激光焊接鋼管的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種激光焊接鋼管的制造方法，利用成形輥將鋼板成形為圓筒狀的開口管，一邊利用擠壓輥對開口管的邊緣部進行加壓一邊照射激光束來對邊緣部進行激光焊接，在上述激光焊接鋼管的制造方法中，將分別使用不同的光纖傳輸且正焦點處的光斑直徑超過0.3mm的兩道激光束沿邊緣部從開口管的上表面?zhèn)日丈洌瑢⒃陂_口管的上表面?zhèn)妊睾附舆M行方向先行的先行激光束以及后行的后行激光束以從垂直于開口管的上表面的方向朝焊接進行方向傾斜所設置的入射角的方式照射，并且使先行激光束的入射角比后行激光束的入射角大，并且使開口管的背面處的先行激光束的中心點與后行激光束的中心點之間的間隔為1mm以上，由此進行激光焊接。
【專利說明】激光焊接鋼管的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及使用激光束(laser beam)來對開口管(open pipe)的長邊方向的邊緣部(longitudinal edges)進行焊接的鋼管(以下稱為激光焊接鋼管(laser weldedsteel pipe))的制造方法,尤其是涉及油井管(oil country tubular goods)或管線管(line pipe)等石油、天然氣體的開采、輸送所適用的激光焊接鋼管的制造方法。
【背景技術】
[0002]用作油井管或管線管的鋼管大致分為焊接鋼管(welded steel pipe)(例如電焊鋼管(electric resistance welded steel pipe)、UOE鋼管等)和無縫鋼管。在這些鋼管中，電焊鋼管能夠通過將熱軋的帶狀鋼板(steel strip)(所謂的熱軋鋼卷(hot rolledsteel coil))用作原材料而廉價地制造，所以在經濟上是有利的。
[0003]然而，電焊鋼管一般是使用成形輥將鋼板成形為圓筒狀來形成開口管(這里開口管是指由多段成形輥成形而成的端部不接合的管狀的鋼帶。以下稱為開口管。)，一邊用擠壓輥(squeeze roll)對該開口管的邊緣部(即成形為圓筒狀的鋼帶的兩側端部)進行加壓一邊進行電阻焊(electric resistance welding,也稱高頻電阻焊)來進行制造,所以焊接的縫(所謂的接縫(seam))必然存在,從而存在該接縫的低溫韌性(low_temperaturetoughness)劣化的問題。因此，電焊鋼管的油井管、管線管難以在寒冷地區(qū)(colddistrict)使用。接縫的低溫韌性劣化的原因是在焊接邊緣部時高溫的熔融金屬(moltenmetal)與大氣中的氧反應而生成氧化物(oxide),該氧化物容易殘留于接縫。
[0004]而且，電焊鋼管還存在的問題是，在焊接邊緣部時熔融金屬中的合金元素(alloyelement)容易偏析，所以接縫的耐腐蝕性容易劣化。因此，電焊鋼管的油井管、管線管難以在嚴峻的腐蝕環(huán)境(corrosion environment)(例如酸性環(huán)境(sour environment))下使用。
[0005]另一方面，作為不使接縫的低溫韌性、耐腐蝕性劣化的焊接方法，基于激光束的焊接(以下稱為激光焊接(laser welding))備受關注。激光焊接能減小熱源(heat source)的尺寸，并且能夠高密度集中熱能(heat energy),所以能夠防止熔融金屬中的氧化物的生成、合金元素的偏析。因此，如果將激光焊接應用于制造焊接鋼管，則能夠防止接縫的低溫韌性、耐腐蝕性的劣化。
