JPS61162279A - レ−ザビ−ムを併用した高周波電縫溶接方法 - Google Patents

レ−ザビ−ムを併用した高周波電縫溶接方法

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JPS61162279A
JPS61162279A JP60002444A JP244485A JPS61162279A JP S61162279 A JPS61162279 A JP S61162279A JP 60002444 A JP60002444 A JP 60002444A JP 244485 A JP244485 A JP 244485A JP S61162279 A JPS61162279 A JP S61162279A
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    • B23K26/60Preliminary treatment

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高周波電縫溶接に関し、特に、レーザビーム
を溶接点に照射し、高周波加熱とレーザ加熱の併用で溶
接を行なう電縫溶接に関するものである。
〔従来の技術〕
物体を溶接することは広範囲な分野で必要とされ、各種
の方法が用いられているが、溶接による一管の製造では
、高周波溶接法が最もよく使われている。
高周波電縫溶接は、一般に電縫管と呼ばれる管の、溶接
速度の速い、即ち生産性の高い溶接法として用いられて
いる。
従来の高周波電縫溶接による溶接造管工程では、まず成
形ロール群によって銅帯を管状に成形し、それらのエツ
ジ部をスクイズロールによって突合わせる。これにより
エッチ部が、衝合部を頂点とするクサビ形状を呈する。
スクイズロールの上流に配設された接触子7に、高周波
電圧を印加し、1つの接触子から他の接触子へ高周波電
流を流してクサビ形状をなすエッジ部に沿って高周波電
流を流す。この高周波電流によってエツジ部が加熱され
クサビ形状の頂点すなわち溶接点が溶接温度に達しスク
イズロールにより加圧溶接される。
電縫管の溶接品質には溶接電流の大小が大きく影響を及
ぼし、溶接電力が過小のときにはエツジ部は低入熱状態
となり冷接と呼ばれる溶接欠陥が発生する。溶接電力が
過大になりエツジ部が高入熱状態となるとペネトレータ
と呼ばれる溶接欠陥が発生する場合がある。低入熱溶接
で発生する冷接はエツジ部の加熱不足が主原因であり、
高入熱溶接で発生するペネトレータはエツジ部が溶融し
溶融金属が電磁力によって溶接面から排出されるために
溶接点が管軸方向に周期的位置変動を繰り返すことが主
原因である。
このような従来の問題点を更に詳しく説明する。
一般に電縫溶接造管に用いる高周波電力としては、10
〜500KHzの周波数帯が用いられ、高周波特有の「
表皮効果」と「近接効果jの2つの現象の相乗効果によ
り周波数が高くなるほど加熱効果は大きくなる。これが
電縫溶接造管に広く高周波電力が用いられる理由である
ところで、従来電縫溶接は高周波加熱によりエッチ端面
を溶融せしめると同時に、スクイズロールで接合部に強
いアブセット力を加えて大部分の溶融金属を加熱中に生
じた酸化物と共に溶接部外に排出するという機構で溶接
が行なわれると考えられていた。アプセットによって溶
接部は変形し、第2図に示すように、熱影響部のメタル
フローが立上る。
メタルフローが立上ると帯板に含まれる介在物も同時に
立上り、また表面に比べて機械的、化学的性質の劣る内
質部が表面に露出するという欠点が生ずる。他方、アプ
セットを加えないと溶接欠陥が多発する。メタルフロー
立上り角θと溶接部の靭性は第3図に示す関係となり、
立上り角θが大きくなるほど靭性が低下する。立上り角
θが小さいと溶接欠陥のため靭性がばらつき、異常に低
い靭性値を示す場合がある。なお、第3図の斜線領域が
靭性の範囲を示す。靭性は斜線範囲内でばら3一 つく。従来、メタルフロー立上り角は50〜70″程度
が良好であると考えられてきた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の高周波電気抵抗溶接では、上述のように、溶接欠
陥の発生を抑制しようとするためにはアプセットを強く
しなければならず、アプセットを強くすると、メタルフ
ロー立上り角θが大きくなって溶接部の靭性が低下する
という相反する問題があった。
これらの現象は、ストレートシームの電縫管に限らずス
パイラル管の電気抵抗溶接においても見られる。
一方、溶接時の熱影響が少なく優れた溶接品質が得られ
る溶接法としてレーザ、電子ビームなどのエネルギービ
ームを用いる溶接法があり、特開昭56−414590
号において、これらのエネルギービームを、溶接される
べきクサビ形状の頂点すなわち溶接点に投射する溶接法
が提案され、更に特願昭58−107120号で改良が
