レーザ溶接鋼管の製造方法
【課題】レーザ溶接鋼管を製造するにあたってレーザ溶接の状況を精度良く判定し、その判定結果に基づいて溶接条件を変更することによって、レーザ溶接鋼管を歩留り良く安定して製造する方法を提供する。
【解決手段】エッジ部に照射するレーザビームの照射部位をオープンパイプの内面側から監視し、オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められる場合はレーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められない場合はレーザビームによる溶接条件を変更することによって、オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールをレーザビームの照射部位に設けつつ溶接を行なう。
【解決手段】エッジ部に照射するレーザビームの照射部位をオープンパイプの内面側から監視し、オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められる場合はレーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められない場合はレーザビームによる溶接条件を変更することによって、オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールをレーザビームの照射部位に設けつつ溶接を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを用いてオープンパイプの長手方向のエッジ部を溶接する鋼管（以下、レーザ溶接鋼管という）の製造方法に関し、特に油井管あるいはラインパイプ等の石油，天然ガスの採掘や輸送に好適なレーザ溶接鋼管の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油井管あるいはラインパイプとして用いられる鋼管は、溶接鋼管（たとえば電縫鋼管，ＵＯＥ鋼管等）とシームレス鋼管に大別される。これらの鋼管のうち、電縫鋼管は、熱間圧延した帯状の鋼板（いわゆるホットコイル）を素材として使用し、安価に製造できるので経済的に有利である
しかし一般に電縫鋼管は、成形ロールを用いて鋼板を円筒状に成形してオープンパイプ（ここでオープンパイプとは、多段の成形ロールにより成形された端部が接合されていないパイプ状の鋼帯を言う。以下、オープンパイプと称す。)とし、そのオープンパイプのエッジ部（すなわち円筒状に成形した鋼帯の両側端部）をスクイズロールで加圧しながら電気抵抗溶接(高周波抵抗溶接とも呼ぶ)して製造するので、溶接による継ぎ目（いわゆるシーム）が必然的に存在し、そのシームの低温靭性が劣化するという問題がある。そのため電縫鋼管の油井管やラインパイプは、寒冷地での使用には課題がある。シームの低温靭性が劣化する理由は、エッジ部を溶接する際に高温の溶融メタルが大気中の酸素と反応して酸化物を生成し、その酸化物がシームに残留し易いからである。
【０００３】
また電縫鋼管は、エッジ部を溶接する際に溶融メタル中で合金元素が偏析し易いので、シームの耐食性が劣化し易いという問題がある。そのため電縫鋼管の油井管やラインパイプは、厳しい腐食環境（たとえばサワー環境）での使用には課題がある。
一方でシームの低温靭性や耐食性を劣化させない溶接法として、レーザビームによる溶接（以下、レーザ溶接という）が注目されている。レーザ溶接は、熱源の寸法を小さくし、かつ熱エネルギーを高密度で集中できるので、溶融メタルにおける酸化物の生成や合金元素の偏析を防止できる。そのため、溶接鋼管の製造にレーザ溶接を適用すると、シームの低温靭性や耐食性の劣化を防止することが可能である。
【０００４】
そこで溶接鋼管の製造過程にて、オープンパイプのエッジ部にレーザビームを照射して溶接することによって鋼管（すなわちレーザ溶接鋼管）を製造する技術が実用化されている。
ところがレーザ溶接では、溶融メタルは極めて狭い領域で形成される。そのため、スクイズロールで加圧されるオープンパイプのエッジ部が接合する位置（以下、接合点という。あるいは、スクイズ点という）とレーザビームを照射する周方向の位置とにずれが生じると、レーザ溶接鋼管のシームが開口した状態となり、その部分は溶接不良として取り除く必要があり、レーザ溶接鋼管の歩留り低下を招く。
【０００５】
そのため、レーザ溶接鋼管を製造する際に、レーザビームの照射状況を監視する技術が種々検討されている。
たとえば特許文献１には、鋼板の片面からレーザビームを照射し、他方の面に発生するプラズマ光を監視することによって、レーザ溶接の状況を判定する技術が開示されている。しかしプラズマ光は広く散乱するので、この技術ではレーザ溶接の状況を精度良く把握することが困難であるばかりでなく、レーザビームを照射する位置がエッジ部から外れても精度よく認識できない。
【０００６】
また特許文献２には、レーザ溶接による発光強度を測定することによって、裏波ビードの形成状況を判定する技術が開示されている。しかし発光強度は様々な要因で著しく変動するので、この技術では裏波ビードの形成状況を精度良く把握することは困難である。
特許文献３は、アーク溶接によって生じる溶融メタルを撮影し、その画像に基づいて裏波ビードの形状を解析して溶接条件を制御する技術が開示されている。このアーク溶接の技術をレーザ溶接にそのまま適用すると、溶融メタルの鮮明な画像は得られない。その理由は、レーザ溶接では熱エネルギーが高密度で集中するので、過剰な光量が発生するからである。そのため、レーザ溶接における裏波ビードの形状を精度良く把握することは困難である。
【０００７】
なお特許文献３には、レーザビームを溶融メタルに干渉フィルターを介して照射する技術が開示されているが、このレーザビームは溶融メタルの撮影に用いるものであり、溶接に寄与するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平10-76383号公報
【特許文献２】特開平8-267241号公報
【特許文献３】特開2001-25867号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、レーザ溶接鋼管を製造するにあたってレーザ溶接の状況を精度良く判定し、その判定結果に基づいて溶接条件を変更することによって、レーザ溶接鋼管を歩留り良く安定して製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下の通りである。
１．鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、オープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながらオープンパイプの外面側からレーザビームを照射してエッジ部を溶接するレーザ溶接鋼管の製造方法において、エッジ部に照射するレーザビームの照射部位をオープンパイプの内面側から監視し、オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められる場合はレーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められない場合はレーザビームによる溶接条件を変更することによって、オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールをレーザビームの照射部位に設けつつ溶接を行なうレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１１】
なお上記１においては、スクイズロールで加圧されるエッジ部の接合点を、レーザビームの照射によって生じる溶融メタル内に配置することが好ましい。あるいは、スクイズロールで加圧されるエッジ部の接合点を、キーホール内に配置することが好ましい。
２．上記１において、前記オープンパイプの外面側から加熱する補助熱源を用いて前記エッジ部を補助的に加熱し溶融し、かつ前記レーザビームを照射するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
３．上記２において、前記補助熱源が、アークであるレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１２】
４．上記１〜３において、前記エッジ部に照射する前記レーザビームの照射部位を前記オープンパイプの内面側から監視するとともに、前記レーザビームの照射によって前記照射部位より発生する反射光ならびにプラズマ光をセンサーを用いて測定し、前記センサーから得られるそれぞれの測定値に基づいて溶接状況を監視し、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められ、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値の変動が小さい場合は前記レーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが不安定で閉塞を繰り返し、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値の変動が大きい場合は前記レーザビームによる溶接条件を変更することによって、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記レーザビームの照射部位に設けつつ溶接を行なうことを特徴とするレーザ溶接鋼管の製造方法である。なお、ここで、上記反射光は、戻り光とも称す。
【００１３】
５．上記１〜４において、前記キーホールの大きさを、前記オープンパイプの内面側で直径0.2mm以上とするレーザ溶接鋼管の製造方法である。
６．上記１〜５において、前記スクイズロールで加圧されるエッジ部の接合点を、前記レーザビームの照射によって生じる溶融メタル内に配置するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１４】
７．上記１〜５において、前記スクイズロールで加圧されるエッジ部の接合点を、前記内面側キーホール内に配置するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
８．上記２〜７において、前記レーザビームの発振器と前記補助熱源とを一体的に配置するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
９．上記２〜７において、前記レーザビームの発振器と前記補助熱源とを一体的に配置し、かつ前記補助熱源がレーザビームより先行して前記エッジ部を加熱するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１５】
10．上記３〜９において、前記レーザビームの発振器がファイバーレーザ発振器であり、レーザ出力が15ｋＷを超え、レーザの焦点距離が200mm以上であるレーザ溶接鋼管の製造方法である。
11．上記３〜10において、前記オープンパイプの外面における前記レーザビームの照射位置と前記アークの電極との距離が７mm以下であるレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１６】
12．上記４〜10において、前記反射光を前記オープンパイプの外面側から測定し、前記プラズマ光を前記オープンパイプの内面側から測定するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
13．上記１において、複数本のレーザビームを照射して、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記複数本のレーザビームの照射部位にそれぞれ設けつつ溶接を行なうレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１７】
14．上記13において、前記エッジ部に照射する複数本のレーザビームの照射部位を内面側から監視するとともに、前記レーザビームの照射によって前記照射部位より発生する反射光ならびにプラズマ光をセンサーを用いて測定し、前記センサーから得られるそれぞれの測定値に基づいて溶接状況を監視し、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通した複数個のキーホールが認められ、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値が小さい場合は前記レーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが不安定で閉塞を繰り返し、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値が大きい場合は前記レーザビームによる溶接条件を変更することによって、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記複数本のレーザビームの照射部位にそれぞれ設けつつ溶接を行なうことを特徴とするレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１８】
15．上記13または14において、前記複数個のキーホールのうち、前記エッジ部の両側に設けられかつ前記エッジ部に対して垂直方向の距離が最も大きい２個のキーホールの間にエッジ部の接合点を配置するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
16．上記13〜15において、前記複数個のキーホールの大きさを、いずれも前記オープンパイプの内面側で直径0.1mm以上とするレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１９】
17．上記13〜16において、前記エッジ部の接合点を、前記複数本のレーザビームの照射によって生じる溶融メタル内に配置するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
18．上記13〜17において、前記複数本のレーザビームとして２本のレーザビームを用いるレーザ溶接鋼管の製造方法である。
19．上記13〜18において、前記オープンパイプの外面側から加熱する補助熱源を用いて前記エッジ部を補助的に加熱・溶融するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、レーザ溶接鋼管を製造するにあたってレーザ溶接の状況を精度良く判定し、その判定結果に基づいて溶接条件を変更することによって、レーザビームの照射で生じるキーホールあるいは溶融メタル内に、エッジ部の接合点を常に配置することが可能となる。その結果、レーザ溶接鋼管を歩留り良く安定して製造できる。得られたレーザ溶接鋼管は、シームの低温靭性や耐食性が優れており、寒冷地や腐食環境で使用する油井管やラインパイプに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を適用してオープンパイプのエッジ部の接合点を溶接する例を模式的に示す説明図であり、(a)はキーホールとその周囲に形成される溶融メタルを示した透視図、(b)(c)はパイプの周方向の（溶接線に対して垂直方向）断面図である。なお、(b)は、接合点Ｃがキーホール４内にあることを示し、(c)は、接合点Ｃが溶融メタル５内にあることを示す。
【図２】複数個のレーザビームを用いる場合の照射位置の例を示す平面図である。
【図３】キーホール径の測定装置およびプラズマ光の測定装置の例を模式的に示す斜視図である。
【図４】図２(a)のレーザビームの配置で、オープンパイプのエッジ部の接合点を溶接する例を模式的に示す斜視図である。
【図５】反射光の測定装置の例を模式的に示す斜視図である。
【図６】アークにより溶融メタルの溶落ちを抑制する方法を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
発明者らは、オープンパイプのエッジ部にレーザ溶接を施してレーザ溶接鋼管を製造するにあたって、レーザ溶接の状況を監視する技術について調査検討した。図１(a)は、レーザ溶接鋼管を製造する際に、本発明を適用してオープンパイプ１のエッジ部２の接合点を溶接する例を模式的に示す斜視図である。図１(a)中の矢印Ａはオープンパイプの進行方向を示す。なお、レーザビーム３の照射によって発生するキーホール４とその周囲に形成される溶融メタル５は透視図として示す。そして、レーザビーム３を照射すると、図１(a)に示すように、高密度で集中する熱エネルギーによってエッジ部２が溶融するとともに、その溶融メタルが蒸発することによって蒸発圧と蒸発反力により、溶融メタル５に深い空洞４（以下、キーホール４という）が発生することに着目した。キーホール４内部には、レーザビーム３が侵入し、金属蒸気がレーザビーム３のエネルギーにより電離されて生じた高温のプラズマが充満していると考えられている。また、図１(b)および図１(c)は、図１(a)において、パイプの周方向（溶接線に対して垂直方向）断面のキーホール４とその周囲に形成される溶融メタル５は透視図として示す。
【００２３】
