WO2009123330A1 - 高密度エネルギービームで接合した溶接鋼管およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

シームに溶接欠陥のない高密度エネルギービームで接合した溶接鋼管、およびその溶接鋼管を効率良く製造する方法を提供する。具体的には、鋼帯を連続的に搬送しつつ鋼帯の両側端部が互いに対向するように円筒状に成形し、スクイズロールで加圧しながら両側端部に高密度エネルギービームを照射して両側端部を全厚にわたって溶融し、両側端部を接合してシームを形成し、得られた溶接鋼管の外面側および内面側のシームの突出部を切削加工で除去し、次いで溶接鋼管の内面側に、表面から0.5mm以上の深さかつシームの２倍以上の幅にわたって再溶融して凝固させたシーム補修部を形成するとともにシームの中心線とシーム補修部の中心線とを一致させる。

Description

明細書 ， 高密度エネルギービームで接合した溶接鋼管およびその製造方法

技術分野 ' 本発明は、 溶接鋼管 (welded steel pipe)の製造方法に関し、 特に高密度エネルギービ ーム（high-energy density beam)を照射して溶接した溶接鋼管の製造方法に関するもので ある。 背景技術 ，

鋼帯（steel strip)を連続的に搬送しつつ円筒状に成形して、 鋼帯の両側端部を互いに 対向させ、 その継ぎ目 （いわゆるシーム（seam) ) を溶接して溶接鋼管を製造するにあたつ て、 様々な溶接技術 (welding technology)が実用化されている。 それらの溶接技術のうち で最も効率良くシームを接合できるのは、 高周波抵抗溶接法（high-frequency resistance welding) (レヽわゆる電縫溶接法（electric resistance welding) ) である。

電缝溶接法は、 誘導コイル（induction coil)を用いて鋼帯の両側端部を加熱 （いわゆる 1¾周波誘導抵 カロ熱 (high— frequency induction resistance heating) ) する、 あるレヽは 接触子（contact tip)を介して銅帯の両側端部に高周波電流（high frequency electric current)を流すことによって加熱 （いわゆる高周波接触抵抗加熱（high frequency contact resistance heating) し、 鋼帯の溶融した両側端部をスクイズロール（sq eeze roll)で加 圧して、 溶融メタル（molten metal)中の不純物（impurities)や酸化物（oxide)を排除しな がら溶接を行なう技術である。 電縫溶接法は、 溶接鋼管を効率良く生産できるという利点 を有する力 鋼帯の両側端部を対向させて加熱して溶融する際に、溶融メタル中の Mn，Si， Cr等の合金成分が大気中の酸素と結合して高融点酸化物（high melting point oxide)を生 成し易い。 その高融点酸化物はシーム内部に残留して、 ぺネトレータ（penetrator)と呼ば れる溶接欠陥を発生させる。 そこで、 高融点酸化物の生成を抑制するために、 不活性ガス（inert gas)で溶融メタル をシールドする技術 （いわゆるガスシールド法（gas shielded method) ) が検討されてい る。 しかしガスシールド法では溶融メタル中の合金成分の酸化を十分に防止できないので、 高融点酸ィヒ物が生成するのは避けられない。 したがって、 Crや Ni等の合金成分を多く含 むステンレス鋼等（フェライ ト系ステンレス鋼、 ォ一ステナイ ト系ステンレス銅、 マルテ ンサイ ト系ステンレス鋼および 2相系ステンレス銅等）の合金銅の接合には、 電縫溶接法 は、 適していない。

