JPH04190989A - スパイラル鋼管の製造方法 - Google Patents
スパイラル鋼管の製造方法Info
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- JPH04190989A JPH04190989A JP2319213A JP31921390A JPH04190989A JP H04190989 A JPH04190989 A JP H04190989A JP 2319213 A JP2319213 A JP 2319213A JP 31921390 A JP31921390 A JP 31921390A JP H04190989 A JPH04190989 A JP H04190989A
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- JP
- Japan
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- welding
- laser beam
- spiral steel
- manufacture
- steel pipes
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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)
- Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)
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。
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、レーザビームによる溶接を用いたスパイラル
鋼管の製造方法に関する。
鋼管の製造方法に関する。
［従来の技術］
スパイラル鋼管は、熱延コイルまたは帯状厚板をスパイ
ラル状に成形しながら、その接合点を順次溶接して行く
ことにより製造される。スパイラル鋼管の製造に使用さ
れる溶接法としては、サブマージアーク溶接による内外
面溶接法が主流になっている。
ラル状に成形しながら、その接合点を順次溶接して行く
ことにより製造される。スパイラル鋼管の製造に使用さ
れる溶接法としては、サブマージアーク溶接による内外
面溶接法が主流になっている。
サブマージアーク溶接では、溶接電極数の増加によって
高速化が図られる。また、高速溶接用の溶接材料も開発
もさている。これらによってサブマージアーク溶接が高
速化されることにより、スパイラル鋼管の製管速度が上
昇し、生産性が向上する。しかし、スパイラル鋼管の製
造におけるサブマージアーク溶接は、製管機内で行われ
るため、溶接電極数の増加は溶接プールの延長につなが
り、また、その手段に関係なく溶接速度の上昇は、溶接
プールの延長によるビード形状不良を発生させる。従っ
て、ここにおける溶接速度には、おのずから限界があり
、その限界は現状では３．５ｍ／ｗｉｎ程度とされ、こ
れを大幅に超える飛躍的な向上は殆ど期待できない。
高速化が図られる。また、高速溶接用の溶接材料も開発
もさている。これらによってサブマージアーク溶接が高
速化されることにより、スパイラル鋼管の製管速度が上
昇し、生産性が向上する。しかし、スパイラル鋼管の製
造におけるサブマージアーク溶接は、製管機内で行われ
るため、溶接電極数の増加は溶接プールの延長につなが
り、また、その手段に関係なく溶接速度の上昇は、溶接
プールの延長によるビード形状不良を発生させる。従っ
て、ここにおける溶接速度には、おのずから限界があり
、その限界は現状では３．５ｍ／ｗｉｎ程度とされ、こ
れを大幅に超える飛躍的な向上は殆ど期待できない。
このような制約を取り除くために、従来、電気抵抗溶接
法と溶融溶接法とを組み合わせた高能率なスパイラル鋼
管製造用溶接法が提案されている（特開昭６０−２１１
８０号公報等）。また、スパイラル鋼管の製造に適用さ
れた例はないが、レーザビームによる溶接も高能率な溶
接法として知られている。
法と溶融溶接法とを組み合わせた高能率なスパイラル鋼
管製造用溶接法が提案されている（特開昭６０−２１１
８０号公報等）。また、スパイラル鋼管の製造に適用さ
れた例はないが、レーザビームによる溶接も高能率な溶
接法として知られている。
〔発明が解決しようとする課題］
電気抵抗溶接と溶融溶接との組合せによれば、特開昭６
０−２１１８０号公報に説明されるような製管速度の飛
躍的向上が期待できる。しかし、そのような効果は、電
気抵抗溶接への依存度が高いところでしか得られない。