このキーホール４は、レーザビーム３の熱エネルギーが最も収斂する位置を示すものである。したがってキーホール４を監視し、図１(b)に示すように、エッジ部の接合点Ｃがキーホール４内に配置されるようにレーザ溶接を行なうことによって、レーザ溶接鋼管を安定して製造できる。ただし、エッジ部２の接合点Ｃとキーホール４とを一致させるためには高精度の位置制御技術が必要である。そこでエッジ部２の接合点Ｃを、キーホール４の周囲に形成される溶融メタル５内に配置するようにレーザ溶接を行なっても良い。溶融メタル５はキーホール４の大きさＬｋに比べてパイプの周方向（溶接線に対して垂直方向）の長さＬmが大きいので、溶接ヘッド14，溶接ヘッド14内に収納された集光レンズや集光ミラーの位置制御により、比較的簡単な技術によってパイプの周方向にレーザビームの照射位置を容易に位置制御でき、レーザ溶接鋼管を安定して製造できる。なお、オープンパイプ１の進行方向Ａにおけるエッジ部２の接合点Ｃは、エッジ部２の板厚方向の平均間隔Ｇが、スクイズロールにより狭まり、0.5mm以下になった箇所であればどこでも良い。
【００２４】
しかも健全なレーザ溶接が進行しているときには、キーホール４は溶融メタル５の外面側から内面側まで貫通しており、精度よく監視することが可能である。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
図１(a)に示すオープンパイプ１は、帯状の鋼板を成形ロールで円筒状に成形したものである。そのオープンパイプ１のエッジ部２をスクイズロール（図示せず）で加圧しながら、オープンパイプ１の外面側からレーザビーム３を照射する。一方でオープンパイプ１の内面側からレーザビーム３の照射部位を監視し、キーホール４を識別する。キーホール４はオープンパイプ１の外面側から内面側まで貫通できれば、通常の画像処理技術で容易に識別できる。そして、内面側でキーホール４を識別できれば、健全なレーザ溶接が進行していることを示しており、溶接条件をそのまま継続して維持する。なお図１(a)では、キーホール４の監視装置は図示を省略するが、図３に、本発明で用いたキーホール監視装置を示す。
【００２５】
キーホール４を識別できない時は、キーホール４が閉塞していることを示しているので、溶接条件を変更して、健全なレーザ溶接を進行させるように調整する必要がある。そして、溶接条件を変更してキーホール４が識別できるようになれば、その溶接条件をそのまま継続して維持しながらレーザ溶接を行なう。なお、キーホール４が閉塞するのは、エッジ部２の接合点Ｃがキーホール４内あるいは、キーホール４の周囲に形成される溶融メタル５を外れた場合が最も多い。これは、接合点Ｃにレーザビーム３を照射した場合には、レーザビームが接合点Ｃの隙間を効率良く板厚方向に伝播しやすくなるので、キーホールが形成しやすくなるが、接合点Ｃ以外の箇所にレーザビーム３が照射されると、鋼板の表面から溶融メタルを蒸発させることによって蒸発圧と蒸発反力により溶融メタル５に深い空洞４を形成させなければならず、より高出力のレーザパワーが必要となるため、キーホール４が閉塞する傾向が強い。
【００２６】
キーホール４が閉塞した場合に調整する具体的な溶接条件は、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整するのが、最も好ましい。例えば、キーホール監視装置によりエッジ部２の接合点やキーホール４および溶融メタル５の位置を画像処理して、認識し、オープンパイプの周方向および移動距離を算出し、エッジ部２の接合点Ｃが、キーホール４の内部あるいは、溶融メタル５内に入るように、溶接ヘッド14，溶接ヘッド14内に収納された集光レンズや集光ミラーを位置制御して、レーザビーム３の照射位置を移動させるのが、好ましい。
【００２７】
その他の溶接条件として、例えば、レーザビームの焦点位置の制御、オープンパイプの長手方向のビーム照射位置の移動、レーザパワーの増加制御や溶接速度の減速制御などを採用することも好ましい。
このようなエッジ部２の接合点とキーホール４あるいは溶融メタル５との位置関係の調整は、オープンパイプ１の内面側から監視してキーホール４を識別することによって容易に行なうことが可能である。
【００２８】
キーホール４の大きさが内面側で直径0.2mm未満では、キーホール４が閉塞する惧れがある。したがって、キーホール４は内面側の直径を0.2mm以上とすることが好ましい。ただし、内面側の直径が1.0mmを超えると、溶落ち等の溶接欠陥が生じるばかりでなく、溶融メタルが凝固した継ぎ目（すなわちシーム６）の幅が著しく拡大されて、レーザ溶接鋼管の外観が損なわれる。そのため、オープンパイプ１の内面側におけるキーホール４の直径は0.2〜1.0mmの範囲内が一層好ましい。キーホールの形状が楕円形になっている場合は、短径を0.2mm以上とすることが好ましい。なお、キーホール４の大きさは、図３に示すように、スタンド間から吊り下げたマンドレルバー７に固定された監視カメラ８により、オープンパイプ１の内側から監視した。撮影条件は、オープンパイプ１の内面からレーザビームおよびプラズマ光と異なる波長成分の光を照明装置９から照射し、例えば337ｎｍ（ナノメートル）の波長の紫外線を照射して、前記の波長の光のみ透過するフィルターを使って撮影することで、キーホール４および溶融メタル５からの赤外線やプラズマ光等による外乱を排除した。ここで、透過させる波長はプラズマ発光のスペクトルに応じ、それを避けた波長帯域であって且つ利用可能な光源およびフィルターとの兼ね合いで選択すればよい。撮影速度は、30コマ／秒で行い、ランダムで５枚をサンプリングした静止画像の平均値を求めた。なお、内面側のキーホールの形状は、ほぼ円形もしくは楕円形であり、キーホールの形状が楕円の場合は短径を測定した。また、キーホール４の閉塞の判定やレーザビームの照射位置の制御のために、監視カメラ８で撮影した映像よりエッジ部２の接合点Ｃやキーホール４および溶融メタル５を画像処理してそれらの寸法や位置を数値化する画像処理装置11，判定装置12およびレーザビームの位置制御装置13を用いた。なお、キーホール４の監視装置は、上述した構成に限定するものではなく、任意の構成のものが使用できる。
【００２９】
また、２個以上のレーザビーム３を使用する場合は、図２(a)〜図２(e)に示すような複数個のレーザビームの照射の配置が考えられる。図２(a)〜図２(e)は、オープンパイプの複数個のレーザビームを用いる場合の照射位置を示す平面図である。図２中の矢印Ａはオープンパイプの進行方向を示す。図２(a)は、２個のレーザビームの照射の配置を示したもので、レーザビーム３-1および３-2をエッジ部の両側に配置した例である。図４は、図２(a)のレーザビームの配置で、オープンパイプのエッジ部の接合点を溶接する例を模式的に示す斜視図である。図４中の矢印Ａはオープンパイプの進行方向を示す。なお、２個のレーザビーム３の照射によって発生するキーホール４とその周囲に形成される溶融メタル５は透視図として示す。図２(b)は、３個のレーザビームの照射の配置を示したもので、レーザビーム３-1でエッジ部を予熱して、レーザビーム３-2および３-3をエッジ部の両側に配置した例である。また、図２(c)は、４個のレーザビームの照射の配置を示したもので、４個のレーザビーム３-1，３-2，３-3および３-4をエッジ部の両側にそれぞれ２個ずつ配置した例である。また、図２(d)は、２個のレーザビームの照射の配置を示したもので、レーザパワーの異なるレーザビーム３-1および３-2をエッジ部の両側に配置した例である。レーザビーム３-1のパワーがレーザビーム３-2よりも小さいので、レーザビーム３-1をエッジ部により近づけた配置の例である。なお、図２(e)は、２個のレーザビームの照射の配置を示したもので、２個のレーザビーム３-1および３-2をエッジ部に沿って縦に配置（タンデム）した例である。この場合は、複数のレーザビームではなく、単一のレーザビームの扱いをする。キーホールの監視は、溶融メタルに最も近いレーザビーム３-2のキーホールのみを監視すればよい。３個以上のレーザビームをエッジ部に沿って縦に配置（タンデム）する場合も同様に、単一のレーザビームの扱いをする。キーホールの監視も溶融メタルに最も近いキーホールのみを監視すればよい。
【００３０】
複数のレーザビームを用いる場合のレーザビームの照射位置の配置は、図２(a)〜図２(e)の例に限るものではなく、目的に応じて、自由に配置できる。なお、本発明に用いるレーザビームの個数は、１個〜４個が好ましい。５個以上のレーザビームは、設備コスト，製造コストやレーザビームの位置制御が複雑になることから好ましくない。
本発明では、複数個のキーホール４を全て監視し、図２(a)〜図２(e)に示すように、エッジ部２の両側に設けられ、かつエッジ部２に対してそれぞれ垂直方向の距離（Ｌ1およびＬ2）が最も大きい２個のキーホールの間にエッジ部２の接合点を配置してレーザ溶接を行なう。ただし、その所定の位置にエッジ部２の接合点を配置するためには高精度の制御技術が必要である。そこで上記の２つのキーホール４の間に形成される溶融メタル５内に、エッジ部２の接合点を配置するように制御しながらレーザ溶接を行なっても良い。溶融メタル５はキーホール４の大きさＬkに比べてパイプの周方向（溶接線に対して垂直方向）の長さＬmが大きいので、比較的容易な技術によって制御できる。
【００３１】
このようなエッジ部２の接合点と２個のキーホール４の間あるいは２個のキーホール４の間に形成される溶融メタル５との位置関係の調整は、オープンパイプ１の内面側から監視してキーホール４を識別することによって容易に行なうことが可能である。なお、複数本のレーザビームを照射して、貫通したキーホールを設けつつ溶接を行う場合は溶融池が１つとなる場合が多い。このように溶接の際に溶融池が１つの場合、全てのキーホール４の大きさが内面側で直径0.1mm未満では、キーホール４が閉塞する惧れがある。したがって、キーホール４は内面側の直径を0.1mm以上とすることが好ましい。ただし、内面側の直径が1.0mmを超えると、溶落ち等の溶接欠陥が生じるばかりでなく、溶融メタルが凝固した継ぎ目（すなわちシーム６）の幅が著しく拡大されて、レーザ溶接鋼管の外観が損なわれる。そのため、オープンパイプ１の内面側におけるキーホール４の直径は0.1〜1.0mmの範囲内が一層好ましい。なお、キーホールの形状が楕円形になっている場合は、短径を0.1mm以上とすることが好ましい。
【００３２】
なお、図２(e)のように、２個のレーザビーム３-1および３-2をエッジ部に沿って縦に配置（タンデム）した例では、複数のレーザビームの扱いをしないで、単一のレーザビームの扱いをするので、溶融メタル５に最も近いレーザビーム３-2のキーホールのみを監視すればよいので、キーホール４は内面側の直径を0.2mm以上とすることが好ましい。
さらに、キーホール４の閉塞は、短時間であっても、レーザ溶接鋼管の製造に悪影響を及ぼす。たとえば５ｍ／分を超える溶接速度でレーザ溶接を行なう際に、0.01秒以上の閉塞が生じると、スパッタの多量発生などにより溶込み不足やアンダーカットのような溶接欠陥が発生し、レーザ溶接鋼管の歩留り低下を招く。このような短時間のキーホールの閉塞は、上述したキーホールの監視のみでは、検知が困難である。そのためキーホールの監視に加えて、レーザビームの照射部位から発生する反射光ならびにプラズマ光をセンサーによって測定してキーホールの状況を計測し、得られた反射光ならびにプラズマ光の測定値の相対値に基づいて溶接状況を監視する。
【００３３】
レーザビームの照射部位から発生する反射光は、オープンパイプ１の外面側から測定することが好ましい。その理由は、キーホールの短時間の閉塞が生じた場合にも反射光の強度を高精度で測定できるからである。
また、レーザビームの照射部位から発生するプラズマ光は、オープンパイプ１の内面側から測定することが好ましい。その理由は、オープンパイプ１の外面側では、シールドガスやヒュームがレーザにより励起されるプラズマ光の外乱となり、測定精度が低下するのに対し、内面側からプラズマ光を測定すると、キーホール４の短時間の閉塞が生じた場合には内面側でのプラズマは生じなくなるのでキーホール４の閉塞の有無を高精度で測定できるようになるからである。
【００３４】
なお、複数個のレーザビームを用いた場合は、全てのレーザビームの照射部位から発生する反射光を監視するが、お互いの照射位置が近いので、複数の照射位置全域を捉えることが可能な１つの監視装置で監視すればよい。
レーザビームの照射による反射光やプラズマ光の測定値（たとえば強度等）の相対値の変動が小さい場合は、キーホール４が外面側から内面側まで貫通しているので、溶接条件をそのまま継続して維持する。相対値の変動が大きい場合は、キーホール４が外面側から内面側まで貫通していないので、溶接条件を変更して、健全なレーザ溶接を進行させるように調整する。
【００３５】
なお、レーザビームの照射による反射光の測定は、図５に示すように、溶接ヘッド14から吊り下げた反射光センサー15およびモニタ装置16により、オープンパイプ１の外側から監視した。データ採取条件は、反射光センサー15にレーザと同一波長のみ透過するフィルターを使って計測することで、キーホール４および溶融メタル５からの赤外線による外乱を排除した。反射光の強度の変動は、モニタ装置16によって、判定した。例えば、反射光センサーとしてフォトダイオードなどが用いることができる。なお、レーザ光と同軸の反射光に対しては溶接ヘッド内に内蔵されたミラーなどで反射光センサーに送り、測定すれば良い。
【００３６】
また、プラズマ光の測定は、図３に示すように、キーホールの監視装置と合わせてプラズマ光センサー10を取り付け測定した。データ採取条件は、プラズマ光センサー10にレーザにより発生するプラズマ光波長のみを透過するフィルターを使って計測することで、キーホール４および溶融メタル５からの赤外線による外乱を排除した。プラズマ光の強度の変動は、モニタ装置17によって、判定した。プラズマ光センサーとしては、例えば300〜900ｎｍの範囲のSi素子を用いたものなどがある。
【００３７】
データ採取速度は、１kHzの周期で計測し、反射光および、または、プラズマ光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合にアラームを発信して、溶接条件を変更して、健全なレーザ溶接を進行させるように調整する。なお、レーザビームの照射による反射光やプラズマ光の監視装置は、任意の構成のものが使用できるので、上述した構成に限定するものではない。
【００３８】
具体的には、反射光および、またはプラズマ光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合に調整する溶接条件は、キーホール４が閉塞した場合に調整する溶接条件と同じである。したがって、反射光および、またはプラズマ光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点がレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整するのが、最も好ましい。例えば、キーホール監視装置によりエッジ部２の接合点やキーホール４および溶融メタル５の位置を画像処理して、認識し、オープンパイプの周方向および移動距離を算出し、エッジ部２の接合点が、キーホール４の内部あるいは、溶融メタル５内に入るように、溶接ヘッド14，溶接ヘッド14内に収納された集光レンズや集光ミラーを位置制御して、レーザビームの照射位置を移動させるのが、好ましい。
【００３９】
なお、レーザビームの照射による反射光やプラズマ光の測定装置は、上述した構成に限定するものではなく、任意の構成のものが使用できる。
その他の溶接条件として、例えば、レーザビームの焦点位置の制御、オープンパイプの長手方向のビーム照射位置の移動、レーザパワーの増加制御や溶接速度の減速制御などを採用することも好ましい。
【００４０】
本発明で使用するレーザビームの発振機は、様々な形態の発振器が使用でき、気体（たとえばＣＯ2，ヘリウム−ネオン，アルゴン，窒素，ヨウ素等）を媒質として用いる気体レーザ，固体（たとえば希土類元素をドープしたＹＡＧ等）を媒質として用いる固体レーザ，レーザ媒質としてバルクの代わりにファイバーを利用するファイバーレーザ等が好適である。あるいは，半導体レーザを使用しても良い。
【００４１】
ただし、本発明ではファィバーレーザ発振器を使用し、レーザ出力を15ｋＷ超え（１台もしくは複数台の合計）、レーザの焦点距離を200mm以上とすることが最も好ましい。１台もしくは複数台の合計のレーザ出力が15ｋＷ以下では、溶接速度が５ｍ／分未満となってしまい、ブローホールが発生しやすくなるという問題がある。レーザの焦点距離が200mm未満では、鋼板から成形したオープンパイプのエッジ部のＺ軸方向（レザビームの光軸方向）の変動により溶接が不安定となるという問題がある。
【００４２】
オープンパイプの外面側から補助熱源によって加熱しても良い。その補助熱源は、オープンパイプの外面を加熱し溶融できるものであれば、その構成は特に限定しない。たとえば、バーナ溶解法，プラズマ溶解法，ＴＩＧ溶解法，電子ビーム溶解法，レーザ溶解法等を利用した手段が好適である。
なお、補助熱源はレーザビームの発振機と一体的に配置することが好ましい。その理由は、補助熱源とレーザを一体的に配置しないと、補助熱源の効果を得るためには大きな熱量が必要となり、また溶接欠陥（たとえばアンダーカット等）の抑制が非常に困難になるからである。さらに、補助熱源をレーザビームの発振機より先行させて配置することが一層好ましい。その理由は、エッジ部の水分，油分を除去できるからである。
【００４３】
