JPS63295084A - 高エネルギ−ビ−ム溶接法 - Google Patents

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】 〈発明の目的〉 産業上の利用分野　　゛ 本発明は高エネルギービーム溶接法に係り、詳しくは、
レーザビーム溶接で溶接管を９ｉＪ造する方法に係る。

従　　来　　の　　技　　術 鋼帯を成形機で順次円形に加工し、最終的にスクイズロ
ールスタンド上流部で両エツジがＶ字状の所、ＩＪＶシ
ェープ部を形成させ、■シェープ部にエネルギーを与え
てパイプを製造する方法として、溶接速度の速い高周波
電気抵抗溶接法（電縫溶接法）が最もよく使用されてい
る。しかし、電Ｎ溶接では高周波加熱によりエツジ端面
を溶融せしめるとともに、収縮孔の生成防止と酸化物を
排出するなどの目的で強アプセットされるが、メタルフ
ローの立上がり角度が大きく溶接部靭性が低下するとい
う問題があった。

一方、溶接時の熱影響が少なく、メタルフロー立上がり
のほとんどない、しかも、すぐれた溶接品質の得られる
方法としてＶシェーブ会合自直後にエネルギービームを
照射して両エツジを溶接する方法がある。しかし、この
方法の場合、エネルギービームが非常に狭いのに対して
突合わせ線（Ｖ会合点）の円周方向の動きが大きく融合
不良を起すことがあった。

エネルギービームとして、レーザビーム費電子ビームが
あるが、前者は大気中で溶接できることから、電子ビー
ムに比較し最近かなり利用され、第１図にＶシェープ会
合点１、直後にレーザビーム２を与えて溶接し、パイプ
を製造する概略図を示す。

ところで、レーザビーム径は０．２５１１ＩＩｌｌ程度
であり、例えば、１薗穆度の薄板を１ＯＬ’ｍｔｎ稈度
の高速で溶接すると溶接部の最小連込み幅は０．２５〜
０．３ｍｍと非常に狭いものとなる。一方、帯鋼は第７
図に示すようにブレークダウン成形ｉａ３、フィンパス
成形域４を杼でスクイズロール５との間にＶシェープ部
６が形成されるが、Ｖシェープ部６は成形条件の不適、
成形スタンドロールのガタ、帯鋼形状不良などのために
円周方向に動くことがある。ｆｆｉ縫溶接時には、フィ
ンパスロールスタンド出側に設置されているシームガイ
ドロール７で、溶接品質上問題を生じない程度に極力こ
の動きを押さえている。しかし、電縫溶接の機構ヒシー
ムガイドロール７とスクイズロールスタンド５間にはか
なりの距離があり、■シェーブ部の円周方向の動きを±
０．２闇以内に押さえることができない場合があるのが
現状であった。

従来、第１図に示すように電縫溶接時に使用されるシー
ムガイドロール７を用いてＶシェープ部の円周方向の動
きを押さえて、Ｖシェープ会合白直後でレーザビーム溶
接を行なっていたが、第８図の符号３０に示すような溶
込み不足が生じ、歩留りなどの低下を招くことがあった
。また、帯鋼の板厚が薄い場合、フィンパススタンド出
側のエツジにウェーブが発生し、■シェープ部の円周方
向の初きがまったくなくても目違いによる溶接不良の発
生することがあった。

発明が解決しようとする問題点 本発明はこれらの問題点の解決を目的とし、與体的には
、■シェープの円周方向の動きを押さえると共に、エツ
ジウェーブを極力押さえたレーザビーム溶接による溶接
パイプの製造方法を提供するものである。

〈発明の構成〉 問題点を解決するための 手段ならびにその作用 本発明は、高エネルギービーム溶接により電縫鋼管を製
造する際に、鋼管の両エツジ部をプレート式シームガイ
ドで拘束する一方、溶接予定白より１流側においてシー
ム位置とビーム（ａ置のずれ量を検出し、この検出唱に
よってレーザトーチの円周方向位置制御を行ない、シー
ム溶接を行なう口とを特徴とする。

以下、図面によって本発明の手段たる構成ならびに作用
を説明すると、次の通りである。

第１図（ａ）は本発明に係るプレート式シームガイド装
置の縦断面図、第１図（ｔｌ’ｌは（ａ）の矢視Ａ−八
へ向の縦断面図であり、第２図は本発明法の実施態様を
示す説明図であり、第３図はレーザトーチ位置制御方法
を示ず説明図であり、第４図は本発明に係るレーザトー
チ位置制御方法の実施態様を示す説明図であり、第５図
はエツジダメージの状況を示す説明図であり、第６図は
シームねじれと溶込み状況を示す説明図であり、第７図
は従来法による溶接法を示す説明図であり、第８図は溶
込み不足の説明図であり、第９図はシームガイドロール
をスクイズロールに近づけだ時の説明図である。