そこで、 高密度エネルギービ―ム （たとえばレーザビーム（laser beam) , 電子ビーム (electron beam)等） を照射して溶接鋼管のシームを溶接する技術が検討されている。 高 密度エネルギービームによる溶接では、 溶融メタルが大気 (atmosphere)と接触しないので、 高融点酸化物の生成を防止できる。 ところが高密度エネルギービームによる溶接では、 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ブ ンパイ,プ (open pipe) (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。 ）の長手 方向のエッジ部（longitudinal edges) (すなわち円筒状に成形した銅帯の両側端部） が接 合する位置 （以下、 スクイズ点（squeezing point)という） と高密度エネルギービームを 照射する位置とに周方向のずれ (shift)が生じると、 接合部が溶融されず、 溶接鋼管のシ ーム部に未溶融部のエッジ部が残った状態となり、 その部分は溶接不良（welding defect) として取り除かなければならない。その結果、溶接鋼管の歩留り（yield rate)が低下する。 たとえば特開平 3-291176号公報に開示された技術は、 特開平 3-291176号公報の第 1図 に示すように、 円筒状に成形した鋼帯 1の両側端部 1一 1を第 1加熱源 (first heating source) 2 (すなわちエッジ部予熱用高周波電源） を用いて予熱し、 次いで溶接熱源 3 (す なわちプラズマやレーザ） を照射しながらスクイズロール 4で加圧して接合する溶接技術 であり、 第 1加熱源 2と第 2加熱源 3を併用することによって、 溶接速度を向上すること が可能となる。 し力 ^しながら、 特開平 3-291176号公報では、 実施例に示すように接合す る鋼管の板厚 tも 3 mm以下と比較的薄いので、 第 1加熱源 2による予熱の温度

(preheating temperature)を 200〜600°Cに規定しており、 板厚 tが 6 mmを超える大径厚 肉の溶接鋼管 （たとえば U O E鋼管， スパイラル鋼管（spiral steel pipe)等） にこの技 術を適用する場合には、 600°C程度の予熱では溶接速度の向上は期待できない。 また、 特 開平 3-291176号公報では、 特にレーザビーム等の高密度エネルギー熱源を用いた溶接に 特有の鋼管内面側に発生する溶接欠陥を完全に除去することはできず、 この技術でも溶接 鋼管の歩留まりは向上しない。

特許第 1738729号公報に開示された技術は、 特許第 1738729号公報の第 3図に示すよう に、 円筒状に成形した鋼帯 1の両側端部がスクイズロール 1 l aおよび 1 l bで最初に接 する点 （すなわち V収束点 P) より上流側 （鋼管の進行方向に対して） にて第 1加熱源 1

0 (すなわち誘導加熱コイル） を用いて鋼帯 1の両側端部を予熱し、 次いで V収束点 P り下流側にて第 2加熱源（second heating source) 1 2 (すなわちレーザビーム） を照射 し、 さらにスクイズロール 1 3 aおよび 1 3 bで押えて接合する溶接技術である。 ところ がスクイズロール 1 l a、 l i b , 1 3 aおよび 1 3 bで鋼帯 1の两側端部と単に接触する 程度の締め付け量で締め付けるので、 特許第 1738729号公報のように、 高密度エネルギー ビームの照射位置から発生するスパッタなどにより、 鋼帯の両側端部の接合が困難になる、 あるいはシームに溶け落ち （burn through) あるいは、 アンダーカット（undercut)が生じ る等の問題が生じる。 また鋼帯の成分によっては凝固割れ（solidification cracking)を 生じる惧れがある。 また、 特許第 1738729号公報では、 特にレーザビーム等の高密度エネ ルギー熱源を用いた溶接に特有の鋼管内面側に発生する溶接欠陥を完全に除去すること は、 できない。

特開平 8-174249号公報に開示された技術は、 特開平 8-174249号公報の図 1に示すよう に、 円筒状に成形した銅帯の両側端部を第 1加熱源 έ (すなわち高周波誘導加熱装置） を 用いて予熱し、 次いで第 2加熱源 1 0 (すなわちレーザビーム） を照射すると同時にスク ィズロール 4 aおよび 4 bで加圧して接合する溶接技術である。 この技術ではスクイズ点 9の近傍にレーザビームを照射しなければならないが、 溶接鋼管の製造ラインでは様々な 要因によってレーザビームの照射位置やエネルギー密度が変動するのは避けられない。 そ の結果、 鋼帯の両側端部 1 aおよび lbの間隔変動， 照射位置（irradiation point)とスク ィズ点 9がずれることによってシームが蛇行する（meandering)、 あるいはエネルギー密度 が変動することによってスパイキング（spiking)と呼ばれる微小欠陥（smal l defect)が生 じる等の問題が生じる。 すなわち、 特開平 8- 174249号公報では、 特にレーザビーム等の 高密度エネルギー熱源を用いた溶接に特有の鋼管内面側に発生する溶接欠陥を完全に除 去することは、 できない。

