雷射焊接鋼管的製造方法

2023-12-10 17:22:57 1

專利名稱：雷射焊接鋼管的製造方法
技術領域：
本發明涉及使用雷射束(laser beam)對開管(open pipe)的長尺寸方向的邊緣 部進行焊接的鋼管(以下，稱為雷射焊接鋼管(laser welded steel pipe))的製造方法，特 別涉及油井管(oil country tubular goods，石油工業用管材)或者幹線用管(line pipe) 等的適於石油、天然氣的開採、輸送的雷射焊接鋼管的製造方法。
背景技術：
作為油井管或幹線用管而使用的鋼管，大致分為焊接鋼管(welded steel pipe) (例如電阻焊鋼管(electric resistance welded steel pipe)，UOE鋼管等)、和無縫鋼 管。在這些鋼管中，電阻焊鋼管將熱軋的帶狀鋼板(steel strip)(即所謂的熱軋鋼卷(hot rolled steel coil))作為原材料使用，能夠廉價地製造，因此在經濟上是有利的。可是，通常電阻焊鋼管使用成形輥將鋼板成形為圓筒狀而做成開管(在這裡，開管 指的是通過多級的成形輥成形了的端部沒有被接合的管狀的鋼帶。以下，稱為開管。)，將該 開管的邊緣部(longitudinal edges，縱向邊緣)(即成形為圓筒狀的鋼帶的兩側端部)利用 擠壓輥(squeeze roll)—邊加壓一邊進行電阻焊接(electric resistance welding，也稱 為高頻電阻焊接)來進行製造，因此必然存在焊接導致的接縫(即焊縫(seam))，存在該焊縫 的低溫韌性(low - temperature toughness)劣化的問題。因此電阻焊鋼管的油井管、幹 線用管在乾冷地區(cold district)的使用中存在問題。焊縫的低溫韌性劣化的理由，是 因為在對邊緣部進行焊接時，高溫的熔融金屬(molten metal)與大氣中的氧進行反應而生 成氧化物(oxide)，該氧化物容易殘留在焊縫中而導致的。此外在電阻焊鋼管中，在焊接邊緣部時合金元素(alloy element)在熔融金屬中 容易偏析，因此存在焊縫的耐蝕性容易劣化的問題。因此電阻焊鋼管的油井管、幹線用管在 嚴酷的腐蝕環境(corrosion environment)(例如酸性環境(sour environment))的使用 中存在問題。另一方面，作為不使焊縫的低溫韌性、耐蝕性劣化的焊接法，利用雷射束的焊接 (以下，稱為雷射焊接(laser welding))受到矚目。在雷射焊接中，能夠減小熱源(heat source)的尺寸、並且以高密度使熱能量(heat energy)集中，因此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，當在焊接鋼管的製造中應用雷射焊接時，能夠防止 焊縫的低溫韌性、耐蝕性的劣化。因此在焊接鋼管的製造過程中，通過對開管的邊緣部照射雷射束進行焊接從而制 造鋼管(即雷射焊接鋼管)的技術已經實用化。可是在雷射焊接中，熔融金屬在極其狹窄的區域中形成。因此，當利用擠壓輥被加 壓的開管的邊緣部接合的位置(以下，稱為接合點。或者稱為擠壓點(squeezing point))、 與照射雷射束的圓周方向的位置產生偏移(shift)時，雷射焊接鋼管的焊縫成為開口狀態， 該部分作為焊接不良(welding defect)需要被去除，導致雷射焊接鋼管的成品率(yield rate)降低。
因此研究了各種在製造雷射焊接鋼管時監視雷射束的照射狀況的技術。例如在日本特開平10-76383號公報中，公開了一種從鋼板的單面照射雷射束，對 在另一面產生的等離子體光(plasma illumination)進行監視，由此判定雷射焊接的狀況 的技術。可是，因為等離子體光較寬地散射，所以利用該技術不僅難以高精度地把握雷射焊 接的狀況，而且即使照射雷射束的位置從邊緣部脫離也不能高精度地識別。此外，在日本特開平8467241號公報中，公開了一種通過對雷射焊接導致的發光 強度(emission intensity)進行測定，從而判定熔透焊道(penetration bead)的形成狀況 的技術。可是發光強度由於各種原因而顯著變動，因此利用該技術難以高精度地把握熔透 焊道的形成狀況。在日本特開2001-25867號公報中，公開了一種對通過電弧焊接產生的熔融金屬 進行攝影，基於其圖像解析熔透焊道的形狀並控制焊接條件(welding condition)的技術。 當將該電弧焊接(arc welding)的技術直接應用於雷射焊接時，不能夠獲得熔融金屬的鮮 明的圖像(clear image)。其理由在於，因為在雷射焊接中熱能量高密度地集中，所以產生 過剩的光量(light intensity).因此，難以高精度地把握雷射焊接中的熔透焊道的形狀。此外在日本特開2001-25876號公報中，公開了一種使雷射束經由幹涉濾波器 (interference filter)對熔融金屬進行照射的技術，但該雷射束用於熔融金屬的攝影，不 對焊接做出貢獻。本發明的目的在於提供一種通過在製造雷射焊接鋼管時高精度地判定雷射焊接 的狀況，基於該判定結果變更焊接條件，從而高成品率並穩定地製造雷射焊接鋼管的方法。

發明內容
即，本發明是
1. 一種雷射焊接鋼管的製造方法，以成形輥將鋼板成形為圓筒狀的開管，將所述 開管的邊緣部一邊以擠壓輥進行加壓一邊從所述開管的外表面側照射雷射束，對邊緣 部進行焊接，其中，從開管的內表面側監視照射到所述邊緣部的所述雷射束的照射部位 (irradiation point)，在認定有貫通到開管的內表面側的鍵孔(keyhole)的情況下繼續並 維持利用所述雷射束的焊接條件，另一方面，在未認定有貫通到開管的內表面的鍵孔的情 況下變更利用雷射束的焊接條件，由此，一邊將從開管的外表面側貫通到內表面側的鍵孔 設置在雷射束的照射部位，一邊進行焊接。在本發明的雷射焊接鋼管的製造方法中，優選將鍵孔的大小設為在開管的內表面 側為0. 2mm以上。此外，優選將用擠壓輥被加壓的邊緣部的結合點配置在通過雷射束的照 射而產生的熔融金屬內。或者，優選將用擠壓輥被加壓的邊緣部的結合點配置在鍵孔內。2.根據上述1所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，使用從外表面側進行加熱 的輔助熱源對所述邊緣部輔助地進行加熱熔融，並且照射所述雷射束。3.根據上述2所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，所述輔助熱源是電弧。4.