提案されている。
たとえば特願昭58−107120号の方法の概要を第
1図を参照して説明すると、管状体1のエッチ部2(ク
サビ形状をなす溶接対向面)は接触子7から供給される
高周波電力によって発生するジュール熱、および、レー
ザ照射装置4から、ビームガイド6を通して照射される
レーザビームLBによって全肉範囲に亘って溶接温度に
均一に加熱される。
レーザビームLBは所定角度をなすクサビ形状の頂点、
すなわち溶接点、を中心に所定角度の範囲で、管状体1
の溶接前対向面2に向けて往復走査される。レーザビー
ムLBは対向面の一方に当ってそこで反射されて他方に
向い他方で反射されてまた該一方に当るという具合に反
射を繰り返して最後に溶接点に至る。すなわち、レーザ
ビームLBが直接に溶接点に照射されなくても反射収束
により溶接点に自動的に収束する。
この複合溶接法の目的は突合せ面の温度の均一化であり
、なるほど冷接欠陥発生防止には著しく効果的であった
が、エッチ部の溶融だれか大きく、強いアプセッ1〜が
必要なため、メタルフロー立上り角が大きくなり、継手
性能に問題を残していた。
本発明はこの種の、レーザビームを併用する高周波電縫
溶接の改良に関し、継手性能の向上、すなわち、溶接欠
陥を発生させることなく、溶融部押し出し量を低減し、
メタルフロー立」ニリ角を小さくすることを目的とする
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するための本発明者の考察によると、高
周波電流は、突合せ端面の表面、特にコーナ部に集中す
る。このため、突合せ端面中心部と比較してコーナ部の
溶融量が多くなる。端面に生じた溶融金属は、相対する
突合せ面を流れる互いに逆向きの電流によって誘起され
る電磁圧力の作用で端面から帯板外部に排出される。こ
の電磁圧力の方向を第4図に示す。従って、溶接直前の
端面の突合せ形状は、第5図に示すように、中心部の膨
らんだ凸形となっている。溶接直後の端面の間の部分は
溶鋼で埋められる。このままの状態又は溶接部にほとん
どアプセットを加えない状態で溶鋼が凝固すると、コー
ナ部近傍に凝固収縮孔が発生し、この部分が溶接欠陥に
なる。この、状態を第6図に示す。もし溶接部に強いア
プセットが加えられると溶接部が変形して凸面形か平面
形となり凝固層は薄いフィルム状となって板厚面内には
収縮孔が発生しない。この状態を第7図に示す。
従来低アプセットで溶接できなかったのは、高周波電流
の不均一分布に基づく端面の不均一溶融の結果であって
、端面の均一溶融を実現すれば低アプセット溶接が可能
であることを見出した。また、電流が集中して過溶融が
生ずる範囲はコーナ部から板厚の20%程度であり、板
厚の1/4〜3/4部の間では、溶融状態はほぼ一様で
あることを見出した。
そこで本発明においては、金属帯を連続的に成形して相
対する突合せ端面をクサビ形状に収束させ、該突合せ端
面を高周波電流で加熱ししかも該クサビ形状の開放側か
らクサビ形状の頂点へレーザビームを投射してクサビ形
状の頂点を溶接温度=7− まで加熱する、レーザビームを併用した高周波電縫溶接
において:突合せ端面の板厚中心部を含む板厚の30%
以上80%以下の範囲にレーザビームを照射し、好まし
くは、金属体に、溶接熱影響部のメタルフロー立上り角
が40°以下となる圧接力を加える。
〔作用〕
本発明方法によれば、高周波電流による加熱・溶融が最
も遅れる部分にのみ集中してレーザビームが照射される
ので、板厚全体に亘って溶融状態を一様にすることがで
きる。従って強いアブセット力で溶接部を変形させなく
とも溶接欠陥を生じないのは勿論、メタルフロー立上り
角の小さい継手性能の優れた溶接部が得られる。
次に図面を参照して本発明を説明する。
第1図に本発明を一態様で実施する溶接装置の構成概要
を示す。管状体1のエッチ部2は高周波電源8に結線さ
れている接触子7から供給される高周波電力によって発
生するジュール熱およびレーザ照射装置4からビーム形
状制御器5.ビームJ− ガイド6を通して照射されるレーザビームLBによって
全肉厚範囲に亘って均一に溶融される。特にビーム形状
制御器5はレーザビームが、突合せ端面の板厚中心部を
含む板厚の30%以上80%以下の範囲に照射されるよ
うビーム形状1伎置を制御する装置で、例えば特願昭5
8−753]、9号で提案した非点収差ミラー、および
通常ミラー、レンズの組合せから成っている。
スクイズロール3は、被溶接体の強度、板厚、成品形状
(管であれば管径)、目標とするメタルフロー立上り角
(40°以下)等に応じて、圧下刃を計算し制御する圧
下力制御器9からの指示に基づいて動作する油圧シリン
ダー10を介して、圧下刃を被溶接体(第1図では管体
1)に与える。
以上の結果、第1図に示す複合溶接機により次の態様で
溶接が行なわれる。
■)高周波電流はレーザビームの照射を受1プない突き
合せ面角隅部を充分に溶融せしめ、2)レーザビームは