また、 電縫溶接法で製造した溶接鋼管を加工 （いわゆる 2次加工） すると、 シームの外 面側（outer side of pipe)と内面側（inner side of pipe)に集中して露出した偏析線 (segregation line)を起点として割れが発生し易い。

そこで特開 2006-150412号公報には、 溶接鋼管のシームを外面側と内面側で局部的に再 溶融して凝固させる技術が開示されている。 この技術は、 再溶融する深さを規定して通常 公知の電縫溶接法で製造した溶接鋼管に適用されるものであり、 必ずしも高密度エネルギ 一ビームで溶接した溶接鋼管に適用されるものではない。 したがって、 特開 2006-150412 号公報では、 特にレーザビーム等の高密度エネルギー熱源を用いた溶接に特有の鋼管内面 側に発生する溶接欠陥を完全に除去する方法について、 示唆されていない。

そのため、 特開 2006-150412号公報に開示された技術を高密度エネルギービームで溶接 した溶接鋼管に適用するためには改善の余地が残されていた。

本発明は、 シームに溶接欠陥のない高密度エネルギービームで接合した溶接銅管、 およ びその溶接鋼管を効率良く製造する方法を提供することを目的とする。 発明の開示

本発明は、 シームを高密度エネルギービーム溶接で接合した溶接鋼管であって、 溶接鋼 管の外面側に、 シ一ムの突出部の切削加工（cutting)で平滑に加工されたシームを有し、 溶接鋼管の内面側に、 シームを表面から深さ （h ) 0. 5 以上を再溶融 (remelting)して凝 固させたシーム補修部を有し、 シーム補修部（repaired seam)の幅 WRが鋼管内面側のシ 一ムの幅 W Iの 2倍以上でありかつシームの中心線 C S (center line)とシーム補修部 C S Rの中心線とがー致する溶接鋼管である。

本発明の溶接鋼管においては、 高密度エネルギービーム溶接がレーザ溶接（laser welding)であることが好ましい。

また本発明は、 シームを高密度エネルギービーム溶接で接合する溶接銅管の製造方法に おいて、 鋼帯 1を連続的に搬送しつつ成形ロールで鋼帯 1の両側端部 laおよび 1 bが互 いに対向するように円筒状のオープンパイプに成形し、 オープンパイプをスクィズロール 4aおよび 4 bで加圧しながら高密度エネルギービーム 1 0を照射して両側端部 laおよび 1 bを全厚 t (overall thickness)にわたつて溶融し、 両側端部 laおよび 1 bを接合して シームを形成し、 得られた溶接銅管の外面側および内面側のシームの突出部（excess weld metal) (あるいは、 ビード、 余盛部または、 隆起部とも称す。 以下、 ビードと称す。 ) を 切削加工で除去し、 次いで溶接銅管の内面側に、 表面から 0. 5 以上の深さ hかつ内面側 シームの幅 W Iの 2倍以上の幅 WRにわたつて再溶融（reinelting)して凝固させたシーム 補修部 1 2を形成するとともにシームの中心線 C Sとシーム補修部 1 2の中心線 C S R とを一致させる溶接鋼管の製造方法である。

本発明の溶接鋼管の製造方法においては、 高密度エネルギービーム溶接としてレーザ溶 接を採用することが好ましい。

また、 溶接鋼管を連続的に製造する製造ラインとは別の設備にてシーム補修部 1 2を形 成することが好ましい。

また、 高密度エネルギービームの照射に先立って、 両側端部 laおよび 1 bを鋼帯 1の 融；¾以下（melting point or lower)に予熱（preheating)することカ好まし ヽ。 本発明によれば、 シームに溶接欠陥のない高密度エネルギービームで接合した溶接鋼管 を効率良く製造できる。 図面の簡単な説明

図 1 ：本発明の方法に使用する製造装置の概要図。 .