根據上述廣3的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，從所述開管的內表面側監視 照射到所述邊緣部的所述雷射束的照射部位，並且使用傳感器測定通過所述雷射束的照射 由所述照射部位產生的反射光及等離子體光，基於從所述傳感器獲得的各個測定值監視焊 接狀況，在認定有貫通到所述開管的內表面側的鍵孔、並且從所述傳感器獲得的所述反射光和所述等離子體光的測定值的相對值的變動小的情況下，繼續並維持利用所述雷射束的 焊接條件，另一方面，在貫通到所述開管的內表面側的鍵孔不穩定且反覆堵塞、並且從所述 傳感器獲得的所述反射光和所述等離子體光的測定值的相對值的變動大的情況下，變更 利用所述雷射束的焊接條件，由此一邊將從所述開管的外表面側貫通到內表面側的鍵孔 設置在所述雷射束的照射部位，一邊進行焊接。再有，在這裡，上述反射光也稱為返回光 (feedback light)。5.根據上述廣4的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將上述鍵孔的大小設為在上 述開管的內表面側是直徑0.2mm以上。6.根據上述廣5的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將以所述擠壓輥被加壓的邊 緣部的接合點配置在通過所述雷射束的照射而產生的熔融金屬內。7.根據上述廣5的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將以所述擠壓輥被加壓的邊 緣部的接合點配置在所述內表面側鍵孔內。8.根據上述2 7的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將所述雷射束的振蕩器和所 述輔助熱源整體地配置。9.根據上述2 7的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將所述雷射束的振蕩器和所 述輔助熱源整體地配置，並且所述輔助熱源在雷射束之前對所述邊緣部進行加熱。10.根據上述3、的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，所述雷射束的振蕩器是光纖 雷射振蕩器，雷射輸出超過15kW，雷射的焦距是200mm以上。11.根據上述;TlO的權利要求所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，所述開管 的外表面中的所述雷射束的照射位置與所述電弧的電極的距離是7mm以下。12.根據上述Γ10的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，從所述開管的外表面側測 定所述反射光，從所述開管的內表面側測定所述等離子體光。13.根據上述1的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，照射多條雷射束，一邊將從所 述開管的外表面側貫通到內表面側的鍵孔分別設置在所述多條雷射束的照射部位，一邊進 行焊接。14.根據上述13的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，從內表面側監視照射到所述 邊緣部的多條雷射束的照射部位，並且使用傳感器測定通過所述雷射束的照射由所述照射 部位產生的反射光及等離子體光，基於從所述傳感器獲得的各個測定值監視焊接狀況，在 認定有從所述開管的外表面側貫通到內表面側的多個鍵孔、並且從所述傳感器獲得的所述 反射光和所述等離子體光的測定值的相對值小的情況下，繼續並維持利用所述雷射束的焊 接條件，另一方面，在貫通到所述開管的內表面側的鍵孔不穩定並且反覆堵塞、並且從所述 傳感器獲得的所述反射光和所述等離子體光的測定值的相對值大的情況下，變更利用所述 雷射束的焊接條件，由此一邊將從所述開管的外表面側貫通到內表面側的鍵孔分別設置在 所述多條雷射束的照射部位，一邊進行焊接。15.根據上述13或14的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，在所述多個鍵孔中，在 設置在所述邊緣部的兩端且相對於所述邊緣部垂直方向的距離最大的2個鍵孔之間配置 邊緣部的接合點。16.根據上述13 15的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將所述多個鍵孔的大小設 為在所述開管的內表面側均為直徑0. Imm以上。
17.根據上述13 16的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將所述邊緣部的接合點配 置在通過所述多條雷射束的照射而產生的熔融金屬內。18.根據上述13 17的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，作為所述多條雷射束使用 2條雷射束。19.根據上述13 18的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，使用從所述開管的外表面 側進行加熱的輔助熱源，對所述邊緣部輔助地進行加熱/熔融。根據本發明，通過在製造雷射焊接鋼管時高精度地判定雷射焊接的狀況，基於該 判定結果變更焊接條件，由此能夠將邊緣部的接合點總是配置在以雷射束的照射而產生的 鍵孔或熔融金屬內。結果，能夠高成品率並穩定地製造雷射焊接鋼管。獲得的雷射焊接鋼管 的焊縫的低溫韌性、耐蝕性優越，適合於在寒冷地區、腐蝕環境下使用的油井管、幹線用管。


圖IA是示意地表示應用本發明對開管的邊緣部的接合點進行焊接的例子的立體 圖。圖1B、圖1C、圖ID是表示開管的圓周方向(相對於焊接線垂直的方向)剖面的鍵孔 4和在其周圍形成的熔融金屬5的立體圖。圖IB表示接合點C位於鍵孔4內，圖IC表示接 合點C位於熔融金屬5內。圖2A 圖2E是表示使用多個雷射束的情況下的照射位置的俯視圖。圖3是鍵孔直徑的測定裝置和等離子體光的測定裝置。圖4是示意地表示利用圖2A的雷射束的配置，對開管的邊緣部的接合點進行焊接 的例子的立體圖。圖5是反射光的測定裝置。圖6是說明通過電弧抑制熔融金屬的燒穿的方法的圖。(附圖標記說明)
1.開管、2.邊緣部、3，3-1，3-2，3-3，3-4.雷射束、4.鍵孔、5.熔融金屬、6.焊縫、 7.芯棒、8.監視攝影機、9.照明裝置、10.等離子體光傳感器、11.圖像處理裝置、12.判 斷裝置、13.位置控制裝置、14.焊頭、15.反射光傳感器、16.監控裝置、17.監控裝置、 18.電極、19.電弧、20.焊接電流、21.洛倫茲力。
