JPH10272586A - 金属管のレーザ突合せ溶接方法およびその装置 - Google Patents
金属管のレーザ突合せ溶接方法およびその装置Info
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- JPH10272586A JPH10272586A JP9079290A JP7929097A JPH10272586A JP H10272586 A JPH10272586 A JP H10272586A JP 9079290 A JP9079290 A JP 9079290A JP 7929097 A JP7929097 A JP 7929097A JP H10272586 A JPH10272586 A JP H10272586A
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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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属管どうしの突合せ溶接において、溶接に
よる熱歪みを抑えて健全な溶接部を得る。 【解決手段】 レーザ突合せ溶接方法は、次の工程から
なっている。 管厚みの１０〜５０％の溶込み深さで突合せ部を仮
付け溶接する工程 管厚みの１００％の溶込み深さで突合せ部を本溶接
する工程 溶接部を後熱処理する工程 そして、上記各工程で円周方向に１８０゜の間隔をおい
てレーザビームを溶接部に同時に照射する。
よる熱歪みを抑えて健全な溶接部を得る。 【解決手段】 レーザ突合せ溶接方法は、次の工程から
なっている。 管厚みの１０〜５０％の溶込み深さで突合せ部を仮
付け溶接する工程 管厚みの１００％の溶込み深さで突合せ部を本溶接
する工程 溶接部を後熱処理する工程 そして、上記各工程で円周方向に１８０゜の間隔をおい
てレーザビームを溶接部に同時に照射する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、金属管のレーザ
溶接方法およびその装置に関する。この発明は、土木建
築分野などで使用される鋼管、ガス・石油輸送用海底パ
イプラインなどの接合溶接に利用される。
溶接方法およびその装置に関する。この発明は、土木建
築分野などで使用される鋼管、ガス・石油輸送用海底パ
イプラインなどの接合溶接に利用される。
【０００２】
【従来の技術】管径が比較的大きな管どうしをレーザに
より接合溶接することが行われている。例えば従来技術
として、特開昭５８−１４８０８９号公報に「レーザ式
のパイプ加工装置」が開示されている。この従来技術の
特徴は、金属管３０の周囲にレーザビームを垂直に移動
させながら照射する集光光学系に取り付けられたキャリ
ッジ３１と、３組の光学エルボ３２、３３、３４と光学
エルボ間に取り付けられたレーザビームガイド３５から
構成される。また、これらの装置全体を傾けることので
きるジンバルフレーム３６によつて、ジンバル軸に直角
のいかなる平面内に金属管３０の軸があっても金属管３
０にレーザビームを直角に照射できることを特徴として
いる。
より接合溶接することが行われている。例えば従来技術
として、特開昭５８−１４８０８９号公報に「レーザ式
のパイプ加工装置」が開示されている。この従来技術の
特徴は、金属管３０の周囲にレーザビームを垂直に移動
させながら照射する集光光学系に取り付けられたキャリ
ッジ３１と、３組の光学エルボ３２、３３、３４と光学
エルボ間に取り付けられたレーザビームガイド３５から
構成される。また、これらの装置全体を傾けることので
きるジンバルフレーム３６によつて、ジンバル軸に直角
のいかなる平面内に金属管３０の軸があっても金属管３
０にレーザビームを直角に照射できることを特徴として
いる。
【０００３】この従来技術では、図１１に示すように全
円周溶接を１つのレーザビ−ムを使って溶接するため
に、レーザ溶接を円周に対し順次進めて行くと溶接部分
で発生する熱歪みのために、突合せ部の開先の確保が非
常に難しいという問題点を持っている。レーザ溶接部に
発生する熱歪みを角変形量で示せば、板厚１５ mm の材
料で溶接線直角方向に対し０．５ mrad 程度である。こ
の変形量は、例えば直径２５インチ、板厚１５ mm の鋼
管であれば、溶接開始点から半周にわたり溶接すると、
未溶接部分の半周では少なくとも約０．５ mm の隙間が
開先部分に生じる。これを図１２を用いて説明すれば、
金属管を図中の１ａ、１ｂ、溶接部分を１１で示せば、
開先部分の隙間ｇが生じることになる。実際に、開先部
分の隙間に集光したレーザビームの直径に相当するた
め、レーザビームは隙間部分を通過し健全な溶接ができ
ないか、片側の材料にレーザビームが照射され溶融金属
が開先部を埋めたとしても、隙間部分の体積に相当する
金属が不足するため、いずれにせよ健全な溶接が得られ
ないという欠点がある。
円周溶接を１つのレーザビ−ムを使って溶接するため
に、レーザ溶接を円周に対し順次進めて行くと溶接部分
で発生する熱歪みのために、突合せ部の開先の確保が非
常に難しいという問題点を持っている。レーザ溶接部に
発生する熱歪みを角変形量で示せば、板厚１５ mm の材
料で溶接線直角方向に対し０．５ mrad 程度である。こ
の変形量は、例えば直径２５インチ、板厚１５ mm の鋼
管であれば、溶接開始点から半周にわたり溶接すると、
未溶接部分の半周では少なくとも約０．５ mm の隙間が
開先部分に生じる。これを図１２を用いて説明すれば、
金属管を図中の１ａ、１ｂ、溶接部分を１１で示せば、
開先部分の隙間ｇが生じることになる。実際に、開先部
分の隙間に集光したレーザビームの直径に相当するた
め、レーザビームは隙間部分を通過し健全な溶接ができ