図 2 ：本発明を適用してオープンパイプのエッジ部の接合点の全厚を溶融 （溶接） する例 を模式的に示す斜視図。

図 3 ：本発明の外面側および内面側のビードを切削加工した後のレーザ溶接鋼管のシーム 部 1 1の断面図。

図 4 ：本発明のシーム補修部 1 2を有したレーザ溶接銅管のシーム部 1 1の断面図。 (符号の説明）

1 ：鋼帯、 la、 l b :銅帯端部、 1 c ：突き合わせ部、 4a、 4 b : スクイズロール 6 ：第 1加熱源、 7 ：スクイズロール軸中心を結ぶ線、 8 ：突き合わせ線

9 ： スクイズ点、 1 0 ：高密度エネルギービーム、 1 1 ： シーム部、

1 2 ： シーム補修部、 キーホール 1 3、 h ： シーム補修部 1 2の深さ

WR ： シーム補修部 1 2の幅、 W I ： レーザ溶接鋼管の内面側のシーム幅

t ：鋼管の板厚、 C S ： シームの中心線、 C S R ： シーム補修部 1 2の中心線

A C S ： シームの中心線 C Sとシーム補修部 1 2の中心線 C S Rとのズレ 発明を実施するための最良の形態

発明者らは、 高密度エネルギービームで溶接した溶接鋼管のシームを局部的に再溶融し て凝固させることによってシームの溶接欠陥を除去し、 ひいては 2次加ェ（secondary working)によるシームの割れを防止する技術について鋭意検討した。 その結果、 高密度ェ ネルギービームで溶接した溶接鋼管のシ一ムを局部的に再溶融する技術に加えて、 切削加 ェを併用する必要があることが分かった。 つまり高密度エネルギービームで溶接した溶接鋼管においては、 溶接鋼管の'外面側は、 シームの突起部 （隆起部） （excess weld metal) (以下、 ビード（bead)という） を切削加 ェで除去して平滑にする。 しかし高密度エネルギービームを照射して得られる溶融メタル は幅が狭いので、 溶接鋼管の内面側ではスパッタゃ溶け落ちによって発生する未溶融部や 高密度エネルギービームのエネルギー密度の変動によるアンダーカツトゃポロシティ、 シ ームの割れ等の溶接欠陥が発生し易い。 そのため内面側は、 未溶融部や溶接欠陥を防止す るために、 ビードを切削加工にて除去した後でその表層部を局部的に再溶融し、 その再溶 融して凝固した部位 （以下、 シーム補修部 1 2という） の形状と位置を調整する必要があ る。

本発明は、 このような知見に基づいてなされたものである。

本発明が対象とする鋼管は、 図 1に示すように、 鋼帯 1を連続的に搬送しながら、 その 鋼帯 1の両側端部 laおよび lbが互いに対向するように円筒状（いわゆるオープンパイプ） に成形する。 本発明では、 両側端部 laおよび lbを第 1加熱源 6 (たとえば高周波誘導加 熱， 高周波抵抗加熱等） を用いて鋼帯 1の両側端部 laおよび lbを予熱することなく、 高 密度エネルギービーム溶接を行なうことが可能である。 ただし両側端部 laおよび lbを第 1加熱源 6で予熱すれば、 溶接鋼管の生産性が向上する等の効果が得られる。

