JPH046474B2 - - Google Patents
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- JPH046474B2 JPH046474B2 JP58075319A JP7531983A JPH046474B2 JP H046474 B2 JPH046474 B2 JP H046474B2 JP 58075319 A JP58075319 A JP 58075319A JP 7531983 A JP7531983 A JP 7531983A JP H046474 B2 JPH046474 B2 JP H046474B2
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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
- B23K28/00—Welding or cutting not covered by groups B23K5/00 - B23K26/00
- B23K28/02—Combined welding or cutting procedures or apparatus
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電気抵抗溶接法とレーザービームを併
用する複合溶接法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a composite welding method that uses both electric resistance welding and a laser beam.
電気抵抗溶坑法(以下ERWと略称する)は、
溶接法として最もよく使用されている技術の1つ
である。例えば、溶接鋼管の製造分野において、
一般に電縫管と呼ばれている管を製造する方法
は、溶接速度の速い、すなわち生産性の高い溶接
法として広く行なわれている。 The electrical resistance well method (hereinafter abbreviated as ERW) is
This is one of the most commonly used welding techniques. For example, in the field of manufacturing welded steel pipes,
2. Description of the Related Art A method of manufacturing a pipe generally called an electric resistance welded pipe is widely used as a welding method with a high welding speed, that is, with high productivity.
第1図は、従来一般に行なわれている高周波接
触式電気抵抗溶接法による造管の実例を示すもの
で、鋼帯を、図示していない成形ロール群によつ
て管状に成形し、さらに該鋼帯(以下管状体とい
う)1の端部2,2をスクイズロール3,3によ
つて突き合せ、突き合せ部を頂点とするクサビ状
に形成する。さらに、スクイズロール3,3の上
流に設けた接触子4a,4bに高周波電源4から
高周波電圧を印加し、接触子4aから4b(ある
いは4bから4a)へ高周波電流回路を、クサビ
状を呈する端部2,2に沿つて形成させ、この高
周波電流によつて端部2,2を加熱する。その結
果、クサビ形状の頂点において溶接温度に達し、
スクイズロール3により加圧溶接される。 Figure 1 shows an example of pipe making using the conventional high frequency contact electric resistance welding method, in which a steel strip is formed into a tubular shape by a group of forming rolls (not shown), and then the steel End portions 2, 2 of a band (hereinafter referred to as a tubular body) 1 are butted against each other by squeeze rolls 3, 3 to form a wedge shape with the abutted portion as the apex. Furthermore, a high frequency voltage is applied from the high frequency power supply 4 to the contacts 4a and 4b provided upstream of the squeeze rolls 3 and 3, and a high frequency current circuit is connected from the contacts 4a to 4b (or from 4b to 4a) at the wedge-shaped end. The end portions 2, 2 are heated by this high frequency current. As a result, the welding temperature is reached at the apex of the wedge shape,
Pressure welding is performed by the squeeze roll 3.
ところが、このERWも溶接物が厚肉になつた
り、あるいは溶接速度を高めようとした場合には
問題がある。例えば、厚肉になると第2a図に示
すように端部2のコーナー部2a,2bの高周波
電流密度が板厚中央部2cの高周波電流密度より
高くなり、その結果、温度分布はHa2に示すよう
に、板厚中央部に低温部を生じ、冷接欠陥が発生
する。また、冷接をなくすために高入熱状態にす
ると、温度分布はHa1に示すようになり、ペネト
レーター欠陥が発生する。 However, this ERW also has problems when the welded material becomes thick or when an attempt is made to increase the welding speed. For example, when the wall thickness becomes thicker, the high frequency current density at the corner portions 2a and 2b of the end portion 2 becomes higher than the high frequency current density at the central portion 2c of the plate thickness, as shown in Fig. 2a, and as a result, the temperature distribution becomes as shown in Ha 2 . As a result, a low-temperature area occurs in the center of the plate thickness, and cold welding defects occur. Furthermore, if a high heat input state is created to eliminate cold welding, the temperature distribution will become as shown in Ha 1 , and penetrator defects will occur.
そこで本発明者等は、先に、ERWにレーザー
ビームを併用することにより、すなわち前記のよ
うな管状体のクサビ状部に水平方向からレーザー
ビームを導入し、該部分を加熱することにより上
記のような問題を解決することを提案した。 Therefore, the present inventors first used a laser beam in conjunction with ERW, that is, introduced the laser beam horizontally into the wedge-shaped part of the tubular body as described above, and heated the part. proposed to solve such problems.