具體實施例方式發明者們針對在對開管的邊緣部施加雷射焊接來製造雷射焊接鋼管時監視雷射 焊接的狀況的技術進行了調查研究。圖IA是示意地表示在製造雷射焊接鋼管時，應用本 發明對開管1的邊緣部2的接合點進行焊接的例子的立體圖。圖IA中的箭頭A表示開管 的行進方向。再有，作為透視圖表示通過雷射束3的照射而產生的鍵孔4及在其周圍形成 的熔融金屬5。而且，著眼於以下情況，即，當照射雷射束3時，如圖IA所示，邊緣部2通過 高密度地集中的熱能量而熔融，並且通過該熔融金屬蒸發導致的蒸發壓力和蒸發反作用力 (reaction force)，在熔融金屬5中產生深的空洞4 (cavity)(以下，稱為鍵孔4)。可以 認為在鍵孔4內部，雷射束3侵入，並且充滿了金屬蒸氣通過雷射束3的能量被電離而產生 的高溫的等離子體。此外，圖IB和圖IC作為透視圖表示在圖IA中開管的圓周方向(相對於焊接線垂直的方向)剖面的鍵孔4和在其周圍形成的熔融金屬5。該鍵孔4是表示雷射束3的熱能量最收斂的位置。因此，監視鍵孔4，如圖IB所 示，通過以邊緣部的接合點C配置在鍵孔4內的方式進行雷射焊接，從而能夠穩定地製造激 光焊接鋼管。但是，為了使邊緣部2的接合點C和鍵孔4 一致，需要高精度的位置控制技術。 因此以將邊緣部2的接合點C配置在鍵孔4的周圍形成的熔融金屬5內的方式進行雷射焊 接也可。因為熔融金屬5與鍵孔4的大小Lk相比在開管的圓周方向(相對於焊接線垂直的 方向)的長度Lm大，所以通過焊頭14、在焊頭14內收容的聚光透鏡、聚光鏡的位置控制，能 夠通過比較簡單的技術在管的圓周方向對雷射束的照射位置進行位置控制，能夠穩定地制 造雷射焊接鋼管。再有，開管1的行進方向A的邊緣部2的接合點C，只要是邊緣部2的板 厚方向的平均間隔G比擠壓輥狹窄，是0. 5mm以下的處所的話，在任何地方均可。並且在進行穩固的雷射焊接時，鍵孔4從熔融金屬5的外表面側貫通至內表面側， 能夠高精度地進行觀察。本發明正是基於上述見解而完成的。圖IA所示的開管1是將帶狀的鋼板用成形輥成形為圓筒狀的管。一邊對該開管1 的邊緣部2用擠壓輥(未圖示)進行加壓，一邊從開管1的外表面側照射雷射束3。另一方面 從開管1的內表面側監視雷射束3的照射部位，識別鍵孔4。如果鍵孔4能夠從開管1的外 表面側貫通至內表面側的話，就能夠用通常的圖像處理技術容易地識別。而且，如果在內表 面側能夠識別鍵孔4的話，就表示正在進行穩固的雷射焊接，按原樣繼續焊接條件並維持。 再有在圖IA中，鍵孔4的監視裝置省略圖示，但在圖3中示出在本發明中使用的鍵孔監視
直ο在不能識別鍵孔4時，表示鍵孔4堵塞，因此需要變更焊接條件，以進行穩固的激 光焊接的方式進行調整。然後，如果變更焊接條件後能夠識別鍵孔4的話，按原樣繼續該焊 接條件並一邊維持一邊進行雷射焊接。再有，鍵孔4的堵塞在邊緣2的接合點C脫離鍵孔4 內、或脫離在鍵孔4的周圍形成的熔融金屬5的情況下最多。這是因為在對接合點C照射 雷射束3的情況下，雷射束容易在接合點C的縫隙中高效率地在板厚方向進行傳播，所以鍵 孔容易形成，但當對接合點C以外的處所照射雷射束3時，必須從鋼板的表面通過使熔融金 屬蒸發導致的蒸發壓力和蒸發反作用力來在熔融金屬5中形成深的空洞4，這需要更高輸 出的雷射功率，因此鍵孔4堵塞的傾向強。在鍵孔4堵塞的情況下進行調整的具體的焊接條件，最優選是使雷射束的照射位 置向開管1的圓周方向移動，以邊緣部2的接合點C配置在雷射束3的照射位置(鍵孔4) 或者熔融金屬5內的方式進行調整。例如，優選通過鍵孔監視裝置對邊緣部2的接合點、鍵 孔4和熔融金屬5的位置進行圖像處理、識別，計算出開管的圓周方向和移動距離，以邊緣 部2的接合點2進入鍵孔4的內部或者熔融金屬5內的方式，對焊頭14、收容在焊頭14內 的聚光透鏡、聚光鏡進行位置控制，使雷射束3的照射位置移動。作為其他的焊接條件，優選採用例如雷射束的焦點位置的控制、開管的長尺寸方 向的光束照射位置的移動、雷射功率的增加控制、焊接速度的減速控制等。這樣的邊緣部2的接合點和鍵孔4或者熔融金屬5的位置關係的調整，能夠通過 從開管1的內表面側進行監視並識別鍵孔4而容易地進行。在鍵孔4的大小在內表面側不足直徑0. 2mm的情況下，有鍵孔4堵塞的擔憂。因此，優選鍵孔4在內表面側的直徑是0. 2mm以上。但是，當內表面側的直徑超過1. Omm時， 不僅是產生燒穿等的焊接缺陷，而且熔融金屬凝固後的接縫(即焊縫6)的寬度顯著擴大，激 光焊接鋼管的外觀受損。因此，更優選開管1在內表面側的鍵孔4的直徑是0. 2 1. Omm 的範圍內。在鍵孔的形狀是橢圓形的情況下，優選短徑是0.2mm以上。再有，鍵孔4的大小 如圖3所示，通過在從架臺間懸掛的芯棒7固定的監視攝影機8，從開管1的內側進行監視。 攝影條件是從開管1的內表面從照明裝置9照射與雷射束和等離子體光不同的波長成分的 光，例如照射337nm的波長的紫外線，通過使用僅透過上述波長的光的濾波器進行攝影，從 而排除了來自鍵孔4和熔融金屬5的紅外線、等離子體光引起的幹擾。在這裡，透過的波長 只要對應於等離子體發光的頻譜，避開其波長帶且兼顧的能夠利用的光源和濾波器來進行 選擇即可。攝影速度以30幀/秒進行，求取隨機採樣5枚的靜止圖像的平均值。再有，內 表面側的鍵孔的形狀是大致圓形或橢圓形，在鍵孔的形狀是橢圓的情況下測定短徑。此外， 為了鍵孔4的堵塞的判定、雷射束的照射位置的控制，使用以通過監視攝影機8攝影的視頻 對邊緣部2的接合點C、鍵孔4和熔融金屬5進行圖像處理並將其尺寸、位置數值化的圖像 處理裝置11、判定處理裝置12和雷射束的位置控制裝置13。再有，鍵孔4的監視裝置不限 定於上述的結構，能夠使用任意結構的裝置。此外，在使用2個以上的雷射束3的情況下，考慮圖2A 圖2E所示那樣的多個雷射 束的照射的配置。圖2A 圖2E是表示開管的使用多個雷射束的情況下的照射位置的俯視 圖。圖中的箭頭A表示開管的行進方向。圖2A表示2個雷射束的照射的配置，是將雷射束 3-1和3-2配置在邊緣部的兩側的例子。圖4是示意地表示利用圖2A的雷射束的配置，對 開管的邊緣部的接合點進行焊接的例子的立體圖。圖4中的箭頭A表示開管的行進方向。 再有，作為透視圖而表示通過2個雷射束3的照射而產生的鍵孔4及在其周圍形成的熔融 金屬5。圖2B表示3個雷射束的照射的配置，是用雷射束3-1對邊緣部進行預熱，將雷射 束3-2和3-3配置在邊緣部的兩側的例子。此外，圖2C表示4個雷射束的照射的配置，是 將4個雷射束3-1、3-2、3-3和3-4分別將各2個配置在邊緣部的兩側的例子。此外，圖2D 表示2個雷射束的照射的配置，是將雷射功率不同的雷射束3-1和3-2配置在邊緣部的兩 側的例子。因為雷射束3-1的功率比雷射束3-2小，所以是將雷射束3-1更接近邊緣部配 置的例子。再有，圖2E表示2個雷射束的照射的配置，是將2個雷射束3-1和3-2沿著邊 緣部縱向配置(縱列)的例子。在該情況下，不是進行多個雷射束，而是進行單一的雷射束的 操作。鍵孔的監視只要僅監視離熔融金屬最近的雷射束3-2的鍵孔即可。在沿著邊緣部縱 向配置(縱列)3個以上的雷射束的情況下也是同樣地，進行單一的雷射束的操作。鍵孔的 監視只要僅監視離熔融金屬最近的鍵孔即可。在使用多個雷射束的情況下的雷射束的照射位置的配置並不限於圖2A 圖2E的 例子，能夠對應於目的自由地配置。再有，優選本發明中使用的雷射束的個數是1個、個。 5個以上的雷射束由於設備成本、製造成本、雷射束的位置控制變得複雜，所以不優選。在本發明中，監視多個鍵孔4的全部，如圖2k 圖2E所示，在設置於邊緣部2的兩 側並且相對於邊緣部2分別在垂直方向的距離(Li和L2)最大的2個鍵孔之間配置邊緣部 2的接合點，進行雷射焊接。