電ｆ／ｌ溶接の場合、Ｖシェープ部６に高置′ｔＬ電流
を流し、その表皮効果および近接効果でエツジを加熱す
るために、第１図に示すようにシームガイドロール７と
Ｖシェープ会合点１間にコンタクＩ・チップ８あるいは
ワークコイルを設置するために、シームガイドロール７
はスクイズロール５よりかなり上流側に設定する必要が
ある。

しかし、レーザ溶接の場合、光をＶシェープ会合点１直
後に直接照射するために、Ｖシェープ部６の空間は不要
であり、第２図に示すようにシームガイド１０をＶシェ
ープ会合点直前位置に設定可能である。しかし、シーム
ガイド１０がロールの場合は第９図に示すようにＶシェ
ープ会合点１直後にレーザノズル２′を設置できないた
め、アンダーカットの発生することがある。従って、目
的を達成するための必要不可欠の要件は、ａ）Ｖシェー
プ会合点近傍まで円周方向の動きを拘束できること、 ｂ）Ｖシェープ会合点直後にレーザノズルを設置できる
こと、 Ｃ）薄肉材でも極力ウェーブを防止しうろこと、などで
ある。

なお１円周方向の動きを防止する拘束が不十分の場合に
はレーザビームをシームに追従させる必要がある。

第１図は本発明によるシームガイド装置を、また、第２
図は本発明によるシームガイド装置を用いての造管時の
概略図を示している。

本発明によるシームガイド装置は従来のシームガイドロ
ール１にかわリプレーｉ・式シームガイド１０を用いて
いる。プレート式シームガイド１０はＶシェープ部の形
状（とくに角度）にぴったり合致するような形状をして
おり、その上部１２はプレートの剛性を持たせるために
厚くなっている。この上部厚板部１２は両サイドに溝１
３が設けられレール状の形状をしており、案内鋼板１４
にはめ込み固定されるようになっている。案内鋼板１４
はシームガイドスタンド９、上流ｗ４１５と下流端１Ｇ
に固定され、しかも、造管されるバイブの外径肉厚に応
じて上下可能に固定されるようになっている。Ｌ都庁板
部１２は造管前にプレー１一式シームガイド１０がＶシ
ェーブ部にぴったり合致するように下流に押しつけられ
た後に案内鋼板１４に固定される。一方、プレート式シ
ームガイド１０の下部には円周方向にかなりの幅をもっ
た鋼板１１が一体となって取付けられて、エツジの下方
への動きを押さえ、さらに、２個のロール１７がプレー
ト式シームガイド１０の両サイドに配置され、両エツジ
の上方への動きを押さえる構造になっている。このロー
ル１７はプレート式シームガイドと同様、造管されるパ
イプの外径に応じて上下できる構造になっている。

なお、プレート式シームガイド１０はできるだけＶシェ
ープ会合点近くまで円周方向の動きを押さえるために下
流側に少し突き出たように取付けられている。

本発明のもう一つの特徴としては、第２図に示すように
Ｖシェープ会合点近情でシーム突き合わせ位置検出器１
８によりその位置を検出してその検出■等によってレー
ザトーチの円周方向位置制御を行なう。第３図はその制
御機構を示したもので、検出器１８の検出値とシーム突
き合わせ位＠基準値１９との差（１１）を演算器２０で
求め、一方、レーザ位置検出器２１でその位置を検出し
てレーザ位＊＊準Ｗ１２２との差（１２）を演算器２３
で求め、これら！１と１２を比較器２４で比較してその
差が０になるようにレーザトーチ位置を制御器２５で制
御するようになっている。第４図に示すようにシーム位
ｌ検出器１８は溶接点より１流側に設置し、両エツジを
検出することにより、その中央の点を仮想シームと判定
する。

一方、レーザ位置検出器２１はレーザＩ・−チから照射
されたレーザビームを僅かの反射率（１〜２％）をもつ
ミラーで反射させたものを検出する。

このようにして得られた検出値と予めｍ器内に設定され
たシーム位置およ、びレーザビーム位置の基準位置から
の距離がそれぞれ比較器２４に入力され、演算処理によ
りシーム位置とビーム位置のずれ吊が出力される。これ
がレーザトーチＩＱ胃制御ＩＩ装置２５に入力され、ず
れ吊およびその方向に応じてレーザビームがシームと合
致するようにレーザトーチを制御する。

実　　施　　例　　　　　′ 以下、実施例により更に説明する。

造管素材として外径２２．２ｎｗ、肉厚４．０ＩｌｌＩ
ｌｌのステンレスパイプを用い、本発明によるプレート
式ガイドスタンド９と第３図および第４図に示すシーム
突合わせ位置検出によるレーザトーチ位置制御装置を使
用して造管した場合と、第７図に示す通常のシームガイ
ドロールを使用して造管した場合とのシームねじれ吊と
溶込み不足の発生状況を比較した結渠を第１表に示す。