本発明はこのようなERWにレーザービームを
併用する溶接法において、レーザービームの形状
を制御することにより、溶接を更に確実かつ効率
よく行なうことを目的としてなされたものであ
り、互に相対する溶接面が漸近し溶接点を頂点と
するクサビ形状をなす被溶接物へ電気エネルギー
を供給し、発生するジユール熱で前記クサビ形状
の頂点の温度を溶融温度まで加熱し溶接する電気
抵抗溶接法において;
該クサビ形状の開放側から溶接点にレーザービ
ームを投射してクサビ形状内面を加熱すると共
に、該レーザービームの光路に非点収差ミラーを
配置し、該ミラーと被溶接物との距離を変化させ
ることによりレーザービームの形状を制御する。 The present invention was made for the purpose of performing welding more reliably and efficiently by controlling the shape of the laser beam in a welding method that uses a laser beam in combination with ERW. In an electric resistance welding method in which electrical energy is supplied to a workpiece having a wedge shape whose surface is asymptotic and the welding point is the apex, the temperature of the apex of the wedge shape is heated to the melting temperature by the generated Joule heat and welded; A laser beam is projected onto the welding point from the open side of the wedge shape to heat the wedge-shaped inner surface, and an astigmatism mirror is placed in the optical path of the laser beam to change the distance between the mirror and the object to be welded. This controls the shape of the laser beam.
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第3図は本発明を電縫管の製造に適用した場合の
実例を示す説明図である。同図において、1は鋼
帯を管状に成形した管状体、2はそのクサビ形端
部である。4は高周波電源、4a,4bは接触子
である。5はレーザー発振器、6および7はビー
ム形状変換器、8は対物ミラー、9はレーザービ
ームLBを通過させるビームダクトである。10
は酸化防止用ガス供給管、10aはその先端のノ
ズル部、また2aは接合端部の上端、2bは下
端、2cは中央部である。 The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example in which the present invention is applied to manufacturing an electric resistance welded pipe. In the figure, 1 is a tubular body formed from a steel strip, and 2 is a wedge-shaped end thereof. 4 is a high frequency power source, and 4a and 4b are contacts. 5 is a laser oscillator, 6 and 7 are beam shape converters, 8 is an objective mirror, and 9 is a beam duct through which the laser beam LB passes. 10
10a is the nozzle portion at the tip of the anti-oxidation gas supply pipe, 2a is the upper end of the joint end, 2b is the lower end, and 2c is the center portion.
第4図はビーム形状変換器7内に配置した非点
収差ミラーの作用を示す説明図であり、Ma,
Mb,Mdは光軸方向変換用のベンデイングミラ
ー、Mcは非点収差ミラー(凹面集光ミラー)で
ある。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing the action of the astigmatism mirror placed in the beam shape converter 7, and shows Ma,
Mb and Md are bending mirrors for changing the optical axis direction, and Mc is an astigmatism mirror (concave condensing mirror).
本発明により溶接を行なうには、第1図の場合
と同様に、鋼帯を成形用ロール(図示せず)によ
り管状に成形し、高周波電源4からの高周波電流
を、接触子4aおよび4bを介して管状体1のク
サビ状端部2,2に流し、該部分を加熱する。 To perform welding according to the present invention, a steel strip is formed into a tubular shape using forming rolls (not shown) as in the case of FIG. It flows through the wedge-shaped ends 2, 2 of the tubular body 1 and heats these parts.
一方、レーザー発振器5からレーザービーム
LBを、ビーム形状変換器6および7、対物ミラ
ー8およびビームダクト9を介して管状体1の端
部2,2の突合せ部に投射する。その結果、前記
クサビ状端部2,2(以下V開先という)を、高
周波電流ともども加熱溶接することができる。 On the other hand, the laser beam from the laser oscillator 5
The LB is projected onto the abutting portion of the ends 2, 2 of the tubular body 1 via the beam shape converters 6 and 7, the objective mirror 8 and the beam duct 9. As a result, the wedge-shaped ends 2, 2 (hereinafter referred to as V-grooves) can be heat-welded together with the high-frequency current.
この際、本発明においては、レーザービーム
LBの光路に配置した非点収差ミラーと被照射部
位(V開先)との距離を変化させることによりレ
ーザービームLBの形状を制御することができる。
第4図乃至第6図は、その詳細を示すもので、第
4図に示すように、ビーム形状変換器7の入側の
ビームダクト9の折曲部にベンデイングミラー
Maを設け、さらにビーム形状変換器7内の前記
ベンデイングミラーMaに対向する位置にベンデ
イングミラーMbを設け、その反対位置に非点収
差ミラーMcを設け、かつビーム形状変換器7の
出側のビームダクト9の折曲部にベンデイングミ
ラーMdを設けてある。 At this time, in the present invention, the laser beam
The shape of the laser beam LB can be controlled by changing the distance between the astigmatism mirror placed in the optical path of the LB and the irradiated area (V groove).
FIGS. 4 to 6 show the details. As shown in FIG.