但是，為了在該規定的位置配置邊緣部2的接合點，需要高精度 的控制技術。因此也可以一邊以將邊緣部2的接合點配置在上述2個鍵孔4之間形成的熔 融金屬5內的方式進行控制，一邊進行雷射焊接。因為熔融金屬5與鍵孔4的大小Lk相比在管的圓周方向(相對於焊接線垂直的方向)的長度Lm大，所以能夠通過比較容易的技術進 行控制。這樣的邊緣部2的接合點和2個鍵孔4之間或者在2個鍵孔之間形成的熔融金屬 5的位置關係的調整，能夠通過從開管1的內表面側進行監視並識別鍵孔4而容易地進行。 再有，在照射多條雷射束、設置貫通的鍵孔的同時進行焊接的情況下，熔池為1個的情況較 多。像這樣在焊接時熔池是1個的情況下，在全部鍵孔4的大小在內表面側不足直徑0. Imm 的情況下，有鍵孔4堵塞的擔憂。因此，優選使鍵孔4在內表面側的直徑是0.2mm以上。但 是，當內表面側的直徑超過1. Omm時，不僅是產生燒穿等的焊接缺陷，而且熔融金屬凝固後 的接縫(即焊縫6)的寬度顯著擴大，雷射焊接鋼管的外觀受損。因此，更優選開管1在內表 面側的鍵孔4的直徑是0. 1 1. Omm的範圍內。再有，在鍵孔的形狀是橢圓形的情況下，優 選短徑是0. Imm以上。再有，如圖2E那樣，將2個雷射束3-1和3_2沿著邊緣部縱向配置(縱列)的例子 中，不進行多個雷射束的操作，而進行單一的雷射束的操作，因此只要僅監視離熔融金屬5 最近的雷射束3-2的鍵孔即可，因此優選使鍵孔4的內表面側的直徑為0. 2mm以上。進而，鍵孔4的堵塞即使是短時間也對雷射焊接鋼管的製造造成不良影響。例如 在以超過5m/分的焊接速度進行雷射焊接時，當發送0. 01秒以上的堵塞時，通過濺射的大 量產生等，產生熔深不足、咬邊(undercut)那樣的焊接缺陷，導致雷射焊接鋼管的成品率降 低。這樣的短時間的鍵孔的堵塞僅以上述鍵孔的監視是難以感測的。因此在鍵孔的監視之 外，通過傳感器對從雷射束的照射部位產生的反射光和等離子體光進行測定來計測鍵孔的 狀況，基於獲得的反射光和等離子體光的測定值的相對值，對焊接狀況進行監視。優選從雷射束的照射部位產生的反射光從開管1的外表面側進行測定。其理由是 因為即使在產生鍵孔的短時間的堵塞的情況下也能夠高精度地測定反射光的強度。此外，優選從雷射束的照射部位產生的等離子體光從開管1的外表面側進行測 定。其理由是在開管1的外表面側，保護氣、煙氣被雷射激勵而產生的等離子體光成為幹 擾，測定精度降低，相對於此，當從內表面側測定等離子體光時，在產生鍵孔4的短時間的 閉塞的情況下，不產生在內表面側的等離子體，因此能夠高精度地測定鍵孔4的堵塞的有 無。再有，在使用多個雷射束的情況下，監視從全部的雷射束的照射部位產生的反射 光，但因為相互的照射位置接近，所以只要用能夠捕捉多個照射位置的全部區域的1個監 視裝置進行監視即可。在雷射束的照射引起的反射光、等離子體光的測定值(例如強度等)的相對值的變 動小的情況下，鍵孔4從外表面側貫通至內表面側，按原樣繼續焊接條件並維持。在相對值 的變動大的情況下，因為鍵孔4沒有從外表面側貫通至內表面側，因此需要變更焊接條件， 以進行穩固的雷射焊接的方式進行調整。再有，雷射束的照射引起的反射光的測定如圖5所示，通過從焊頭14懸掛的反射 光傳感器15和監控裝置16，從開管1的外側進行監視。數據採集條件是通過對反射光傳感 器15使用僅透過與雷射同一波長的濾波器進行測定，從而排除了來自鍵孔4和熔融金屬5 的紅外線引起的幹擾。反射光的強度的變動通過監控裝置16進行判定。例如，作為反射光 傳感器能夠使用光電二極體等。再有，對於與雷射同軸的反射光，只要以內置於焊頭內的反射鏡等發送到反射光傳感器，進行測定即可。此外，等離子體光的測定，如圖3所示，是與鍵孔的監視裝置一起安裝等離子體光 傳感器10進行測定。數據採集條件是通過對等離子體光傳感器10使用僅透過由雷射產生 的等離子體光波長的濾波器進行測定，從而排除了來自鍵孔4和熔融金屬5的紅外線引起 的幹擾。等離子體光的強度的變動通過監控裝置17進行判定。作為等離子體光傳感器，例 如有使用30(T900nm的範圍的Si元件的傳感器等。數據採集速度以IkHz的周期進行計測，在反射光和/或等離子體光的強度的變動 相對於相對值超過15%的情況下發出警報，變更焊接條件，以進行穩固的雷射焊接的方式 進行調整。再有，雷射束的照射引起的反射光、等離子體光的監視裝置能夠使用任意的結構 的裝置，因此並不限定於上述結構。具體地，在反射光和/或等離子體光的強度的變動相對於相對值超過15%的情況 下進行調整的焊接條件，與在鍵孔4堵塞的情況下進行調整的焊接條件相同。因此，在反射 光和/或等離子體光的強度的變動相對於相對值超過15%的情況下，最優選使雷射束的照 射位置向開管1的圓周方向移動，以邊緣部2的接合點配置在雷射束3的照射位置(鍵孔4) 或者熔融金屬5內的方式進行調整。例如，優選通過鍵孔監視裝置對邊緣部2的接合點、鍵 孔4和熔融金屬5的位置進行圖像處理、識別，計算出開管的圓周方向和移動距離，以邊緣 部2的接合點2進入鍵孔4的內部或者熔融金屬5內的方式，對焊頭14、收容在焊頭14內 的聚光透鏡、聚光鏡進行位置控制，使雷射束的照射位置移動。再有，雷射束的照射引起的反射光、等離子體光的測定裝置不限定於上述的結構， 能夠使用任意結構的裝置。作為其他的焊接條件，優選採用例如雷射束的焦點位置的控制、開管的長尺寸方 向的光束照射位置的移動、雷射功率的增加控制、焊接速度的減速控制等。本發明中使用的雷射束的振蕩器能夠使用各種方式的振蕩器，將氣體(例如(X)2 (carbon dioxide gas))、氦氖(helium — neon)、氬(argon)、氮(nitrogen)、碘(I)等)作 為媒質使用氣體雷射器(gas laser)，將固體(例如摻雜了稀土類元素的YAG等)作為媒質 進行使用的固體雷射器(solid laser)，作為雷射媒質(laser medium)代替塊體(bulk) 利用光纖的光纖雷射器(fiber laser)等是適用的。或者，也可以使用半導體雷射器 (semiconductor laser)。但是，在本發明中最優選使用光纖雷射振蕩器，將雷射輸出(laser power)設為超 過15kW (1臺或多臺的合計)，將雷射的焦點距離(focusing length)設為200mm以上。在 1臺或多臺的合計的雷射輸出(laser power)是15kW以下時，焊接速度變為不足5m/分鐘， 存在容易產生氣孔(blow hole)的問題。在雷射器的焦點距離(focusing length)不足 200mm時，通過由鋼板成形的開管的邊緣部的Z軸方向(雷射束的光軸方向)的變動，存在焊 接變得不穩定的問題。也可以從開管的外表面側通過輔助熱源auxiliary heat source)進行加熱。該 輔助熱源只要是能夠對開管的外表面進行加熱熔融的裝置即可，對其結構沒有特別限定。 例如，利用燃燒器熔化法(burner melting method)、等離子體熔融法(plasma melting method)、TIG 熔化法(Tungsten Inert Gas melting method)、電子束熔化法(electron beam melting methocDJi^^^ (leser beam melting method) ·白勺 1 ☆白勺。
