JPH08276290A - 溶接鋼管の製造方法 - Google Patents
溶接鋼管の製造方法Info
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- JPH08276290A JPH08276290A JP7079096A JP7909695A JPH08276290A JP H08276290 A JPH08276290 A JP H08276290A JP 7079096 A JP7079096 A JP 7079096A JP 7909695 A JP7909695 A JP 7909695A JP H08276290 A JPH08276290 A JP H08276290A
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- welded
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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
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
- B23K2103/04—Steel or steel alloys
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- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 溶接鋼管のレーザ溶接方法において溶接速度
の向上を図る。 【構成】 連続的に搬送される鋼帯１を円筒状に成形
し、その両側の鋼帯端部の突合わせ部２にレーザ光３を
照射して溶接すると同時に、その溶接部に管内面側から
ガス供給ノズル４によりＣＯ2 とＡｒの混合ガスをＣＯ
2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2）比率が１０〜２５％の範囲で供給
し、この混合ガスにより管内面側の溶接幅ｗを拡大しな
がら溶接する。
の向上を図る。 【構成】 連続的に搬送される鋼帯１を円筒状に成形
し、その両側の鋼帯端部の突合わせ部２にレーザ光３を
照射して溶接すると同時に、その溶接部に管内面側から
ガス供給ノズル４によりＣＯ2 とＡｒの混合ガスをＣＯ
2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2）比率が１０〜２５％の範囲で供給
し、この混合ガスにより管内面側の溶接幅ｗを拡大しな
がら溶接する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ溶接による溶接
鋼管の製造方法に関する。
鋼管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶接鋼管の製造方法として、近年、レー
ザ溶接方法が開発され、ステンレス溶接鋼管を対象に一
部実用化されている。レーザ溶接方法は溶融溶接を行う
ものであるため、溶接部の欠陥が抑制され、通常のアー
ク溶接法、プラズマ溶接法に比較してエネルギー密度が
高いため、溶け込み深さが深く、高速溶接が可能であ
り、さらに入熱量を少なくできるため、溶接部の性能も
良好であるという特長を持っている。しかしながら、溶
接速度は従来のプラズマ溶接法に比べて高々２〜３倍程
度であり、経済的に優位であるとは言い難い。
ザ溶接方法が開発され、ステンレス溶接鋼管を対象に一
部実用化されている。レーザ溶接方法は溶融溶接を行う
ものであるため、溶接部の欠陥が抑制され、通常のアー
ク溶接法、プラズマ溶接法に比較してエネルギー密度が
高いため、溶け込み深さが深く、高速溶接が可能であ
り、さらに入熱量を少なくできるため、溶接部の性能も
良好であるという特長を持っている。しかしながら、溶
接速度は従来のプラズマ溶接法に比べて高々２〜３倍程
度であり、経済的に優位であるとは言い難い。
【０００３】レーザ溶接において溶接速度の上限が小さ
いのは、実用に供されるレーザ発振器のパワーが現時点
で小さいことに加え、溶接のための熱効率が低い点にあ
る。したがって、溶接速度の増大は熱効率の改善によっ
て可能である。熱効率が低い主な原因は、レーザ照射面
においてプラズマが発生し、このプラズマが照射される
レーザ光を反射・吸収するためである。このため、被溶
接材へ到達するレーザ光量が減少する。このような観点
から、溶接速度の増大策として、主にプラズマ制御が検
討されてきた。例えば、シールドガスとしてＨｅ，Ｎ2
などがＡｒよりもプラズマが発生しにくいとして、その
採用を提案している。また、レーザ照射位置の横に設け
たノズルよりガスを噴出して、被溶接材から発生したプ
ラズマを冷却・除外しようとする方法などが採られてい