ないか、片側の材料にレーザビームが照射され溶融金属
が開先部を埋めたとしても、隙間部分の体積に相当する
金属が不足するため、いずれにせよ健全な溶接が得られ
ないという欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、金属管ど
うしの突合せ溶接において、溶接による熱歪みを抑えて
健全な溶接部を得ることを課題とする。
うしの突合せ溶接において、溶接による熱歪みを抑えて
健全な溶接部を得ることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の金属管のレー
ザ突合せ溶接方法は、金属管どうしを突き合わせ、レー
ザビームを突合せ部に沿って円周方向に移動しながら突
合せ溶接する方法において、次の工程からなっている。 管厚みの１０〜５０％の溶込み深さで突合せ部を仮
付け溶接する工程 管厚みの１００％の溶込み深さで突合せ部を本溶接
する工程 溶接部を後熱処理する工程 そして、上記各工程で円周方向に１８０゜の間隔をおい
てレーザビームを溶接部に同時に照射する。
ザ突合せ溶接方法は、金属管どうしを突き合わせ、レー
ザビームを突合せ部に沿って円周方向に移動しながら突
合せ溶接する方法において、次の工程からなっている。 管厚みの１０〜５０％の溶込み深さで突合せ部を仮
付け溶接する工程 管厚みの１００％の溶込み深さで突合せ部を本溶接
する工程 溶接部を後熱処理する工程 そして、上記各工程で円周方向に１８０゜の間隔をおい
てレーザビームを溶接部に同時に照射する。
【０００６】この発明では、レーザビームで加工される
ベき金属管に対し、円周の対向する位置にレーザ加工ヘ
ッドを配置し、溶接工程のうち材料の貫通溶接を行う前
に、円周の対向する位置で同時に仮付け溶接を行うの
で、材料に発生する変形を極小に抑制することができ
る。また、後熱処理により溶接金属の硬度や靭性の改善
を図ることができる。なお、金属管が大径である場合、
円周方向に等間隔をおいて３箇所以上からレーザビーム
を溶接部に同時に照射するようにしてもよい。
ベき金属管に対し、円周の対向する位置にレーザ加工ヘ
ッドを配置し、溶接工程のうち材料の貫通溶接を行う前
に、円周の対向する位置で同時に仮付け溶接を行うの
で、材料に発生する変形を極小に抑制することができ
る。また、後熱処理により溶接金属の硬度や靭性の改善
を図ることができる。なお、金属管が大径である場合、
円周方向に等間隔をおいて３箇所以上からレーザビーム
を溶接部に同時に照射するようにしてもよい。
【０００７】前記本溶接の工程で、レーザビームを一定
速度で移動し、レーザ出力０から管厚みの１００％の溶
込み深さとなる基準レーザ出力までレーザ出力を連続的
に増加しながらビード始端部を溶接し、ビード始端部に
続く定常部を前記基準レーザ出力で溶接し、定常部に続
くビード終端部を前記基準レーザ出力から基準レーザ出
力の１０％以下までレーザ出力を連続的に減少しながら
溶接するようにしてもよい。
速度で移動し、レーザ出力０から管厚みの１００％の溶
込み深さとなる基準レーザ出力までレーザ出力を連続的
に増加しながらビード始端部を溶接し、ビード始端部に
続く定常部を前記基準レーザ出力で溶接し、定常部に続
くビード終端部を前記基準レーザ出力から基準レーザ出
力の１０％以下までレーザ出力を連続的に減少しながら
溶接するようにしてもよい。
【０００８】上記のようにレーザ出力を調整しながら溶
接することにより、溶接の開始位置および終了位置で発
生する穴あきによる溶接欠陥を防止することができる。
接することにより、溶接の開始位置および終了位置で発
生する穴あきによる溶接欠陥を防止することができる。
【０００９】この発明の金属管のレーザ突合せ溶接装置
は、金属管どうしを突き合わせ、レーザビームを突合せ
部に沿って円周方向に移動しながら突合せ溶接する装置
において、２台のレーザ発振器からレーザビームがそれ
ぞれ入射する固定レーザビームガイドと金属管の突合せ
部にレーザビームを照射する１対のレーザビーム集光光
学系とが次第１回転偏向装置、第１レーザビームガイ
ド、第２回転偏向装置、伸縮可能な第２レーザビームガ
イド、および第３回転偏向装置を介してそれぞれ接続さ
れている。前記第１回転偏向装置および第２回転偏向装
置は、入射ビームの光軸に対しそれと平行なすべての平
面内にレーザビームを偏向するための２枚の反射鏡と自
由回転機構を有している。また、前記第３回転偏向装置
は、入射ビームの光軸に対し直角なすべての平面内にレ
ーザビームを偏向するための１枚の反射鏡と自由回転機
構を有している。前記レーザビーム集光光学系は、金属
管突合せ部に沿って円周方向に閉じた経路を構成するリ
ング状ガイドレール上を自走する２台の台車にそれぞれ
取り付けられている。２台の台車は、リング状ガイドレ
ールに沿って１８０°の角度を持って対向するように配
置されている。
は、金属管どうしを突き合わせ、レーザビームを突合せ
部に沿って円周方向に移動しながら突合せ溶接する装置
において、２台のレーザ発振器からレーザビームがそれ
ぞれ入射する固定レーザビームガイドと金属管の突合せ
部にレーザビームを照射する１対のレーザビーム集光光
学系とが次第１回転偏向装置、第１レーザビームガイ
ド、第２回転偏向装置、伸縮可能な第２レーザビームガ
イド、および第３回転偏向装置を介してそれぞれ接続さ
れている。前記第１回転偏向装置および第２回転偏向装
置は、入射ビームの光軸に対しそれと平行なすべての平
面内にレーザビームを偏向するための２枚の反射鏡と自
由回転機構を有している。また、前記第３回転偏向装置
は、入射ビームの光軸に対し直角なすべての平面内にレ
ーザビームを偏向するための１枚の反射鏡と自由回転機
構を有している。前記レーザビーム集光光学系は、金属
管突合せ部に沿って円周方向に閉じた経路を構成するリ
ング状ガイドレール上を自走する２台の台車にそれぞれ