再有，優選輔助熱源與雷射束的振蕩器整體配置。其理由是因為當不整體地配置 輔助熱源和雷射器時，為了獲得輔助熱源的效果需要大量的熱量，而且非常難以抑制焊接 缺陷(例如咬邊等)。進而，更優選輔助熱源在雷射束的振蕩器之前配置。其理由是因為能 夠除去邊緣部的水分、油分。進而，作為優選的輔助熱源，優選使用電弧。電弧的發生源使用能夠在抑制熔融 金屬的燒穿(burn through)的方向附加電磁力(即從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、等離子體電弧焊接法等歷來為人所知的技術。具體地，如 圖6所示，通過將電極18設為負極，將開管1的邊緣部2設為正極，通過弗萊明左手法則 (Fleming's left 一 hand rule)能夠利用熔融金屬5要集中到電弧19的周圍的洛倫茲力 21 (Lorentz force)，因此能夠抑制熔融金屬5的燒穿。再有，優選電弧的發生源與雷射束 整體配置。其理由是如上述那樣，為了將在使電弧19產生的焊接電流20的周圍產生的磁 場的影響，有效地對以雷射束產生的熔融金屬5賦予。進而，更優選電弧的發生源在雷射束 3之前配置。其理由是因為能夠除去邊緣部2的水分、油分。此外，優選開管1的外表面的雷射束3的照射位置與電弧的電極18的距離是7mm 以下。其理由在於，當雷射束3的照射位置與電弧的電極18的距離超過7mm時，通過電弧 19而熔融的焊接金屬5的量變少，在焊接電流20的周圍產生的磁場的影響變小。在本發明中，即使是厚壁材料(例如厚度4mm以上)的開管1，不用高頻加熱等對邊 緣部2進行預熱，也能夠進行雷射焊接。但是用高頻加熱等對邊緣部2進行預熱的話，能夠 獲得雷射焊接鋼管的生產性提高等的效果。如以上說明了的那樣，根據本發明，通過在製造雷射焊接鋼管時高精度地判定激 光焊接的狀況，基於該判定結果變更焊接條件，由此能夠將邊緣部的接合點總是配置在以 雷射束的照射而產生的鍵孔或熔融金屬內。結果，能夠高成品率並穩定地製造雷射焊接鋼 管。獲得的雷射焊接鋼管有效利用雷射焊接的優點，焊縫的低溫韌性、耐蝕性優越，適合於 在寒冷地區、腐蝕環境下使用的油井管、幹線用管。實施例1
以成形輥將帶狀的鋼板成形為圓筒狀的開管，將該開管的邊緣部一邊以擠壓輥進行加 壓一邊從外表面側照射雷射束，製造雷射焊接鋼管。鋼板的成分如表1所示那樣。在雷射焊接中，使用25kWO)2雷射振蕩器，其輸出和焊接速度如表2所示。鍵孔4的監視裝置使用圖3所示的裝置，在內表面焊道切削裝置的芯棒7安裝監 視攝影機8，插入到開管1內。再有，沒有使用圖3記載的等離子體光傳感器10及其監控裝 置17。監視攝影機8為了抑制通過雷射束3的照射而產生的等離子體光等的幹擾，使用僅 能將特定的波長(即337nm)可視化的攝影機。表2所示的發明例(焊接鋼管No.廣4)，是從開管1的內表面側監視鍵孔4，以表2 所示方式調整鍵孔4的大小，並且以表2所示方式調整邊緣部的接合點和鍵孔4或熔融金 屬5的位置關係的例子。在鍵孔直徑不足0. 2mm的情況下，使雷射束的照射位置向開管1 的圓周方向移動，以邊緣部2的接合點C配置在雷射束3的照射位置(鍵孔4)或者熔融金 屬5內的方式進行調整。比較例的焊接鋼管No. 5、6是沒有進行鍵孔4的監視的例子。此外，比較例的焊接 鋼管No. 7、8是僅進行鍵孔4的監視，不調整鍵孔4的大小、位置關係的例子。
將獲得的雷射焊接鋼管提供給超聲波探傷試驗，依照JIS規格G0582對焊縫跨越 20m進行了探傷。在表2中表示其探傷結果。再有在表2中，以如下方式評價相對於成 為基準的N5內外表面切口(notch)的人工缺陷，峰指示高度(peak indicated height)為 10%以下的為A 優(◎)，超過10%且25%以下的為B 良(〇)，超過25%且50%以下的為C 中(Δ)，超過50%的為D 差(X)。此外，對鋼種A (即低合金鋼)的雷射焊接鋼管實施淬火(淬火溫度880°C)、回火 (回火溫度650°C)，對鋼種B (即不鏽鋼)的雷射焊接鋼管實施2次熱處理(加熱溫度第1 次780V，第2次650°C )之後，分別按照JIS規格Z2242進行了擺錘式衝擊試驗。試驗片按 照JIS規格Z2202，設為V切口、小尺寸，從焊縫部採集。試驗溫度設為-60°C，測定了吸收 能量_vE_60 (J)0其結果在表2中表示。從表2很明顯，在發明例(焊接鋼管No. Γ4)中，超聲波探傷是A 優(◎)或B: 良(〇)，擺錘式衝擊試驗(-60°C)的吸收能量是82 112J。另一方面，在比較例(焊接鋼管 No. 5^8)中，超聲波探傷是C:中(Δ)或D:差(X)，擺錘式衝擊試驗(_60°C)的吸收能量是 8.7"38J0如上所述，如果應用本發明的話，即使是厚壁材料(厚度4mm以上)的開管，也能夠 進行穩固的雷射焊接。得到的雷射焊接鋼管的焊縫如超聲波探傷的結果所示那樣，抑制了焊接缺陷、析 出物的產生，具有優越的耐蝕性。並且，如擺錘式衝擊試驗的結果所示那樣，具有優越的低 溫韌性。實施例2
以成形輥將帶狀的鋼板成形為圓筒狀的開管，將該開管1的邊緣部2 —邊以擠壓輥進 行加壓一邊從外表面側照射雷射束3，製造雷射焊接鋼管。再有，作為輔助熱源使用等離子 體射流和TIG電弧，該輔助熱源以在雷射束3之前對邊緣部2進行加熱熔融的方式配置。鋼 板的成分如表3所示那樣。在雷射焊接中，使用20kW光纖雷射振蕩器，其輸出和焊接速度如表4所示。鍵孔4的監視裝置使用圖3所示的裝置，在內表面焊道切削裝置的芯棒7安裝監 視攝影機8，插入到開管1內。再有，沒有使用圖3記載的等離子體光傳感器10及其監控裝 置17。監視攝影機8為了抑制通過雷射束3的照射而產生的等離子體光等的幹擾，使用僅 能將特定的波長(即337nm)可視化的攝影機。表4所示的發明例(焊接鋼管No. Γ4)，是從外表面側通過等離子體射流和TIG電 弧進行加熱熔融，接著一邊照射雷射束，一邊從開管的內表面側監視鍵孔，以表4所示方式 調整鍵孔的大小，並且以表4所示方式調整邊緣部的接合點和鍵孔或熔融金屬的位置關係 的例子。發明例的焊接鋼管No. 5、6是不使用輔助熱源的例子。在鍵孔直徑不足0. 2mm的情況下，使雷射束的照射位置向開管1的圓周方向移動， 以邊緣部2的接合點C配置在雷射束3的照射位置(鍵孔4)或者熔融金屬5內的方式進行調整。將獲得的雷射焊接鋼管提供給超聲波探傷試驗，依照JIS規格G0582對焊縫跨越 20m進行了探傷。在表4中表示其探傷結果。再有在表4中，以如下方式評價相對於成為 基準的N5內外表面切口的人工缺陷，峰指示高度為10%以下的為A 優(◎)，超過10%且25%以下的為B 良(〇)，超過25%且50%以下的為C 中(Δ)，超過50%的為D :差(X )。此夕卜， 進行了鋼管的內表面焊道的外觀檢查。從表4很明顯，在發明例(焊接鋼管No.廣4)中，超聲波探傷是A 優(◎)或B 良 (O).此外，鋼管的內表面焊道的外觀良好。另一方面，在不使用輔助熱源的發明例(焊接 鋼管No. 5、6)中，雖然超聲波探傷是B 良(〇)，但在鋼管的內表面焊道發現燒穿或者咬邊。如上所述，如果應用本發明的話，即使是厚壁材料(厚度4mm以上)的開管，也能夠 進行穩固的雷射焊接。實施例3