る。このような方法により、熱効率の面から考慮した十
分に高い溶接速度を達成している。
いのは、実用に供されるレーザ発振器のパワーが現時点
で小さいことに加え、溶接のための熱効率が低い点にあ
る。したがって、溶接速度の増大は熱効率の改善によっ
て可能である。熱効率が低い主な原因は、レーザ照射面
においてプラズマが発生し、このプラズマが照射される
レーザ光を反射・吸収するためである。このため、被溶
接材へ到達するレーザ光量が減少する。このような観点
から、溶接速度の増大策として、主にプラズマ制御が検
討されてきた。例えば、シールドガスとしてＨｅ，Ｎ2
などがＡｒよりもプラズマが発生しにくいとして、その
採用を提案している。また、レーザ照射位置の横に設け
たノズルよりガスを噴出して、被溶接材から発生したプ
ラズマを冷却・除外しようとする方法などが採られてい
る。このような方法により、熱効率の面から考慮した十
分に高い溶接速度を達成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記の対策により、全
板厚（管肉厚）の溶融の点では高速溶接が可能となって
いるが、この場合、レーザ特有の細ビードとなり、特に
板厚が厚い場合には、管内面では管外面に比べて溶接幅
が著しく細くなり、僅かな狙い位置変動により、溶け込
み不良が生じたり、冷却速度が速くなることによるブロ
ーホール欠陥が生じたりする。これを回避するために
は、溶接幅を広くすることが必要であるが、その結果と
して溶接速度の減少が避けられないこととなっている。
板厚（管肉厚）の溶融の点では高速溶接が可能となって
いるが、この場合、レーザ特有の細ビードとなり、特に
板厚が厚い場合には、管内面では管外面に比べて溶接幅
が著しく細くなり、僅かな狙い位置変動により、溶け込
み不良が生じたり、冷却速度が速くなることによるブロ
ーホール欠陥が生じたりする。これを回避するために
は、溶接幅を広くすることが必要であるが、その結果と
して溶接速度の減少が避けられないこととなっている。
【０００５】そこで、本発明は、管内面側の溶接幅を拡
大する方策を講じて、溶接欠陥のない継手をより高速な
溶接速度で実現するようにしたものである。
大する方策を講じて、溶接欠陥のない継手をより高速な
溶接速度で実現するようにしたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る溶接鋼管の
製造方法は、鋼帯を連続的に搬送しつつ両側の鋼帯端部
が対向するように円筒状に成形して突き合わせ、その突
合わせ部に管外面側からレーザ光を照射して溶接する溶
接鋼管の製造方法において、前記突合わせ部のレーザ光
による溶接と同時にその溶接部に、管内面側からＣＯ2
とＡｒとの混合ガスをＣＯ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が
１０〜２５％の範囲で供給することを特徴とするもので
ある。
製造方法は、鋼帯を連続的に搬送しつつ両側の鋼帯端部
が対向するように円筒状に成形して突き合わせ、その突
合わせ部に管外面側からレーザ光を照射して溶接する溶
接鋼管の製造方法において、前記突合わせ部のレーザ光
による溶接と同時にその溶接部に、管内面側からＣＯ2
とＡｒとの混合ガスをＣＯ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が
１０〜２５％の範囲で供給することを特徴とするもので
ある。
【０００７】
【作用】一般にレーザ照射面に発生するプラズマの生成
機構は次のようなものである。レーザ光を照射された金
属は昇温・溶融し、一部が金属蒸気となる。金属蒸気は
さらにレーザ光を吸収すると、熱解離により電子を放出
する。この放出された電子がシールドガスとして供給さ
れたガス分子と衝突することにより、ガスが電離しプラ
ズマとなる。すなわち、プラズマ中には金属イオンとガ
スイオンが含まれる。ここで、金属イオンは被溶接材の
材質により決まるものであるから、シールドガスの種類
によりプラズマの発生量が変わる。ガスプラズマの発生
量は、ガス固有の解離・電離エネルギーが低いほど、多
くなる。一方、レーザ溶接において完全溶け込み状態に
あるときは、キーホール現象を伴って溶接が進行する。
これは、溶接部に全板厚（管肉厚）を貫通する穴が形成
されつつ、その側面において金属の溶融・凝固が生じる
ものである。したがって、レーザ光の一部は溶接に寄与
することなくキーホールの底部より外部へ抜け出る。ま
た同時に、キーホール底部からは金属蒸気、シールドガ
スの一部が噴出する。このため、管内面においてもプラ
ズマが発生する。本発明では、このような管内面側に生
じるプラズマを積極的に活用し、管内面側の溶接幅を拡
大する方策を講じて、溶接鋼管のレーザ溶接において溶
接欠陥の生じない溶接速度の高速化を図ったものであ