さらに好ましい補助熱源として、アークの使用が好ましい。アークの発生源は、溶融メタルの溶落ちを抑制する方向に電磁力（すなわち溶接電流の磁界から発生する電磁力）を付加できるものを使用する。たとえば、ＴＩＧ溶接法，プラズマアーク溶接法等の従来から知られている技術が使用できる。具体的には、図６に示すように、電極18をマイナス極、オープンパイプ１のエッジ部２をプラス極にすることで、フレミングの左手の法則により溶融メタル５がアーク19の周囲に集まろうとするローレンツ力21を利用できるので、溶融メタル５の溶落ちを抑制できる。なお、アークの発生源はレーザビームと一体的に配置することが好ましい。その理由は、上述したように、アーク19を発生させる溶接電流20の周辺に生じる磁界の影響を、レーザビームで生じた溶融メタル５に効果的に与えるためである。さらに、アークの発生源をレーザビーム３より先行させて配置することが一層好ましい。その理由は、エッジ部２の水分，油分を除去できるからである。
【００４４】
また、オープンパイプ１の外面におけるレーザビーム３の照射位置とアークの電極18との距離は７mm以下であることが好ましい。その理由は、レーザビーム３の照射位置とアークの電極18との距離が７mmを超えると、アーク19により溶融する溶融メタル５の量が少なくなり、溶接電流20の周辺に生じる磁界の影響が小さくなるからである。
本発明では、厚肉材（たとえば厚さ４mm以上）のオープンパイプ１であっても、エッジ部２を高周波加熱等で予熱することなく、レーザ溶接を行なうことが可能である。ただしエッジ部２を高周波加熱等で予熱すれば、レーザ溶接鋼管の生産性が向上する等の効果が得られる。
【００４５】
以上に説明した通り、本発明によれば、レーザ溶接鋼管を製造するにあたってレーザ溶接の状況を精度良く判定し、その判定結果に基づいて溶接条件を変更することによって、レーザビームの照射で生じるキーホールあるいは溶融メタル内に、エッジ部の接合点を常に配置することが可能となる。その結果、レーザ溶接鋼管を歩留り良く安定して製造できる。得られたレーザ溶接鋼管は、レーザ溶接の利点を活かしてシームの低温靭性や耐食性が優れており、寒冷地や腐食環境で使用する油井管やラインパイプに好適である。
【実施例】
【００４６】
＜実施例１＞
帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、そのオープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながら、レーザビームを外面側から照射してレーザ溶接鋼管を製造した。鋼板の成分は表１に示す通りである。
【００４７】
【表１】
【００４８】
レーザ溶接では、25ｋＷＣＯ2レーザ発振器を使用し、その出力と溶接速度は表２に示す通りである。
【００４９】
【表２】
【００５０】
キーホール４の監視装置は、図３に示す装置を用いて内面ビード切削装置のマンドレルバー７に監視カメラ８を取り付けて、オープンパイプ１内に挿入した。なお、図３に記載されたプラズマ光センサー10およびそのモニタ装置17は、用いていない。監視カメラ８は、レーザビーム３の照射によって発生するプラズマ光等の外乱を抑止するために、特定の波長（すなわち337ｎｍ）のみを可視化できるカメラを使用した。
【００５１】
表２に示す発明例（鋼管番号1-1〜1-4）は、オープンパイプ１の内面側からキーホール４を監視して、キーホール４の大きさを表２に示すように調整し、かつエッジ部の接合点とキーホール４あるいは溶融メタル５との位置関係を表２に示すように調整した例である。キーホール径が、0.2mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
【００５２】
比較例の鋼管番号1-5，1-6は、キーホール４の監視を行なわない例である。また、比較例の鋼管番号1-7，1-8は、単にキーホール４の監視を行なうのみで、キーホール４の大きさや位置関係を調整しなかった例である。
得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験に供し、ＪＩＳ規格G0582に準拠してシームを20ｍにわたって探傷した。その探傷結果を表２に示す。なお表２においては、基準となるＮ５内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10％以下のものを優（◎），10％超え25％以下のものを良（○），25％超え50％以下のものを可（△），50％超えのものを不可（×）として評価した。
【００５３】
また、鋼種Ａ（すなわち低合金鋼）のレーザ溶接鋼管には焼入れ（焼入れ温度880℃），焼戻し（焼戻し温度650℃）を施し、鋼種Ｂ（すなわちステンレス鋼）のレーザ溶接鋼管には熱処理を２回（加熱温度：１回目780℃，２回目650℃）施した後、それぞれＪＩＳ規格Z2242に準拠してシャルピー衝撃試験を行なった。試験片は、ＪＩＳ規格Z2202に準拠してＶノッチ，サブサイズとし、シーム部から採取した。試験温度は−60℃として、吸収エネルギー-VＥ-60（Ｊ）を測定した。その結果を表２に示す。
【００５４】
表２から明らかなように、発明例（鋼管番号1-1〜1-4）では、超音波探傷は優（◎）または良（○）であり、シャルピー衝撃試験（−60℃）の吸収エネルギーは82〜112Ｊであった。一方、比較例（鋼管番号1-5〜1-8）では、超音波探傷は可（△）または不可（×）であり、シャルピー衝撃試験（−60℃）の吸収エネルギーは8.7〜38Ｊであった。
以上に説明した通り、本発明を適用すれば、厚肉材（厚さ４mm以上）のオープンパイプであっても、健全なレーザ溶接を行なうことが可能である。
【００５５】
得られたレーザ溶接鋼管のシームは、超音波探傷の結果が示す通り、溶接欠陥や析出物の発生が抑制され、優れた耐食性を有している。かつ、シャルピー衝撃試験の結果が示す通り、優れた低温靭性を有している。
＜実施例２＞
帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、そのオープンパイプ１のエッジ部２をスクイズロールで加圧しながら、レーザビーム３を外面側から照射してレーザ溶接鋼管を製造した。なお、補助熱源としてプラズマジェットおよびＴＩＧアークを使用し、その補助熱源がレーザビーム３より先行してエッジ部２を加熱し溶融するように配置した。鋼板の成分は表３に示す通りである。
【００５６】
【表３】
【００５７】
レーザ溶接では、20ｋＷファイバーレーザ発振器を使用し、その出力と溶接速度は表４に示す通りである。
【００５８】
【表４】
【００５９】
キーホール４の監視装置は、図３に示す装置を用いて内面ビード切削装置のマンドレルバー７に監視カメラ８を取り付けて、オープンパイプ１内に挿入した。なお、図３に記載されたプラズマ光センサー10およびそのモニタ装置17は、用いていない。監視カメラ８は、レーザビームの照射によって発生するプラズマ光等の外乱を抑止するために、特定の波長（すなわち337ｎｍ）のみを可視化できるカメラを使用した。
【００６０】
表４に示す発明例（鋼管番号2-1〜2-4）は、外面側からプラズマジェットおよびＴＩＧアークによって加熱し溶融し、引き続きレーザビームを照射しながら、オープンパイプの内面側からキーホールを監視して、キーホールの大きさを表４に示すように調整し、かつエッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係を表４に示すように調整した例である。発明例の鋼管番号2-5，2-6は、補助熱源を使用しない例である。
【００６１】
キーホール径が、0.2mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験に供し、ＪＩＳ規格G0582に準拠してシームを20ｍにわたって探傷した。その探傷結果を表４に示す。なお表４においては、基準となるＮ５内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10％以下のものを優（◎），10％超え25％以下のものを良（○），25％超え50％以下のものを可（△），50％超えのものを不可（×）として評価した。また、鋼管の内面ビードの外観検査を行った。
【００６２】
表４から明らかなように、発明例（鋼管番号2-1〜2-4）では、超音波探傷は優（◎）または良（○）であった。また、鋼管の内面ビードの外観も良好であった。一方、補助熱源を使用しない発明例（鋼管番号2-5，2-6）では、超音波探傷は良（○）であったが、鋼管の内面ビードに溶け落ちあるいは、アンダーカットが見つかった。
以上に説明した通り、本発明を適用すれば、厚肉材（厚さ４mm以上）のオープンパイプであっても、健全なレーザ溶接を行なうことが可能である。
【００６３】
＜実施例３＞
帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、そのオープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながら、レーザビームを外面側から照射してレーザ溶接鋼管を製造した。なお、補助的な加熱手段としてＴＩＧアークを使用し、そのアークがレーザビームより先行してエッジ部を加熱・溶融するように配置した。鋼板の成分は表５に示す通りである。
【００６４】
【表５】
【００６５】
レーザ溶接では、10ｋＷファイバーレーザ発振器を使用し、その出力と溶接速度は表６に示す通りである。
【００６６】
【表６】
【００６７】
キーホールの監視装置は、図３に示す装置を用いて内面ビード切削装置のマンドレルバー７に監視カメラ５を取り付けて、オープンパイプ１内に挿入した。なお、図３に記載されたプラズマ光センサー10およびそのモニタ装置17は、用いていない。監視カメラ５は、レーザビームの照射によって発生するプラズマ光等の外乱を抑止するために、特定の波長（すなわち337ｎｍ）のみを可視化できるカメラを使用した。
【００６８】
表６に示す発明例（鋼管番号3-1〜3-4）は、外面側からＴＩＧアークによって加熱・溶融し、引き続きレーザビームを照射しながら、オープンパイプの内面側からキーホールを監視して、キーホールの大きさを表６に示すように調整し、かつエッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係を表６に示すように調整した例である。発明例の鋼管番号3-5〜3-8は、ＴＩＧアークを使用しない例である。
【００６９】
キーホール径が、0.2mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験に供し、ＪＩＳ規格G0582に準拠してシームを20ｍにわたって探傷した。その探傷結果を表６に示す。なお表６においては、基準となるＮ５内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10％以下のものを優（◎），10％超え25％以下のものを良（○），25％超え50％以下のものを可（△），50％超えのものを不可（×）として評価した。また、鋼管の内面ビードの外観検査を行った。
【００７０】
表６から明らかなように、発明例（鋼管番号3-1〜3-4）では、超音波探傷は優（◎）または良（○）であった。また、鋼管の内面ビードの外観も良好であった。一方、ＴＩＧアークを使用しない発明例（鋼管番号3-5〜3-8）では、超音波探傷は良（○）であったが、鋼管の内面ビードに溶け落ちおよびアンダーカットが見つかった。
以上に説明した通り、本発明を適用すれば、厚肉材（厚さ４mm以上）のオープンパイプであっても、健全なレーザ溶接を行なうことが可能である。
【００７１】
＜実施例４＞
帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、そのオープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながら、レーザビーム（２本または１本）を外面側から照射してレーザ溶接鋼管を製造した。鋼板の成分は表７に示す通りである。
【００７２】
【表７】
【００７３】
レーザ溶接では、５ｋＷと10ｋＷのファイバーレーザ発振器を使用し、その溶接条件は表８に示す通りである。
【００７４】
【表８】
【００７５】
キーホールの監視装置は、図３に示す装置を用いて内面ビード切削装置のマンドレルバー７に監視カメラ８を取り付けて、オープンパイプ内に挿入した。なお、図３に記載されたプラズマ光センサー１０およびそのモニタ装置17は、用いていない。監視カメラ８は、レーザビームの照射によって発生するプラズマ光等の外乱を抑止するために、特定の波長（すなわち337ｎｍ）のみを可視化できるカメラを使用した。
【００７６】
表８に示す発明例（鋼管番号4-1〜4-4）は、オープンパイプの外面側から２本のレーザビームを照射して２個のキーホールを形成しながら、オープンパイプの内面側からキーホールを監視して、キーホールの大きさを表８に示すように調整し、かつエッジ部の接合点とキーホールや溶融メタルとの位置関係を表８に示すように調整した例である。発明例の鋼管番号4-5〜4-8は、１本のレーザビームを照射して１個のキーホールを形成する例である。
【００７７】
少なくとも１つのキーホール径が、0.1mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置および焦点位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃが２個のキーホール間で、レーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験に供し、ＪＩＳ規格G0582に準拠してシームを20ｍにわたって探傷した。その探傷結果を表８に示す。なお表８においては、基準となるＮ５内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10％以下のものを優（◎），10％超え25％以下のものを良（○），25％超え50％以下のものを可（△），50％超えのものを不可（×）として評価した。また、鋼管の内面ビードの外観検査を行った。
【００７８】
表８から明らかなように、発明例（鋼管番号4-1〜4-4）では、超音波探傷は優（◎）または良（○）であった。また、鋼管の内面ビードの外観も良好であった。一方、１本のレーザビームを照射して１個のキーホールを形成する発明例（鋼管番号4-5〜4-8）では、超音波探傷は良（○）であったが、鋼管の内面ビードにアンダーカットが発生していた。
以上に説明した通り、本発明を適用すれば、厚肉材（厚さ４mm以上）のオープンパイプであっても、健全なレーザ溶接を行なうことが可能である。
【００７９】
＜実施例５＞
帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、そのオープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながら、レーザビームを外面側から照射してレーザ溶接鋼管を製造した。なお、補助的な加熱手段としてＴＩＧアークを使用し、そのアークがレーザビームより先行してエッジ部を加熱・溶融するように配置した。鋼板の成分は表９に示す通りである。
【００８０】
【表９】
【００８１】
レーザ溶接では、20ｋＷファイバーレーザ発振器を使用し、その出力と溶接速度は表10に示す通りである。
【００８２】
【表１０】
【００８３】
キーホールの監視装置は、図３に示す装置を用いて内面ビード切削装置のマンドレルバー７に監視カメラ８を取り付けて、オープンパイプ１内に挿入した。監視カメラ８は、レーザビーム３の照射によって発生するプラズマ光等の外乱を抑止するために、特定の波長（すなわち337ｎｍ）のみを可視化できるカメラを使用した。
また、レーザビーム３の照射部位から発生する反射光のセンサー15は図５に示す装置を用いて溶接ヘッド14に取り付け、プラズマ光センサー10は図３に示す装置を用いてマンドレルバー７に取り付けた。
【００８４】
表10に示す発明例のうち、鋼管番号5-1，5-2は、レーザビームを照射しながら、オープンパイプの内面側から図３に示す装置を用いてキーホールを監視するとともに、プラズマ光の強度を測定し、かつ図５に示す装置を用いて外面側から反射光の強度を測定した。そしてキーホールの大きさ，反射光の測定値の相対値の変動，プラズマ光の測定値の相対値の変動に基づいて、エッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係を表10に示すように調整した例である。キーホール径が、0.2mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
【００８５】
また、プラズマ光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
鋼管番号5-3，5-4は、外面側からＴＩＧアークによって加熱・溶融し、引き続きレーザビームを照射しながら、オープンパイプの内面側からキーホールを監視するとともにプラズマ光の強度を測定し、かつ外面側から反射光の強度を測定した。そしてキーホールの大きさ，反射光の測定値の相対値の変動，プラズマ光の測定値の相対値の変動に基づいて、エッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係を表10に示すように調整した例である。
【００８６】
プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
発明例（鋼管番号5-5〜5-8）は、反射光とプラズマ光を測定せず、プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合でも、エッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係の調整に反映させなかった例である。
【００８７】
得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験に供し、ＪＩＳ規格G0582に準拠してシー
ムを20ｍにわたって探傷した。その探傷結果を表10に示す。なお表10においては、基準となるＮ５内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10％以下のものを優（◎），10％超え25％以下のものを良（○），25％超え50％以下のものを可（△），50％超えのものを不可（×）として評価した。また、鋼管の内面ビードの外観検査を行った。
【００８８】
表10から明らかなように、発明例（鋼管番号5-1〜5-4）では、超音波探傷は優（◎）または良（○）であった。また、鋼管の内面ビードの外観も良好であった。一方、反射光とプラズマ光を測定せず、プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合でも、エッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係の調整に反映させなかった発明例（鋼管番号5-5〜5-8）では、超音波探傷は良好であったが、キーホールの短時間の閉塞が頻繁に発生するようになり、鋼管の内面ビード近傍にスパッタが発生していた。また、発明例（鋼管番号No.5-5，5-6）では鋼管の内面ビードに溶け落ちあるいはアンダーカットが見つかった。なお、キーホールの閉塞の有無は、実施例１〜４で用いた図３に示す監視カメラ（３０コマ／秒）に代えて高速度カメラをセットし、キーホールを1000コマ／秒で撮影し、確認した。0.01秒以上の短時間のキーホールの閉塞を閉塞有りとした。プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動と0.01秒以上の短時間のキーホールの閉塞は、ほぼ同期して発生していることが分かった。
【００８９】
以上に説明した通り、本発明を適用すれば、厚肉材（厚さ４mm以上）のオープンパイプであっても、健全なレーザ溶接を行なうことが可能である。
＜実施例６＞
帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプ１に成形し、そのオープンパイプ１のエッジ部２をスクイズロールで加圧しながら、レーザビーム３（２本または１本）を外面側から照射してレーザ溶接鋼管（外径273.0mm，厚さ6.4mm）を製造した。なお、補助的な加熱手段としてＴＩＧアークを使用し、そのアーク19がレーザビーム３より先行してエッジ部２を加熱し溶融するように配置した。鋼板の成分は表11に示す通りである。
【００９０】
【表１１】
【００９１】
レーザ溶接では、10ｋＷと20ｋＷのファイバーレーザ発振器を使用し、その溶接条件は表12に示す通りである。
【００９２】
【表１２】
【００９３】
キーホール４の監視装置は、図３に示す装置を用いて内面ビード切削装置のマンドレルバー７に監視カメラ５を取り付けて、オープンパイプ１内に挿入した。監視カメラ８は、レーザビーム３の照射によって発生するプラズマ光等の外乱を抑止するために、特定の波長（すなわち337ｎｍ）のみを可視化できるカメラを使用した。
また、レーザビームの照射部位から発生する反射光センサー15は図５に示すように、溶接ヘッド14に取り付け、プラズマ光センサー10は図３に示すように、マンドレルバー７に取り付けた。
【００９４】
表12に示す発明例のうち、鋼管番号6-1，6-2は、２本のレーザビームを照射しながら、オープンパイプの内面側から図３に示す装置を用いてキーホール４を監視するとともに、プラズマ光の強度を測定し、かつ図５に示す装置を用いて外面側から反射光の強度を測定した。そしてキーホール４の大きさ，反射光の測定値の相対値の変動，プラズマ光の測定値の相対値の変動に基づいて、エッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係を表12に示すように調整した例である。少なくとも１つのキーホール径が、0.1mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置および焦点位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃが２個のキーホール間で、レーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
【００９５】
また、プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置および焦点位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃが２個のキーホール間で、レーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
鋼管番号No.6-3，6-4は、外面側からＴＩＧアークによって加熱・溶融し、引き続き１本のレーザビーム３を光学系で２分割して照射しながら、オープンパイプ１の内面側からキーホール４を監視するとともにプラズマ光の強度を測定し、かつ外面側から反射光の強度を測定した。そしてキーホール４の大きさ，反射光の測定値の相対値の変動，プラズマ光の測定値の相対値の変動に基づいて、エッジ部２の接合点Ｃとキーホール４あるいは溶融メタル５との位置関係を表12に示すように調整した例である。少なくとも１つのキーホール径が、0.1mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置および焦点位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃが２個のキーホール間で、レーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
【００９６】
また、プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置および焦点位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃが２個のキーホール間で、レーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
発明例（鋼管番号6-5〜6-8）は、反射光とプラズマ光を測定せず、プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合でも、エッジ部２の接合点Ｃとキーホール４あるいは溶融メタル５との位置関係の調整に反映させなかった例である。
【００９７】
得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験に供し、ＪＩＳ規格G0582に準拠してシームを20ｍにわたって探傷した。その探傷結果を表12に示す。なお表12においては、基準となるＮ５内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10％以下のものを優（◎），10％超え25％以下のものを良（○），25％超え50％以下のものを可（△），50％超えのものを不可（×）として評価した。また、鋼管の内面ビードの外観検査を行った。
【００９８】
表12から明らかなように、発明例（鋼管番号6-1〜6-4）では、超音波探傷は優（◎）または良（○）であった。また、鋼管の内面ビードの外観も良好であった。一方、反射光とプラズマ光を測定せず、プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合でも、エッジ部２の接合点Ｃとキーホール４あるいは溶融メタル５との位置関係の調整に反映させなかった発明例（鋼管番号6-5〜6-8）では、超音波探傷は良好であったが、キーホールの短時間の閉塞が頻繁に発生するようになり、鋼管の内面ビード近傍にスパッタが発生していた。また、発明例（鋼管番号6-5，6-6）では鋼管の内面ビードに溶け落ちおよびアンダーカットが見つかった。なお、キーホールの閉塞の有無は、実施例１〜４で用いた図３に示す監視カメラ（30コマ／秒）に代えて高速度カメラをセットし、キーホールを1000コマ／秒で撮影し、確認した。0.01秒以上の短時間のキーホールの閉塞を閉塞有りとした。プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動と0.01秒以上の短時間のキーホールの閉塞は、ほぼ同期して発生していることが分かった。
【００９９】
以上に説明した通り、本発明を適用すれば、厚肉材（厚さ４mm以上）のオープンパイプ１であっても、健全なレーザ溶接を行なうことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
レーザ溶接鋼管を製造するにあたって、キーホールの監視あるいは、さらに、反射光やプラズマ光の測定を行なうことによってレーザ溶接の状況を精度良く判定し、レーザビームの照射で生じるキーホールあるいは溶融メタル内に、エッジ部の接合点を常に配置することが可能となり、レーザ溶接鋼管を歩留り良く、安定して製造できるので、産業上格段の効果を奏する。
【符号の説明】
【０１０１】
１ オープンパイプ
２ エッジ部
３ レーザビーム
４ キーホール（空洞）
５ 溶融メタル
６ シーム
７ マンドレルバー
８ 監視カメラ
９ 照明装置
10 プラズマ光センサー
11 画像処理装置
12 判定装置
13 位置制御装置
14 溶接ヘッド
15 反射光センサー
16 モニタ装置
17 モニタ装置
18 電極
19 アーク
20 溶接電流
21 ローレンツ力
Ａ オープンパイプの進行方向
Ｃ 接合点
Ｌk キーホールの大きさ
Ｌm キーホールのパイプ周方向の長さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを用いてオープンパイプの長手方向のエッジ部を溶接する鋼管（以下、レーザ溶接鋼管という）の製造方法に関し、特に油井管あるいはラインパイプ等の石油，天然ガスの採掘や輸送に好適なレーザ溶接鋼管の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油井管あるいはラインパイプとして用いられる鋼管は、溶接鋼管（たとえば電縫鋼管，ＵＯＥ鋼管等）とシームレス鋼管に大別される。これらの鋼管のうち、電縫鋼管は、熱間圧延した帯状の鋼板（いわゆるホットコイル）を素材として使用し、安価に製造できるので経済的に有利である
しかし一般に電縫鋼管は、成形ロールを用いて鋼板を円筒状に成形してオープンパイプ（ここでオープンパイプとは、多段の成形ロールにより成形された端部が接合されていないパイプ状の鋼帯を言う。以下、オープンパイプと称す。)とし、そのオープンパイプのエッジ部（すなわち円筒状に成形した鋼帯の両側端部）をスクイズロールで加圧しながら電気抵抗溶接(高周波抵抗溶接とも呼ぶ)して製造するので、溶接による継ぎ目（いわゆるシーム）が必然的に存在し、そのシームの低温靭性が劣化するという問題がある。そのため電縫鋼管の油井管やラインパイプは、寒冷地での使用には課題がある。シームの低温靭性が劣化する理由は、エッジ部を溶接する際に高温の溶融メタルが大気中の酸素と反応して酸化物を生成し、その酸化物がシームに残留し易いからである。
【０００３】
また電縫鋼管は、エッジ部を溶接する際に溶融メタル中で合金元素が偏析し易いので、シームの耐食性が劣化し易いという問題がある。そのため電縫鋼管の油井管やラインパイプは、厳しい腐食環境（たとえばサワー環境）での使用には課題がある。
一方でシームの低温靭性や耐食性を劣化させない溶接法として、レーザビームによる溶接（以下、レーザ溶接という）が注目されている。レーザ溶接は、熱源の寸法を小さくし、かつ熱エネルギーを高密度で集中できるので、溶融メタルにおける酸化物の生成や合金元素の偏析を防止できる。そのため、溶接鋼管の製造にレーザ溶接を適用すると、シームの低温靭性や耐食性の劣化を防止することが可能である。
【０００４】
そこで溶接鋼管の製造過程にて、オープンパイプのエッジ部にレーザビームを照射して溶接することによって鋼管（すなわちレーザ溶接鋼管）を製造する技術が実用化されている。
ところがレーザ溶接では、溶融メタルは極めて狭い領域で形成される。そのため、スクイズロールで加圧されるオープンパイプのエッジ部が接合する位置（以下、接合点という。あるいは、スクイズ点という）とレーザビームを照射する周方向の位置とにずれが生じると、レーザ溶接鋼管のシームが開口した状態となり、その部分は溶接不良として取り除く必要があり、レーザ溶接鋼管の歩留り低下を招く。
【０００５】
そのため、レーザ溶接鋼管を製造する際に、レーザビームの照射状況を監視する技術が種々検討されている。
たとえば特許文献１には、鋼板の片面からレーザビームを照射し、他方の面に発生するプラズマ光を監視することによって、レーザ溶接の状況を判定する技術が開示されている。しかしプラズマ光は広く散乱するので、この技術ではレーザ溶接の状況を精度良く把握することが困難であるばかりでなく、レーザビームを照射する位置がエッジ部から外れても精度よく認識できない。
【０００６】
また特許文献２には、レーザ溶接による発光強度を測定することによって、裏波ビードの形成状況を判定する技術が開示されている。しかし発光強度は様々な要因で著しく変動するので、この技術では裏波ビードの形成状況を精度良く把握することは困難である。
特許文献３は、アーク溶接によって生じる溶融メタルを撮影し、その画像に基づいて裏波ビードの形状を解析して溶接条件を制御する技術が開示されている。このアーク溶接の技術をレーザ溶接にそのまま適用すると、溶融メタルの鮮明な画像は得られない。その理由は、レーザ溶接では熱エネルギーが高密度で集中するので、過剰な光量が発生するからである。そのため、レーザ溶接における裏波ビードの形状を精度良く把握することは困難である。
【０００７】
なお特許文献３には、レーザビームを溶融メタルに干渉フィルターを介して照射する技術が開示されているが、このレーザビームは溶融メタルの撮影に用いるものであり、溶接に寄与するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平10-76383号公報
【特許文献２】特開平8-267241号公報
【特許文献３】特開2001-25867号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、レーザ溶接鋼管を製造するにあたってレーザ溶接の状況を精度良く判定し、その判定結果に基づいて溶接条件を変更することによって、レーザ溶接鋼管を歩留り良く安定して製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下の通りである。
１．鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、オープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながらオープンパイプの外面側からレーザビームを照射してエッジ部を溶接するレーザ溶接鋼管の製造方法において、エッジ部に照射するレーザビームの照射部位をオープンパイプの内面側から監視し、オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められる場合はレーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められない場合はレーザビームによる溶接条件を変更することによって、オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールをレーザビームの照射部位に設けつつ溶接を行なうレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１１】
なお上記１においては、スクイズロールで加圧されるエッジ部の接合点を、レーザビームの照射によって生じる溶融メタル内に配置することが好ましい。あるいは、スクイズロールで加圧されるエッジ部の接合点を、キーホール内に配置することが好ましい。
２．上記１において、前記オープンパイプの外面側から加熱する補助熱源を用いて前記エッジ部を補助的に加熱し溶融し、かつ前記レーザビームを照射するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
３．上記２において、前記補助熱源が、アークであるレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１２】