以成形輥將帶狀的鋼板成形為圓筒狀的開管，將該開管的邊緣部一邊以擠壓輥進行加 壓一邊從外表面側照射雷射束，製造雷射焊接鋼管。再有，作為輔助的加熱單元使用TIG電 弧，該電弧以在雷射束之前對邊緣部進行加熱/熔融的方式配置。鋼板的成分如表5所示 那樣。在雷射焊接中，使用IOkW光纖雷射振蕩器，其輸出和焊接速度如表6所示。鍵孔的監視裝置使用圖3所示的裝置，在內表面焊道切削裝置的芯棒7安裝監視 攝影機5，插入到開管1內。再有，沒有使用圖3記載的等離子體光傳感器10及其監控裝置 17。監視攝影機5為了抑制通過雷射束的照射而產生的等離子體光等的幹擾，使用僅能將 特定的波長(即337nm)可視化的攝影機。表6所示的發明例(焊接鋼管No. Γ4)，是從外表面側通過TIG電弧進行加熱/熔 融，接著一邊照射雷射束，一邊從開管的內表面側監視鍵孔，以表6所示方式調整鍵孔的大 小，並且以表6所示方式調整邊緣部的接合點和鍵孔或熔融金屬的位置關係的例子。發明 例的焊接鋼管No. 5、是不使用TIG電弧的例子。在鍵孔直徑不足0. 2mm的情況下，使雷射束的照射位置向開管1的圓周方向移動， 以邊緣部2的接合點C配置在雷射束3的照射位置(鍵孔4)或者熔融金屬5內的方式進行調整。將獲得的雷射焊接鋼管提供給超聲波探傷試驗，依照JIS規格G0582對焊縫跨越 20m進行了探傷。在表6中表示其探傷結果。再有在表6中，以如下方式評價相對於成為 基準的N5內外表面切口的人工缺陷，峰指示高度為10%以下的為A 優(◎)，超過10%且25% 以下的為B 良(〇)，超過25%且50%以下的為C 中(Δ)，超過50%的為D :差(X )。此夕卜， 進行了鋼管的內表面焊道的外觀檢查。從表6很明顯，在發明例(焊接鋼管No. Γ4)中，超聲波探傷是A 優(◎)或B 良 (O).此外，鋼管的內表面焊道的外觀良好。另一方面，在不使用TIG電弧的發明例(焊接 鋼管No. 5、)中，雖然超聲波探傷是B:良(〇)，但在鋼管的內表面焊道發現燒穿或者咬邊。如上所述，如果應用本發明的話，即使是厚壁材料(厚度4mm以上)的開管，也能夠 進行穩固的雷射焊接。實施例4
以成形輥將帶狀的鋼板成形為圓筒狀的開管，將該開管的邊緣部一邊以擠壓輥進行加 壓一邊從外表面側照射雷射束(2條或1條)，製造雷射焊接鋼管。鋼板的成分如表7所示 那樣。在雷射焊接中，使用5kW和IOkW的光纖雷射振蕩器，其焊接速度如表8所示。鍵孔的監視裝置使用圖3所示的裝置，在內表面焊道切削裝置的芯棒7安裝監視攝影機5，插入到開管內。再有，沒有使用圖3記載的等離子體光傳感器10及其監控裝置 17。監視攝影機5為了抑制通過雷射束3的照射而產生的等離子體光等的幹擾，使用僅能 將特定的波長(即337nm)可視化的攝影機。表8所示的發明例(鋼管編號廣4)，是從開管的外表面側一邊照射2條雷射束形 成2個鍵孔，一邊從開管的內表面側監視鍵孔，以表8所示方式調整鍵孔的大小，並且以表 8所示方式調整邊緣部的接合點和鍵孔或熔融金屬的位置關係的例子。發明例的鋼管編號 5、是照射1條雷射束形成1個鍵孔的例子。在至少1個鍵孔直徑是不足0. Imm的情況下，使雷射束的照射位置以及焦點位置 向開管1的圓周方向移動，以邊緣部2的接合點C在2個鍵孔之間，配置在雷射束3的照射 位置(鍵孔4)或者熔融金屬5內的方式進行調整。將獲得的雷射焊接鋼管提供給超聲波探傷試驗，依照JIS規格G0582對焊縫跨越 20m進行了探傷。在表8中表示其探傷結果。再有在表8中，以如下方式評價相對於成為 基準的N5內外表面切口的人工缺陷，峰指示高度為10%以下的為A 優(◎)，超過10%且25% 以下的為B :良(〇)，超過25%且50%以下的為C 中(Δ)，超過50%的為D 差(X )。此夕卜， 進行了鋼管的內表面焊道的外觀檢查。從表8很明確，在發明例(鋼管編號廣4中)，超聲波探傷是A:優(◎)或B:良(O)。 此外，鋼管的內表面焊道的外觀也良好。另一方面，在照射1條雷射束形成1個鍵孔的發明 例(鋼管編號5、)中，超聲波探傷是B:良(〇)，但在鋼管的內表面焊道產生咬邊。如上所述，如果應用本發明的話，即使是厚壁材料(厚度4mm以上)的開管，也能夠 進行穩固的雷射焊接。實施例5
以成形輥將帶狀的鋼板成形為圓筒狀的開管，將該開管的邊緣部一邊以擠壓輥進行加 壓一邊從外表面側照射雷射束，製造雷射焊接鋼管。再有，作為輔助的加熱單元使用TIG電 弧，該電弧以在雷射束之前對邊緣部進行加熱/熔融的方式配置。鋼板的成分如表9所示 那樣。在雷射焊接中，使用20kW光纖雷射振蕩器，其輸出和焊接速度如表10所示。鍵孔的監視裝置使用圖3所示的裝置，在內表面焊道切削裝置的芯棒7安裝監視 攝影機5，插入到開管1內。監視攝影機5為了抑制通過雷射束3的照射而產生的等離子體 光等的幹擾，使用僅能將特定的波長(即337nm)可視化的攝影機。此外，從雷射束3的照射部位產生的反射光的傳感器15使用圖5所示的裝置安裝 到焊頭14，等離子體光的傳感器10使用圖3所示的裝置安裝到芯棒7。表10所示的發明例中，鋼管編號No. 1、2是一邊照射雷射束，一邊從開管的內表面 側使用圖3所示的裝置對鍵孔進行監視，同時測定等離子體光的強度，並且使用圖5所示的 裝置從外表面側測定了反射光的強度。而且，是基於鍵孔的大小、反射光的測定值的相對值 的變動、等離子體光的測定值的相對值的變動，以表10所示方式調整邊緣部的接合點和鍵 孔或熔融金屬的位置關係的例子。在鍵孔直徑不足0. 2mm的情況下，使雷射束的照射位置 向開管1的圓周方向移動，以邊緣部2的接合點C配置在雷射束3的照射位置(鍵孔4)或 者熔融金屬5內的方式進行調整。此外，在等離子體光的強度的變動相對於相對值超過15%的情況下，使雷射束的照射位置向開管1的圓周方向移動，以邊緣部2的接合點C配置在雷射束3的照射位置(鍵 孔4)或者熔融金屬5內的方式進行調整。鋼管編號No. 3、4從外表面側通過TIG電弧被加 熱/熔融，接著一邊照射雷射束，一邊從開管的內表面側監視鍵孔，同時測定等離子體光的 強度，並且從外表面側測定反射光的強度。而且，是基於鍵孔的大小、反射光的測定值的相 對值的變動、等離子體光的測定值的相對值的變動，以表10所示方式調整邊緣部的接合點 和鍵孔或熔融金屬的位置關係的例子。