JPH08300172A - 溶接鋼管の製造方法 - Google Patents

溶接鋼管の製造方法

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JPH08300172A
JPH08300172A JP7104976A JP10497695A JPH08300172A JP H08300172 A JPH08300172 A JP H08300172A JP 7104976 A JP7104976 A JP 7104976A JP 10497695 A JP10497695 A JP 10497695A JP H08300172 A JPH08300172 A JP H08300172A
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welded
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welded steel
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Takeshi Shiozaki
毅 塩崎
Moriaki Ono
守章 小野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 生産性を低下させることなく、溶接欠陥のな
い、良好なビード形状が得られる溶接鋼管の製造方法を
提供する。 【構成】 レーザビーム３を溶接完了部側へ所定の角度
範囲に傾斜させて素管１の突合わせ部２を溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼帯を筒状に成形した
素管の突合わせ部に高密度エネルギービームを照射する
ことにより溶接鋼管を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザビームなどの高密度エネルギービ
ームの集中熱源による鋼管溶接は、特公昭６１−２９８
３０号公報に開示されているように、他のエネルギー密
度の小さい溶接熱源（ＭＩＧアークなどの熱源）に比べ
て生産性の高い高速溶接が行え、溶接入熱を少なくする
ことができる。その結果、溶接部の幅が狭く熱影響によ
る素管材質の劣化が少ない、品質の優れた管の製造が可
能である。しかし、この方法は、レーザビームを素管の
突合わせ部に照射して板厚を貫通溶接させる方法である
ため、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が発生しやす
いという問題点を有している。
【０００３】従来法の問題点を図３を参照して説明す
る。レーザビームによる溶接は、素管１の突合わせ部２
に１０5 Ｗ／cm2 以上に収束した高密度エネルギービー
ム（レーザビーム）１１を照射し、管厚を貫通するキー
ホールを形成させながら溶接する方法であるが、ビーム
照射部には溶融金属から金属が蒸発してその一部が電離
して生成されたプラズマ１２が発生する。このプラズマ
は、ビームエネルギーの吸収性がよく溶接に費やすエネ
ルギーを減少させ、溶込み深さを減少させる原因となっ
ている。また、高速溶接する時には単位溶接長さ当たり
の投入熱エネルギーも減少することになる。このよう
に、レーザビームの照射によって発生したプラズマや溶
接の高速化による溶接エネルギーが減少することによ
り、キーホールが不安定になる。その程度は、鋼管内面
側の溶接ビードほど著しい。すなわち、鋼管内面側の溶
接ビードはエネルギー不足によりビード幅が狭くなり、
かつ溶融金属の凝固速度が速くなるため、キーホール部
の不安定凝固によってアンダーカット１３、ブローホー
ル１４あるいは素材の成分によっては凝固割れ１５とい
った溶接欠陥が発生しやすい。さらには、鋼管内面側の
溶接ビード１６の表面は凹凸が激しく、表面性状が劣る
ものとなりやすい。
【０００４】そこで、溶接ビードに発生する溶接欠陥お
よび表面性状を改善する方法として、第１に、溶接速度
を遅くしてキーホールを安定化させ、溶接欠陥や表面性
状を改善する方法があるが、この方法では生産性が著し
く低下するため有効でない。第２に、特開昭６０−９９
４９４号公報、特開昭６０−２１６９８６号公報に開示
するように、被溶接材の裏側に反射率の高い材料ででき
た部材を設置し、キーホールを貫通したレーザビームを
その部材で反射させて溶接部分に照射し、さらに同時に
Ａｒなどの不活性ガスを供給してプラズマを発生させる
ことにより、溶接ビードの安定化を図る方法がある。し
かし、この方法でも、貫通ビームは被溶接材表面に入射
した熱エネルギーの１０％程度と少なく、アンダーカッ