[0006]因此，在焊接鋼管的制造過程中，通過對開口管的邊緣部照射激光束來進行焊接，從而制造鋼管(即激光焊接鋼管)的技術正實用化。
[0007]然而,在激光焊接中，利用光學部件(optical component)使作為高密度能量光線(high-energy density light beam)的激光束聚光并照射到焊接部來進行焊接,所以焊接時帶來急劇的金屬熔融。因此，熔融金屬作為飛濺物(spatter)從形成的熔池飛散。飛散的飛派物附著于焊接裝置(welding equipment)而使接縫的質量降低，并且也附著于光學部件而使焊接的施工變得不穩(wěn)定。另外，在激光焊接中高密度集中熱能(heatenergy)來進行焊接,所以大量產生飛派物,產生下陷(undercut)、不滿(underfill)(即凹陷(depression))等焊接缺陷(welding defect)。如果產生不滿,貝U焊接部的強度降低。
[0008]因此，研究各種在激光焊接中防止飛濺物的附著的技術、防止飛濺物的產生的技術。例如，通過減少激光輸出(laser power)來防止飛派物產生的技術、或使焦點位置(focus position)偏離很大(所謂的離焦(defocus))來防止飛派物產生的技術正實用化。然而，存在如下問題:減少激光輸出、離焦不僅導致焊接速度(welding speed)降低(即焊接效率(weld efficiency)降低)，還容易產生焊透不良(lack of penetration)。
[0009]專利文獻I公開了如下技術:將激光束分光生成多個激光束光斑(laser beamspots)來防止飛濺物產生。然而，使多個光束光斑分散來進行激光焊接的技術與減少激光輸出來進行激光焊接的技術相同，存在不僅導致焊接效率降低還容易產生焊透不良的問題。并且，用于將激光束分光的棱鏡(prism)價格高，所以無法避免焊接的施工成本上升。
[0010]專利文獻2公開了如下技術:在進行激光焊接時使用焊絲(filler wire)來防止熔敷金屬(deposit metal)的不足(不滿)。然而，在該技術中，焊接金屬(weld metal)的組成基于焊絲的成分而發(fā)生變化。因此，必須根據開口管的成分選擇焊絲，由此焊絲的庫存管理(stock management)、激光焊接的作業(yè)管理(production control)的負擔增大。
[0011]專利文獻3公開了如下技術:混合使用激光焊接和電弧焊接(arc welding)來防止焊接缺陷。然而，在該技術中，焊接裝置的構造變得復雜，不僅維護(maintenance)的負擔增大，焊接的作業(yè)管理的負擔也會增大。
[0012]專利文獻4公開了使用兩個圓形的光束光斑的方法。然而,在該技術中,在應力作用于焊接部的條件(由于施加于電焊鋼管的焊接部壓縮(upset)而使應力作用于熔池的狀況等)下的激光焊接中沒有抑制焊接缺陷，尤其是鋼板背面的飛濺物的產生量增大。
[0013]專利文獻1:日本專利2902550號公報
[0014]專利文獻2:日本特開2004-330299號公報
[0015]專利文獻3:日本專利4120408號公報
[0016]專利文獻4:日本特開2009-178768號公報

【發(fā)明內容】

[0017]本發(fā)明目的在于提供如下的方法，即、在制造激光焊接鋼管時，適當保證兩道激光束朝向被焊接件的入射角、正焦點處的光斑直徑，并適當排列兩道激光束，并且控制激光焊接的條件，由此防止飛濺物的產生，抑制焊接部的下陷、不滿，并且不降低焊接效率地獲得質量良好的焊接部，并且高合格率(yield ratio)地穩(wěn)定制造激光焊接鋼管。