０−２１１８０号公報に説明されるような製管速度の飛
躍的向上が期待できる。しかし、そのような効果は、電
気抵抗溶接への依存度が高いところでしか得られない。
実際、上記公報に開示された溶接法も電気抵抗溶接の比
率が５０〜１００％と高く、電気抵抗溶接単独の場合も
含んでいる。
率が５０〜１００％と高く、電気抵抗溶接単独の場合も
含んでいる。
コノヨウな電気抵抗溶接単独あるはそれに近い複合溶接
では、当然高い溶接速度が確保されるが、電気抵抗溶接
に特有の接合結果のばらつきも顕著になる。そのため、
この方法は適用範囲が限定され、スパイラル鋼管の実際
の製造ラインに適用するのは困難である。このばらつき
の原因は、現状の非破壊検査技術ではオンラインで充分
に検出しきれない微細な欠陥にあるとされ、広く知られ
ている。
では、当然高い溶接速度が確保されるが、電気抵抗溶接
に特有の接合結果のばらつきも顕著になる。そのため、
この方法は適用範囲が限定され、スパイラル鋼管の実際
の製造ラインに適用するのは困難である。このばらつき
の原因は、現状の非破壊検査技術ではオンラインで充分
に検出しきれない微細な欠陥にあるとされ、広く知られ
ている。
一方、レーザビームによる溶接は、製管分野では、もっ
ばら電縫鋼管用として開発が進められている。その理由
の一つには、電縫鋼管の製造にレーザビーム溶接を適用
しやすいことが挙げられる。
ばら電縫鋼管用として開発が進められている。その理由
の一つには、電縫鋼管の製造にレーザビーム溶接を適用
しやすいことが挙げられる。
例えば、ストレートな衝合部を溶接する電縫鍛管の製造
では、溶接点は二次元の平面上に位置するが、銅帯をス
パイラル状に成形するスパイラル鋼管の製造では、溶接
点は三次元の空間に位置する。電縫鋼管の製造における
溶接では、充分なアップセントを付与するため、ビード
表面が盛りがある。溶接後は内外ビードを切削するため
、ビード表面の品質は問題にならない。これに対し、ス
パイラル鋼管の製造における溶接では、アップセントが
殆どなく、ビード表面がそのまま製品に残るために、溶
接外観が極めて重要視される。さらに、スパイラル鋼管
の場合は、溶接箇所が管周に沿って移動するため、溶融
池の維持が一般に困難になり、このこともスパイラル鋼
管の製造における溶接条件を厳しくしている。
では、溶接点は二次元の平面上に位置するが、銅帯をス
パイラル状に成形するスパイラル鋼管の製造では、溶接
点は三次元の空間に位置する。電縫鋼管の製造における
溶接では、充分なアップセントを付与するため、ビード
表面が盛りがある。溶接後は内外ビードを切削するため
、ビード表面の品質は問題にならない。これに対し、ス
パイラル鋼管の製造における溶接では、アップセントが
殆どなく、ビード表面がそのまま製品に残るために、溶
接外観が極めて重要視される。さらに、スパイラル鋼管
の場合は、溶接箇所が管周に沿って移動するため、溶融
池の維持が一般に困難になり、このこともスパイラル鋼
管の製造における溶接条件を厳しくしている。
レーザビームによる溶接をスパイラル鋼管の製造に適用
する場合には、これらの悪条件も克服しなければならな
いことは言うまでもない。
する場合には、これらの悪条件も克服しなければならな
いことは言うまでもない。
本発明の目的は、溶接部の品質及びその安定性を損なう
ことなく、製管速度の大幅増大を可能とするスパイラル
鋼管の製造方法を提供することにある。
ことなく、製管速度の大幅増大を可能とするスパイラル
鋼管の製造方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段］
スパイラル鋼管の製造における溶接では、板厚方向の全
範囲にわたって溶接を行う必要がある。
範囲にわたって溶接を行う必要がある。
このような溶接を高速で行うためには、溶は込み深さの
確保が必要であり、この観点から高エネルギー密度熱源
を用いた溶接法が適している。とりわけ、レーザビーム
による溶接は大気中で簡便に行える唯一の方法であり、
取り扱いが容易である。
確保が必要であり、この観点から高エネルギー密度熱源
を用いた溶接法が適している。とりわけ、レーザビーム
による溶接は大気中で簡便に行える唯一の方法であり、
取り扱いが容易である。
さらに、板厚に応じた出力調整も容易である。従って、
電気抵抗溶接で問題になる接合結果のばらつきが緩和さ
れる。
電気抵抗溶接で問題になる接合結果のばらつきが緩和さ
れる。
しかし、電縫鋼管の製造で考えられているような管外面
側からのレーザビーム照射では、スパイラル鋼管の高速
製管は困難である。これは、スパイラル鋼管のような厚