トや溶接部内に発生するブローホールを低減させるには
至らない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の解決すべき課
題は、溶接熱源に高密度エネルギービームを用いる溶接
鋼管の製造方法において、前記のような溶接欠陥を発
生させないこと、溶接ビードの表面品質を改善するこ
と、生産性を低下させないことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る溶接鋼管の
製造方法は、鋼帯をオープンパイプ状に成形し、その両
端面を突き合わせ、その突合わせ部に、高密度エネルギ
ービームを溶接線方向に対して溶接完了部側へ傾斜させ
て照射し、前記突合わせ部を溶接することを特徴とす
る。
【０００７】また、本発明は、前記高密度エネルギービ
ームのビーム傾斜角度θを、５°≦θ≦２０°の範囲に
するものである。ここで、ビーム傾斜角度θは、図１に
示すようにビーム照射点におけるビームの光軸４と素管
法線５とのなす角度である。
【０００８】さらにまた、本発明は、鋼帯をオープンパ
イプ状に成形し、その両端部を電気抵抗法または誘導加
熱法により３００〜１２００℃の温度範囲に予熱して突
き合わせ、その突合わせ部に前記のように傾斜させた高
密度エネルギービームを照射して溶接することを特徴と
する。
【０００９】
【作用】本発明においては、素管の突合わせ部に照射さ
れる高密度エネルギービームを溶接線方向に対して溶接
完了部側へ傾斜させたビームとすることを特徴とする。
ビームを溶接完了部側へ傾斜させることにより、前記溶
接欠陥を抑制できる理由について述べると、通常、溶接
に用いられる点状に収束させたビームは直径が５０〜５
００μｍと小さく素管表面に対して垂直に照射されるた
め、溶接時に形成されるキーホール径も小さく、溶融池
後方の溶融金属の重力による垂れ下がりにより潰れやす
く、ブローホールなどの溶接欠陥が発生しやすい。一
方、本発明法のようにビームを溶接線方向に対して溶接
完了部側へ傾斜させると、溶融池後方の溶融金属への重
力の作用によりキーホールが広がるようになる。このた
め、溶融金属の垂れ下がりによりキーホールを埋めるこ
とがなくなり、ブローホールなどの溶接欠陥の発生を回
避させることができる。
【００１０】このビームの傾斜角度θは、実験結果から
溶接線方向に対して溶接完了部側にビームを５°≦θ≦
２０°の範囲に傾斜させるのが最適であることが分かっ
た。すなわち、板厚１２mmの炭素鋼を２０ｋＷの炭酸ガ
スレーザを用いて、ビームの傾斜角度および溶接速度を
種々変化させて溶接した。その実験結果を図２に示す。
図２はこの実験で得られた溶接欠陥の発生個数と溶込み
深さの評価結果を、ビームの傾斜角度と溶接速度との関
係で示したものである。図中、Ａ線はビーム傾斜角度と
溶接欠陥の発生個数との関係を表わし、Ｂ線はビーム傾
斜角度と溶込み深さとの関係を表わしている。同図よ
り、素管の突き合わせ部に対して垂直にビームを照射し
た場合を０°とし、ビームを溶接完了部側へ傾斜させた
場合を＋、未溶接部側へ傾斜させた場合を−として、ビ
ーム傾斜角度の変化に対するブローホール発生数をみる
と、溶接速度に拘らず傾斜角度が＋５°以上になるとブ
ローホールが抑制されるようになった。また、ビーム傾
斜角度が−２０°〜＋２０°の範囲内では、溶接ビード
部の溶込み深さは、最大値となるビーム傾斜角度０°で
の溶込み深さとの比率の約０．８倍以上となっており、
生産能率を損なわない。しかし、ビーム傾斜角度が−２
０°〜＋２０°の範囲外の場合には、溶込み深さ比率
０．８以下となり生産能率を損なう。したがって、ビー
ムの傾斜角度は、溶接線方向に対して溶接完了部側へ＋
５°〜＋２０°の範囲に設定すべきである。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の方法を示す概要図である。図
１に示すように、鋼帯をオープパイプ状に成形しながら
鋼帯端面を突き合わせ、このオープパイプ状の素管１の
突合わせ部２に、図示しない加工レンズにより集光され
たレーザビーム３を溶接完了部側へ角度θだけ傾斜させ
て照射して突合わせ部２を溶接していく。ここで、ビー
ム傾斜角度θはレーザビーム３の光軸４とビーム照射点
における法線５とのなす角度であり、かつ、溶接完了部
側へ所定の角度範囲で傾斜させた場合のみが以下に述べ
るように良好な結果が得られる。実験によれば、５°≦
θ≦２０°の範囲である。
【００１２】以下、実施例に基づいて本発明の効果を説
明する。素材として板厚４．８mmから１６mmまでの熱延
鋼板を用い、管径７５mmから５０８mmまでの造管を行