第１表かられかるように、本発明によるとシームねじれ
覆は±０．２７ｍｍから±０．１２ｍに減少し、また、
溶込み不足も１．４ケ所７ｍから０に減少した。なお、
プレートガイド等の剛性をあげれば、シームねじれ吊は
さらに小さくしうるが、その場合は第５図に示すような
コイルエツジダメージが発生し、シームねじれ吊がゼロ
でも溶込み不定が発生する。従って、シームねじれ珊を
押さえるだけでは健全な溶接部は得られず、その下限値
は±０．１ｎ＋ｍである。

また、レーザＩ・−チ位置制御装置を使用しただけの場
合は、レーザは突合わせ表面のねじれに対しては追従可
能であるが、第１表に例示したような小径厚肉材で、シ
ームが大きくねじれた場合、第６図に示すようにレーザ
２Ｇは常に垂直に照割されているために、溶融部２１と
内面側突合わせ部２８が合致せず、溶込み不足が発生す
る。従って、シームねじれ吊２ｇの許容１限憤が存在す
る。この値はパイプ外径、肉厚によって異なり、外径が
小、肉厚が大であるほど許容シームねじれ吊の限界値は
小さくなる。例えば、外径２２．２ｍｎ＋、肉厚４．Ｏ
ｍｍの対象材をレーザ出力１０ＫＷで溶接する場合の許
容シームねじれ吊限界値は１０．２５ｍｍである。

なお、第１表に示すように、本発明によるとラップ吊も
ほぼ０に押さえることができるようになった。

第　　１　　表 〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明は、高エネルギービーム溶
接により電ａｍ管を製造する際に。

鋼管の両エツジ部をプレート式シームガイドで拘束する
一方、溶接予定点より上流側においてシーム位置とビー
ム位置のずれ暖を検出し、この検出量によってレーザト
ーチの円周方向位置制御を行ない、シーム溶接を行なう
ことを特徴とする高エネルギービーム溶接法であって、
溶接時の熱影響が少なく、メタルフロー立りがりのは−
とんどないすぐれた溶接品質の得られる方法の１つであ
るエネルギービーム溶接をパイプのｊΔ管溶接に適用す
ることにより、シームねじれによって溶込み不定の発生
することがあった従来法の問題点を解決し、溶込み不足
のない良好な溶接部を提供することができるようになっ
ｌこ　。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ目ま本発明に係るプレート式シームガイド装
置の縦断面図、第１図（ｈｌはｌａｌの矢？５２Ａ−八
方向の縦断面図、第２図は本発明法の実施態様を示す説
明図、第３図はレーザトーチ位胃制御方法を示ず説明図
、第４図は本発明に係るレーザトーチ位置制御ｌ装買の
実施態様を示す説明図、第５図はエツジダメージの状況
を示す説明図、第６図はシームねじれと溶込み状況を示
す説明図、第１図は従来法による溶接法を示す説明図、
第（ｌｌｉｉｉｌは溶込み不足の説明図、第９図はシー
ムガイドロールをスクイズロール・に近づけた時の説明
図である。 符号１・・・・・・Ｖシェープ会合点 ２・・・・・・レーザビーム ３・・・・・・ブレークダウン成形域 ４・・・・・・フィンパス成診域 ５・・・・・・スクイズロール ６・・・・・・Ｖシェープ部　　 ７・・・・・・シームガイドロール ８・・・−・・・コンタクＩ・チップ ９・・・・・・プレート式シーム゛ガイドスタンド１０
・・・・・・プレー］・式シームがイド１１・・・・・
・エツジ下刃向拘束板 １２・・・・・・上部厚板部　　１３・・・−・・・溝
１４・・・・・・案内鋼板　　　１７・・・・・・ロー
ル１８・・・・・・シーム位置検出器 １９・・・・・・′突−合わせ位゛胃Ｉ！準値２０．２
３・ｉ・・・・演算器 ２１・・・・・・レーザ位置検出器 ２２・・・・・・レーザ位＠堪準゛値 ２４・・・・・・−比較器 ２５・・・・・・レーザトーチ位置制ｔ１１装置第１図
（ａ） 第１図（ｂ） 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 一２？−門 第７図 ２　レー・す°ｔし−４ 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高エネルギービーム溶接により電縫鋼管を製造する際に
   、鋼管の両エッジ部をプレート式シームガイドで拘束す
   る一方、溶接予定点より上流側においてシーム位置とビ
   ーム位置のずれ量を検出し、この検出量によつてレーザ
   トーチの円周方向位置制御を行ない、シーム溶接を行な
   うことを特徴とする高エネルギービーム溶接法。