日本JFE耐磨板公司最近研發(fā)了一種使用激光束來對開口管的長邊方向的邊緣部進(jìn)行焊接的鋼管的制造方法，主要是涉及油井管或管線管等石油、天然氣體的開采、輸送所適用的激光焊接鋼管的制造方法。
用做油井管或管線管的鋼管大致分為焊接鋼管和無縫鋼管。在這些鋼管中，電焊鋼管能夠通過將熱軋的帶狀鋼板用作原材料而低成本地制造，所以在經(jīng)濟(jì)上是有利的。
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，一邊用擠壓輥對該開口管的邊緣部進(jìn)行加壓一邊進(jìn)行電阻焊來進(jìn)行制造，所以焊接的接縫必然存在，從而存在該接縫的低溫韌性劣化的問題。因此，電焊鋼管的油井管、管線管難以在寒冷地區(qū)使用。接縫的低溫韌性劣化的原因是在焊接邊緣部時(shí)高溫的熔融金屬與大氣中的氧反應(yīng)而生成氧化物，該氧化物容易殘留于接縫。
而且，電焊鋼管還存在的問題是，在焊接邊緣部，熔融金屬中的合金元素容易偏析，所以接縫地耐腐蝕性容易劣化。因此，電焊鋼管的油井管、管線管難以在高腐蝕環(huán)境下使用。
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，基于激光束的焊接備受關(guān)注。激光焊接能減小熱源的尺寸，并且能夠高密度集中熱能，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(yīng)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。
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(jìn)行焊接，從而制造鋼管的技術(shù)正實(shí)用化。然而，在激光焊接中，利用光學(xué)部件作為高密度能量光線的激光束聚光并照射到焊接部來進(jìn)行焊接，所以焊接時(shí)帶來急劇的金屬熔融。因此，熔融金屬作為飛濺物從形成的熔池飛散。飛散的飛濺物附著于焊接裝置而使接縫的質(zhì)量降低，并且也附著于光學(xué)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來進(jìn)行焊接，所以大量產(chǎn)生飛濺物，產(chǎn)生下陷、不滿等焊接缺陷。如果產(chǎn)生不滿，則焊接部的強(qiáng)度降低。因此，研究各種在激光焊接中防止飛濺物的附著的技術(shù)、防止飛濺物的產(chǎn)生的技術(shù)。例如，通過減少激光輸出來防止飛濺物產(chǎn)生的技術(shù)、或使焦點(diǎn)位置偏離很大來防止飛濺物產(chǎn)生的技術(shù)正實(shí)用化。然而，存在如下問題：減少激光輸出、離焦不僅導(dǎo)致焊接速度降低，還容易產(chǎn)生焊透不良。
1.技術(shù)簡介
本技術(shù)的方法如下：在制造激光焊接鋼管時(shí)，適當(dāng)保證兩道激光束朝向被焊接件的入射角、正焦點(diǎn)處的光斑直徑，并適當(dāng)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(chǎn)生，抑制焊接部的下陷、不滿，并且不降低焊接效率地獲得質(zhì)量良好的焊接部，并且高合格率地穩(wěn)定制造激光焊接鋼管。
抑制飛濺物產(chǎn)生的詳細(xì)機(jī)理不確定，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(yù)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。本技術(shù)是根據(jù)這樣的觀點(diǎn)而完成的。
本技術(shù)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(jìn)行加壓一邊照射激光束來對邊緣部進(jìn)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(diǎn)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?，將在開口管的上表面?zhèn)妊睾附臃较蜻M(jìn)行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(jìn)行方向傾斜所設(shè)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(diǎn)與后行激光束的中心點(diǎn)之間的間隔為1mm以上，由此進(jìn)行激光焊接。
根據(jù)本技術(shù)，在制造激光焊接鋼管時(shí)，能夠防止飛濺物的產(chǎn)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(zhì)量良好的焊接部。結(jié)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。
1是示意性表示應(yīng)用本技術(shù)來用兩道激光束焊接開口管的邊緣部的接合點(diǎn)的例子的立體圖。圖1中的箭頭A表示焊接進(jìn)行方向。在本技術(shù)中，使兩道激光束3a、3b沿開口管1的邊緣部2從開口管1的上表面?zhèn)日丈洹４藭r(shí)，如果利用光學(xué)部件(例如棱鏡等)將由單一的光纖傳輸?shù)募す馐环譃槎⑶艺丈洌瑒t無法分別獨(dú)立地設(shè)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。可以使用1臺(tái)激光振蕩器，也可以使用2臺(tái)。在使用1臺(tái)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(nèi)分割，然后，分別通過不同的光纖傳輸即可。1所示，激光束3a、3b沿邊緣部2前后配置。將在開口管1的上表面?zhèn)妊睾附舆M(jìn)行方向先行的激光束設(shè)為先行激光束3a，將后行的激光束設(shè)為后行激光束3b。