両側端部 laおよび lbの予熱を行なう場合は、 予熱の温度は鋼帯 1の融点以下とする。 ただし、予熱による鋼帯 1の温度が低すぎると、後述する第 2加熱源 1 0の負荷が増大し、 溶接鋼管の生産性が向上しない。予熱の温度が融点以下であっても、 600 以上であれば、 溶接速度を増加する効果が得られる。 一方、 予熱による鋼帯 1の温度が高すぎると、 両側 端部 laおよび lbが溶け落ちる、 あるいは変形するので、 溶接鋼管の歩留りが低下する。 つまり予熱による鋼帯 1の温度が 1200°Cを超えると、健全な溶接が困難になる。 したがつ て、第 1加熱源 6によって予熱される銅帯 1の両側端部 laおよび lbの温度は 600〜1200で の範囲内が好ましい。 その後、 鋼帯 1の両側端部 laおよび lbの突合せ線 8 (すなわちシームの中心線） とス クイズロール 4aおよび 4 bの軸中心を結ぶ直線 7との交点 （すなわちスクイズ点 9 ) の 近傍に第 2加熱源 1 0として高密度エネルギービーム 1 0 (たとえばレーザビーム， 電子 ビーム等） を照射する。 高密度エネルギービーム 1 0の照射は、 オープンパイプをスクイ ズロール 4aおよび 4 bで加圧しながら行なう。 ただしスクイズロール 4aおよび 4 bの下 流側（downstream side) (鋼管の進行方向に対して） では、 銅帯 1のスプリングバックに よって両側端部 laおよび lbの間隔が広がる。 そのため、 スクイズ点 9の下流側に高密度 エネルギービーム 1 0を照射すると、 溶融メタル 1 4が凝固する際に引張応力が作用し、 凝固割れあるいは、 アンダーカットや溶け落ち等の溶接欠陥が発生する。 一方、 スクイズ 点 9の上流側（upstream side) (銅管の進行方向に対して） では、 鋼鋼帯 1の両側端部 la および lbがしだいに接近する。 そのため、 スクイズ点 9の上流側のスクイズロール 4aお よび 4 bで加圧されている部分に高密度エネルギービーム 1 0を照射すると、 溶け落ち、 アンダーカットや凝固割れ等の溶接欠陥は発生しない。 したがって、 スクイズ点 9の上流 側のスクイズロール 4aおよび 4 bで加圧されている部分に高密度エネルギービーム 1 0 を照射する。

ただしスクイズ点 9の上流側へ大幅に離れた位置に高密度エネルギービーム 1 0を照 射すると、 鋼帯 1の両側端部 laおよび lbの間隔 (gap) (以下、 突合せ間隔という） が大 きすぎるので、 溶け落ちあるいは、 アンダーカット等の溶接欠陥が発生する。 発明者らの 検討によれば、 突合せ間隔が 0. 50mm以下、 さらに好ましくは、 0. 20mm以下の範囲で高密 度エネルギービームを照射すると溶接欠陥は発生しない。 突合せ間隔が 0. 50腿〜 0. 20mm となるのはスクイズ点 9から上流側へ約 5 O mm〜約 5 mmの位置である。 したがって、 高 密度エネルギービーム 1 0を照射する位置はスクィズ点の上流側 0 ~ 5 0讓さらに好ま しくは、 0〜20腿 の範囲内が好ましい。 これは突合せ間隔が 0〜0· 50匪さらに好ましく は、 0〜0. 20匪に相当する。 高密度エネルギービーム 1 0の照射条件 (irradiation conditions) (具体的には、 ビ 一ムスポット径、 ビームパワー、 溶接速度等） は、 銅帯 1の板厚 t等に応じて、 その全厚 tを溶融できるように適宜設定する。 例えば、 図 2は、 本発明を適用してオープンパイプ のエッジ部 （銅帯端部 （laおよび、 l b ) ) の接合点を溶融 （溶接） する例を模式的に示 す斜視図である。 図 2中の矢印 Aは、 オープンパイプの進行方向を示す。 なお、 高密度ェ ネルギービーム 1 0の照射によって発生するキーホール 1 3とその周囲に形成される溶 融メタル 1 4は透視図として示す。 すなわち、 高密度エネルギービーム 1 0の照射で生じ るキーホール 1 3あるいは、 溶融メタル 1 4内に、 エッジ部の接合点を常に配置するよう にすることで、 全厚 tを溶融できる。