肉サイズの溶接では、レーザビーム溶接は、プラズマの
発生によりパワーに見合った溶は込みが得られず、部分
溶は込み溶接になるからである。レーザビームによる部
分溶は込み溶接は、ブローホール等の内質欠陥が発生し
やすく、実用化できない。
側からのレーザビーム照射では、スパイラル鋼管の高速
製管は困難である。これは、スパイラル鋼管のような厚
肉サイズの溶接では、レーザビーム溶接は、プラズマの
発生によりパワーに見合った溶は込みが得られず、部分
溶は込み溶接になるからである。レーザビームによる部
分溶は込み溶接は、ブローホール等の内質欠陥が発生し
やすく、実用化できない。
本発明は、かかる高速化阻害要因を取り除いたレーザビ
ーム溶接による高能率、且つ高品質なスパイラル鋼管製
造方法を提供するものであり、その特徴とするところは
、帯鋼をスパイラル状に成形してその接合点に、管内面
側および管外面側の２方向から同時にレーザビームを照
射して、接合点を溶接する点にある。
ーム溶接による高能率、且つ高品質なスパイラル鋼管製
造方法を提供するものであり、その特徴とするところは
、帯鋼をスパイラル状に成形してその接合点に、管内面
側および管外面側の２方向から同時にレーザビームを照
射して、接合点を溶接する点にある。
レーザビームによる溶接部は、引き続きサブマージアー
ク溶接による内外面溶接等のアーク溶接を行うことがで
きる。
ク溶接による内外面溶接等のアーク溶接を行うことがで
きる。
〔作 用］
第１図は本発明の実施態様を示す模式図であり、Ａはレ
ーザビーム照射位置、Ｂは外面溶接位置、Ｃは内面溶接
位置を夫々表している。
ーザビーム照射位置、Ｂは外面溶接位置、Ｃは内面溶接
位置を夫々表している。
スパイラル状に成形された帯ｔｉｌｌの溶接点に管内面
側および管外面側の２方向から同時にレーザビームを照
射することにより、個々のレーザビームによる溶接は、
部分熔は込み溶接となるが、両方の溶接部が板厚方向中
央部でつながり、実際はキーホール溶接と同し板厚方向
に連続した溶接部ｌａが得られる。従って、部分溶は込
みに伴う空孔等の欠陥の発生は防止される。また、個々
の溶接では、パワーが節約でき、プラズマによるレーザ
ビームの吸収が抑えられるので、レーザビームの利用効
率が向上し、これによっても溶接の高速化が図られる。
側および管外面側の２方向から同時にレーザビームを照
射することにより、個々のレーザビームによる溶接は、
部分熔は込み溶接となるが、両方の溶接部が板厚方向中
央部でつながり、実際はキーホール溶接と同し板厚方向
に連続した溶接部ｌａが得られる。従って、部分溶は込
みに伴う空孔等の欠陥の発生は防止される。また、個々
の溶接では、パワーが節約でき、プラズマによるレーザ
ビームの吸収が抑えられるので、レーザビームの利用効
率が向上し、これによっても溶接の高速化が図られる。
また、このような溶接では、スパイラル鋼管溶接に特有
の、溶接点が三次元の空間に位置すること、溶融池の維
持が難しいことも、大きな問題にならず、また問題にな
っても簡単な対策で解決される。
の、溶接点が三次元の空間に位置すること、溶融池の維
持が難しいことも、大きな問題にならず、また問題にな
っても簡単な対策で解決される。
すなわち、レーザビームは、ミラー等により容易にその
経路を変更することが可能である。また狭い空間におい
ても任意の位置にビームを集光できるとともに、高エネ
ルギー密度を有する熱源であるため、レーザ溶接で形成
される溶融池も従来のアーク溶接で形成される溶融池に
比較し、格段に小さく、凝固、冷却速度も早いことから
、スパイラル鋼管の溶接部にみられる内面溶接部の凹ビ
ードもなく、良好なビード外観が得られる。
経路を変更することが可能である。また狭い空間におい
ても任意の位置にビームを集光できるとともに、高エネ
ルギー密度を有する熱源であるため、レーザ溶接で形成
される溶融池も従来のアーク溶接で形成される溶融池に
比較し、格段に小さく、凝固、冷却速度も早いことから
、スパイラル鋼管の溶接部にみられる内面溶接部の凹ビ
ードもなく、良好なビード外観が得られる。
本発明のスパイラル鋼管の製造方法においては、レーザ
ビーム照射による溶接部１ａの盛り上がり部分を切削す
るか、またはそのままで溶接を終えることができる（第
１図のプロセス■）。レーザビーム照射による溶接部１
ａに、サブマージアーク溶接による内外面溶接を行うこ
ともできる。これにより、ビードの表面形状が改善でき
、ビート切削工程が省略できるとともに、高硬度のレー
ザ溶接部が熱処理を受けて低硬度化できる。その場合、
外面溶接部１ｂと内面溶接部１ｃとは不連続の状態（第
１図のプロセス■）でも、また連続した状態（第１図の