取り付けられている。２台の台車は、リング状ガイドレ
ールに沿って１８０°の角度を持って対向するように配
置されている。
【００１０】上記レーザ突合せ溶接装置において、レー
ザ発振器から出力されたレーザビームは、固定レーザビ
ームガイド、第１回転偏向装置、第１レーザビームガイ
ド、第２回転偏向装置、第２レーザビームガイド、およ
び第３回転偏向装置を順次経て、レーザビーム集光光学
系に伝送される。レーザビームはレーザビーム集光光学
系から金属管にほぼ直角に入射し、かつ焦点距離を一定
に保って円周方向に移動し、溶接および後熱処理が行わ
れる。レーザビームの焦点位置は、レーザ集光光学系と
金属管突合せ部との距離によって調整される。なお、３
台以上の台車をリング状ガイドレールに沿って等間隔に
配置し、それぞれの台車にレーザビーム集光光学系を取
り付けてもよい。
ザ発振器から出力されたレーザビームは、固定レーザビ
ームガイド、第１回転偏向装置、第１レーザビームガイ
ド、第２回転偏向装置、第２レーザビームガイド、およ
び第３回転偏向装置を順次経て、レーザビーム集光光学
系に伝送される。レーザビームはレーザビーム集光光学
系から金属管にほぼ直角に入射し、かつ焦点距離を一定
に保って円周方向に移動し、溶接および後熱処理が行わ
れる。レーザビームの焦点位置は、レーザ集光光学系と
金属管突合せ部との距離によって調整される。なお、３
台以上の台車をリング状ガイドレールに沿って等間隔に
配置し、それぞれの台車にレーザビーム集光光学系を取
り付けてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１はこの発明のレーザ突合せ溶
接装置の１例を示す概要斜視図である。図２は、図１に
示す装置に設けられた第１回転偏向装置の断面図であ
る。以下に説明する第２回転偏向装置および第３回転偏
向装置の基本構成は、第１回転偏向装置と同様であるた
め第１回転偏向装置を例にとり説明する。
接装置の１例を示す概要斜視図である。図２は、図１に
示す装置に設けられた第１回転偏向装置の断面図であ
る。以下に説明する第２回転偏向装置および第３回転偏
向装置の基本構成は、第１回転偏向装置と同様であるた
め第１回転偏向装置を例にとり説明する。
【００１２】金属管１ａ、１ｂは、海底に敷設するライ
ン用パイプである。パイプの直径は約６１０ mm であ
り、板厚は１５ mm 、長さは１２m である。レーザビー
ムＬＢは１０．６μm の波長であり、ＣＯ2 レーザ発振
器１Ｌａ、１Ｌｂから出力される。レーザ出力は２５ k
W であり、レーザビームＬＢの直径は５５ mm である。
レーザ発振器１Ｌａ、１Ｌｂから出力されたレーザビー
ムＬＢは固定レーザビームガイド２０ａ、２０ｂに伝送
される。ついで、レーザビームＬＢは、固定レーザビー
ムガイド２０ａ、２０ｂに接続する第１回転偏向装置２
ａ、２ｂを経て、第１回転偏向装置２ａ、２ｂと第２回
転偏向装置３ａ、３ｂとの間に配置された第１レーザビ
ームガイド７ａ、７ｂ中で伝送される。第１回転偏向装
置２ａ、２ｂおよび第２回転偏向装置３ａ、３ｂは、入
射ビームの光軸に対しそれと平行なすべての平面内にレ
ーザビームを偏向するための２枚の反射鏡（図２中の１
３）と自由回転機構を有する。第２回転偏向装置３ａ、
３ｂに伝送されたレーザビームＬＢは、第２回転偏向装
置３ａ、３ｂと第３回転偏向装置４ａ、４ｂの間に配置
された伸縮可能な第２レーザビームガイド８ａ、８ｂ中
を伝送される。第３回転偏向装置４ａ、４ｂは、入射ビ
ームの光軸に対し直角なすベての平面内にレーザビーム
を偏向するための１枚の反射鏡と自由回転機構を有し、
レーザビーム集光光学系５ａ、５ｂに接続されている。
レーザビームＬＢは、第３回転偏向装置４ａ、４ｂを介
してレーザビーム集光光学系５ａ、５ｂに入射される。
レーザビーム集光光学系５ａ、５ｂは、リング状ガイド
レール６に沿って走行する２台の台車５１ａ、５１ｂの
それぞれに取り付けられている。リング状ガイドレール
６の中心は、金属管１ａ、１ｂの中心０と中心のほぼ一
致しいる。２台の台車５１ａ、５１ｂは、円周に沿って
１８０゜の間隔をおいて駆動装置（図示しない）により
走行する。２台の台車５１ａ、５１ｂは、円周に沿って
１８０゜以上走行可能である。第１レーザビームガイド
７ａ、７ｂおよび第２レーザビームガイド８ａ、８ｂ
は、台車５１ａ、５１ｂの走行に伴って移動する。第１
レーザビームガイド７ａ、７ｂおよび第２レーザビーム
ガイド８ａ、８ｂは、移動の際に互いに接触することは
なく、また金属管、レーザビーム集光光学系５ａ、５ｂ
およびリング状ガイドレール６に接触することのない長
さとなっている。
ン用パイプである。パイプの直径は約６１０ mm であ
り、板厚は１５ mm 、長さは１２m である。レーザビー
ムＬＢは１０．６μm の波長であり、ＣＯ2 レーザ発振
器１Ｌａ、１Ｌｂから出力される。レーザ出力は２５ k
W であり、レーザビームＬＢの直径は５５ mm である。
レーザ発振器１Ｌａ、１Ｌｂから出力されたレーザビー
ムＬＢは固定レーザビームガイド２０ａ、２０ｂに伝送
される。ついで、レーザビームＬＢは、固定レーザビー
ムガイド２０ａ、２０ｂに接続する第１回転偏向装置２
ａ、２ｂを経て、第１回転偏向装置２ａ、２ｂと第２回
転偏向装置３ａ、３ｂとの間に配置された第１レーザビ
ームガイド７ａ、７ｂ中で伝送される。第１回転偏向装
置２ａ、２ｂおよび第２回転偏向装置３ａ、３ｂは、入
射ビームの光軸に対しそれと平行なすべての平面内にレ
ーザビームを偏向するための２枚の反射鏡（図２中の１
３）と自由回転機構を有する。第２回転偏向装置３ａ、
３ｂに伝送されたレーザビームＬＢは、第２回転偏向装
置３ａ、３ｂと第３回転偏向装置４ａ、４ｂの間に配置
された伸縮可能な第２レーザビームガイド８ａ、８ｂ中
を伝送される。第３回転偏向装置４ａ、４ｂは、入射ビ
