S.
The following shows how the laser beam is focused and copied when c moves.

【図7】 シームセンターが変化したとき、従来の倣い
制御によると溶接外れが発生することを説明する図であ
り、溶接対象パイプ10の横断面を示す。(a)はレー
ザービームの拡がりを考慮しないときの、(b)は拡が
りを考慮したときの、レーザービームのパイプ肉厚方向
への照射状況を示す。
FIG. 7 is a view for explaining that welding deviation occurs according to conventional copying control when the seam center changes, and shows a cross section of the pipe to be welded 10; (A) shows the irradiation state of the laser beam in the pipe thickness direction when the divergence of the laser beam is not taken into consideration and (b) is taken into consideration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:レベラー 2:シャー 3:ウェルダー 4:ピンチ
ロール 5:成形ロール列 6:入側押
さえロール 7:出側押さえロール 8:スリッ
トコイル 9:板状素材 10:パイプ 11:シ−ムセンタ検出器 12:レー
ザー溶接トーチ 13:凸レンズ(集光レンズ) 14:円環
状レーザービーム 15:集光中のレーザービーム 16:光軸
中心線 17:パイプ造管ライン中心線 18:シー
ム線 19:レンズの水平動を示す矢印 20:レン
ズの上下動を示す矢印 21:光学系収納ボツクス 22:PLC 23〜27:ステ
ップモータドライバー 28〜32:ステップモータ 33〜37:減速
機 38〜39:ウォームギア 40:制御
装置 41:駆動装置 42:導波
管 43:Lpm移動軸 44:Lm
d移動軸 45:Lpm移動軸 46:Pm
振れ移動 Sc:シームセンターオフセット量 Sf:溶接
焦点のオフセット量 fl:集光レンズの焦点距離 Dp:パイ
プ外径 tp:パイプ肉厚 Lps:パイ
プ表面レベル Lwf:溶接焦光レベル Lpc:パイ
プ中心レベル P:レーザービーム集光焦点 Lpm:パイプ表面と反射ミラー間距離 Lmd:反射
ミラーの移動量 Llm:反射ミラーと集光レンズ間距離 Pc:集光レ
ンズの振れ角 Pm:反射ミラーの振れ角 Dc:レーザ
ービーム径 Cm:反射ミラーの回転中心軸 Cl:集光レ
ンズの中心 Cp:パイプの中心
1: Leveler 2: Shear 3: Welder 4: Pinch roll 5: Forming roll row 6: Input side pressing roll 7: Output side pressing roll 8: Slit coil 9: Plate material 10: Pipe 11: Seam center detector 12 : Laser welding torch 13: Convex lens (converging lens) 14: Annular laser beam 15: Laser beam during focusing 16: Optical axis center line 17: Pipe forming line center line 18: Seam line 19: Horizontal movement of lens 20: arrow indicating vertical movement of the lens 21: optical system storage box 22: PLC 23-27: step motor driver 28-32: step motor 33-37: speed reducer 38-39: worm gear 40: control device 41 : Drive device 42: Waveguide 43: Lpm moving axis 44: Lm
d moving axis 45: Lpm moving axis 46: Pm
Runout movement Sc: Seam center offset amount Sf: Welding focus offset amount fl: Condenser lens focal length Dp: Pipe outer diameter tp: Pipe wall thickness Lps: Pipe surface level Lwf: Welding focal light level Lpc: Pipe center level P : Laser beam focusing point Lpm: distance between pipe surface and reflecting mirror Lmd: amount of movement of reflecting mirror Llm: distance between reflecting mirror and focusing lens Pc: deflection angle of focusing lens Pm: deflection angle of reflecting mirror Dc: laser Beam diameter Cm: central axis of rotation of the reflection mirror Cl: center of condenser lens Cp: center of pipe