４．上記１〜３において、前記エッジ部に照射する前記レーザビームの照射部位を前記オープンパイプの内面側から監視するとともに、前記レーザビームの照射によって前記照射部位より発生する反射光ならびにプラズマ光をセンサーを用いて測定し、前記センサーから得られるそれぞれの測定値に基づいて溶接状況を監視し、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められ、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値の変動が小さい場合は前記レーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが不安定で閉塞を繰り返し、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値の変動が大きい場合は前記レーザビームによる溶接条件を変更することによって、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記レーザビームの照射部位に設けつつ溶接を行なうことを特徴とするレーザ溶接鋼管の製造方法である。なお、ここで、上記反射光は、戻り光とも称す。
【００１３】
５．上記１〜４において、前記キーホールの大きさを、前記オープンパイプの内面側で直径0.2mm以上とするレーザ溶接鋼管の製造方法である。
６．上記１〜５において、前記スクイズロールで加圧されるエッジ部の接合点を、前記レーザビームの照射によって生じる溶融メタル内に配置するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１４】
７．上記１〜５において、前記スクイズロールで加圧されるエッジ部の接合点を、前記内面側キーホール内に配置するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
８．上記２〜７において、前記レーザビームの発振器と前記補助熱源とを一体的に配置するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
９．上記２〜７において、前記レーザビームの発振器と前記補助熱源とを一体的に配置し、かつ前記補助熱源がレーザビームより先行して前記エッジ部を加熱するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１５】
10．上記３〜９において、前記レーザビームの発振器がファイバーレーザ発振器であり、レーザ出力が15ｋＷを超え、レーザの焦点距離が200mm以上であるレーザ溶接鋼管の製造方法である。
11．上記３〜10において、前記オープンパイプの外面における前記レーザビームの照射位置と前記アークの電極との距離が７mm以下であるレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１６】
12．上記４〜10において、前記反射光を前記オープンパイプの外面側から測定し、前記プラズマ光を前記オープンパイプの内面側から測定するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
13．上記１において、複数本のレーザビームを照射して、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記複数本のレーザビームの照射部位にそれぞれ設けつつ溶接を行なうレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１７】
14．上記13において、前記エッジ部に照射する複数本のレーザビームの照射部位を内面側から監視するとともに、前記レーザビームの照射によって前記照射部位より発生する反射光ならびにプラズマ光をセンサーを用いて測定し、前記センサーから得られるそれぞれの測定値に基づいて溶接状況を監視し、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通した複数個のキーホールが認められ、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値が小さい場合は前記レーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが不安定で閉塞を繰り返し、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値が大きい場合は前記レーザビームによる溶接条件を変更することによって、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記複数本のレーザビームの照射部位にそれぞれ設けつつ溶接を行なうことを特徴とするレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１８】
15．上記13または14において、前記複数個のキーホールのうち、前記エッジ部の両側に設けられかつ前記エッジ部に対して垂直方向の距離が最も大きい２個のキーホールの間にエッジ部の接合点を配置するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
16．上記13〜15において、前記複数個のキーホールの大きさを、いずれも前記オープンパイプの内面側で直径0.1mm以上とするレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【００１９】
17．上記13〜16において、前記エッジ部の接合点を、前記複数本のレーザビームの照射によって生じる溶融メタル内に配置するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
18．上記13〜17において、前記複数本のレーザビームとして２本のレーザビームを用いるレーザ溶接鋼管の製造方法である。
19．上記13〜18において、前記オープンパイプの外面側から加熱する補助熱源を用いて前記エッジ部を補助的に加熱・溶融するレーザ溶接鋼管の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、レーザ溶接鋼管を製造するにあたってレーザ溶接の状況を精度良く判定し、その判定結果に基づいて溶接条件を変更することによって、レーザビームの照射で生じるキーホールあるいは溶融メタル内に、エッジ部の接合点を常に配置することが可能となる。その結果、レーザ溶接鋼管を歩留り良く安定して製造できる。得られたレーザ溶接鋼管は、シームの低温靭性や耐食性が優れており、寒冷地や腐食環境で使用する油井管やラインパイプに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を適用してオープンパイプのエッジ部の接合点を溶接する例を模式的に示す説明図であり、(a)はキーホールとその周囲に形成される溶融メタルを示した透視図、(b)(c)はパイプの周方向の（溶接線に対して垂直方向）断面図である。なお、(b)は、接合点Ｃがキーホール４内にあることを示し、(c)は、接合点Ｃが溶融メタル５内にあることを示す。
【図２】複数個のレーザビームを用いる場合の照射位置の例を示す平面図である。
【図３】キーホール径の測定装置およびプラズマ光の測定装置の例を模式的に示す斜視図である。
【図４】図２(a)のレーザビームの配置で、オープンパイプのエッジ部の接合点を溶接する例を模式的に示す斜視図である。
【図５】反射光の測定装置の例を模式的に示す斜視図である。
【図６】アークにより溶融メタルの溶落ちを抑制する方法を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
発明者らは、オープンパイプのエッジ部にレーザ溶接を施してレーザ溶接鋼管を製造するにあたって、レーザ溶接の状況を監視する技術について調査検討した。図１(a)は、レーザ溶接鋼管を製造する際に、本発明を適用してオープンパイプ１のエッジ部２の接合点を溶接する例を模式的に示す斜視図である。図１(a)中の矢印Ａはオープンパイプの進行方向を示す。なお、レーザビーム３の照射によって発生するキーホール４とその周囲に形成される溶融メタル５は透視図として示す。そして、レーザビーム３を照射すると、図１(a)に示すように、高密度で集中する熱エネルギーによってエッジ部２が溶融するとともに、その溶融メタルが蒸発することによって蒸発圧と蒸発反力により、溶融メタル５に深い空洞４（以下、キーホール４という）が発生することに着目した。キーホール４内部には、レーザビーム３が侵入し、金属蒸気がレーザビーム３のエネルギーにより電離されて生じた高温のプラズマが充満していると考えられている。また、図１(b)および図１(c)は、図１(a)において、パイプの周方向（溶接線に対して垂直方向）断面のキーホール４とその周囲に形成される溶融メタル５は透視図として示す。
【００２３】
このキーホール４は、レーザビーム３の熱エネルギーが最も収斂する位置を示すものである。したがってキーホール４を監視し、図１(b)に示すように、エッジ部の接合点Ｃがキーホール４内に配置されるようにレーザ溶接を行なうことによって、レーザ溶接鋼管を安定して製造できる。ただし、エッジ部２の接合点Ｃとキーホール４とを一致させるためには高精度の位置制御技術が必要である。そこでエッジ部２の接合点Ｃを、キーホール４の周囲に形成される溶融メタル５内に配置するようにレーザ溶接を行なっても良い。溶融メタル５はキーホール４の大きさＬｋに比べてパイプの周方向（溶接線に対して垂直方向）の長さＬmが大きいので、溶接ヘッド14，溶接ヘッド14内に収納された集光レンズや集光ミラーの位置制御により、比較的簡単な技術によってパイプの周方向にレーザビームの照射位置を容易に位置制御でき、レーザ溶接鋼管を安定して製造できる。なお、オープンパイプ１の進行方向Ａにおけるエッジ部２の接合点Ｃは、エッジ部２の板厚方向の平均間隔Ｇが、スクイズロールにより狭まり、0.5mm以下になった箇所であればどこでも良い。
【００２４】
しかも健全なレーザ溶接が進行しているときには、キーホール４は溶融メタル５の外面側から内面側まで貫通しており、精度よく監視することが可能である。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
図１(a)に示すオープンパイプ１は、帯状の鋼板を成形ロールで円筒状に成形したものである。そのオープンパイプ１のエッジ部２をスクイズロール（図示せず）で加圧しながら、オープンパイプ１の外面側からレーザビーム３を照射する。一方でオープンパイプ１の内面側からレーザビーム３の照射部位を監視し、キーホール４を識別する。キーホール４はオープンパイプ１の外面側から内面側まで貫通できれば、通常の画像処理技術で容易に識別できる。そして、内面側でキーホール４を識別できれば、健全なレーザ溶接が進行していることを示しており、溶接条件をそのまま継続して維持する。なお図１(a)では、キーホール４の監視装置は図示を省略するが、図３に、本発明で用いたキーホール監視装置を示す。
【００２５】
キーホール４を識別できない時は、キーホール４が閉塞していることを示しているので、溶接条件を変更して、健全なレーザ溶接を進行させるように調整する必要がある。そして、溶接条件を変更してキーホール４が識別できるようになれば、その溶接条件をそのまま継続して維持しながらレーザ溶接を行なう。なお、キーホール４が閉塞するのは、エッジ部２の接合点Ｃがキーホール４内あるいは、キーホール４の周囲に形成される溶融メタル５を外れた場合が最も多い。これは、接合点Ｃにレーザビーム３を照射した場合には、レーザビームが接合点Ｃの隙間を効率良く板厚方向に伝播しやすくなるので、キーホールが形成しやすくなるが、接合点Ｃ以外の箇所にレーザビーム３が照射されると、鋼板の表面から溶融メタルを蒸発させることによって蒸発圧と蒸発反力により溶融メタル５に深い空洞４を形成させなければならず、より高出力のレーザパワーが必要となるため、キーホール４が閉塞する傾向が強い。
【００２６】
キーホール４が閉塞した場合に調整する具体的な溶接条件は、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整するのが、最も好ましい。例えば、キーホール監視装置によりエッジ部２の接合点やキーホール４および溶融メタル５の位置を画像処理して、認識し、オープンパイプの周方向および移動距離を算出し、エッジ部２の接合点Ｃが、キーホール４の内部あるいは、溶融メタル５内に入るように、溶接ヘッド14，溶接ヘッド14内に収納された集光レンズや集光ミラーを位置制御して、レーザビーム３の照射位置を移動させるのが、好ましい。
【００２７】
その他の溶接条件として、例えば、レーザビームの焦点位置の制御、オープンパイプの長手方向のビーム照射位置の移動、レーザパワーの増加制御や溶接速度の減速制御などを採用することも好ましい。
このようなエッジ部２の接合点とキーホール４あるいは溶融メタル５との位置関係の調整は、オープンパイプ１の内面側から監視してキーホール４を識別することによって容易に行なうことが可能である。
【００２８】
キーホール４の大きさが内面側で直径0.2mm未満では、キーホール４が閉塞する惧れがある。したがって、キーホール４は内面側の直径を0.2mm以上とすることが好ましい。ただし、内面側の直径が1.0mmを超えると、溶落ち等の溶接欠陥が生じるばかりでなく、溶融メタルが凝固した継ぎ目（すなわちシーム６）の幅が著しく拡大されて、レーザ溶接鋼管の外観が損なわれる。そのため、オープンパイプ１の内面側におけるキーホール４の直径は0.2〜1.0mmの範囲内が一層好ましい。キーホールの形状が楕円形になっている場合は、短径を0.2mm以上とすることが好ましい。なお、キーホール４の大きさは、図３に示すように、スタンド間から吊り下げたマンドレルバー７に固定された監視カメラ８により、オープンパイプ１の内側から監視した。撮影条件は、オープンパイプ１の内面からレーザビームおよびプラズマ光と異なる波長成分の光を照明装置９から照射し、例えば337ｎｍ（ナノメートル）の波長の紫外線を照射して、前記の波長の光のみ透過するフィルターを使って撮影することで、キーホール４および溶融メタル５からの赤外線やプラズマ光等による外乱を排除した。ここで、透過させる波長はプラズマ発光のスペクトルに応じ、それを避けた波長帯域であって且つ利用可能な光源およびフィルターとの兼ね合いで選択すればよい。撮影速度は、30コマ／秒で行い、ランダムで５枚をサンプリングした静止画像の平均値を求めた。なお、内面側のキーホールの形状は、ほぼ円形もしくは楕円形であり、キーホールの形状が楕円の場合は短径を測定した。また、キーホール４の閉塞の判定やレーザビームの照射位置の制御のために、監視カメラ８で撮影した映像よりエッジ部２の接合点Ｃやキーホール４および溶融メタル５を画像処理してそれらの寸法や位置を数値化する画像処理装置11，判定装置12およびレーザビームの位置制御装置13を用いた。なお、キーホール４の監視装置は、上述した構成に限定するものではなく、任意の構成のものが使用できる。
【００２９】
また、２個以上のレーザビーム３を使用する場合は、図２(a)〜図２(e)に示すような複数個のレーザビームの照射の配置が考えられる。図２(a)〜図２(e)は、オープンパイプの複数個のレーザビームを用いる場合の照射位置を示す平面図である。図２中の矢印Ａはオープンパイプの進行方向を示す。図２(a)は、２個のレーザビームの照射の配置を示したもので、レーザビーム３-1および３-2をエッジ部の両側に配置した例である。図４は、図２(a)のレーザビームの配置で、オープンパイプのエッジ部の接合点を溶接する例を模式的に示す斜視図である。図４中の矢印Ａはオープンパイプの進行方向を示す。なお、２個のレーザビーム３の照射によって発生するキーホール４とその周囲に形成される溶融メタル５は透視図として示す。図２(b)は、３個のレーザビームの照射の配置を示したもので、レーザビーム３-1でエッジ部を予熱して、レーザビーム３-2および３-3をエッジ部の両側に配置した例である。また、図２(c)は、４個のレーザビームの照射の配置を示したもので、４個のレーザビーム３-1，３-2，３-3および３-4をエッジ部の両側にそれぞれ２個ずつ配置した例である。また、図２(d)は、２個のレーザビームの照射の配置を示したもので、レーザパワーの異なるレーザビーム３-1および３-2をエッジ部の両側に配置した例である。レーザビーム３-1のパワーがレーザビーム３-2よりも小さいので、レーザビーム３-1をエッジ部により近づけた配置の例である。なお、図２(e)は、２個のレーザビームの照射の配置を示したもので、２個のレーザビーム３-1および３-2をエッジ部に沿って縦に配置（タンデム）した例である。この場合は、複数のレーザビームではなく、単一のレーザビームの扱いをする。キーホールの監視は、溶融メタルに最も近いレーザビーム３-2のキーホールのみを監視すればよい。３個以上のレーザビームをエッジ部に沿って縦に配置（タンデム）する場合も同様に、単一のレーザビームの扱いをする。キーホールの監視も溶融メタルに最も近いキーホールのみを監視すればよい。
【００３０】
複数のレーザビームを用いる場合のレーザビームの照射位置の配置は、図２(a)〜図２(e)の例に限るものではなく、目的に応じて、自由に配置できる。なお、本発明に用いるレーザビームの個数は、１個〜４個が好ましい。５個以上のレーザビームは、設備コスト，製造コストやレーザビームの位置制御が複雑になることから好ましくない。