る。
機構は次のようなものである。レーザ光を照射された金
属は昇温・溶融し、一部が金属蒸気となる。金属蒸気は
さらにレーザ光を吸収すると、熱解離により電子を放出
する。この放出された電子がシールドガスとして供給さ
れたガス分子と衝突することにより、ガスが電離しプラ
ズマとなる。すなわち、プラズマ中には金属イオンとガ
スイオンが含まれる。ここで、金属イオンは被溶接材の
材質により決まるものであるから、シールドガスの種類
によりプラズマの発生量が変わる。ガスプラズマの発生
量は、ガス固有の解離・電離エネルギーが低いほど、多
くなる。一方、レーザ溶接において完全溶け込み状態に
あるときは、キーホール現象を伴って溶接が進行する。
これは、溶接部に全板厚（管肉厚）を貫通する穴が形成
されつつ、その側面において金属の溶融・凝固が生じる
ものである。したがって、レーザ光の一部は溶接に寄与
することなくキーホールの底部より外部へ抜け出る。ま
た同時に、キーホール底部からは金属蒸気、シールドガ
スの一部が噴出する。このため、管内面においてもプラ
ズマが発生する。本発明では、このような管内面側に生
じるプラズマを積極的に活用し、管内面側の溶接幅を拡
大する方策を講じて、溶接鋼管のレーザ溶接において溶
接欠陥の生じない溶接速度の高速化を図ったものであ
る。
【０００８】まず、本発明者らは、管内面側から供給す
るシールドガスの種類により、プラズマ発生量を変える
ことを意図して、経済性の観点から選んだＨｅ，Ａｒ，
Ｎ2，ＣＯ2 について実験的調査を実施した。これらの
ガスの解離・電離エネルギーは、Ｈｅ；２４．５ｅＶ，
Ａｒ；１５．７ｅＶ，Ｎ2 ；１５．６ｅＶ，ＣＯ2 ；１
４．０ｅＶであり、解離・電離エネルギーの点から見た
プラズマ発生量は解離・電離エネルギーが低いほど多く
なった。実験の結果では、プラズマ発生量の多いＣＯ2
とＡｒを用いた場合には、管内面側のビード幅を十分に
拡大させるだけのプラズマが発生することが確認され
た。図１に本発明のレーザ溶接方法の概要を示す。鋼帯
１を連続的に円筒状にロール成形しつつ、両側の鋼帯端
部１ａ，１ｂを突き合わせ、その突合わせ部（会合点ま
たはその下流側近傍）２にレーザ光３を照射して溶接
し、同時に、管内面側からガス供給ノズル４でＡｒとＣ
Ｏ2 の混合ガスを供給する。なお、両側の鋼帯端部１
ａ，１ｂは、図示のように高周波電源５からの電力で加
熱する場合と加熱しない場合があるがいずれでもよい。
るシールドガスの種類により、プラズマ発生量を変える
ことを意図して、経済性の観点から選んだＨｅ，Ａｒ，
Ｎ2，ＣＯ2 について実験的調査を実施した。これらの
ガスの解離・電離エネルギーは、Ｈｅ；２４．５ｅＶ，
Ａｒ；１５．７ｅＶ，Ｎ2 ；１５．６ｅＶ，ＣＯ2 ；１
４．０ｅＶであり、解離・電離エネルギーの点から見た
プラズマ発生量は解離・電離エネルギーが低いほど多く
なった。実験の結果では、プラズマ発生量の多いＣＯ2
とＡｒを用いた場合には、管内面側のビード幅を十分に
拡大させるだけのプラズマが発生することが確認され
た。図１に本発明のレーザ溶接方法の概要を示す。鋼帯
１を連続的に円筒状にロール成形しつつ、両側の鋼帯端
部１ａ，１ｂを突き合わせ、その突合わせ部（会合点ま
たはその下流側近傍）２にレーザ光３を照射して溶接
し、同時に、管内面側からガス供給ノズル４でＡｒとＣ
Ｏ2 の混合ガスを供給する。なお、両側の鋼帯端部１
ａ，１ｂは、図示のように高周波電源５からの電力で加
熱する場合と加熱しない場合があるがいずれでもよい。
【０００９】このような方法によると、Ａｒ中へのＣＯ
2 の混合比率が増加するに伴い、管内面側の溶接幅が拡
大し溶接欠陥が減少することが確認された。溶接欠陥が
皆無となるのは、ＣＯ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が１０
％超のときであった。一方、管内面側の溶接部表面の酸
化防止を兼ねる観点からは、Ａｒが好ましく、溶接に安
定化からはＣＯ2 が好ましい。しかしながら、ＣＯ2 は
溶接部の酸化をきたし、継手性能を劣化させる。そのた
め、ＣＯ2 はＡｒとの混合比率の上限に制約があり、Ｃ
Ｏ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率で２５％未満の場合には、
酸化による継手性能の劣化は認められなかった。
2 の混合比率が増加するに伴い、管内面側の溶接幅が拡
大し溶接欠陥が減少することが確認された。溶接欠陥が
皆無となるのは、ＣＯ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が１０
％超のときであった。一方、管内面側の溶接部表面の酸
化防止を兼ねる観点からは、Ａｒが好ましく、溶接に安
定化からはＣＯ2 が好ましい。しかしながら、ＣＯ2 は
溶接部の酸化をきたし、継手性能を劣化させる。そのた