プロセス■）でもよい。その得失は、プロセス■の場合
、ビードが現状プロセスと同様となり、レーザ溶接で得
られる溶接速度が最大限に発揮できない点である。この
内外面溶接は、サブマージアーク溶接、ＣＯ□溶接、Ｍ
ｉＧ溶接、ＴｉＣ溶接等で行うこともできる。但し、溶
接品質、高速度化の観点等から望ましいのはサブマージ
アーク溶接である。
ビーム照射による溶接部１ａの盛り上がり部分を切削す
るか、またはそのままで溶接を終えることができる（第
１図のプロセス■）。レーザビーム照射による溶接部１
ａに、サブマージアーク溶接による内外面溶接を行うこ
ともできる。これにより、ビードの表面形状が改善でき
、ビート切削工程が省略できるとともに、高硬度のレー
ザ溶接部が熱処理を受けて低硬度化できる。その場合、
外面溶接部１ｂと内面溶接部１ｃとは不連続の状態（第
１図のプロセス■）でも、また連続した状態（第１図の
プロセス■）でもよい。その得失は、プロセス■の場合
、ビードが現状プロセスと同様となり、レーザ溶接で得
られる溶接速度が最大限に発揮できない点である。この
内外面溶接は、サブマージアーク溶接、ＣＯ□溶接、Ｍ
ｉＧ溶接、ＴｉＣ溶接等で行うこともできる。但し、溶
接品質、高速度化の観点等から望ましいのはサブマージ
アーク溶接である。
第２図はレーザビームの適正な照射位置を示している。
綱帯１はスパイラル鋼管の管周最下部で接合が開始され
る。レーザビームの照射位置は、この接合開始値ｌｘか
ら、管回転方向へ１０５度の位置Ｙまでの範囲が望まし
い。１０５度の位置Ｙを超えたところでは、綱帯ｌの突
合せを維持するのが困難になる。溶は落ち防止（溶融池
確保）の観点からは、９０度近傍の位置での溶接が好ま
しい。ただし、Ｘ−７間の範囲は、銅帯の突合せを維持
する目的のためであり、仮付溶接を行う場合はこの限り
ではない。
る。レーザビームの照射位置は、この接合開始値ｌｘか
ら、管回転方向へ１０５度の位置Ｙまでの範囲が望まし
い。１０５度の位置Ｙを超えたところでは、綱帯ｌの突
合せを維持するのが困難になる。溶は落ち防止（溶融池
確保）の観点からは、９０度近傍の位置での溶接が好ま
しい。ただし、Ｘ−７間の範囲は、銅帯の突合せを維持
する目的のためであり、仮付溶接を行う場合はこの限り
ではない。
また、本発明法でレーザビーム溶接時にフィラワイヤー
を使用すると、溶接金属が増加され、要求される開先精
度が緩和されるため、実製造への適用上の効果が大きい
。
を使用すると、溶接金属が増加され、要求される開先精
度が緩和されるため、実製造への適用上の効果が大きい
。
以下に本発明の詳細な説明する。
外径８００■、肉厚９．５閣のスパイラル鋼管（材質Ｊ
ＩＳ ０３４５７ ５ＴＰＹ４１）を第１図のプロセ
スＩおよびＨにより、溶接速度７ｍ／ｍｉｎとして製造
した。レーザビームの照射条件はレーザ出力１５ｋｗ、
シールドガスＡｒ、サブマージアーク溶接条件は内外面
共２１を極性にて１７００Ａ−３０Ｖ、９００１−４０
Ｖとした。
ＩＳ ０３４５７ ５ＴＰＹ４１）を第１図のプロセ
スＩおよびＨにより、溶接速度７ｍ／ｍｉｎとして製造
した。レーザビームの照射条件はレーザ出力１５ｋｗ、
シールドガスＡｒ、サブマージアーク溶接条件は内外面
共２１を極性にて１７００Ａ−３０Ｖ、９００１−４０
Ｖとした。
製造されたスパイラル鋼管の溶接部を非破壊検査したが
、プロセスＩ、■とも合格であった。ＪＩｓ Ｚ３０
４０に規定される表、裏曲げ（曲げ半径２ｔｌＢｍ）を
行ったが、割れの発生はなかった。溶接部の靭性（ｖＥ
ｏ″Ｃ）はプロセス■で８ｋｇｆ−ｍ、プロセスＩで７
ｋｇｆ−ｍ（いずれも１／２サブサイズ）を示し、良好
であった。
、プロセスＩ、■とも合格であった。ＪＩｓ Ｚ３０
４０に規定される表、裏曲げ（曲げ半径２ｔｌＢｍ）を
行ったが、割れの発生はなかった。溶接部の靭性（ｖＥ
ｏ″Ｃ）はプロセス■で８ｋｇｆ−ｍ、プロセスＩで７
ｋｇｆ−ｍ（いずれも１／２サブサイズ）を示し、良好
であった。
従来の内外面２電極サブマージアーク溶接による製管も
、当然このレヘルの溶接品質を確保するが、その溶接速
度は４．３ｍ／ｗｉｎが限度であり、本発明の製造方法
に比して著しく遅い。
、当然このレヘルの溶接品質を確保するが、その溶接速
度は４．３ｍ／ｗｉｎが限度であり、本発明の製造方法
に比して著しく遅い。
なお、同一条件で管外面側からのみレーザビームを照射
した場合は、溶は込み深さ５薗の部分溶は込み溶接とな
り、その結果、製品としてその品質を満足させることは
できない。また、レーザ出力を２２ｋｗに増大させても
溶は込み深さは７＋ｍｎにしかならなかった。その結果
、レーザ利用効率の著しい低下を招き、しかもブローホ