本発明では、複数個のキーホール４を全て監視し、図２(a)〜図２(e)に示すように、エッジ部２の両側に設けられ、かつエッジ部２に対してそれぞれ垂直方向の距離（Ｌ1およびＬ2）が最も大きい２個のキーホールの間にエッジ部２の接合点を配置してレーザ溶接を行なう。ただし、その所定の位置にエッジ部２の接合点を配置するためには高精度の制御技術が必要である。そこで上記の２つのキーホール４の間に形成される溶融メタル５内に、エッジ部２の接合点を配置するように制御しながらレーザ溶接を行なっても良い。溶融メタル５はキーホール４の大きさＬkに比べてパイプの周方向（溶接線に対して垂直方向）の長さＬmが大きいので、比較的容易な技術によって制御できる。
【００３１】
このようなエッジ部２の接合点と２個のキーホール４の間あるいは２個のキーホール４の間に形成される溶融メタル５との位置関係の調整は、オープンパイプ１の内面側から監視してキーホール４を識別することによって容易に行なうことが可能である。なお、複数本のレーザビームを照射して、貫通したキーホールを設けつつ溶接を行う場合は溶融池が１つとなる場合が多い。このように溶接の際に溶融池が１つの場合、全てのキーホール４の大きさが内面側で直径0.1mm未満では、キーホール４が閉塞する惧れがある。したがって、キーホール４は内面側の直径を0.1mm以上とすることが好ましい。ただし、内面側の直径が1.0mmを超えると、溶落ち等の溶接欠陥が生じるばかりでなく、溶融メタルが凝固した継ぎ目（すなわちシーム６）の幅が著しく拡大されて、レーザ溶接鋼管の外観が損なわれる。そのため、オープンパイプ１の内面側におけるキーホール４の直径は0.1〜1.0mmの範囲内が一層好ましい。なお、キーホールの形状が楕円形になっている場合は、短径を0.1mm以上とすることが好ましい。
【００３２】
なお、図２(e)のように、２個のレーザビーム３-1および３-2をエッジ部に沿って縦に配置（タンデム）した例では、複数のレーザビームの扱いをしないで、単一のレーザビームの扱いをするので、溶融メタル５に最も近いレーザビーム３-2のキーホールのみを監視すればよいので、キーホール４は内面側の直径を0.2mm以上とすることが好ましい。
さらに、キーホール４の閉塞は、短時間であっても、レーザ溶接鋼管の製造に悪影響を及ぼす。たとえば５ｍ／分を超える溶接速度でレーザ溶接を行なう際に、0.01秒以上の閉塞が生じると、スパッタの多量発生などにより溶込み不足やアンダーカットのような溶接欠陥が発生し、レーザ溶接鋼管の歩留り低下を招く。このような短時間のキーホールの閉塞は、上述したキーホールの監視のみでは、検知が困難である。そのためキーホールの監視に加えて、レーザビームの照射部位から発生する反射光ならびにプラズマ光をセンサーによって測定してキーホールの状況を計測し、得られた反射光ならびにプラズマ光の測定値の相対値に基づいて溶接状況を監視する。
【００３３】
レーザビームの照射部位から発生する反射光は、オープンパイプ１の外面側から測定することが好ましい。その理由は、キーホールの短時間の閉塞が生じた場合にも反射光の強度を高精度で測定できるからである。
また、レーザビームの照射部位から発生するプラズマ光は、オープンパイプ１の内面側から測定することが好ましい。その理由は、オープンパイプ１の外面側では、シールドガスやヒュームがレーザにより励起されるプラズマ光の外乱となり、測定精度が低下するのに対し、内面側からプラズマ光を測定すると、キーホール４の短時間の閉塞が生じた場合には内面側でのプラズマは生じなくなるのでキーホール４の閉塞の有無を高精度で測定できるようになるからである。
【００３４】
なお、複数個のレーザビームを用いた場合は、全てのレーザビームの照射部位から発生する反射光を監視するが、お互いの照射位置が近いので、複数の照射位置全域を捉えることが可能な１つの監視装置で監視すればよい。
レーザビームの照射による反射光やプラズマ光の測定値（たとえば強度等）の相対値の変動が小さい場合は、キーホール４が外面側から内面側まで貫通しているので、溶接条件をそのまま継続して維持する。相対値の変動が大きい場合は、キーホール４が外面側から内面側まで貫通していないので、溶接条件を変更して、健全なレーザ溶接を進行させるように調整する。
【００３５】
なお、レーザビームの照射による反射光の測定は、図５に示すように、溶接ヘッド14から吊り下げた反射光センサー15およびモニタ装置16により、オープンパイプ１の外側から監視した。データ採取条件は、反射光センサー15にレーザと同一波長のみ透過するフィルターを使って計測することで、キーホール４および溶融メタル５からの赤外線による外乱を排除した。反射光の強度の変動は、モニタ装置16によって、判定した。例えば、反射光センサーとしてフォトダイオードなどが用いることができる。なお、レーザ光と同軸の反射光に対しては溶接ヘッド内に内蔵されたミラーなどで反射光センサーに送り、測定すれば良い。
【００３６】
また、プラズマ光の測定は、図３に示すように、キーホールの監視装置と合わせてプラズマ光センサー10を取り付け測定した。データ採取条件は、プラズマ光センサー10にレーザにより発生するプラズマ光波長のみを透過するフィルターを使って計測することで、キーホール４および溶融メタル５からの赤外線による外乱を排除した。プラズマ光の強度の変動は、モニタ装置17によって、判定した。プラズマ光センサーとしては、例えば300〜900ｎｍの範囲のSi素子を用いたものなどがある。
【００３７】
データ採取速度は、１kHzの周期で計測し、反射光および、または、プラズマ光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合にアラームを発信して、溶接条件を変更して、健全なレーザ溶接を進行させるように調整する。なお、レーザビームの照射による反射光やプラズマ光の監視装置は、任意の構成のものが使用できるので、上述した構成に限定するものではない。
【００３８】
具体的には、反射光および、またはプラズマ光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合に調整する溶接条件は、キーホール４が閉塞した場合に調整する溶接条件と同じである。したがって、反射光および、またはプラズマ光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点がレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整するのが、最も好ましい。例えば、キーホール監視装置によりエッジ部２の接合点やキーホール４および溶融メタル５の位置を画像処理して、認識し、オープンパイプの周方向および移動距離を算出し、エッジ部２の接合点が、キーホール４の内部あるいは、溶融メタル５内に入るように、溶接ヘッド14，溶接ヘッド14内に収納された集光レンズや集光ミラーを位置制御して、レーザビームの照射位置を移動させるのが、好ましい。
【００３９】
なお、レーザビームの照射による反射光やプラズマ光の測定装置は、上述した構成に限定するものではなく、任意の構成のものが使用できる。
その他の溶接条件として、例えば、レーザビームの焦点位置の制御、オープンパイプの長手方向のビーム照射位置の移動、レーザパワーの増加制御や溶接速度の減速制御などを採用することも好ましい。
【００４０】
本発明で使用するレーザビームの発振機は、様々な形態の発振器が使用でき、気体（たとえばＣＯ2，ヘリウム−ネオン，アルゴン，窒素，ヨウ素等）を媒質として用いる気体レーザ，固体（たとえば希土類元素をドープしたＹＡＧ等）を媒質として用いる固体レーザ，レーザ媒質としてバルクの代わりにファイバーを利用するファイバーレーザ等が好適である。あるいは，半導体レーザを使用しても良い。
【００４１】
ただし、本発明ではファィバーレーザ発振器を使用し、レーザ出力を15ｋＷ超え（１台もしくは複数台の合計）、レーザの焦点距離を200mm以上とすることが最も好ましい。１台もしくは複数台の合計のレーザ出力が15ｋＷ以下では、溶接速度が５ｍ／分未満となってしまい、ブローホールが発生しやすくなるという問題がある。レーザの焦点距離が200mm未満では、鋼板から成形したオープンパイプのエッジ部のＺ軸方向（レザビームの光軸方向）の変動により溶接が不安定となるという問題がある。
【００４２】
オープンパイプの外面側から補助熱源によって加熱しても良い。その補助熱源は、オープンパイプの外面を加熱し溶融できるものであれば、その構成は特に限定しない。たとえば、バーナ溶解法，プラズマ溶解法，ＴＩＧ溶解法，電子ビーム溶解法，レーザ溶解法等を利用した手段が好適である。
なお、補助熱源はレーザビームの発振機と一体的に配置することが好ましい。その理由は、補助熱源とレーザを一体的に配置しないと、補助熱源の効果を得るためには大きな熱量が必要となり、また溶接欠陥（たとえばアンダーカット等）の抑制が非常に困難になるからである。さらに、補助熱源をレーザビームの発振機より先行させて配置することが一層好ましい。その理由は、エッジ部の水分，油分を除去できるからである。
【００４３】
さらに好ましい補助熱源として、アークの使用が好ましい。アークの発生源は、溶融メタルの溶落ちを抑制する方向に電磁力（すなわち溶接電流の磁界から発生する電磁力）を付加できるものを使用する。たとえば、ＴＩＧ溶接法，プラズマアーク溶接法等の従来から知られている技術が使用できる。具体的には、図６に示すように、電極18をマイナス極、オープンパイプ１のエッジ部２をプラス極にすることで、フレミングの左手の法則により溶融メタル５がアーク19の周囲に集まろうとするローレンツ力21を利用できるので、溶融メタル５の溶落ちを抑制できる。なお、アークの発生源はレーザビームと一体的に配置することが好ましい。その理由は、上述したように、アーク19を発生させる溶接電流20の周辺に生じる磁界の影響を、レーザビームで生じた溶融メタル５に効果的に与えるためである。さらに、アークの発生源をレーザビーム３より先行させて配置することが一層好ましい。その理由は、エッジ部２の水分，油分を除去できるからである。
【００４４】
また、オープンパイプ１の外面におけるレーザビーム３の照射位置とアークの電極18との距離は７mm以下であることが好ましい。その理由は、レーザビーム３の照射位置とアークの電極18との距離が７mmを超えると、アーク19により溶融する溶融メタル５の量が少なくなり、溶接電流20の周辺に生じる磁界の影響が小さくなるからである。
本発明では、厚肉材（たとえば厚さ４mm以上）のオープンパイプ１であっても、エッジ部２を高周波加熱等で予熱することなく、レーザ溶接を行なうことが可能である。ただしエッジ部２を高周波加熱等で予熱すれば、レーザ溶接鋼管の生産性が向上する等の効果が得られる。
【００４５】
以上に説明した通り、本発明によれば、レーザ溶接鋼管を製造するにあたってレーザ溶接の状況を精度良く判定し、その判定結果に基づいて溶接条件を変更することによって、レーザビームの照射で生じるキーホールあるいは溶融メタル内に、エッジ部の接合点を常に配置することが可能となる。その結果、レーザ溶接鋼管を歩留り良く安定して製造できる。得られたレーザ溶接鋼管は、レーザ溶接の利点を活かしてシームの低温靭性や耐食性が優れており、寒冷地や腐食環境で使用する油井管やラインパイプに好適である。
【実施例】
【００４６】
＜実施例１＞
帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、そのオープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながら、レーザビームを外面側から照射してレーザ溶接鋼管を製造した。鋼板の成分は表１に示す通りである。
【００４７】
【表１】
【００４８】
レーザ溶接では、25ｋＷＣＯ2レーザ発振器を使用し、その出力と溶接速度は表２に示す通りである。
【００４９】
【表２】
【００５０】
キーホール４の監視装置は、図３に示す装置を用いて内面ビード切削装置のマンドレルバー７に監視カメラ８を取り付けて、オープンパイプ１内に挿入した。なお、図３に記載されたプラズマ光センサー10およびそのモニタ装置17は、用いていない。監視カメラ８は、レーザビーム３の照射によって発生するプラズマ光等の外乱を抑止するために、特定の波長（すなわち337ｎｍ）のみを可視化できるカメラを使用した。
【００５１】
表２に示す発明例（鋼管番号1-1〜1-4）は、オープンパイプ１の内面側からキーホール４を監視して、キーホール４の大きさを表２に示すように調整し、かつエッジ部の接合点とキーホール４あるいは溶融メタル５との位置関係を表２に示すように調整した例である。キーホール径が、0.2mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
【００５２】
比較例の鋼管番号1-5，1-6は、キーホール４の監視を行なわない例である。また、比較例の鋼管番号1-7，1-8は、単にキーホール４の監視を行なうのみで、キーホール４の大きさや位置関係を調整しなかった例である。
得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験に供し、ＪＩＳ規格G0582に準拠してシームを20ｍにわたって探傷した。その探傷結果を表２に示す。なお表２においては、基準となるＮ５内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10％以下のものを優（◎），10％超え25％以下のものを良（○），25％超え50％以下のものを可（△），50％超えのものを不可（×）として評価した。
【００５３】
また、鋼種Ａ（すなわち低合金鋼）のレーザ溶接鋼管には焼入れ（焼入れ温度880℃），焼戻し（焼戻し温度650℃）を施し、鋼種Ｂ（すなわちステンレス鋼）のレーザ溶接鋼管には熱処理を２回（加熱温度：１回目780℃，２回目650℃）施した後、それぞれＪＩＳ規格Z2242に準拠してシャルピー衝撃試験を行なった。試験片は、ＪＩＳ規格Z2202に準拠してＶノッチ，サブサイズとし、シーム部から採取した。試験温度は−60℃として、吸収エネルギー-VＥ-60（Ｊ）を測定した。その結果を表２に示す。
【００５４】
表２から明らかなように、発明例（鋼管番号1-1〜1-4）では、超音波探傷は優（◎）または良（○）であり、シャルピー衝撃試験（−60℃）の吸収エネルギーは82〜112Ｊであった。一方、比較例（鋼管番号1-5〜1-8）では、超音波探傷は可（△）または不可（×）であり、シャルピー衝撃試験（−60℃）の吸収エネルギーは8.7〜38Ｊであった。
以上に説明した通り、本発明を適用すれば、厚肉材（厚さ４mm以上）のオープンパイプであっても、健全なレーザ溶接を行なうことが可能である。
【００５５】
得られたレーザ溶接鋼管のシームは、超音波探傷の結果が示す通り、溶接欠陥や析出物の発生が抑制され、優れた耐食性を有している。かつ、シャルピー衝撃試験の結果が示す通り、優れた低温靭性を有している。
＜実施例２＞
帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、そのオープンパイプ１のエッジ部２をスクイズロールで加圧しながら、レーザビーム３を外面側から照射してレーザ溶接鋼管を製造した。なお、補助熱源としてプラズマジェットおよびＴＩＧアークを使用し、その補助熱源がレーザビーム３より先行してエッジ部２を加熱し溶融するように配置した。鋼板の成分は表３に示す通りである。
【００５６】
【表３】
【００５７】
レーザ溶接では、20ｋＷファイバーレーザ発振器を使用し、その出力と溶接速度は表４に示す通りである。
【００５８】
【表４】
【００５９】
キーホール４の監視装置は、図３に示す装置を用いて内面ビード切削装置のマンドレルバー７に監視カメラ８を取り付けて、オープンパイプ１内に挿入した。なお、図３に記載されたプラズマ光センサー10およびそのモニタ装置17は、用いていない。監視カメラ８は、レーザビームの照射によって発生するプラズマ光等の外乱を抑止するために、特定の波長（すなわち337ｎｍ）のみを可視化できるカメラを使用した。
【００６０】
表４に示す発明例（鋼管番号2-1〜2-4）は、外面側からプラズマジェットおよびＴＩＧアークによって加熱し溶融し、引き続きレーザビームを照射しながら、オープンパイプの内面側からキーホールを監視して、キーホールの大きさを表４に示すように調整し、かつエッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係を表４に示すように調整した例である。発明例の鋼管番号2-5，2-6は、補助熱源を使用しない例である。
【００６１】
キーホール径が、0.2mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験に供し、ＪＩＳ規格G0582に準拠してシームを20ｍにわたって探傷した。その探傷結果を表４に示す。なお表４においては、基準となるＮ５内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10％以下のものを優（◎），10％超え25％以下のものを良（○），25％超え50％以下のものを可（△），50％超えのものを不可（×）として評価した。また、鋼管の内面ビードの外観検査を行った。
【００６２】
表４から明らかなように、発明例（鋼管番号2-1〜2-4）では、超音波探傷は優（◎）または良（○）であった。また、鋼管の内面ビードの外観も良好であった。一方、補助熱源を使用しない発明例（鋼管番号2-5，2-6）では、超音波探傷は良（○）であったが、鋼管の内面ビードに溶け落ちあるいは、アンダーカットが見つかった。
以上に説明した通り、本発明を適用すれば、厚肉材（厚さ４mm以上）のオープンパイプであっても、健全なレーザ溶接を行なうことが可能である。