め、ＣＯ2 はＡｒとの混合比率の上限に制約があり、Ｃ
Ｏ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率で２５％未満の場合には、
酸化による継手性能の劣化は認められなかった。
【００１０】
【実施例】次に、本発明を実施例により、比較例と対比
しながら説明する。実施例において使用した材料はライ
ンパイプ材ＡＰ１６０相当材で、板厚１２．７mmであ
り、外径５０８mmの溶接管を製造した。炭酸ガスレーザ
を用いて、レーザ出力は２０ｋＷ一定として、溶接速度
を５〜１０m/min の範囲で変化させた。また、管内面側
から供給するシールドガスは、ＣＯ2 とＡｒとの混合比
率ＣＯ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）を０〜５０％の範囲で変化
させた。そして、溶接された鋼管から、横断面の溶接部
を切り出し、管内面側の溶接幅（図２の溶接部６の内面
側幅ｗ寸法）、Ｘ線透過試験による溶接欠陥並びに溶接
部の酸化程度を評価した。溶接欠陥は溶接ビード１ｍ当
たりの溶接欠陥個数を測定した。溶接部の外観性状につ
いては目視により参加程度を低い方から１から５まで評
点を付け、評点２以下を良好とした。表１に製造条件と
溶接部の評価結果を示す。
しながら説明する。実施例において使用した材料はライ
ンパイプ材ＡＰ１６０相当材で、板厚１２．７mmであ
り、外径５０８mmの溶接管を製造した。炭酸ガスレーザ
を用いて、レーザ出力は２０ｋＷ一定として、溶接速度
を５〜１０m/min の範囲で変化させた。また、管内面側
から供給するシールドガスは、ＣＯ2 とＡｒとの混合比
率ＣＯ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）を０〜５０％の範囲で変化
させた。そして、溶接された鋼管から、横断面の溶接部
を切り出し、管内面側の溶接幅（図２の溶接部６の内面
側幅ｗ寸法）、Ｘ線透過試験による溶接欠陥並びに溶接
部の酸化程度を評価した。溶接欠陥は溶接ビード１ｍ当
たりの溶接欠陥個数を測定した。溶接部の外観性状につ
いては目視により参加程度を低い方から１から５まで評
点を付け、評点２以下を良好とした。表１に製造条件と
溶接部の評価結果を示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】表１より、比較例Ｎｏ．６，７は、シール
ドガスのＣＯ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が１０％未満の
場合であり、ビードの酸化はないものの、溶接幅が狭く
溶接欠陥が多発している。また、比較例Ｎｏ．８〜１０
はシールドガスのＣＯ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が２５
％超の結果であり、溶接幅が広く溶接欠陥はないもの
の、ビードの酸化が著しく継手性能が劣化していた。一
方、本発明例のＮｏ．１〜５は、シールドガスのＣＯ2
／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が１０〜２５％の範囲であり、
比較例Ｎｏ．６〜１０とそれぞれ同じ溶接速度５〜１０
m/min のときでも、溶接幅が比較的広く溶接欠陥は皆無
であり、また、ビードの酸化もなく、優れた継手性能を
有していた。
ドガスのＣＯ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が１０％未満の
場合であり、ビードの酸化はないものの、溶接幅が狭く
溶接欠陥が多発している。また、比較例Ｎｏ．８〜１０
はシールドガスのＣＯ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が２５
％超の結果であり、溶接幅が広く溶接欠陥はないもの
の、ビードの酸化が著しく継手性能が劣化していた。一
方、本発明例のＮｏ．１〜５は、シールドガスのＣＯ2
／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が１０〜２５％の範囲であり、
比較例Ｎｏ．６〜１０とそれぞれ同じ溶接速度５〜１０
m/min のときでも、溶接幅が比較的広く溶接欠陥は皆無
であり、また、ビードの酸化もなく、優れた継手性能を
有していた。
【００１３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、連続的に
搬送される鋼帯を円筒状に成形し、その両側の鋼帯端部
の突合わせ部にレーザ光を照射して溶接する際に、同時
に、管内面側から溶接部にＡｒとＣＯ2 の混合ガスをＣ
Ｏ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が１０〜２５％で供給する