ームの光軸に対し直角なすベての平面内にレーザビーム
を偏向するための１枚の反射鏡と自由回転機構を有し、
レーザビーム集光光学系５ａ、５ｂに接続されている。
レーザビームＬＢは、第３回転偏向装置４ａ、４ｂを介
してレーザビーム集光光学系５ａ、５ｂに入射される。
レーザビーム集光光学系５ａ、５ｂは、リング状ガイド
レール６に沿って走行する２台の台車５１ａ、５１ｂの
それぞれに取り付けられている。リング状ガイドレール
６の中心は、金属管１ａ、１ｂの中心０と中心のほぼ一
致しいる。２台の台車５１ａ、５１ｂは、円周に沿って
１８０゜の間隔をおいて駆動装置（図示しない）により
走行する。２台の台車５１ａ、５１ｂは、円周に沿って
１８０゜以上走行可能である。第１レーザビームガイド
７ａ、７ｂおよび第２レーザビームガイド８ａ、８ｂ
は、台車５１ａ、５１ｂの走行に伴って移動する。第１
レーザビームガイド７ａ、７ｂおよび第２レーザビーム
ガイド８ａ、８ｂは、移動の際に互いに接触することは
なく、また金属管、レーザビーム集光光学系５ａ、５ｂ
およびリング状ガイドレール６に接触することのない長
さとなっている。
【００１３】上記の各回転偏光装置に含まれる反射鏡
（図２中の１３）は銅の表面に金メッキを施してあり、
大きさは直径１００ mm 、厚さは１５ mm であり、反射
鏡用ホルダーに取り付けられいる。また、各自由回転機
構は、内径８０ mm 、外径１１０ mm のボールベアリン
グ（図２中の１２）である。第１回転偏向装置２ａ、２
ｂの自由回転機構は固定レーザビームガイド２０ａ、２
０ｂと反射鏡用ホルダー（図２中の１４）の間に、第２
回転偏向装置３ａ、３ｂの自由回転機構は２つの反射鏡
用ホルダーの間に、また第３回転偏向装置４ａ、４ｂの
自由回転機構は伸縮可能な第２レーザビームガイドとレ
ーザビーム集光光学系５ａ、５ｂとの間にそれぞれ配置
されている。固定レーザビームガイド２０ａ、２０ｂお
よび第１レーザビームガイド７ａ、７ｂは外径８０ mm
の鋼管であり、長さは８００ mm である。第２レーザビ
ームガイド８ａ、８ｂは、外径８０ mm の鋼管が、外径
９０mm の鋼管が挿入された構成であり、長さは最小６
２５ mm から最大６７５ mmの範囲で伸縮が可能であ
る。なお、伸縮可能な第２レーザビームガイド８ａ、８
ｂで第２回転偏向装置３ａ、３ｂと第３回転偏向装置４
ａ、４ｂとの間の間隔を変えることにより、リング状ガ
イドレール６の変形や金属管１ａ、１ｂとの同軸性が損
なわれた場合の走行の安定性を確保する機能がある。
（図２中の１３）は銅の表面に金メッキを施してあり、
大きさは直径１００ mm 、厚さは１５ mm であり、反射
鏡用ホルダーに取り付けられいる。また、各自由回転機
構は、内径８０ mm 、外径１１０ mm のボールベアリン
グ（図２中の１２）である。第１回転偏向装置２ａ、２
ｂの自由回転機構は固定レーザビームガイド２０ａ、２
０ｂと反射鏡用ホルダー（図２中の１４）の間に、第２
回転偏向装置３ａ、３ｂの自由回転機構は２つの反射鏡
用ホルダーの間に、また第３回転偏向装置４ａ、４ｂの
自由回転機構は伸縮可能な第２レーザビームガイドとレ
ーザビーム集光光学系５ａ、５ｂとの間にそれぞれ配置
されている。固定レーザビームガイド２０ａ、２０ｂお
よび第１レーザビームガイド７ａ、７ｂは外径８０ mm
の鋼管であり、長さは８００ mm である。第２レーザビ
ームガイド８ａ、８ｂは、外径８０ mm の鋼管が、外径
９０mm の鋼管が挿入された構成であり、長さは最小６
２５ mm から最大６７５ mmの範囲で伸縮が可能であ
る。なお、伸縮可能な第２レーザビームガイド８ａ、８
ｂで第２回転偏向装置３ａ、３ｂと第３回転偏向装置４
ａ、４ｂとの間の間隔を変えることにより、リング状ガ
イドレール６の変形や金属管１ａ、１ｂとの同軸性が損
なわれた場合の走行の安定性を確保する機能がある。
【００１４】図３は、この装置に含まれる２つのレーザ
ビーム集光光学系５ａ、５ｂの位置関係を示す概要図で
ある。図中の１は２つの金属管１ａ、１ｂの溶接部分を
示し、図中のＯは金属管の中心である。２つのレーザビ
ーム集光光学系５ａ、５ｂは金属管の中心Ｏを通り、一
直線上配置され、すなわち円周上で１８０゜の角度を持
って対向する位置に配置されている。図中のＦＬはレー
ザビーム集光光学系５ａ、５ｂの焦点距離を示し、ここ
の説明では金属管の表面にレーザビームＬＢを集光して
いるが、溶接条件によってはその焦点位置をずらしても
構わない。レーザビームＬＢは金属管にほぼ直角に入射
し、かつ焦点距離ＦＬを一定に保ち円周方向に移動す
る。
ビーム集光光学系５ａ、５ｂの位置関係を示す概要図で
ある。図中の１は２つの金属管１ａ、１ｂの溶接部分を
示し、図中のＯは金属管の中心である。２つのレーザビ
ーム集光光学系５ａ、５ｂは金属管の中心Ｏを通り、一
直線上配置され、すなわち円周上で１８０゜の角度を持
って対向する位置に配置されている。図中のＦＬはレー
ザビーム集光光学系５ａ、５ｂの焦点距離を示し、ここ
の説明では金属管の表面にレーザビームＬＢを集光して
いるが、溶接条件によってはその焦点位置をずらしても
構わない。レーザビームＬＢは金属管にほぼ直角に入射
し、かつ焦点距離ＦＬを一定に保ち円周方向に移動す
る。
【００１５】図４は，この発明の装置を用いて金属管を
溶接する際の第１工程を示している。第１工程は仮付け
溶接工程である。図中のαは金属管の中心Ｏに、仮付け
溶接開始後からレーザビーム集光光学系５ａ、５ｂとレ
ーザビームＬＢが回転した角度を示している。角度α回
転後のレーザビームの位置はＬＢαであり、レーザビー
ム集光光学系５ａ、５ｂの位置は５ａα、５ｂαであ
る。このとき、レーザ出力と溶接速度を制御すること
で、金属管の板厚の１０％から５０％程度まで溶込み深
さを制御することが可能で、これは図中の９ａ、９ｂで