なお高密度エネルギービーム 1 0は、 レーザビームを採用することが好ましい。 その理 由は、 照射位置や照射量を容易に調整でき、 かつキーホール 1 3を安定して維持できるか らである。

このようにして銅帯の両側端部 l aおよび 1 bを溶融した後、 スクイズロール 4 aおよ ぴ 4 bで加圧して、 両側端部 l aおよび 1 bを接合し、 溶接鋼管を得る。 この溶接法は、 一般に 1パス突合せ貫通溶接（one pass butt welding of full penetration)と呼ばれて いる。

高密度エネルギービーム 1 0による溶接では溶融メタル 1 4の幅が狭いので、 スパッタ や溶け落ちによる未溶融部やアンダーカット、 凝固割れが発生し易く、 しかも金属蒸気 (metal vapour)等が封じ込まれてポロシティ（porosity)が発生し易い。 これらの溶接欠陥 を防止するためにスクイズロール 4 aおよび 4 bで加圧する。 その加圧の程度を示す指標 はァップセット量（upset distance) (鋼帯の两側端部 1 aおよび 1 bを合わせ、 加圧力 0 をアップセット量 0mmとし、 さらに鋼帯の両側端部 l aおよび 1 bを加圧して押し込んだ 量をアップセット量と称す） である。 アップセット量が 0. 1mm未満では、 溶融メタル 1 4 のシーム部 1 1からの押出し量が不足するので、 アンダーカットを防止できない。 一方、 アップセット量が 1. 0mmを超えると、 ほとんどの溶融メタル 1 4がシーム部 1 1から押出 されるので、 シームが内外面に大きく隆起し、突起部（ビード） が形成される。 そのため、 ビードを切削加工で除去して、 シームを平滑にしても、 フッククラック（hook crack)が発 生し易くなる。 したがって、 アップセット量は 0. 1〜1. 0mmの範囲内が好ましい。

なお、 第 1加熱源 6による予熱位置からスクイズロール 4 aおよび 4 bによるスクイズ 点 9に到る領域を不活性ガス（inert gas) (たとえば窒素（nitrogen)， ヘリウム（helium)， アルゴン（argon)等） でシールドすることが好ましい。 その理由は、 銅帯 1の両側端面 1 a および 1 bの酸化を防止し、 溶融メタル 1 4に酸化物が卷き込まれるのを防止するためで ある。

次に、 得られた溶接鋼管の外面側と内面側のシームの突起部 （隆起部） （すなわちビー ド） を除去する。 ビードの除去は、 通常の切削工具 （たとえばカッター（cutting tool)奪） を使用して行なう。 具体的に図 3および図 4のシーム部 1 1の断面図を使って説明する。 溶接鋼管の外面側は、 図 3のシーム部 1 1の断面図に示すように、 ビードを切削加工で 除去することによって、 鋼管の外面側のシーム部 1 1を平坦にする。

しかし溶接鋼管の内面側のシーム部 1 1は、 高密度エネルギービーム 1 0の照射条件に よっては、 特に、 高密度エネルギービーム 1 0のパワー等が不足する場合には、 内面側に 未溶融部， アンダーカットまたは， ポロシティ等の溶接欠陥が発生し易い。 そのため溶接 鋼管の内面側は、 ビードを切削加工で除去するだけでは、溶接欠陥が残留する惧れがある。 そこで、 図 4に示すように、 溶接鋼管の内面側のシームの表層部を局部的に再溶融して凝 固した部位 1 2 (すなわちシーム補修部 1 2 ) を形成することによって、 内面側のシーム に残留する溶接欠陥を除去する。 その結果、 2次加工の際に、 残留する溶接欠陥に起因し てシームに割れが発生するのを防止できる。