[0018]
【發(fā)明者】們對用于在對開口管的邊緣部實施激光焊接來制造激光焊接鋼管時形成沒有焊接缺陷的焊接部的激光焊接技術進行了調查研究。
[0019]圖2是示意性表示在制造激光焊接鋼管時，垂直照射一道激光束來對開口管I的邊緣部2的接合點進行激光焊接的現有的例子的立體圖。圖2中的箭頭A表示焊接進行方向。此外，用透視圖表示由激光束3的照射產生的深的空洞(cavity)(以下稱為小孔(keyhole))4和在其周邊形成的熔融金屬5。
[0020]如果照射激光束3，則如圖2所示，基于以高密度集中的熱能使邊緣部2熔融，并且基于該熔融金屬5蒸發(fā)而產生的蒸發(fā)壓和蒸發(fā)反作用力，而在熔融金屬5產生小孔4。認為高溫的等離子體(plasma)充滿小孔4的內部，該高溫的等離子體是使激光束3進入小孔4的內部，并使金屬蒸氣(metal vapour)基于激光束3的能量被電離從而產生的。
[0021]該小孔4表示激光束3的熱能最收斂的位置。將邊緣部的接合點配置于小孔4內從而能夠穩(wěn)定制造激光焊接鋼管。但在激光束為一道的情況下，為了使邊緣部2的接合點與小孔4 一致，需要高精度的坡口加工技術。如果邊緣部2的加工狀態(tài)以及對接狀態(tài)不穩(wěn)定，則熔融金屬5變得不穩(wěn)定。結果，飛濺物大量產生，容易產生下陷、不滿等焊接缺陷。
[0022]并且，在由于施加于焊接部的壓縮而使應力作用于熔池的狀況下，為了維持小孔，需要將所照射的激光束的能量進一步增大。結果，飛濺物增加，并且坡口熔融不充分，由此產生下陷、不滿等焊接缺陷。
[0023]因此，
【發(fā)明者】們著眼于對邊緣部2的接合點照射兩道激光束的技術。結果，適當排列激光束的照射位置并且控制各激光束的入射角、光斑直徑等使兩道激光束在開口管的鋼板內部不會交叉來進行照射，從而能夠抑制飛濺物的產生。而且，證明能夠抑制焊接部的下陷、不滿，并且不降低焊接效率地獲得質量良好的焊接部，并且能夠高合格率地穩(wěn)定制造激光焊接鋼管。
[0024]抑制飛濺物產生的詳細機理(mechanism)不確定，但可推斷是基于如下原因:使能量分散到以一定的入射角朝被焊接件照射的兩道激光束，并且在沿焊接方向先行激光束抑制飛濺物并預熱鋼板后，后行激光束熔融鋼板，從而抑制飛濺物的飛散。此外，激光束的入射角是指垂直于被焊接件的上表面的方向與照射激光束的方向所成的角。
[0025]本發(fā)明是根據這樣的觀點而完成的。
[0026]S卩，本發(fā)明涉及的激光焊接鋼管的制造方法，利用成形輥將鋼板成形為圓筒狀的開口管，一邊利用擠壓輥對該開口管的邊緣部進行加壓一邊照射激光束來對邊緣部進行激光焊接，在上述激光焊接鋼管的制造方法中，將分別使用不同的光纖傳輸且正焦點處的光斑直徑超過0.3mm的兩道激光束沿邊緣部從開口管的上表面?zhèn)日丈洌瑢⒃陂_口管的上表面?zhèn)妊睾附舆M行方向先行的先行激光束以及后行的后行激光束以從垂直于開口管的上表面的方向朝焊接進行方向傾斜所設置的入射角的方式照射，并且使先行激光束的入射角比后行激光束的入射角大，并且使開口管的背面處的先行激光束的中心點與后行激光束的中心點之間的間隔為Imm以上，由此進行激光焊接。
[0027]在本發(fā)明的激光焊接鋼管的制造方法中，先行激光束和后行激光束的入射角優(yōu)選為5°?50°。另外，也可以使用光學部件將先行激光束以及后行激光束中的I種或者2種一分為二，并照射到邊緣部的兩側。另外，優(yōu)選在進行激光焊接時，對焊接部施加0.2mm?