高周波加熱のみでは溶融の不足する板厚中央部に照射さ
れ、クサビの頂点近傍に収束して照射面を溶融せしめ、 3)、高周波電流とレーザビームの複合作用により突合
せ端面ば、クサビ形状の頂点近傍ではほぼ均一溶融状態
となり、 4)突合せ端面はスクイズロールによって圧下刃を受は
大部分の溶融金属は溶接部外に押し出され、溶融層は薄
いフィルム状となり凝固収縮孔を生ずることなく凝固し
、 5)被溶接体の強度・板厚、成品形状に応じて設定され
る適正圧下方が加えられる結果メタルフロー立上り角は
常に40°以下となり。
6)溶接欠陥がなく靭性の優れた溶接継手が得られる。
なお、レーザビームによる加熱は、管状体のクサビ形開
先部に水平方向からレーザビームを入射して行なうが、
レーザビームは完全に水平でなくても実用的な範囲で斜
に入射することも可能である。また、レーザビームは必
ずしも溶接点に焦点を合せた細いビームでなく、幅広い
ビームでクサビ形状頂点より前の開先対向面にあるよう
に入射し、クサビ状空間の両壁で多重反射を繰り返しな
がら次第に空間エネルギー密度を増して行き、クサビ状
空間の深奥部(溶接点)を加熱溶融する態様でもよい。
更に、レーザビームを板厚方向に走査させてもよい。
〔実施例〕
板厚t =12.7mmの金属帯を、レーザー5Kw、
高周波電力270Kw、溶接速度12m/min、メタ
ルフロー角35°で次の態様で溶接した。
a)レーザビーム径: 0.25t b)レーザビーム径:0.3 t〜0.8tC)レーザ
ビーム径:0.9t その結果、a)では第8図の(a)に示すように、板厚
中心部が過溶融となって穴が開き、コーナ部に凝固収縮
孔が発生した。板厚中心部の過溶融ならびにコーナ部の
凝固収縮孔はいずれも溶接欠陥となる。
b)では、第8図の(b)に示すような溶接断面となり
、溶融が板厚方向で均一となり、凝固収縮孔は板厚範囲
の外に現われ、熱影響部の変形が少 II − ない溶接となった。溶接欠陥はない。
C)では、第8図の(c)に示すような溶接断面となり
、加熱効率が低下し、中心部が溶融不足となって冷接が
発生した。
靭性試験結果を第9図に示す。第9図で本発明法として
示しているのが第8図の(b)で得た試験片の結果であ
り、従来法として示しているのが第7図で得た試験片の
結果である。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、第9図に示されるよう
に靭性が高い溶接が得られ、しかも、溶接部の深さが板
厚方向全体に浅く、均一で、溶接欠陥を生じないのは勿
論、熱影響部変形量が低減し、メタルフロー立上り角が
小さい、性能が良い継手が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を一態様で実施する溶接装置の構成概要
を示すブロック図である。 第2図は従来の高周波電縫溶接による継手の拡大断面図
、第3図は該継手の立上り角と靭性の関係を示すグラフ
である。 第4図は従来の高周波電縫溶接における溶接エッチ部の
溶融状態と電磁力を示す断面図、第5図は従来の高周波
電縫溶接における溶接エッチ部のアプセット開始直前の
溶融状態を示す断面図、第6図および第7図は従来の高
周波電縫溶接における溶接エッチ部のアプセット後の冷
却状態を示しそれぞれ低アッセットの場合及び標準的な
アプセットの場合の断面図である。 第8図はレーザビームを併用した高周波電縫溶接による
溶接部の断面を表わす模式図で、(a)。 (b)および(c)はそれぞれレーザビーム径を0.2
5 t 、 0.3 t〜0.8tおよび0.9t  
(但しtは板厚)とした場合を示す。 第9図は溶接試験片の靭性テスト結果を示すグラフであ
る。 1:管状体     2:エツジ(溶接前対向面)3ニ
スクイズローラ 4:レーザ照射装置5:ビーム形状制
御器 6:ビームガイド7:接触子      8:高
周波電源9:圧力制御器   10:油圧シリンダLB
:レーザビーム F′ だイh竹共− 手続摺j正書(自発) 工、事件の表示 昭和60年特許願第002444号2
、発明の名称 レーザビームを併用した高周波電縫溶接
方法3、補正をする者 事件との関係   特許出願人 住所    東京都千代田区大手町二丁目6番3号名称
    (665)新日本製鐵株式合札代表者 武 1
) 豊 4、代理人   〒103  電話 03−864−6
052住所    東京都中央区東日本橋2丁目27番
6号昭和ビル4階 5、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、および図面の簡単な説
明の欄 G、補正の内容 (1)明細書第6頁5行の「レーザ照射装置4から、」
の後に「ビーム形状制御器5.」を挿入する。 (2)明細)lト第10頁第20行の「クザビ」と「の
頂点」の間に「形状」を挿入する。 (3)明細書第14頁第18行の「スクイズローラ」k
「スクイズロール」と訂正する。 −2=