溶接鋼管の内面側に形成するシーム補修部 1 2の深さ hが 0. 5mm未満では、 内面側のシ ームに残留する溶接欠陥を十分に除去できないので、 2次加工の際にその溶接欠陥が起点 となって、 シームに割れが発生する。 したがって、 シーム補修部 1 2の深さ hは 0. 5瞧以 上とする。 ただしシーム補修部 1 2が過剰に.深くなると、 アンダーカットあるいは、 溶け 落ち等の溶接欠陥が生じる惧れがある。 そのため、 シーム補修部 1 2の深さ hの最大深さ は鋼管の板厚 tの 4 0 %以下にするのが好ましい。 具体的には、 シーム補修部 1 2の深さ h は、 0 . 5〜5 mm、 さらに好ましくは、 0 . 5〜 2 mmの範囲内が好ましレヽ。

また、 図 4に示すように、 シーム補修部 1 2の幅 WRが溶接鋼管の内面側のシームの幅 W Iの 2倍未満では、 溶接鋼管の内面に露出した表面欠陥が起点となって、 2次加工の際 に割れが発生する。 した って、 シーム補修部 1 2の幅 WRは溶接鋼管の内面側のシーム の幅 W Iの 2倍以上とする。 ただしシーム補修部 1 2の幅 WRが過剰に広くなると、 アン ダーカット等の溶接欠陥が生じる惧れがある。 そのため、 シーム補修部 1 2の幅 WRは溶 接鋼管の内面側のシームの幅 W Iの 2〜5倍の範囲内が好ましい。 なお、 溶接銅管の内面 側のシーム部 1 1に露出した表面欠陥は、 主に高密度エネルギービーム 1 0の照射による 急激な溶融および凝固現象が原因となって、 シームの近傍に発生するものである。

溶接鋼管の内面側に形成されるシーム補修部 1 2の中心線 C S Rは、 シームの中心線 C Sに一致させる。 その理由は、 シーム補修部 1 2の中心線 C S Rの位置がシームの中心線 C Sから 5 mm以上 （ズレ： A C S ) 乖離すると、 内面側のシームの溶接欠陥を除去する 効果が得られないからである。 したがって、 中心線のズレ （A C S ) は、 5 mm以下が好 ましい。

シーム補修部 1 2を形成するための加熱手段 1 0は、 シーム補修部 1 2の形状 （すなわ ち深さ（depth) , 幅 (width) ) と位置を上記した範囲に維持するように、 加熱する位置や熱 量を調整できるものを使用する。 たとえばバーナ溶解法（burner melting method) , レー ザ溶解法（laser melting method) , プラズマ溶解法（plasma melting method) , 電子ビー ム溶解法 (electron beam melting method) , T I G溶解法 (Tungsten Inert Gas melting method)等の従来から知られている技術を使用できる。

溶接鋼管の内面側にシーム補修部 1 2を形成するための加熱は、 大気中で行なうことが 可能である。 ただし採用した加熱手段や加熱条件によっては、 大気中の酸素がシーム補修 部 1 2に混入して酸化物を生成する惧れがある。 そのため、 不活性ガス雰囲気中で加熱し て再溶融することが好ましい。 '

溶接鋼管の内面側にシーム補修部 1 2を形成するにあたって、 再溶融した段階で、 ワイ ャ（wire) , フラックス（flux) , インサート材 (insert material)等を使用して合金元素を 添加することによって、 シーム補修部 1 2の材質特性をさらに改善することができる。 また、 溶接鋼管を連続的に製造する製造ライン上でシーム補修部 1 2を形成しても良レ、。 ただしシーム補修部 1 2の形成は製造ラインの稼働を阻害する惧れがあるので、 溶接鋼管 の生産性向上の観点から製造ラインとは別の設備でシーム補修部 1 2を形成することが 好ましい。 .