示される。この仮付け溶接を金属管の貫通溶接つまり本
溶接の前に、金属管の円周上で対向するレーザビーム集
光光学系５ａ、５ｂで同時に開始することにより、図１
２で示した溶接金属部分で発生する熱歪みによる金属管
の間に生じる隙間（図１２中のｇ）をなくすことが可能
で、溶接欠陥の無い溶接を実現できる。
溶接する際の第１工程を示している。第１工程は仮付け
溶接工程である。図中のαは金属管の中心Ｏに、仮付け
溶接開始後からレーザビーム集光光学系５ａ、５ｂとレ
ーザビームＬＢが回転した角度を示している。角度α回
転後のレーザビームの位置はＬＢαであり、レーザビー
ム集光光学系５ａ、５ｂの位置は５ａα、５ｂαであ
る。このとき、レーザ出力と溶接速度を制御すること
で、金属管の板厚の１０％から５０％程度まで溶込み深
さを制御することが可能で、これは図中の９ａ、９ｂで
示される。この仮付け溶接を金属管の貫通溶接つまり本
溶接の前に、金属管の円周上で対向するレーザビーム集
光光学系５ａ、５ｂで同時に開始することにより、図１
２で示した溶接金属部分で発生する熱歪みによる金属管
の間に生じる隙間（図１２中のｇ）をなくすことが可能
で、溶接欠陥の無い溶接を実現できる。
【００１６】図５は、図４で説明した仮付け溶接で金属
管のほぼ全円周にわたり仮付けしたときの概要図であ
る。このときのレーザビームＬＢおよびレーザビーム集
光光学系５ａ、５ｂの回転角はβで表すことができる。
このように仮付け溶接終了後に、金属管の全円周にわた
り本溶接を行う。
管のほぼ全円周にわたり仮付けしたときの概要図であ
る。このときのレーザビームＬＢおよびレーザビーム集
光光学系５ａ、５ｂの回転角はβで表すことができる。
このように仮付け溶接終了後に、金属管の全円周にわた
り本溶接を行う。
【００１７】図６は、図４および図５で説明した第１工
程で仮付けを金属管の円周上に間欠的に行ったときの概
要図である。ここで形成される溶接金属はそれぞれ１０
ａ、１０ｂである。これはレーザ出力を間欠的に変化さ
せることで容易に実現できる。したがって、形成される
溶接金属は図のように線状でも構わないし、複数の点溶
接でも構わない。
程で仮付けを金属管の円周上に間欠的に行ったときの概
要図である。ここで形成される溶接金属はそれぞれ１０
ａ、１０ｂである。これはレーザ出力を間欠的に変化さ
せることで容易に実現できる。したがって、形成される
溶接金属は図のように線状でも構わないし、複数の点溶
接でも構わない。
【００１８】図７は、第２工程である貫通溶接（本溶
接）終了後の溶接金属１１ａ、１１ｂを示すとともに、
第３工程の開始直後の概要図を示している。第３工程
は、溶接後に行われる後熱処理である。一般に、溶接の
後熱処理は溶接金属の硬度や靭性の制御のために行われ
る。このとき熱源には第１工程および第２工程に用いた
レーザビームを使用する。後熱処理では溶接に比較し、
１００〜１０００W/cm2 程度パワー密度の低い領域を使
用することが要求される。これはパワー密度の低い入熱
条件では熱勾配が溶接よりも緩やかになるために、特に
冷却速度が遅くなり、溶接金属の硬度の低減には有効な
方法（焼戻し）になる。バワー密度の低減の方法にはレ
ーザ出力を低くすることと、図に示したように金属管と
集光光学系の距離ＦＬ′を変化させデフォーカス状態で
レーザビームを照射すること、およびこの２つの方法を
同時に行う方法がある。
接）終了後の溶接金属１１ａ、１１ｂを示すとともに、
第３工程の開始直後の概要図を示している。第３工程
は、溶接後に行われる後熱処理である。一般に、溶接の
後熱処理は溶接金属の硬度や靭性の制御のために行われ
る。このとき熱源には第１工程および第２工程に用いた
レーザビームを使用する。後熱処理では溶接に比較し、
１００〜１０００W/cm2 程度パワー密度の低い領域を使
用することが要求される。これはパワー密度の低い入熱
条件では熱勾配が溶接よりも緩やかになるために、特に
冷却速度が遅くなり、溶接金属の硬度の低減には有効な
方法（焼戻し）になる。バワー密度の低減の方法にはレ
ーザ出力を低くすることと、図に示したように金属管と
集光光学系の距離ＦＬ′を変化させデフォーカス状態で
レーザビームを照射すること、およびこの２つの方法を
同時に行う方法がある。
【００１９】図８は、溶接の開始位置と終了位置で発生
する穴あきによる溶接欠陥を防止する方法を示した概念
図であり、図は溶接開始時を示している。レーザ溶接は
キーホール溶接と呼ばれ、レーザビーム照射中に発生す
る溶融金属内部のレーザビームの照射点の前後で貫通し
た穴を開けながら溶接するプロセスである。このような
プロセスにおいては溶接開始位置と溶接終了位置では表
面が大きく凹む穴欠陥となり、機械的強度に悪影響を及
ぼす溶接欠陥となる。図中の二点鎖線は、レーザの照射
開始位置である。このようにレーザ照射開始位置から形
成される溶接金属（図中では例として１１ｂ）の深さを
連続的に深くして行く。それにより、穴欠陥を防止する
ことが可能である。
する穴あきによる溶接欠陥を防止する方法を示した概念
図であり、図は溶接開始時を示している。レーザ溶接は
キーホール溶接と呼ばれ、レーザビーム照射中に発生す
る溶融金属内部のレーザビームの照射点の前後で貫通し
た穴を開けながら溶接するプロセスである。このような
プロセスにおいては溶接開始位置と溶接終了位置では表
面が大きく凹む穴欠陥となり、機械的強度に悪影響を及
ぼす溶接欠陥となる。図中の二点鎖線は、レーザの照射
開始位置である。このようにレーザ照射開始位置から形
成される溶接金属（図中では例として１１ｂ）の深さを
連続的に深くして行く。それにより、穴欠陥を防止する
ことが可能である。
【００２０】図９は、図８で説明した溶接開始時と溶接
終了時の穴欠陥防止の方法を同時に示している。図中の
一点鎖線は溶接金属１１ａを形成するためのレーザビー
ムの照射開始位置で、二点鎖線は溶接金属１１ｂを形成