ことにより、管内面側の溶接幅が拡大し、溶接速度が向
上し、かつ、溶接欠陥のない高品質の溶接鋼管を製造す
ることができるという効果がある。
搬送される鋼帯を円筒状に成形し、その両側の鋼帯端部
の突合わせ部にレーザ光を照射して溶接する際に、同時
に、管内面側から溶接部にＡｒとＣＯ2 の混合ガスをＣ
Ｏ2 ／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が１０〜２５％で供給する
ことにより、管内面側の溶接幅が拡大し、溶接速度が向
上し、かつ、溶接欠陥のない高品質の溶接鋼管を製造す
ることができるという効果がある。
【図１】本発明方法の説明図である。
【図２】溶接部の断面図である。
１ 鋼帯 １ａ，１ｂ 鋼帯端部 ２ 突合わせ部 ３ レーザ光 ４ ガス供給ノズル ５ 高周波電源 ６ 溶接部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大村 雅紀 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 (72)発明者 高村 登志博 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 (72)発明者 長浜 裕 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)
- 【請求項１】 鋼帯を連続的に搬送しつつ両側の鋼帯端
部が対向するように円筒状に成形して突き合わせ、その
突合わせ部に管外面側からレーザ光を照射して溶接する
溶接鋼管の製造方法において、 前記突合わせ部のレーザ光による溶接と同時にその溶接
部に、管内面側からＣＯ2 とＡｒとの混合ガスをＣＯ2
／（Ａｒ＋ＣＯ2 ）比率が１０〜２５％の範囲で供給す
ることを特徴とする溶接鋼管の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7079096A JPH08276290A (ja) | 1995-04-04 | 1995-04-04 | 溶接鋼管の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7079096A JPH08276290A (ja) | 1995-04-04 | 1995-04-04 | 溶接鋼管の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08276290A true JPH08276290A (ja) | 1996-10-22 |
Family
ID=13680355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7079096A Pending JPH08276290A (ja) | 1995-04-04 | 1995-04-04 | 溶接鋼管の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08276290A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104338782A (zh) * | 2013-07-30 | 2015-02-11 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种不等厚壁焊管的加工方法 |
| EP2929977A1 (de) * | 2014-04-08 | 2015-10-14 | Messer Group GmbH | Verfahren zum co2-laser-schweissen von niedrig legierten stählen |
-
1995
- 1995-04-04 JP JP7079096A patent/JPH08276290A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104338782A (zh) * | 2013-07-30 | 2015-02-11 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种不等厚壁焊管的加工方法 |
| EP2929977A1 (de) * | 2014-04-08 | 2015-10-14 | Messer Group GmbH | Verfahren zum co2-laser-schweissen von niedrig legierten stählen |
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Legal Events
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