在等離子體光的強度或反射光的強度的變動相對於相對值超過15%的情況下，使 雷射束的照射位置向開管1的圓周方向移動，以邊緣部2的接合點C配置在雷射束3的照 射位置(鍵孔4)或者熔融金屬5內的方式進行調整。發明例(鋼管編號No. 5、)，是不測定反射光和等離子體光，即使在等離子體光的 強度或者反射光的強度的變動相對於相對值超過15%的情況下，也不反映到邊緣部的接合 點和鍵孔或熔融金屬的位置關係的調整中的例子。將獲得的雷射焊接鋼管提供給超聲波探傷試驗，依照JIS規格G0582對焊縫跨越 20m進行了探傷。在表10中表示其探傷結果。再有在表10中，以如下方式評價相對於成 為基準的N5內外表面切口的人工缺陷，峰指示高度為10%以下的為A 優(◎)，超過10%且 25%以下的為B 良(〇)，超過25%且50%以下的為C 中(Δ)，超過50%的為D 差(X )。此 外，進行了鋼管的內表面焊道的外觀檢查。從表10很明顯，在發明例(鋼管編號No.廣4)中，超聲波探傷是A 優(◎)或B:良 (O).此外，鋼管的內表面焊道的外觀良好。另一方面，在不測定反射光和等離子體光，即使 在等離子體光的強度或者反射光的強度的變動相對於相對值超過15%的情況下，也不反映 到邊緣部的接合點和鍵孔或熔融金屬的位置關係的調整中的發明例(鋼管編號No. 5、)中， 雖然超聲波探傷良好，但鍵孔的短時間的堵塞頻繁地產生，在鋼板的內表面焊道附近產生 濺射。此外，在發明例(鋼管編號No. 5、6)中，在鋼管的內表面焊道發現燒穿或者咬邊。再 有，鍵孔的堵塞的有無，代替在實施例廣4中使用的圖3所示的監視攝影機(30幀/秒)而 設置高速攝影機，以1000幀/秒對鍵孔進行攝影和確認。將0. 01秒以上的短時間的鍵孔 的堵塞設為有堵塞。可知等離子體光的強度或反射光的強度的變動與0.01秒以上的短時 間的鍵孔的堵塞大致同步產生。如上所述，如果應用本發明的話，即使是厚壁材料(厚度4mm以上)的開管，也能夠 進行穩固的雷射焊接。實施例6
以成形輥將帶狀的鋼板成形為圓筒狀的開管1，將該開管1的邊緣部2 —邊以擠壓輥 進行加壓一邊從外表面側照射雷射束3(2條或1條)，製造雷射焊接鋼管(外徑273. 0mm，厚 度6. 4mm)。再有，作為輔助的加熱單元使用TIG電弧，該電弧19以在雷射束3之前對邊緣 部2進行加熱熔融的方式配置。鋼板的成分如表11所示那樣。在雷射焊接中，使用IOkW和20kW的光纖雷射振蕩器，其輸出和焊接速度如表12 所示。鍵孔4的監視裝置使用圖3所示的裝置，在內表面焊道切削裝置的芯棒7安裝監 視攝影機5，插入到開管1內。監視攝影機5為了抑制通過雷射束3的照射而產生的等離子 體光等的幹擾，使用僅能將特定的波長(即337nm)可視化的攝影機。
此外，從雷射束的照射部位產生的反射光的傳感器15如圖5所示那樣安裝到焊頭 14，等離子體光的傳感器10如圖3所示那樣安裝到芯棒7。表12所示的發明例中，鋼管編號No. 1、2是一邊照射2條雷射束，一邊從開管的內 表面側使用圖3所示的裝置對鍵孔4進行監視，同時測定等離子體光的強度，並且使用圖5 所示的裝置從外表面側測定了反射光的強度。而且，是基於鍵孔4的大小、反射光的測定值 的相對值的變動、等離子體光的測定值的相對值的變動，以表12所示方式調整邊緣部的接 合點和鍵孔或熔融金屬的位置關係的例子。在至少1個鍵孔直徑是不足0. Imm的情況下， 使雷射束的照射位置以及焦點位置向開管1的圓周方向移動，以邊緣部2的接合點C在2 個鍵孔之間，配置在雷射束3的照射位置(鍵孔4)或者熔融金屬5內的方式進行調整。此外，在等離子體光的強度或反射光的強度的變動相對於相對值超過15%的情況 下，使雷射束的照射位置和焦點位置向開管1的圓周方向移動，以邊緣部2的接合點C在2 個鍵孔之間，配置在雷射束3的照射位置(鍵孔4)或者熔融金屬5內的方式進行調整。鋼管編號No. 3、4從外表面側通過TIG電弧被加熱/熔融，接著一邊將1條雷射束 3以光學系統2分割並照射，一邊從開管1的內表面側監視鍵孔4，同時測定等離子體光的 強度，並且從外表面側測定反射光的強度。而且，是基於鍵孔4的大小、反射光的測定值的 相對值的變動、等離子體光的測定值的相對值的變動，以表12所示方式調整邊緣部2的接 合點C和鍵孔4或熔融金屬5的位置關係的例子。在至少1個鍵孔直徑是不足0. Imm的情 況下，使雷射束的照射位置以及焦點位置向開管1的圓周方向移動，以邊緣部2的接合點C 在2個鍵孔之間，配置在雷射束3的照射位置(鍵孔4)或者熔融金屬5內的方式進行調整。 此外，在等離子體光的強度或反射光的強度的變動相對於相對值超過15%的情況下，使激 光束的照射位置和焦點位置向開管1的圓周方向移動，以邊緣部2的接合點C在2個鍵孔 之間，配置在雷射束3的照射位置(鍵孔4)或者熔融金屬5內的方式進行調整。發明例(鋼管編號No. 5^8)不測定反射光和等離子體光，即使在等離子體光的強 度或者反射光的強度的變動相對於相對值超過15%的情況下，也不反映到邊緣部2的接合 點C和鍵孔4或熔融金屬5的位置關係的調整中例子。將獲得的雷射焊接鋼管提供給超聲波探傷試驗，依照JIS規格G0582對焊縫跨越 20m進行了探傷。在表12中表示其探傷結果。再有在表12中，以如下方式評價相對於成 為基準的N5內外表面切口的人工缺陷，峰指示高度為10%以下的為A 優(◎)，超過10%且 25%以下的為B 良(〇)，超過25%且50%以下的為C 中(Δ)，超過50%的為D 差(X )。此 外，進行了鋼管的內表面焊道的外觀檢查。從表12很明確，在發明例(鋼管編號廣4)中，超聲波探傷是A 優(◎)或B:良(〇)。 此外，鋼管的內表面焊道的外觀良好。另一方面，在不測定反射光和等離子體光，即使在等 離子體光的強度或者反射光的強度的變動相對於相對值超過15%的情況下，也不反映到邊 緣部2的接合點C和鍵孔4或者熔融金屬5的位置關係的調整的發明例(鋼管編號5、)中， 雖然超聲波探傷良好，但鍵孔的短時間的堵塞頻繁地產生，在鋼管的內表面焊道附近產生 濺射。此外，在發明例(鋼管編號No. 5、6)中，在鋼管的內表面焊道發現燒穿和咬邊。再有， 鍵孔的堵塞的有無，代替在實施例廣4中使用的圖3所示的監視攝影機(30幀/秒)而設置 高速攝影機，以1000幀/秒對鍵孔進行攝影和確認。將0. 01秒以上的短時間的鍵孔的堵 塞設為有堵塞。可知等離子體光的強度或反射光的強度的變動與0.01秒以上的短時間的鍵孔的堵塞大致同步產生。如上所述，如果應用本發明的話，即使是厚壁材料(厚度4mm以上)的開管1，也能 夠進行穩固的雷射焊接。產業上的利用可能性
在製造雷射焊接鋼管時，通過進行鍵孔4的監視或者進一步進行反射光、等離子體光 的測定，從而能夠高精度地判定雷射焊接的狀況，將邊緣部2的接合點C總是配置在用雷射 束3的照射而產生的鍵孔4或者熔融金屬5內，能夠高成品率、穩定地製造雷射焊接鋼管， 因此發揮產業上的突出的效果。
權利要求