1.0mm的壓縮。另外，優(yōu)選先行激光束和后行激光束的激光輸出合計超過16kW，并且以超過7m /分的焊接速度，來進行激光焊接。另外，優(yōu)選在進行激光焊接之前不進行鋼板的預熱，并且在進行激光焊接之后實施切削或者磨削來加工焊縫。
[0028]根據本發(fā)明，在制造激光焊接鋼管時，能夠防止飛濺物的產生并抑制焊接部的下陷、不滿，并且能夠不降低焊接效率地獲得質量良好的焊接部。結果，能夠高合格率地穩(wěn)定制造激光焊接鋼管。得到的激光焊接鋼管的接縫的低溫韌性、耐腐蝕性優(yōu)良，適用于在寒冷地區(qū)、腐蝕環(huán)境下使用的油井管、管線管。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是示意性表示應用本發(fā)明來用兩道激光束焊接開口管的邊緣部的接合點的例子的立體圖。此外，用透視圖表示小孔和在其周圍形成的熔融金屬。
[0030]圖2是示意性表示用一道激光束焊接開口管的邊緣部的接合點的現有的例子的立體圖。此外，用透視圖表示小孔和在其周圍形成的熔融金屬。
[0031]圖3是示意性表示圖1的先行激光束、后行激光束以及垂直于開口管的上表面的線的配置的例子的側視圖。
[0032]圖4是示意性表示開口管的上表面處的先行激光束的照射區(qū)域、后行激光束的照射區(qū)域以及邊緣部的配置的例子的俯視圖。
【具體實施方式】
[0033]圖1是示意性表示應用本發(fā)明來用兩道激光束焊接開口管的邊緣部的例子的立體圖。圖1中的箭頭A表示焊接進行方向。此外，用透視圖表示由激光束3a、3b的照射產生的小孔4和在其周圍形成的熔融金屬5。
[0034]在本發(fā)明中，使兩道激光束3a、3b沿開口管I的邊緣部2從開口管I的上表面?zhèn)日丈?。此時，如果利用光學部件(例如棱鏡等)將由單一的光纖傳輸的激光束一分為二并且照射，則無法分別獨立地設定后述的入射角、光斑直徑。因此，需要分別使用不同的光纖傳輸兩道激光束3a、3b。
[0035]可以使用I臺激光振蕩器，也可以使用2臺。在使用I臺激光振蕩器傳輸兩道激光束的情況下，只要將振蕩的激光在振蕩器內分割，然后，分別通過不同的光纖傳輸即可。
[0036]如圖1所示，激光束3a、3b沿邊緣部2前后配置。將在開口管I的上表面?zhèn)妊睾附舆M行方向先行的激光束設為先行激光束3a，將后行的激光束設為后行激光束3b。
[0037](I)先行激光束以及后行激光束的正焦點處的光斑直徑:
[0038]在先行激光束3a、后行激光束3b的正焦點處的光斑直徑為0.3mm以下時，焊接時的焊縫的寬度變窄，產生坡口的熔融殘余。因此，使正焦點處的光斑直徑超過0.3_。另一方面，如果光斑直徑超過1mm，則能量密度較小，所以小孔難以穩(wěn)定。因此，先行激光束3a、后行激光束3b的正焦點處的光斑直徑優(yōu)選在Imm以下。
[0039]先行激光束3a、后行激光束3b的光斑形狀優(yōu)選為圓形，但也可以為橢圓形(ovalfigure)。在光斑形狀為橢圓形的情況下，需要正對焦處的短徑超過0.3mm。而且，鑒于與上述圓形的情況相同的理由，短徑優(yōu)選為Imm以下。
[0040](2)從開口管的上表面到焦點的距離:
[0041]將從開口管的上表面到焦點的距離設為t(mm)，將開口管的鋼板厚設為T(mm)，如果從開口管的上表面到焦點的距離t超過3XT(即從上表面朝上方3T)，則焦點的位置過高，所以難以穩(wěn)定維持小孔。另一方面，如果超過_3ΧΤ(即從上表面朝下方3Τ)，則焦點的位置過深，所以容易從鋼板的背面(即開口管的內表面)側產生飛濺物。因此，優(yōu)選將從開口管的上表面到焦點的距離t設定在-3XT?3XT的范圍內。
[0042](3)先行激光束的入射角和后行激光束的入射角:
[0043]圖3是示意性表示圖1的先行激光束3a、后行激光束3b以及垂直于開口管I上表面的線的配置的例子的側視圖。如圖3所示，先行激光束3a和后行激光束3b都以朝箭頭A所示的焊接進行方向傾斜的方式照射到開口管I上表面。將該先行激光束3a與垂直于開口管I上表面的線構成的角Θ a設為先行激光束3a的入射角，將后行激光束3b與垂直于開口管I表面的線構成的角Θ b設為后行激光束3b的入射角，并設定為使各入射角滿足 Θ a> Θ b。
[0044]并且，先行激光束3a和后行激光束3b以不在開口管I的鋼板內部交叉的方式配置。如果將從鋼板I的上表面到先行激光束3a與后行激光束3b的交叉位置的距離設為X(mm)，將鋼板I的板厚設為T(mm)，則優(yōu)選將X設定在0(即鋼板I的上表面)SXS2XT (即從鋼板I的上表面朝上方2T)的范圍內。其理由是在X〈0的情況下先打激光束3a和后彳丁激光束3b在鋼板I的內部交叉，所以先彳丁激光束3a和后彳丁激光束3b的各小孔4合為一體而產生巨大的小孔，由此容易大量產生飛濺物。另一方面，在X>2XT的情況下，熔融金屬5分離所以對接部的熔融變得不穩(wěn)定，由此容易大量產生飛濺物。
[0045]此外，如果將先行激光束3a的入射角Θ a和后行激光束3b的入射角Θ b設定為Θ a< Θ b，則從后行激光束3b所穿過的開口管I的上表面到背面的距離變長，所以后行激光束3b的能量衰減,加熱效率(heating efficiency)降低。因此,雖然獲得先行激光束3a對邊緣部2的預熱效果(preheating effect),但后行激光束3b對邊緣部2的熔融變得不穩(wěn)定。
[0046]另外，如果設定為Θ a= Θ b，則先行激光束3a和后行激光束3b的各小孔4容易合為一體而產生巨大的小孔，由此可能大量產生飛濺物。
[0047]因此，需要將先行激光束3a和后行激光束3b的入射角設定為Θ a> Θ b。S卩，在先行激光束3a預熱邊緣部2時為了抑制飛濺物而增大傾斜角Ga。在后行激光束3b熔融邊緣部2時為了提高加熱效率而減小傾斜角Θ b。
[0048]這樣，先行激光束3a預熱邊緣部2。而且先行激光束3a朝焊接進行方向傾斜而照射，所以能夠抑制飛濺物的產生。接著，后行激光束3b熔融邊緣部2。此時邊緣部2被預熱，所以不產生飛濺物。結果，能夠減少飛濺物，進而能夠防止下陷、不滿。
[0049]在先行激光束3a的入射角0a不足5°時，入射角Θ a過小，所以表現出與垂直照射先行激光束3a的情況相同的舉動，無法得到抑制飛濺物的產生的效果。另一方面，如果入射角0a超過50°，則從先行激光束3a所穿過的開口管I的上表面到背面的距離變長，所以先行激光束3a的能量衰減，無法得到充分的預熱效果。因此，先行激光束3a的入射角Θ a優(yōu)選在5°?50°的范圍內。
[0050]同樣，在后行激光束3b的入射角Qb不足5°時,入射角Qb過小,所以表現出與垂直照射后行激光束3b的情況相同的舉動，無法得到抑制飛濺物的產生的效果。另一方面，如果入射角Θ b超過50°，則從后行激光束3b所穿過的開口管I的上表面到背面的距離變長，所以后行激光束3b的能量衰減，無法獲得充分的焊透深度。因此，后行激光束3b的入射角0b優(yōu)選在5°?50°的范圍內。
[0051](4)開口管的背面?zhèn)鹊南刃屑す馐c后行激光束的中心點的間隔:
[0052]而且，將開口管I的背面?zhèn)鹊南刃屑す馐?a與后行激光束3b的中心點的間隔L設為Imm以上。如果間隔L在Imm以上，則在背面?zhèn)热鄢匮睾附舆M行方向延伸，來自背面?zhèn)鹊娘w濺物的產生量減少，由此可得到沒有下陷、不滿的焊縫。但是如果間隔L超過10_，則背面?zhèn)鹊娜鄢胤蛛x，所以容易產生飛濺物。因此，先行激光束3a與后行激光束3b的中心點的間隔L優(yōu)選在Imm?IOmm的范圍內。