したレーザビームの照射終了位置である。このように溶
接金属１１ａと１１ｂを重ね合わせることにより、レー
ザビーム照射方向とは反対側、つまり金属管の内周側の
溶込み不良を防止することができる。
終了時の穴欠陥防止の方法を同時に示している。図中の
一点鎖線は溶接金属１１ａを形成するためのレーザビー
ムの照射開始位置で、二点鎖線は溶接金属１１ｂを形成
したレーザビームの照射終了位置である。このように溶
接金属１１ａと１１ｂを重ね合わせることにより、レー
ザビーム照射方向とは反対側、つまり金属管の内周側の
溶込み不良を防止することができる。
【００２１】図１０は、図８および図９で説明した溶接
欠陥防止方法を行うためのレーザビームの出力変化を示
している。図１０の横軸は金属管円周上の位置を円周の
角度示し、縦軸はレーザ出力を示している。点線は図
７、図８および図９で示した溶接金属１１ａを形成する
ときの出力である。溶接金属１１ａは角度０から角度一
γ（図中の二点領線の位置）までレーザ出力を連続的に
変化させ、実線は溶接金属１１ｂの場合を示している。
角度γは、円周上で溶接金属の連続的な変化の長さが約
１０〜２０ mm 程度であればよく、金属管の直径に対応
し変化する。
欠陥防止方法を行うためのレーザビームの出力変化を示
している。図１０の横軸は金属管円周上の位置を円周の
角度示し、縦軸はレーザ出力を示している。点線は図
７、図８および図９で示した溶接金属１１ａを形成する
ときの出力である。溶接金属１１ａは角度０から角度一
γ（図中の二点領線の位置）までレーザ出力を連続的に
変化させ、実線は溶接金属１１ｂの場合を示している。
角度γは、円周上で溶接金属の連続的な変化の長さが約
１０〜２０ mm 程度であればよく、金属管の直径に対応
し変化する。
【００２２】この発明のレーザ突合せ溶接方法により複
数の鋼管を溶接接合し、任意の長さの鋼管が得られる。
このようにして溶接接合された長尺の鋼管は、ガスある
いは石油などの輸送を目的としたラインパイプに用いら
れる。また、この発明のレーザ突合せ溶接装置をライン
パイプ敷設船に搭載し、鋼管を接続しながらラインパイ
プを敷設することができる。
数の鋼管を溶接接合し、任意の長さの鋼管が得られる。
このようにして溶接接合された長尺の鋼管は、ガスある
いは石油などの輸送を目的としたラインパイプに用いら
れる。また、この発明のレーザ突合せ溶接装置をライン
パイプ敷設船に搭載し、鋼管を接続しながらラインパイ
プを敷設することができる。
【００２３】
【発明の効果】この発明では、レーザビームで加工され
るベき金属管に対し、円周の対向する位置にレーザ加工
ヘッドを配置し、溶接工程のうち材料の貫通溶接を行う
前に、円周の対向する位置で同時に仮付け溶接を行うの
で、材料に発生する変形を極小に抑制することができ
る。また、後熱処理により溶接金属の硬度や靭性の改善
を図ることができる。溶接開始時にレーザ出力を漸増
し、終了時に漸減しながら溶接した場合、溶接の開始位
置および終了位置で発生する穴あきによる溶接欠陥を防
止することができる。これらのことから、健全な突合せ
溶接部を得ることができ、接合強度の向上を図ることが
できる。
るベき金属管に対し、円周の対向する位置にレーザ加工
ヘッドを配置し、溶接工程のうち材料の貫通溶接を行う
前に、円周の対向する位置で同時に仮付け溶接を行うの
で、材料に発生する変形を極小に抑制することができ
る。また、後熱処理により溶接金属の硬度や靭性の改善
を図ることができる。溶接開始時にレーザ出力を漸増
し、終了時に漸減しながら溶接した場合、溶接の開始位
置および終了位置で発生する穴あきによる溶接欠陥を防
止することができる。これらのことから、健全な突合せ
溶接部を得ることができ、接合強度の向上を図ることが
できる。
【図１】この発明のレーザ突合せ溶接装置の１例を示す
概略斜視図である。
概略斜視図である。
【図２】図１に示す装置に設けられた第１回転偏向装置
の断面図である。
の断面図である。
【図３】上記装置に含まれる２つのレーザビーム集光光
学系の位置関係を示す概略図である。
学系の位置関係を示す概略図である。
【図４】仮付け溶接の方法を説明する図面である。
【図５】連続的な仮付け溶接工程の説明図である。
【図６】間欠的な仮付け溶接工程の説明図である。
【図７】後熱処理工程の説明図である。
【図８】レーザ出力を漸増した場合に生じる溶接金属の
模式図である。
模式図である。
【図９】レーザ出力を漸増および漸減した場合に生じる
溶接金属の模式図である。
溶接金属の模式図である。
【図１０】金属管円周上の位置とレーザ出力の関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図１１】従来法のレーザ溶接装置のの概略図である。
【図１２】従来法により突き合わせ溶接した場合に熱歪
みにより生じる隙間の説明図である。
みにより生じる隙間の説明図である。
１：溶接部分 １ａ：金属管 １ｂ：金属管 １Ｌａ：レーザ発振器 １Ｌｂ：レーザ発振器 ２ａ：第１回転偏向装置 ２ｂ：第１回転偏向装置 ３ａ：第２回転偏向装置 ３ｂ：第２回転偏向装置 ４ａ：第３回転偏向装置 ４ｂ：第３回転偏向装置 ５ａ：レーザビーム集光光学系 ５ｂ：レーザビーム集光光学系 ５ａα：角度α回転後の集光光学系 ５ｂα：角度α回転後の集光光学系 ５ａβ：角度β回転後の集光光学系 ５ｂβ：角度β回転後の集光光学系 ６：ガイドレール ７ａ：第１レーザビームガイド ７ｂ：第１レーザビームガイド ８ａ：第２レーザビームガイド ８ｂ：第２レーザビームガイド ９ａ：仮付けの溶接金属 ９ｂ：仮付けの溶接金属 １０ａ：間欠的な仮付けの溶接金属 １０ｂ：間欠的な仮付けの溶接金属 １１ａ：第二の工程で溶接された溶接金属 １１ｂ：第二の工程で溶接された溶接金属 １２：ボールベアリング １３：反射鏡 １４：反射鏡ホルダー ２０ａ：固定レーザビームガイド ２０ｂ：固定レーザビームガイド ５１ａ：台車 ５１ｂ：台車 ＬＢ：レーザビーム ＬＢ′：レーザビーム ＬＢα：角度α回転後のレーザビーム ＬＢβ：角度β回転後のレーザビーム ＦＬ：集光光学系の焦点距離 ＦＬ′：デフォーカス状態の集光光学系と金属管の距離 Ｏ：円筒形の金属管の円周の中心 α：集光光学系の回転角度 β：・集光光学系の回転角度 γ：集光光学系の回転角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古賀 一郎 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内