【００６３】
＜実施例３＞
帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、そのオープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながら、レーザビームを外面側から照射してレーザ溶接鋼管を製造した。なお、補助的な加熱手段としてＴＩＧアークを使用し、そのアークがレーザビームより先行してエッジ部を加熱・溶融するように配置した。鋼板の成分は表５に示す通りである。
【００６４】
【表５】
【００６５】
レーザ溶接では、10ｋＷファイバーレーザ発振器を使用し、その出力と溶接速度は表６に示す通りである。
【００６６】
【表６】
【００６７】
キーホールの監視装置は、図３に示す装置を用いて内面ビード切削装置のマンドレルバー７に監視カメラ５を取り付けて、オープンパイプ１内に挿入した。なお、図３に記載されたプラズマ光センサー10およびそのモニタ装置17は、用いていない。監視カメラ５は、レーザビームの照射によって発生するプラズマ光等の外乱を抑止するために、特定の波長（すなわち337ｎｍ）のみを可視化できるカメラを使用した。
【００６８】
表６に示す発明例（鋼管番号3-1〜3-4）は、外面側からＴＩＧアークによって加熱・溶融し、引き続きレーザビームを照射しながら、オープンパイプの内面側からキーホールを監視して、キーホールの大きさを表６に示すように調整し、かつエッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係を表６に示すように調整した例である。発明例の鋼管番号3-5〜3-8は、ＴＩＧアークを使用しない例である。
【００６９】
キーホール径が、0.2mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験に供し、ＪＩＳ規格G0582に準拠してシームを20ｍにわたって探傷した。その探傷結果を表６に示す。なお表６においては、基準となるＮ５内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10％以下のものを優（◎），10％超え25％以下のものを良（○），25％超え50％以下のものを可（△），50％超えのものを不可（×）として評価した。また、鋼管の内面ビードの外観検査を行った。
【００７０】
表６から明らかなように、発明例（鋼管番号3-1〜3-4）では、超音波探傷は優（◎）または良（○）であった。また、鋼管の内面ビードの外観も良好であった。一方、ＴＩＧアークを使用しない発明例（鋼管番号3-5〜3-8）では、超音波探傷は良（○）であったが、鋼管の内面ビードに溶け落ちおよびアンダーカットが見つかった。
以上に説明した通り、本発明を適用すれば、厚肉材（厚さ４mm以上）のオープンパイプであっても、健全なレーザ溶接を行なうことが可能である。
【００７１】
＜実施例４＞
帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、そのオープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながら、レーザビーム（２本または１本）を外面側から照射してレーザ溶接鋼管を製造した。鋼板の成分は表７に示す通りである。
【００７２】
【表７】
【００７３】
レーザ溶接では、５ｋＷと10ｋＷのファイバーレーザ発振器を使用し、その溶接条件は表８に示す通りである。
【００７４】
【表８】
【００７５】
キーホールの監視装置は、図３に示す装置を用いて内面ビード切削装置のマンドレルバー７に監視カメラ８を取り付けて、オープンパイプ内に挿入した。なお、図３に記載されたプラズマ光センサー１０およびそのモニタ装置17は、用いていない。監視カメラ８は、レーザビームの照射によって発生するプラズマ光等の外乱を抑止するために、特定の波長（すなわち337ｎｍ）のみを可視化できるカメラを使用した。
【００７６】
表８に示す発明例（鋼管番号4-1〜4-4）は、オープンパイプの外面側から２本のレーザビームを照射して２個のキーホールを形成しながら、オープンパイプの内面側からキーホールを監視して、キーホールの大きさを表８に示すように調整し、かつエッジ部の接合点とキーホールや溶融メタルとの位置関係を表８に示すように調整した例である。発明例の鋼管番号4-5〜4-8は、１本のレーザビームを照射して１個のキーホールを形成する例である。
【００７７】
少なくとも１つのキーホール径が、0.1mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置および焦点位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃが２個のキーホール間で、レーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験に供し、ＪＩＳ規格G0582に準拠してシームを20ｍにわたって探傷した。その探傷結果を表８に示す。なお表８においては、基準となるＮ５内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10％以下のものを優（◎），10％超え25％以下のものを良（○），25％超え50％以下のものを可（△），50％超えのものを不可（×）として評価した。また、鋼管の内面ビードの外観検査を行った。
【００７８】
表８から明らかなように、発明例（鋼管番号4-1〜4-4）では、超音波探傷は優（◎）または良（○）であった。また、鋼管の内面ビードの外観も良好であった。一方、１本のレーザビームを照射して１個のキーホールを形成する発明例（鋼管番号4-5〜4-8）では、超音波探傷は良（○）であったが、鋼管の内面ビードにアンダーカットが発生していた。
以上に説明した通り、本発明を適用すれば、厚肉材（厚さ４mm以上）のオープンパイプであっても、健全なレーザ溶接を行なうことが可能である。
【００７９】
＜実施例５＞
帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、そのオープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながら、レーザビームを外面側から照射してレーザ溶接鋼管を製造した。なお、補助的な加熱手段としてＴＩＧアークを使用し、そのアークがレーザビームより先行してエッジ部を加熱・溶融するように配置した。鋼板の成分は表９に示す通りである。
【００８０】
【表９】
【００８１】
レーザ溶接では、20ｋＷファイバーレーザ発振器を使用し、その出力と溶接速度は表10に示す通りである。
【００８２】
【表１０】
【００８３】
キーホールの監視装置は、図３に示す装置を用いて内面ビード切削装置のマンドレルバー７に監視カメラ８を取り付けて、オープンパイプ１内に挿入した。監視カメラ８は、レーザビーム３の照射によって発生するプラズマ光等の外乱を抑止するために、特定の波長（すなわち337ｎｍ）のみを可視化できるカメラを使用した。
また、レーザビーム３の照射部位から発生する反射光のセンサー15は図５に示す装置を用いて溶接ヘッド14に取り付け、プラズマ光センサー10は図３に示す装置を用いてマンドレルバー７に取り付けた。
【００８４】
表10に示す発明例のうち、鋼管番号5-1，5-2は、レーザビームを照射しながら、オープンパイプの内面側から図３に示す装置を用いてキーホールを監視するとともに、プラズマ光の強度を測定し、かつ図５に示す装置を用いて外面側から反射光の強度を測定した。そしてキーホールの大きさ，反射光の測定値の相対値の変動，プラズマ光の測定値の相対値の変動に基づいて、エッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係を表10に示すように調整した例である。キーホール径が、0.2mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
【００８５】
また、プラズマ光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
鋼管番号5-3，5-4は、外面側からＴＩＧアークによって加熱・溶融し、引き続きレーザビームを照射しながら、オープンパイプの内面側からキーホールを監視するとともにプラズマ光の強度を測定し、かつ外面側から反射光の強度を測定した。そしてキーホールの大きさ，反射光の測定値の相対値の変動，プラズマ光の測定値の相対値の変動に基づいて、エッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係を表10に示すように調整した例である。
【００８６】
プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃがレーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
発明例（鋼管番号5-5〜5-8）は、反射光とプラズマ光を測定せず、プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合でも、エッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係の調整に反映させなかった例である。
【００８７】
得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験に供し、ＪＩＳ規格G0582に準拠してシー
ムを20ｍにわたって探傷した。その探傷結果を表10に示す。なお表10においては、基準となるＮ５内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10％以下のものを優（◎），10％超え25％以下のものを良（○），25％超え50％以下のものを可（△），50％超えのものを不可（×）として評価した。また、鋼管の内面ビードの外観検査を行った。
【００８８】
表10から明らかなように、発明例（鋼管番号5-1〜5-4）では、超音波探傷は優（◎）または良（○）であった。また、鋼管の内面ビードの外観も良好であった。一方、反射光とプラズマ光を測定せず、プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合でも、エッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係の調整に反映させなかった発明例（鋼管番号5-5〜5-8）では、超音波探傷は良好であったが、キーホールの短時間の閉塞が頻繁に発生するようになり、鋼管の内面ビード近傍にスパッタが発生していた。また、発明例（鋼管番号No.5-5，5-6）では鋼管の内面ビードに溶け落ちあるいはアンダーカットが見つかった。なお、キーホールの閉塞の有無は、実施例１〜４で用いた図３に示す監視カメラ（３０コマ／秒）に代えて高速度カメラをセットし、キーホールを1000コマ／秒で撮影し、確認した。0.01秒以上の短時間のキーホールの閉塞を閉塞有りとした。プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動と0.01秒以上の短時間のキーホールの閉塞は、ほぼ同期して発生していることが分かった。
【００８９】
以上に説明した通り、本発明を適用すれば、厚肉材（厚さ４mm以上）のオープンパイプであっても、健全なレーザ溶接を行なうことが可能である。
＜実施例６＞
帯状の鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプ１に成形し、そのオープンパイプ１のエッジ部２をスクイズロールで加圧しながら、レーザビーム３（２本または１本）を外面側から照射してレーザ溶接鋼管（外径273.0mm，厚さ6.4mm）を製造した。なお、補助的な加熱手段としてＴＩＧアークを使用し、そのアーク19がレーザビーム３より先行してエッジ部２を加熱し溶融するように配置した。鋼板の成分は表11に示す通りである。
【００９０】
【表１１】
【００９１】
レーザ溶接では、10ｋＷと20ｋＷのファイバーレーザ発振器を使用し、その溶接条件は表12に示す通りである。
【００９２】
【表１２】
【００９３】
キーホール４の監視装置は、図３に示す装置を用いて内面ビード切削装置のマンドレルバー７に監視カメラ５を取り付けて、オープンパイプ１内に挿入した。監視カメラ８は、レーザビーム３の照射によって発生するプラズマ光等の外乱を抑止するために、特定の波長（すなわち337ｎｍ）のみを可視化できるカメラを使用した。
また、レーザビームの照射部位から発生する反射光センサー15は図５に示すように、溶接ヘッド14に取り付け、プラズマ光センサー10は図３に示すように、マンドレルバー７に取り付けた。
【００９４】
表12に示す発明例のうち、鋼管番号6-1，6-2は、２本のレーザビームを照射しながら、オープンパイプの内面側から図３に示す装置を用いてキーホール４を監視するとともに、プラズマ光の強度を測定し、かつ図５に示す装置を用いて外面側から反射光の強度を測定した。そしてキーホール４の大きさ，反射光の測定値の相対値の変動，プラズマ光の測定値の相対値の変動に基づいて、エッジ部の接合点とキーホールあるいは溶融メタルとの位置関係を表12に示すように調整した例である。少なくとも１つのキーホール径が、0.1mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置および焦点位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃが２個のキーホール間で、レーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
【００９５】
また、プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置および焦点位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃが２個のキーホール間で、レーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
鋼管番号No.6-3，6-4は、外面側からＴＩＧアークによって加熱・溶融し、引き続き１本のレーザビーム３を光学系で２分割して照射しながら、オープンパイプ１の内面側からキーホール４を監視するとともにプラズマ光の強度を測定し、かつ外面側から反射光の強度を測定した。そしてキーホール４の大きさ，反射光の測定値の相対値の変動，プラズマ光の測定値の相対値の変動に基づいて、エッジ部２の接合点Ｃとキーホール４あるいは溶融メタル５との位置関係を表12に示すように調整した例である。少なくとも１つのキーホール径が、0.1mm未満になった場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置および焦点位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃが２個のキーホール間で、レーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
【００９６】
また、プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合に、オープンパイプ１の周方向へレーザビームの照射位置および焦点位置を移動させて、エッジ部２の接合点Ｃが２個のキーホール間で、レーザビーム３の照射位置（キーホール４）あるいは、溶融メタル５内に配置されるように、調整した。
発明例（鋼管番号6-5〜6-8）は、反射光とプラズマ光を測定せず、プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合でも、エッジ部２の接合点Ｃとキーホール４あるいは溶融メタル５との位置関係の調整に反映させなかった例である。
【００９７】
得られたレーザ溶接鋼管を、超音波探傷試験に供し、ＪＩＳ規格G0582に準拠してシームを20ｍにわたって探傷した。その探傷結果を表12に示す。なお表12においては、基準となるＮ５内外面ノッチの人工欠陥に対して、ピーク指示高さが、10％以下のものを優（◎），10％超え25％以下のものを良（○），25％超え50％以下のものを可（△），50％超えのものを不可（×）として評価した。また、鋼管の内面ビードの外観検査を行った。
【００９８】
表12から明らかなように、発明例（鋼管番号6-1〜6-4）では、超音波探傷は優（◎）または良（○）であった。また、鋼管の内面ビードの外観も良好であった。一方、反射光とプラズマ光を測定せず、プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動が、相対値に対して、15％を超えた場合でも、エッジ部２の接合点Ｃとキーホール４あるいは溶融メタル５との位置関係の調整に反映させなかった発明例（鋼管番号6-5〜6-8）では、超音波探傷は良好であったが、キーホールの短時間の閉塞が頻繁に発生するようになり、鋼管の内面ビード近傍にスパッタが発生していた。また、発明例（鋼管番号6-5，6-6）では鋼管の内面ビードに溶け落ちおよびアンダーカットが見つかった。なお、キーホールの閉塞の有無は、実施例１〜４で用いた図３に示す監視カメラ（30コマ／秒）に代えて高速度カメラをセットし、キーホールを1000コマ／秒で撮影し、確認した。0.01秒以上の短時間のキーホールの閉塞を閉塞有りとした。プラズマ光の強度あるいは、反射光の強度の変動と0.01秒以上の短時間のキーホールの閉塞は、ほぼ同期して発生していることが分かった。