い、その突合わせ部に前記のレーザビーム３を照射し
て、製管溶接を行った。溶接は、レーザビームを溶接線
方向に−３０°〜＋３０°の範囲で傾斜させて行った。
溶接条件は、レーザ出力：２０ｋＷ，溶接速度：４０〜
２９０mm/sec，シールドガスにはヘリウムを用いた。ま
た、素管突合わせ部を電気抵抗法で６００℃または１０
００℃に加熱し前記条件で製管溶接を行った。このよう
な条件で溶接管を製造し、溶接部のブローホールおよび
溶込み深さを調査した。
【００１３】表１及び表２に、管寸法、溶接条件および
溶接ビード部の評価結果を示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】溶接部のブローホールは溶接部１ｍ当たり
のブローホール個数が３個以上の場合を不良、３個以下
を良好とした。また、溶込み深さは板厚との比率で示し
ており、溶接ビードが板厚を貫通することが必須であ
り、すなわち溶込み深さ比が１００の場合を良好とし
た。溶込み深さ比１００以下の未貫通の場合を不良とし
た。
【００１７】表１において、比較例Ｎｏ．２、４、５、
８、１０は、ビーム傾斜角度が＋２５°以上であり、溶
接欠陥が発生していないが、溶接ビードが板厚を貫通し
ておらず溶込み深さ比が１００未満となっている。ま
た、比較例Ｎｏ．１、３、６、７、９は、ビーム傾斜角
度が−５°以下であり、溶接欠陥が多発していた。表２
において、比較例Ｎｏ．２、３、５、６、８、１０は、
ビーム傾斜角度が＋２５°以上であり、溶接欠陥が発生
していないが、溶接ビードが板厚を貫通しておらず溶込
み深さ比が１００未満となっている。また、比較例Ｎ
ｏ．１、４、７、９は、ビーム傾斜角度が−５°以下で
あり、溶接欠陥が多発していた。このように本発明の範
囲から外れた溶接条件では、溶接欠陥あるいは未貫通溶
接ビードとなっていた。これに対して、ビーム傾斜角度
が本発明の範囲を全て満たす場合にのみ、溶接欠陥のな
い優れた溶接ビードが得られることが分かる。
【００１８】このように本発明の範囲から外れた溶接条
件では、ビード形状が劣化し、あるいは溶接欠陥が発生
した。これに対して、本発明の溶接条件を全て満たす場
合にのみ、溶接欠陥のない優れたビード形状が得られる
ことがわかる。
【００１９】なお、本発明は、溶接鋼管の製造だけでな
く、一般的な被溶接材の突き合わせ溶接に適用できるも
のである。また、素管の断面形状は円形、四角形など任
意である。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高密度エ
ネルギービームであるレーザビームを溶接完了部側へ所
定の角度範囲に傾斜させて溶接するものであるから、貫
通溶接が安定して行われるため、レーザ溶接に固有の溶
接欠陥、すなわちアンダーカット、ブローホール、溶け
落ちなどの発生を完全に防止でき、かつ、管内外面とも
良好なビード形状が得られるという効果がある。また、
レーザ溶接のもつ高能率溶接の特徴を一層推進すること
ができ、生産性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を示す概要図である。
【図２】本発明におけるビーム傾斜角度と溶接欠陥の発
生個数及び溶込み深さとの関係を示す図である。
【図３】従来法の説明図で、溶接部の断面を併記して示
す図である。
【符号の説明】
１ 素管 ２ 突合わせ部 ３ レーザビーム

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鋼帯をオープンパイプ状に成形し、その
    両端面を突き合わせ、その突合わせ部に、高密度エネル
    ギービームを溶接線方向に対して溶接完了部側へ傾斜さ
    せて照射し、前記突合わせ部を溶接することを特徴とす
    る溶接鋼管の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記高密度エネルギービームのビーム傾
    斜角度θを、５°≦θ≦２０°の範囲としたことを特徴
    とする請求項１記載の溶接鋼管の製造方法。
  3. 【請求項３】 鋼帯をオープンパイプ状に成形し、その
    両端部を電気抵抗法または誘導加熱法により３００〜１
    ２００℃の温度範囲に予熱して突き合わせ、その突合わ
    せ部に前記高密度エネルギービームを照射して溶接する
    ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の溶接鋼
    管の製造方法。
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