Claims (3)
- 【請求項１】 金属管どうしを突き合わせ、レーザビー
ムを突合せ部に沿って円周方向に移動しながら突合せ溶
接する方法において、下記の工程からなり、各工程で円
周方向に１８０゜の間隔をおいてレーザビームを同時に
照射することを特徴とする金属管のレーザ突合せ溶接方
法。 管厚みの１０〜５０％の溶込み深さで突合せ部を仮
付け溶接する工程 管厚みの１００％の溶込み深さで突合せ部を本溶接
する工程 溶接部を後熱処理する工程 - 【請求項２】 前記本溶接の工程で、レーザビームを一
定速度で移動し、レーザ出力０から管厚みの１００％の
溶込み深さとなる基準レーザ出力までレーザ出力を連続
的に増加しながらビード始端部を溶接し、ビード始端部
に続く定常部を前記基準レーザ出力で溶接し、定常部に
続くビード終端部を前記基準レーザ出力から基準レーザ
出力の１０％以下までレーザ出力を連続的に減少しなが
ら溶接する請求項１記載の金属管のレーザ突合せ溶接方
法。 - 【請求項３】 金属管どうしを突き合わせ、レーザビー
ムを突合せ部に沿って円周方向に移動しながら突合せ溶
接する装置において、２台のレーザ発振器からレーザビ
ームがそれぞれ入射する固定レーザビームガイドと金属
管の突合せ部にレーザビームを照射する１対のレーザビ
ーム集光光学系とが第１回転偏向装置、第１レーザビー
ムガイド、第２回転偏向装置、伸縮可能な第２レーザビ
ームガイド、および第３回転偏向装置を介してそれぞれ
接続されており、前記第１回転偏向装置および第２回転
偏向装置は入射ビームの光軸に対しそれと平行なすべて
の平面内にレーザビームを偏向するための２枚の反射鏡
と自由回転機構を有し、前記第３回転偏向装置は入射ビ
ームの光軸に対し直角なすべての平面内にレーザビーム
を偏向するための１枚の反射鏡と自由回転機構を有し、
前記レーザビーム集光光学は金属管突合せ部に沿って円
周方向に閉じた経路を構成するリング状ガイドレール上
を自走する２台の台車にそれぞれ取り付けられており、
２台の台車はリング状ガイドレールに沿って１８０°の
角度を持って対向するように配置されていることを特徴
とする金属管のレーザ突合せ溶接装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9079290A JPH10272586A (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 金属管のレーザ突合せ溶接方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9079290A JPH10272586A (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 金属管のレーザ突合せ溶接方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10272586A true JPH10272586A (ja) | 1998-10-13 |
Family
ID=13685734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9079290A Withdrawn JPH10272586A (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | 金属管のレーザ突合せ溶接方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10272586A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6919528B2 (en) * | 2001-02-26 | 2005-07-19 | Denso Corporation | Welding machine and welding method for energy welding of cylinder members |
| US7057132B2 (en) * | 2000-12-27 | 2006-06-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for laser welding a workpiece |
| WO2007116805A1 (ja) | 2006-04-05 | 2007-10-18 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 管体の残留応力改善方法及び残留応力改善装置 |
| WO2008084855A1 (ja) | 2007-01-12 | 2008-07-17 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 管体の残留応力改善方法 |
| WO2008136068A1 (ja) | 2007-04-20 | 2008-11-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 管体の残留応力改善方法及び残留応力改善装置 |