【００９９】
以上に説明した通り、本発明を適用すれば、厚肉材（厚さ４mm以上）のオープンパイプ１であっても、健全なレーザ溶接を行なうことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
レーザ溶接鋼管を製造するにあたって、キーホールの監視あるいは、さらに、反射光やプラズマ光の測定を行なうことによってレーザ溶接の状況を精度良く判定し、レーザビームの照射で生じるキーホールあるいは溶融メタル内に、エッジ部の接合点を常に配置することが可能となり、レーザ溶接鋼管を歩留り良く、安定して製造できるので、産業上格段の効果を奏する。
【符号の説明】
【０１０１】
１ オープンパイプ
２ エッジ部
３ レーザビーム
４ キーホール（空洞）
５ 溶融メタル
６ シーム
７ マンドレルバー
８ 監視カメラ
９ 照明装置
10 プラズマ光センサー
11 画像処理装置
12 判定装置
13 位置制御装置
14 溶接ヘッド
15 反射光センサー
16 モニタ装置
17 モニタ装置
18 電極
19 アーク
20 溶接電流
21 ローレンツ力
Ａ オープンパイプの進行方向
Ｃ 接合点
Ｌk キーホールの大きさ
Ｌm キーホールのパイプ周方向の長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、前記オープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながら前記オープンパイプの外面側からレーザビームを照射して前記エッジ部を溶接するレーザ溶接鋼管の製造方法において、前記エッジ部に照射する前記レーザビームの照射部位を前記オープンパイプの内面側から監視し、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められる場合は前記レーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められない場合は前記レーザビームによる溶接条件を変更することによって、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記レーザビームの照射部位に設けつつ溶接を行なうレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記オープンパイプの外面側から加熱する補助熱源を用いて前記エッジ部を補助的に加熱・溶融し、かつ前記レーザビームを照射することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項３】
前記補助熱源が、アークであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項４】
前記エッジ部に照射する前記レーザビームの照射部位を前記オープンパイプの内面側から監視するとともに、前記レーザビームの照射によって前記照射部位より発生する反射光ならびにプラズマ光をセンサーを用いて測定し、前記センサーから得られるそれぞれの測定値に基づいて溶接状況を監視し、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められ、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値の変動が小さい場合は前記レーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが不安定で閉塞を繰り返し、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値の変動が大きい場合は前記レーザビームによる溶接条件を変更することによって、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記レーザビームの照射部位に設けつつ溶接を行なうことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項５】
前記キーホールの大きさを、前記オープンパイプの内面側で直径0.2mm以上とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項６】
前記スクイズロールで加圧されるエッジ部の接合点を、前記レーザビームの照射によって生じる溶融メタル内に配置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項７】
前記スクイズロールで加圧されるエッジ部の接合点を、前記内面側キーホール内に配置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項８】
前記レーザビームの発振器と前記補助熱源とを一体的に配置することを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項９】
前記レーザビームの発振器と前記補助熱源とを一体的に配置し、かつ前記補助熱源がレーザビームより先行して前記エッジ部を加熱することを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１０】
前記レーザビームの発振器がファイバーレーザ発振器であり、レーザ出力が15ｋＷを超え、レーザの焦点距離が200mm以上であることを特徴とする請求項３〜９のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１１】
前記オープンパイプの外面における前記レーザビームの照射位置と前記アークの電極との距離が７mm以下であることを特徴とする請求項３〜10のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１２】
前記反射光を前記オープンパイプの外面側から測定し、前記プラズマ光を前記オープンパイプの内面側から測定することを特徴とする請求項４〜10のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１３】
複数本のレーザビームを照射して、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記複数本のレーザビームの照射部位にそれぞれ設けつつ溶接を行なうことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１４】
前記エッジ部に照射する複数本のレーザビームの照射部位を内面側から監視するとともに、前記レーザビームの照射によって前記照射部位より発生する反射光ならびにプラズマ光をセンサーを用いて測定し、前記センサーから得られるそれぞれの測定値に基づいて溶接状況を監視し、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通した複数個のキーホールが認められ、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値が小さい場合は前記レーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが不安定で閉塞を繰り返し、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値が大きい場合は前記レーザビームによる溶接条件を変更することによって、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記複数本のレーザビームの照射部位にそれぞれ設けつつ溶接を行なうことを特徴とする請求項13に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１５】
前記複数個のキーホールのうち、前記エッジ部の両側に設けられかつ前記エッジ部に対して垂直方向の距離が最も大きい２個のキーホールの間にエッジ部の接合点を配置することを特徴とする請求項13または14に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１６】
前記複数個のキーホールの大きさを、いずれも前記オープンパイプの内面側で直径0.1mm以上とすることを特徴とする請求項13〜15のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１７】
前記エッジ部の接合点を、前記複数本のレーザビームの照射によって生じる溶融メタル内に配置することを特徴とする請求項13〜16のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１８】
前記複数本のレーザビームとして２本のレーザビームを用いることを特徴とする請求項13〜17のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１９】
前記オープンパイプの外面側から加熱する補助熱源を用いて前記エッジ部を補助的に加熱・溶融することを特徴とする請求項13〜18のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１】
鋼板を成形ロールで円筒状のオープンパイプに成形し、前記オープンパイプのエッジ部をスクイズロールで加圧しながら前記オープンパイプの外面側からレーザビームを照射して前記エッジ部を溶接するレーザ溶接鋼管の製造方法において、前記エッジ部に照射する前記レーザビームの照射部位を前記オープンパイプの内面側から監視し、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められる場合は前記レーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められない場合は前記レーザビームによる溶接条件を変更することによって、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記レーザビームの照射部位に設けつつ溶接を行なうレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記オープンパイプの外面側から加熱する補助熱源を用いて前記エッジ部を補助的に加熱・溶融し、かつ前記レーザビームを照射することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項３】
前記補助熱源が、アークであることを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項４】
前記エッジ部に照射する前記レーザビームの照射部位を前記オープンパイプの内面側から監視するとともに、前記レーザビームの照射によって前記照射部位より発生する反射光ならびにプラズマ光をセンサーを用いて測定し、前記センサーから得られるそれぞれの測定値に基づいて溶接状況を監視し、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが認められ、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値の変動が小さい場合は前記レーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが不安定で閉塞を繰り返し、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値の変動が大きい場合は前記レーザビームによる溶接条件を変更することによって、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記レーザビームの照射部位に設けつつ溶接を行なうことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項５】
前記キーホールの大きさを、前記オープンパイプの内面側で直径0.2mm以上とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項６】
前記スクイズロールで加圧されるエッジ部の接合点を、前記レーザビームの照射によって生じる溶融メタル内に配置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項７】
前記スクイズロールで加圧されるエッジ部の接合点を、前記内面側キーホール内に配置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項８】
前記レーザビームの発振器と前記補助熱源とを一体的に配置することを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項９】
前記レーザビームの発振器と前記補助熱源とを一体的に配置し、かつ前記補助熱源がレーザビームより先行して前記エッジ部を加熱することを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１０】
前記レーザビームの発振器がファイバーレーザ発振器であり、レーザ出力が15ｋＷを超え、レーザの焦点距離が200mm以上であることを特徴とする請求項３〜９のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１１】
前記オープンパイプの外面における前記レーザビームの照射位置と前記アークの電極との距離が７mm以下であることを特徴とする請求項３〜10のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１２】
前記反射光を前記オープンパイプの外面側から測定し、前記プラズマ光を前記オープンパイプの内面側から測定することを特徴とする請求項４〜10のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１３】
複数本のレーザビームを照射して、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記複数本のレーザビームの照射部位にそれぞれ設けつつ溶接を行なうことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１４】
前記エッジ部に照射する複数本のレーザビームの照射部位を内面側から監視するとともに、前記レーザビームの照射によって前記照射部位より発生する反射光ならびにプラズマ光をセンサーを用いて測定し、前記センサーから得られるそれぞれの測定値に基づいて溶接状況を監視し、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通した複数個のキーホールが認められ、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値が小さい場合は前記レーザビームによる溶接条件を継続して維持する一方、前記オープンパイプの内面側まで貫通したキーホールが不安定で閉塞を繰り返し、かつ前記センサーから得られる前記反射光および前記プラズマ光の測定値の相対値が大きい場合は前記レーザビームによる溶接条件を変更することによって、前記オープンパイプの外面側から内面側まで貫通したキーホールを前記複数本のレーザビームの照射部位にそれぞれ設けつつ溶接を行なうことを特徴とする請求項13に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１５】
前記複数個のキーホールのうち、前記エッジ部の両側に設けられかつ前記エッジ部に対して垂直方向の距離が最も大きい２個のキーホールの間にエッジ部の接合点を配置することを特徴とする請求項13または14に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１６】
前記複数個のキーホールの大きさを、いずれも前記オープンパイプの内面側で直径0.1mm以上とすることを特徴とする請求項13〜15のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１７】
前記エッジ部の接合点を、前記複数本のレーザビームの照射によって生じる溶融メタル内に配置することを特徴とする請求項13〜16のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１８】
前記複数本のレーザビームとして２本のレーザビームを用いることを特徴とする請求項13〜17のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【請求項１９】
前記オープンパイプの外面側から加熱する補助熱源を用いて前記エッジ部を補助的に加熱・溶融することを特徴とする請求項13〜18のいずれか一項に記載のレーザ溶接鋼管の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２４０７３４（Ｐ２０１０−２４０７３４Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５０６６９（Ｐ２００９−２５０６６９）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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