Further, a bending mirror Mb is provided at a position opposite to the bending mirror Ma in the beam shape converter 7, an astigmatism mirror Mc is provided at the opposite position, and an exit side of the beam shape converter 7 is provided. A bending mirror Md is provided at the bent portion of the beam duct 9.
また、ビーム形状変換器7は、ビームダクト9
に沿つて一定の範囲で可動し得るように構成して
あり、一方、非点収差ミラーMcはビーム形状変
換器7内で距離lx1−lx2の範囲で可動し得るよう
に構成してある。 In addition, the beam shape converter 7 is connected to the beam duct 9
On the other hand, the astigmatism mirror Mc is configured to be movable within a distance range of lx 1 - lx 2 within the beam shape converter 7. .
なお、第4図において、P0はベンデイングミ
ラーMbの位置、P1,P2は非点収差ミラーMcの
位置、P3はベンデイングミラーMdの位置、l1は
ベンデイングミラーMbとP1における非点収差ミ
ラーMcの水平位置での距離、l2は同じくP2点に
おける距離、l3はベンデイングミラーMbとMdの
水平位置での距離、l4はベンデイングミラーMd
と被照射部位2cとの距離である。 In Fig. 4, P 0 is the position of bending mirror Mb, P 1 and P 2 are the positions of astigmatism mirror Mc, P 3 is the position of bending mirror Md, and l 1 is the position of bending mirror Mb and P. 1 is the distance at the horizontal position of the astigmatism mirror Mc, l 2 is the distance at the same P 2 point, l 3 is the distance between the bending mirrors Mb and Md at the horizontal position, l 4 is the bending mirror Md
and the irradiated site 2c.
そこで、第4図に示すように非点収差ミラー
Mcの位置をP1点からP2点まで移動させると(す
なわちlx2−lx1の距離移動させると)、非点収差
ミラーMcの入射角をθ1からθ2まで連続的に変化
させることにより、収差量を変化させることがで
きる。 Therefore, as shown in Fig. 4, an astigmatism mirror is used.
When the position of Mc is moved from point P 1 to point P 2 (that is, when it is moved a distance lx 2 − lx 1 ), the angle of incidence of astigmatism mirror Mc changes continuously from θ 1 to θ 2 . Accordingly, the amount of aberration can be changed.
すなわち、第5a図に示すように、入射角を大
きくすると収差が大きくなり、それに伴つてレー
ザービームLBの形状は楕円率が大きくなる〔θ1
→θ2、(c)→(a)〕。 That is, as shown in Fig. 5a, as the incident angle increases, the aberration increases, and the shape of the laser beam LB increases in ellipticity [θ 1
→θ 2 , (c)→(a)].
つまり、縦横比Rab=a/bとすると、
Rab(a)<Rab(b)<Rab(c)
となる。なお、Rab(a)は入射角θが小さいときの
第5a図の(a)の状態を示すものである。 That is, if the aspect ratio Rab=a/b, then Rab(a)<Rab(b)<Rab(c). Note that Rab(a) shows the state of (a) in FIG. 5a when the incident angle θ is small.
また、ビーム形状変換器7をビームダクト9に
沿つて移動させることによつて被照射部位におけ
るレーザービームLBの焦点整合の程度を調節す
ることができる。 Furthermore, by moving the beam shape converter 7 along the beam duct 9, the degree of focus alignment of the laser beam LB at the irradiated site can be adjusted.
すなわち、非点収差ミラーMcの焦点距離をl0
とすると、該ミラーMcの移動によつて生ずる被
照射部位との距離ltは、
lt=lx+l3+l4
であり、
ltmax>l0>ltmin
に設定することができる。 That is, the focal length of the astigmatism mirror Mc is l 0
Then, the distance lt from the irradiated site caused by the movement of the mirror Mc is lt=lx+l 3 +l 4 and can be set as ltmax>l 0 >ltmin.
従つて第5b図において縦横比Raが約1の場
合、
lt=l0〔第5b図の(c)〕
Rab>1のとき、
lt<l0〔第5b図の(a)、(b)〕
Rab<1のとき、
lt>l0〔第5b図の(d)、(e)〕
となる。 Therefore, in Fig. 5b, when the aspect ratio Ra is about 1, lt=l 0 [(c) in Fig. 5b] When Rab>1, lt<l 0 [(a), (b) in Fig. 5b] ] When Rab<1, lt>l 0 [(d), (e) in Figure 5b].