[0053](5)壓縮量(upset length):[0054]另外，在進行激光焊接時，優(yōu)選對焊接部施加0.2mm?1.0mm的壓縮。在壓縮量不足0.2mm時，無法使由激光焊接產生的氣孔消失。另一方面，如果超過1.0mm，則激光焊接變得不穩(wěn)定，飛濺物的產生量增加。
[0055](6)開口管的邊緣部的接合點:
[0056]開口管I的邊緣部2的接合點只要位于使邊緣部2的板厚方向的平均間隔G被擠壓輥壓窄而達到0.5mm以下的位置即可。
[0057]另外，在從激光振蕩器分別由不同光纖傳輸的先行激光束3a、后行激光束3b中，也可以利用光學部件(例如棱鏡等)將先行激光束3a或者后行激光束3b —分為二并且照射到邊緣部2的兩側。圖4(b)是將后行激光束3b —分為二(照射區(qū)域3-2、3-3)并且照射到邊緣部2的兩側的例子，圖4(c)是將先行激光束3a—分為二(照射區(qū)域3-1、3-2)并且照射到邊緣部2的兩側的例子。或者如圖4(d)所示，也可以將先行激光束3a—分為二(照射區(qū)域3-1、3-2)并將后行激光束3b—分為二(照射區(qū)域3-3、3-4)并且照射到邊緣部2的兩側。只要這樣照射先行激光束3a、后行激光束3b，就能夠容易維持邊緣部2穿過照射區(qū)域內的狀態(tài)。
[0058](7)激光束的激光輸出以及焊接速度:
[0059]一般，激光輸出越低、焊接速度越慢則在激光焊接時產生的飛濺物越少。然而為了抑制飛濺物的產生而降低激光輸出和焊接速度意味著降低激光焊接鋼管的生產性。因此，在本發(fā)明中，優(yōu)選先行激光束3a和后行激光束3b的激光束的激光輸出合計超過16kW，并且以超過7m /分的焊接速度來進行激光焊接。在激光輸出合計在16kW以下時，焊接速度變?yōu)?m /分以下，所以導致激光焊接鋼管的生產性降低。
[0060](8)開口管上表面處的激光束的照射區(qū)域與焊接線的間隔
[0061]如圖4(a)所示，優(yōu)選將先行激光束3a和后行激光束3b配置為開口管I上表面處的照射區(qū)域3-1、3-2的中心與邊緣部2—致。但是，難以維持該配置來進行焊接，焊接施工中開口管I上表面處的照射區(qū)域3-1、3-2的中心未必一定與邊緣部2 —致。如果照射區(qū)域3-1、3-2的中心與邊緣部2的間隔增大，則先行激光束3a、后行激光束3b從對接坡口脫離，容易產生坡口的熔融殘余等焊接缺陷。
[0062]即使照射區(qū)域3-1、3_2的中心與邊緣部2不一致，如果以邊緣部2通過照射區(qū)域3-1、3-2內的狀態(tài)進行焊接，則不會產生焊接缺陷。因此，優(yōu)選照射區(qū)域3-1、3-2的中心與邊緣部2的間隔均在照射區(qū)域3-1、3-2的半徑以內。
[0063]在本發(fā)明中，即使是厚壁材料(例如厚度4mm以上)的開口管，也能夠不用通過高頻加熱(high-frequency induction heating)等預熱邊緣部,來進行激光焊接。但是,如果通過高頻加熱等對邊緣部進行預熱，則能夠得到提高激光焊接鋼管的生產性等的效果。如果進行基于高頻加熱的預熱則在焊接部形成堆高(excessive convexity),但在激光焊接后通過切削或磨削除去該堆高就可更好地完成焊接部的表面性狀。
[0064](8)激光束的振蕩器
[0065]本發(fā)明所使用的激光束的振蕩器(oscillator)可以使用各種形態(tài)的振蕩器，優(yōu)選將氣體(例如 CO2 (carbon dioxide gas)、氦-氖(helium-neon)、気(argon)、氮氣(nitrogen)、碘(iodine)等)用作介質的氣體激光器(gas laser)、將固體(例如摻雜了稀土元素的YAG等)用作介質的固體激光器(solid laser)、用光纖(fiber)代替分散材料(bulk)作為激光介質(laser medium)的光纖激光器(fiber laser)、盤狀激光器(disklaser)等。或者也可以使用半導體激光器(semiconductor laser)。