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 平板状の管材を円形に成形したパイプの
シ−ム部を、パワーレーザーを用いて連続的に倣い溶接
する、パイプのレーザー溶接倣い装置において、 パイ
プ進行方向と直角方向から入射する円環状のレーザービ
ームを前記シーム部とパイプ中心を結ぶ方向に調節する
光学系を有することを特徴とするパイプのレーザー溶接
倣い装置。
1. A laser welding copying apparatus for a pipe, wherein a seam portion of a pipe, which is formed by shaping a flat tubular material into a circular shape, is continuously copied and welded by using a power laser. A laser welding copying apparatus for pipes, comprising: an optical system for adjusting a circular laser beam in a direction connecting the seam portion and the center of the pipe.
【請求項2】 前記調節光学系は、入射した円環状のレ
ーザービームを反射する平面鏡と前記平面鏡で反射した
レーザービームを集光する集光レンズを含み;レーザー
溶接倣い装置は更に、パイプのシ−ムセンター位置を検
出する手段、ならびに、検出したシ−ムセンター位置に
基づき、前記平面鏡の位置と回転角および前記集光レン
ズの位置を制御する手段を有することを特徴とする請求
項1記載のパイプのレーザー溶接倣い装置。
2. The adjusting optical system includes a plane mirror that reflects an incident annular laser beam and a condenser lens that collects the laser beam reflected by the plane mirror; the laser welding copying apparatus further includes a pipe mirror. 2. A means for detecting a seam center position, and means for controlling a position and a rotation angle of the plane mirror and a position of the condenser lens based on the detected seam center position. Laser welding copying device for pipes.
【請求項3】 平板状の管材を円形に成形したパイプの
シ−ム部を、パワーレーザーを用いて連続的に倣い溶接
する、パイプのレーザー溶接倣い装置において、 レー
ザー発信器から導波管を通して造管ラインに直角方向か
ら伝送された平行円環ビームを反射させる反射ミラーと
反射した円環ビームを集光する集光レンズを含む光学
系;パイプ外径Dp,造管中に時々刻々変化するシーム
センター検出値Sc,ビーム集光焦点のパイプ表面から
の深度指令値Sf,集光レンズの焦点距離Fl、およ
び、Flの大きさから予め定まるパイプ表面から光学系
移動中心までの距離Lpmを用いて、下記(1)式から
(4)式もしくはこれらの近似解を用いて、反射ミラー
の移動中心からの移動量Lmd,集光レンズと反射ミラ
ーとの距離Llm,集光レンズの反射ミラー中心からの
振れ角Pcおよび集光レンズの振れ角と連動する反射ミ
ラーの回転角Pmを演算する演算手段;該演算装置の演
算結果に基づき制御量を決定する制御手段;および、 前記制御量に基づき前記光学系を駆動する駆動手段; 【数1】
3. A laser welding copying apparatus for pipes, in which a seam portion of a pipe formed by forming a flat plate-shaped pipe material into a circular shape is continuously copied and welded by using a power laser, through a waveguide from a laser transmitter. An optical system including a reflection mirror for reflecting a parallel circular beam transmitted from the direction perpendicular to the pipe making line and a condenser lens for condensing the reflected circular beam; the pipe outer diameter Dp, which changes every moment during pipe making. The seam center detection value Sc, the depth command value Sf of the beam focusing point from the pipe surface, the focal length Fl of the focusing lens, and the distance Lpm from the pipe surface to the optical system moving center predetermined by the size of Fl are used. Then, using the following equations (1) to (4) or their approximate solutions, the movement amount Lmd from the movement center of the reflection mirror, the distance Llm between the condensing lens and the reflection mirror, and the light condensing Computing means for computing the deflection angle Pc from the center of the reflecting mirror of the lens and the rotation angle Pm of the reflecting mirror that is interlocked with the deflection angle of the condenser lens; control means for determining a control amount based on the computation result of the computing device; Driving means for driving the optical system based on the control amount;
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10243676A (en) * 1997-02-21 1998-09-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Controller and control method
JP2010105018A (en) * 2008-10-30 2010-05-13 Nippon Steel Corp Method for manufacturing welded can body, welded can body, and device for manufacturing welded can body
JP2012055929A (en) * 2010-09-08 2012-03-22 Pulstec Industrial Co Ltd Laser beam machining device and focus servo controlling method for laser beam machining device

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