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属帯を連続的に成形して相対する突合せ端面を
    クサビ形状に収束させ、該突合せ端面を高周波電流で加
    熱ししかも該クサビ形状の開放側からクサビ形状の頂点
    へレーザビームを投射してクサビ形状の頂点を溶接温度
    まで加熱する、レーザビームを併用した高周波電縫溶接
    において: 突合せ端面の板厚中心部を含む板厚の30%以上80%
    以下の範囲にレーザビームを照射することを特徴とする
    レーザビームを併用した高周波電縫溶接方法。
  2. (2)金属体に、溶接熱影響部のメタルフロー立上り角
    が40°以下となる圧接力を加える前記特許請求の範囲
    第(1)項記載の、レーザビームを併用した高周波電縫
    溶接方法。
JP60002444A 1985-01-10 1985-01-10 レ−ザビ−ムを併用した高周波電縫溶接方法 Granted JPS61162279A (ja)

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US06/814,952 US4649256A (en) 1985-01-10 1985-12-31 High-frequency electric resistance welding method using irradiation with a laser beam
CA000499039A CA1245298A (en) 1985-01-10 1986-01-06 High-frequency electric resistance welding method using irradiation with a laser beam
KR1019860000086A KR900002482B1 (ko) 1985-01-10 1986-01-09 레이저 비임을 병용한 고주파 저항 용접법
DE19863600452 DE3600452A1 (de) 1985-01-10 1986-01-09 Elektrisches hochfrequenzwiderstandsschweissverfahren unter verwendung einer bestrahlung mittels eines laserstrahles
FR868600218A FR2575686B1 (fr) 1985-01-10 1986-01-09 Procede de soudage a haute frequence au moyen d'une resistance electrique et utilisant une exposition a un faisceau laser

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114247977A (zh) * 2021-12-28 2022-03-29 嘉兴永励精密钢管有限公司 汽车空心稳定杆用焊拔精密管生产装置及其生产方法

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