ールの発生、熔込み深さの確保等の問題は何ら解決され
なかった。
した場合は、溶は込み深さ５薗の部分溶は込み溶接とな
り、その結果、製品としてその品質を満足させることは
できない。また、レーザ出力を２２ｋｗに増大させても
溶は込み深さは７＋ｍｎにしかならなかった。その結果
、レーザ利用効率の著しい低下を招き、しかもブローホ
ールの発生、熔込み深さの確保等の問題は何ら解決され
なかった。
以上の説明から明らかなように、本発明のスパイラル鋼
管の製造方法は、従来主流のサブマージアーク溶接によ
る製造方法に匹敵する溶接品質の高さ及び安定性を示し
、しかも、その高品質を維持したま門で大幅な高能率化
を達成する。また、レーザビーム照射を付加するだけで
実施されるので、工程設備、要員の面からもを利である
。
管の製造方法は、従来主流のサブマージアーク溶接によ
る製造方法に匹敵する溶接品質の高さ及び安定性を示し
、しかも、その高品質を維持したま門で大幅な高能率化
を達成する。また、レーザビーム照射を付加するだけで
実施されるので、工程設備、要員の面からもを利である
。
また、レーザビーム溶接部に引き続きアーク溶接を行っ
た場合は、ビード外観及びレーザビーム溶接の硬さ低減
等に有利である。
た場合は、ビード外観及びレーザビーム溶接の硬さ低減
等に有利である。
第１図は本発明の実施態様を示す模式図、第２図は溶接
位置を説明するための模式図である。 １：銅帯、ｌａ：レーザビーム溶接部、ｌｂ＝外面サブ
マージアーク溶接部、ｌＣ：内面サブマージアーク溶接
部、Ａ：レーザビーム照射位置、Ｂ：外面溶接位置、Ｃ
：内面溶接位置。
位置を説明するための模式図である。 １：銅帯、ｌａ：レーザビーム溶接部、ｌｂ＝外面サブ
マージアーク溶接部、ｌＣ：内面サブマージアーク溶接
部、Ａ：レーザビーム照射位置、Ｂ：外面溶接位置、Ｃ
：内面溶接位置。
Claims (2)
- （１）帯鋼をスパイラル状に成形してその接合点に、管
内面側および管外面側の２方向から同時にレーザビーム
を照射して、接合点を溶接することを特徴とするスパイ
ラル鋼管の製造方法。 - （２）帯鋼をスパイラル状に成形してその接合点に、管
内面および管外面側の２方向から同時にレーザビームを
照射して、接合点を溶接すると共に、その溶接部に引き
続きアーク溶接を行うことを特徴とするスパイラル鋼管
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2319213A JPH04190989A (ja) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | スパイラル鋼管の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2319213A JPH04190989A (ja) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | スパイラル鋼管の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04190989A true JPH04190989A (ja) | 1992-07-09 |
Family
ID=18107676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2319213A Pending JPH04190989A (ja) | 1990-11-22 | 1990-11-22 | スパイラル鋼管の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04190989A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005021988A (ja) * | 2003-07-03 | 2005-01-27 | Mannesmannroehren-Werke Ag | 溶接大径管を製造するための方法および装置 |
-
1990
- 1990-11-22 JP JP2319213A patent/JPH04190989A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005021988A (ja) * | 2003-07-03 | 2005-01-27 | Mannesmannroehren-Werke Ag | 溶接大径管を製造するための方法および装置 |
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