なお、第6図に非点収差による焦点近傍におけ
るビーム径の変化量の一例を示す。実施結果によ
ると、非点収差ミラーの焦点距離を1mとし、被
溶接物にレーザービームを照射したとき、焦点近
傍でのビーム径は、
θ=3゜のとき、a=5.5mm、b=5.8mm
θ=20゜のとき、a=6.7mm、b=7.0mm
となり、また、焦点位置から100mm後方でのビー
ム径は、
θ=3゜のとき、a=6.5mm、b=6.8mm
となつた。 Note that FIG. 6 shows an example of the amount of change in beam diameter near the focal point due to astigmatism. According to the results, when the focal length of the astigmatism mirror is 1 m and the workpiece is irradiated with a laser beam, the beam diameter near the focal point is: when θ = 3°, a = 5.5 mm, b = 5.8 mm When θ=20°, a=6.7mm, b=7.0mm, and the beam diameter 100mm behind the focal point is a=6.5mm, b=6.8mm when θ=3°. Ta.
以上説明したように本発明によれば、非点収差
ミラーと被溶接物との距離を変化させることによ
り、レーザービームの形状を制御することができ
るので、被溶接物の形状、加熱の状態などに応じ
て、レーザービームを最適な形状にすることがで
き、従つて溶接が一層確実になり、その効果は極
めて大きい。 As explained above, according to the present invention, the shape of the laser beam can be controlled by changing the distance between the astigmatism mirror and the object to be welded, so the shape of the object to be welded, the heating state, etc. Accordingly, the laser beam can be shaped to the optimum shape, making welding more reliable, and the effect is extremely large.
第1図は、従来一般に行なわれている高周波接
触式電気抵抗溶接法による造管工程の概要を示す
説明図、第2a図、第2b図および第2c図は、
前記従来法による管体の端部の温度分布を示す説
明図、第3図は本発明法の実例を示す説明図、第
4図は本発明法における非点収差ミラーの作用を
示す説明図、第5図および第6図は本発明におけ
るレーザービーム径の変化の態様を示す説明図で
ある。
1:管状体、2:端部、3:スクイズロール、
4:高周波電源、4a,4b:接触子、5:レー
ザー発振器、6,7:ビーム形状変換器、8:対
物ミラー、LB:レーザービーム、9:ビームダ
クト、10:ガス供給管、10a:ノズル部、
Ma,Mb,Md:ベンデイングミラー、Mc:非
点収差ミラー。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overview of the pipe-making process using the conventional high-frequency contact electric resistance welding method, and FIGS. 2a, 2b, and 2c are
An explanatory diagram showing the temperature distribution at the end of the tube according to the conventional method, FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the method of the present invention, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing the action of the astigmatism mirror in the method of the present invention. FIGS. 5 and 6 are explanatory diagrams showing how the laser beam diameter changes in the present invention. 1: tubular body, 2: end, 3: squeeze roll,
4: High frequency power supply, 4a, 4b: Contact, 5: Laser oscillator, 6, 7: Beam shape converter, 8: Objective mirror, LB: Laser beam, 9: Beam duct, 10: Gas supply pipe, 10a: Nozzle Department,
Ma, Mb, Md: bending mirror, Mc: astigmatism mirror.
Claims (1)
するクサビ形状をなす被溶接物へ電気エネルギー
を供給し、発生するジユール熱で前記クサビ形状
の頂点の温度を溶接温度まで加熱し溶接する電気
抵抗溶接法において; 該クサビ形状の開放側から溶接点にレーザービ
ームを投射してクサビ形状内面を加熱すると共
に、該レーザービームの光路に非点収差ミラーを
配置し、該ミラーと被溶接物との距離を変化させ
ることによりレーザービームの形状を制御するこ
とを特徴とするエネルギービーム併用電気抵抗溶
接法。[Scope of Claims] 1. Electrical energy is supplied to a workpiece in the shape of a wedge in which mutually opposing welding surfaces asymptotically approach and the welding point is the apex, and the temperature at the apex of the wedge shape is reduced by the generated Joule heat. In the electric resistance welding method of heating and welding to a temperature; heating the wedge-shaped inner surface by projecting a laser beam from the open side of the wedge shape to the welding point, and arranging an astigmatism mirror in the optical path of the laser beam, An electric resistance welding method using an energy beam, characterized in that the shape of the laser beam is controlled by changing the distance between the mirror and the object to be welded.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58075319A JPS59202187A (en) | 1983-04-28 | 1983-04-28 | Electric resistance welding method making combination use of energy beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58075319A JPS59202187A (en) | 1983-04-28 | 1983-04-28 | Electric resistance welding method making combination use of energy beam |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59202187A JPS59202187A (en) | 1984-11-15 |
| JPH046474B2 true JPH046474B2 (en) | 1992-02-05 |
Family
ID=13572816
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58075319A Granted JPS59202187A (en) | 1983-04-28 | 1983-04-28 | Electric resistance welding method making combination use of energy beam |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59202187A (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5816781A (en) * | 1981-07-24 | 1983-01-31 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Production of welded pipe |
-
1983
- 1983-04-28 JP JP58075319A patent/JPS59202187A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59202187A (en) | 1984-11-15 |
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