[0066](9)輔助熱源:
[0067]可以從開口管I的外面?zhèn)壤幂o助熱源(auxiliary heat source)進行加熱。該輔助熱源只要能夠加熱熔融開口管I的外表面，就對其結構沒有特別限定。例如，優(yōu)選利用燃燒器溶化法(burner melting method)、等離子體溶化法(plasma melting method)、TIG溶化法(Tungsten Inert Gas melting method)、電子束溶化法(electron beam meltingmethod)、激光溶化法(leser beam melting method)等方法。
[0068]此外，優(yōu)選將輔助熱源與激光束的振蕩器配置為一體。其理由是如果輔助熱源和激光不配置為一體，則為了獲得輔助熱源的效果而需要較多的熱量，很難抑制焊接缺陷(例如下陷、不滿等)。并且，更優(yōu)選為使輔助熱源比激光束的振蕩器更靠前配置。其理由是能夠除去邊緣部的水分、油分。
[0069]而且，優(yōu)選使用電弧作為優(yōu)選的輔助熱源。電弧的產生源使用能夠朝抑制熔融金屬燒穿(burn-through)的方向施加電磁力(即由焊接電流的磁場產生的電磁力)的裝置。例如，能夠使用TIG焊接法(tungsten inert gas welding)、等離子弧焊法(plasma arcwelding)等以往公知的技術。此外,優(yōu)選電弧的產生源與激光束配置為一體。其理由如上所述，將在產生電弧的焊接電流(welding current)的周邊產生的磁場(magnetic field)的影響有效地施加于由激光束產生的熔融金屬。并且，更優(yōu)選為使電弧的產生源比激光束靠前配置。其理由是能夠除去邊緣部的水分、油分。
[0070]而且，將本發(fā)明與氣體保護焊、添加填充金屬等以往公知的技術組合也會有效果。這樣的復合焊接的技術不僅適用于焊接鋼管的制造，還適用于厚鋼板的焊接。
[0071]如以上說明那樣，根據本發(fā)明，在制造激光焊接鋼管時適當地保證光斑直徑，并適當排列兩道激光束，并且控制激光束的入射角等激光焊接的條件，從而能夠防止飛濺物的產生，能夠抑制焊接部的下陷、不滿，并且能夠不降低焊接效率地得到質量良好的焊接部，能夠高合格率地穩(wěn)定制造激光焊接鋼管。得到的激光焊接鋼管能發(fā)揮激光焊接的優(yōu)點，使接縫的低溫韌性、耐腐蝕性優(yōu)良，適用于在寒冷地區(qū)、腐蝕環(huán)境下使用的油井管、管線管。
[0072]實施例
[0073]利用成形輥將帶狀的鋼板成形為圓筒狀的開口管，利用擠壓輥一邊對該開口管的邊緣部進行加壓一邊如圖1所示那樣從上表面?zhèn)日丈鋬傻兰す馐鴣碇圃旒す夂附愉摴?。鋼板的成分如表I所示。
[0074]在激光焊接中，使用2臺最大輸出為IOkW的光纖激光振蕩器，焊接條件如表2所示。從開口管的上表面到焦點的距離t(mm)相對于板厚T都為I / 2T。表I中的激光束的入射角Θ a、Θ b是圖3所示的角度。入射角為負表示使激光束朝焊接進行方向A的相反方向傾斜而照射。
[0075]表2中的焊接鋼管N0.1?4、7?10是如圖4(a)所示那樣配置激光束的例子，焊接鋼管N0.5、11是如圖4(b)所示那樣配置激光束的例子，焊接鋼管N0.6是如圖4(c)所示那樣配置激光束的例子。