| JP2014217936A (ja) * | 2013-05-10 | 2014-11-20 | 兼房株式会社 | 切削工具の製造方法 |
| WO2015056453A1 (ja) * | 2013-10-15 | 2015-04-23 | 三菱重工業株式会社 | レーザ溶接方法、レーザ溶接装置及び円筒体 |
| RU2564504C1 (ru) * | 2014-07-22 | 2015-10-10 | Открытое акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" | Способ лазерной сварки труб большого диаметра |
| CN105081580A (zh) * | 2015-08-20 | 2015-11-25 | 昆山—邦泰汽车零部件制造有限公司 | 冲头切割设备 |
| CN105081582A (zh) * | 2015-08-20 | 2015-11-25 | 昆山—邦泰汽车零部件制造有限公司 | 冲头旋转切割机 |
| JP2016182620A (ja) * | 2015-03-26 | 2016-10-20 | 日立造船株式会社 | 管のレーザ溶接方法及びその溶接方法を用いて製造されるコイル |
| CN109514086A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-26 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 一种连续管全位置激光焊接工艺方法 |
| US10393162B2 (en) | 2015-03-19 | 2019-08-27 | Aisin Aw Co., Ltd. | Joint part and manufacturing method therefor |
-
1997
- 1997-03-31 JP JP9079290A patent/JPH10272586A/ja not_active Withdrawn
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2007116805A1 (ja) | 2006-04-05 | 2007-10-18 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 管体の残留応力改善方法及び残留応力改善装置 |
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| US8637784B2 (en) | 2007-01-12 | 2014-01-28 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method for improving residual stress in tubular body |
| WO2008136068A1 (ja) | 2007-04-20 | 2008-11-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 管体の残留応力改善方法及び残留応力改善装置 |
| US8362393B2 (en) | 2007-04-20 | 2013-01-29 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method for improving residual stress in tubular body and apparatus for improving residual stress in tubular body |
| JP2014217936A (ja) * | 2013-05-10 | 2014-11-20 | 兼房株式会社 | 切削工具の製造方法 |
| WO2015056453A1 (ja) * | 2013-10-15 | 2015-04-23 | 三菱重工業株式会社 | レーザ溶接方法、レーザ溶接装置及び円筒体 |
| JP2015077606A (ja) * | 2013-10-15 | 2015-04-23 | 三菱重工業株式会社 | レーザ溶接方法、レーザ溶接装置及び円筒体 |
| US10343235B2 (en) | 2013-10-15 | 2019-07-09 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Laser welding method, laser welding apparatus, and cylindrical body |
| RU2564504C1 (ru) * | 2014-07-22 | 2015-10-10 | Открытое акционерное общество "Челябинский трубопрокатный завод" | Способ лазерной сварки труб большого диаметра |
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| CN105081580A (zh) * | 2015-08-20 | 2015-11-25 | 昆山—邦泰汽车零部件制造有限公司 | 冲头切割设备 |
| CN105081582A (zh) * | 2015-08-20 | 2015-11-25 | 昆山—邦泰汽车零部件制造有限公司 | 冲头旋转切割机 |
| CN109514086A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-26 | 湖北三江航天红阳机电有限公司 | 一种连续管全位置激光焊接工艺方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040601 |