1.一種雷射焊接鋼管的製造方法，以成形輥將鋼板成形為圓筒狀的開管，將所述開管 的邊緣部一邊以擠壓輥進行加壓一邊從所述開管的外表面側照射雷射束，對所述邊緣部進 行焊接，其中，從所述開管的內表面側監視照射到所述邊緣部的所述雷射束的照射部位，在認定有 貫通到所述開管的內表面側的鍵孔的情況下繼續並維持利用所述雷射束的焊接條件，另一 方面，在未認定有貫通到所述開管的內表面的鍵孔的情況下變更利用所述雷射束的焊接條 件，由此，一邊將從所述開管的外表面側貫通到內表面側的鍵孔設置在所述雷射束的照射 部位，一邊進行焊接。
2.根據權利要求1所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，使用從外表面側進行加熱 的輔助熱源對所述邊緣部輔助地進行加熱/熔融，並且照射所述雷射束。
3.根據權利要求2所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，所述輔助熱源是電弧。
4.根據權利要求廣3的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，從所述開管的 內表面側監視照射到所述邊緣部的所述雷射束的照射部位，並且使用傳感器測定通過所述 雷射束的照射由所述照射部位產生的反射光及等離子體光，基於從所述傳感器獲得的各個 測定值監視焊接狀況，在認定有貫通到所述開管的內表面側的鍵孔、並且從所述傳感器獲 得的所述反射光和所述等離子體光的測定值的相對值的變動小的情況下，繼續並維持利用 所述雷射束的焊接條件，另一方面，在貫通到所述開管的內表面側的鍵孔不穩定且反覆堵 塞、並且從所述傳感器獲得的所述反射光和所述等離子體光的測定值的相對值的變動大的 情況下，變更利用所述雷射束的焊接條件，由此一邊將從所述開管的外表面側貫通到內表 面側的鍵孔設置在所述雷射束的照射部位，一邊進行焊接。
5.根據權利要求1、的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將所述鍵孔的 大小設為在所述開管的內表面側為直徑0. 2mm以上。
6.根據權利要求廣5的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將以所述擠壓 輥被加壓的邊緣部的接合點配置在通過所述雷射束的照射而產生的熔融金屬內。
7.根據權利要求廣5的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將以所述擠壓 輥被加壓的邊緣部的接合點配置在所述內表面側鍵孔內。
8.根據權利要求2 7的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將所述雷射束 的振蕩器和所述輔助熱源整體地配置。
9.根據權利要求2 7的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將所述雷射束 的振蕩器和所述輔助熱源整體地配置，並且所述輔助熱源在雷射束之前對所述邊緣部進行 加熱。
10.根據權利要求3、的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，所述雷射束 的振蕩器是光纖雷射振蕩器，雷射輸出超過15kW，雷射的焦距是200mm以上。
11.根據權利要求3 10的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，所述開管的 外表面中的所述雷射束的照射位置與所述電弧的電極的距離是7mm以下。
12.根據權利要求Γ10的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，從所述開管 的外表面側測定所述反射光，從所述開管的內表面側測定所述等離子體光。
13.根據權利要求1所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，照射多條雷射束，一邊將 從所述開管的外表面側貫通到內表面側的鍵孔分別設置在所述多條雷射束的照射部位，一邊進行焊接。
14.根據權利要求13所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，從內表面側監視照射 到所述邊緣部的多條雷射束的照射部位，並且使用傳感器測定通過所述雷射束的照射由所 述照射部位產生的反射光及等離子體光，基於從所述傳感器獲得的各個測定值監視焊接狀 況，在認定有從所述開管的外表面側貫通到內表面側的多個鍵孔、並且從所述傳感器獲得 的所述反射光和所述等離子體光的測定值的相對值小的情況下，繼續並維持利用所述雷射 束的焊接條件，另一方面，在貫通到所述開管的內表面側的鍵孔不穩定並且反覆堵塞、並且 從所述傳感器獲得的所述反射光和所述等離子體光的測定值的相對值的大的情況下，變更 利用所述雷射束的焊接條件，由此一邊將從所述開管的外表面側貫通到內表面側的鍵孔分 別設置在所述多條雷射束的照射部位，一邊進行焊接。
15.根據權利要求13或14所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，在所述多個鍵孔 中，在設置在所述邊緣部的兩端且相對於所述邊緣部垂直方向的距離最大的2個鍵孔之間 配置邊緣部的接合點。
16.根據權利要求13 15的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將所述多 個鍵孔的大小設為在所述開管的內表面側均為直徑0. Imm以上。
17.根據權利要求13 16的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，將所述邊 緣部的接合點配置在通過所述多條雷射束的照射而產生的熔融金屬內。
18.根據權利要求13 17的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，作為所述 多條雷射束使用2條雷射束。
19.根據權利要求13 18的任一項所述的雷射焊接鋼管的製造方法，其中，使用從所 述開管的外表面側進行加熱的輔助熱源，對所述邊緣部輔助地進行加熱/熔融。
全文摘要
提供一種高精度地判定雷射焊接的狀況，基於該判定結果變更焊接條件，由此高成品率並穩定地製造雷射焊接鋼管的方法。具體地，從開管的內表面側監視從外表面側照射到邊緣部的雷射束的照射部位，在認定有貫通到開管的內表面側的鍵孔的情況下繼續並維持利用雷射束的焊接條件，另一方面，在未認定有貫通到開管的內表面的鍵孔的情況下變更利用雷射束的焊接條件，由此，一邊將從開管的外表面側貫通到內表面側的鍵孔設置在雷射束的照射部位，一邊進行焊接。
文檔編號B23K101/06GK102066040SQ200980123799
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月22日 優先權日2008年6月23日
發明者兒玉俊文, 坂下重人, 大井健次, 矢埜浩史, 鈴木雅仁 申請人:傑富意鋼鐵株式會社