[0076]在表2所示的發(fā)明例(焊接鋼管N0.1?6)中，激光束的正焦點處的光斑直徑、以及開口管的背面?zhèn)鹊南刃屑す馐c后行激光束的中心點的間隔滿足本發(fā)明的范圍，并且使先行激光束、后行激光束朝焊接進行方向傾斜而照射，并且將先行激光束的入射角Θ a設定為比后行激光束的入射角Qb大。
[0077]在表2中的比較例中，焊接鋼管N0.7是將后行激光束的入射角Θ b設為0°的例子(即垂直照射的例子)，焊接鋼管N0.8是背面?zhèn)鹊南刃屑す馐c后行激光束的中心點的間隔超出本發(fā)明的范圍的例子，焊接鋼管N0.9是后行激光束的正焦點處的光斑直徑超出本發(fā)明的范圍的例子，焊接鋼管N0.10是使先行激光束朝焊接進行方向A的相反方向傾斜而照射的例子，焊接鋼管N0.11是使先行激光束的入射角Θ a比后行激光束3b的入射角Θ b小的例子。
[0078]在這樣進行了激光焊接后，目視觀察焊接鋼管的上表面，調查飛濺物的附著狀況。另外，目視觀察焊接鋼管的上表面以及背面的焊縫，調查下陷、不滿的產生狀況。其結果如表3所示。
[0079]由表3可知，在發(fā)明例中不產生飛濺物的附著以及下陷、不滿。
[0080]可知在比較例7?9中雖然沒有飛濺物的附著，但產生下陷、不滿或坡口的熔融殘余。在比較例10、11中飛濺物大量附著而且產生不滿。
[0081]產業(yè)上的利用可能性
[0082]在制造激光焊接鋼管時，能夠高合格率地穩(wěn)定制造激光焊接鋼管，所以在工業(yè)上起到顯著效果。
[0083]附圖標記的說明
[0084]1...開口管；2...邊緣部；3...激光束；3a...先彳丁激光束；3b...后彳丁激光束；4...小孔(空洞);5...熔融金屬；6...接縫。
【權利要求】
1.一種激光焊接鋼管的制造方法，利用成形輥將鋼板成形為圓筒狀的開口管，一邊利用擠壓輥對該開口管的邊緣部進行加壓一邊照射激光束來對所述邊緣部進行激光焊接， 所述激光焊接鋼管的制造方法的特征在于， 將分別使用不同的光纖傳輸且正焦點處的光斑直徑超過0.3mm的兩道激光束沿所述邊緣部從所述開口管的上表面?zhèn)日丈?，將在所述開口管的上表面?zhèn)妊睾附舆M行方向先行的先行激光束以及后行的后行激光束以從垂直于所述開口管的上表面的方向朝所述焊接進行方向傾斜所設置的入射角的方式照射，并且使所述先行激光束的入射角比所述后行激光束的入射角大，并且使所述開口管的背面處的所述先行激光束的中心點與所述后行激光束的中心點之間的間隔為Imm以上，由此進行激光焊接。
2.根據權利要求1所述的激光焊接鋼管的制造方法，其特征在于， 所述先行激光束和所述后行激光束的入射角為5°?50°。
3.根據權利要求1或2所述的激光焊接鋼管的制造方法，其特征在于， 使用光學部件將所述先行激光束以及所述后行激光束中的I種或者2種一分為二，并照射到所述邊緣部的兩側。
4.根據權利要求1?3中任一項所述的激光焊接鋼管的制造方法，其特征在于， 在進行所述激光焊接時，對焊接部施加0.2mm?1.0mm的壓縮。
5.根據權利要求1?4中任一項所述的激光焊接鋼管的制造方法，其特征在于， 所述先行激光束和所述后行激光束的激光輸出合計超過16kW，并且以超過7m /分的焊接速度，來進行所述激光焊接。
6.根據權利要求1?5中任一項所述的激光焊接鋼管的制造方法，其特征在于， 在進行所述激光焊接之前不進行所述鋼板的預熱，并且在進行所述激光焊接之后實施切削或者磨削來加工焊縫。
【文檔編號】B23K26/00GK103476536SQ201180069861
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2011年4月28日 優(yōu)先權日:2011年3月30日
【發(fā)明者】矢埜浩史, 角博幸, 大井健次 申請人:杰富意鋼鐵株式會社