また、 具体的なシーム補修装置は、 例えば、 溶接鋼管内面に挿入できるブームの先端に 内面シームを再溶融する溶解装置 （溶接装置） と予め切削された内面シーム部 1 1を画像 処理で倣うことが可能なシーム検出器を取り付けることが好ましい。 実施例 1

表 1に示す成分の熱延銅帯（hot roled steel strip) (板厚 12 を、 図 1に示すよう に、 多段の成形ロール (forming roll) (図 1では省略） に供給して、 その熱延鋼帯 1の両 側端部 laおよび l bが互いに対向するように円筒状に成形した。 次いで、 第 1加熱源 6と して高周波抵抗加熱を採用して熱延銅帯の両側端部 laおよび 1 bを予熱し、 さらに第 2加 熱源 1 0として炭酸ガスレ一ザビーム（C0₂ laser beam)を照射して、 熱延鋼帯 1の両側端 部 laおよび l bを全厚 tにわたつて溶融した。 さらにスクイズロール 4aおよび 4 bで加 圧することによって両側端部 laおよび l bを接合して溶接鋼管 （外径： 406 を製造し た。

第 1加熱源 6による予熱温度， 第 2加熱源 1 0として炭酸ガスレーザの出力と照射位置， スクイズロール 4aおよび 4 bによるアップセット量は表 2に示す通りである。 なお、炭酸 ガスレーザ 1 0の照射位置は、 スクイズ点 9をゼロとし、 その下流側を +， 上流側を一と した。 また、 不活性ガスでシールドする領域は、 熱延銅帯の両側端部 laおよび l bを予熱 する箇所から炭酸ガスレーザ 1 0を照射し、 さらにスクイズロール 4aおよび 4 bで接合す るまでの領域までで、 ヘリウムガスでシールドした。 なお、 シームの幅は、 ビード切削後 の鋼管の内面側の表面のシーム幅を外観検査で測定し、 それらの 5点の平均値である。 ま た、 突き合わせ間隔は、 突き合わせ部をカメラで撮影し、 画像処理して、 その平均値を求 めた。

得られた溶接鋼管の外面側と内面側のビードをカッターで切削し、 平滑に加工した。 次 に、 製造ラインから別の専用設備へ溶接銅管を搬送して、 内面側にシーム補修部 1 2を形 成した。 シーム補修部 1 2を形成する際の局部的に再溶融する溶解法とその雰囲気は表 3 に示す通りである。 シーム補修部 1 2の中心線 C S Rは、 シームの中心線 C Sに一致させ た（A C S =約 O mm)。また、シーム補修部 1 2の深さ hと幅 WRを表 3に併せて示す。 なお、 シーム補修部 1 2の深さ hと幅 WRは、 鋼管のシーム部 1 1の断面の 3箇所の平均 値から求めた。 '

.発明例 1〜 6は、 シーム補修部 1 2の深さ hと幅 WRが本発明の範囲を満足する例であ る。 比較例 1， 3はシーム補修部 1 2の深さが本発明の範囲を外れる例、 比較例 2， 4は シーム補修部 1 2の幅 WRが本発明の範囲を外れる例である。

次に、 これらの溶接鋼管からそれぞれ試験片 （長さ 3 0 O mmに輪切り） を採取して偏 平試験 (flattening test)を行ない、 シームの割れを調査した。 偏平試験では、 輪切りし た試験片 （長さ 300腿） の中心軸を水平にし、 かつシームを上方に向けた状態 （溶接鋼管 の内面側のシームに引張応力が掛かる状態） で鉛直方向に押圧した。 偏平試験で発生した 溶接鋼管の内面側のシームの割れを目視で観察した。 内面側のシームの割れの個数は表 3 に示す通りである。

表 3力 ^ら明らかなように、 発明例 1〜 6では偏平試験によるシームの割れは皆無であつ たのに対して、 比較例 1〜4では割れが 6〜15個発生した。

このようして、 本発明を適用すれば、 シームに溶接欠陥のない溶接銅管を効率良く製造 .できることが確かめられた。 その溶接鋼管は、 シームに溶接欠陥がないので、 2次加工を 施してもシ一ムに割れが生じない。 実施例 2 - 表 4に示す成分の熱延銅帯 （板厚 5匪） を多段の成形ロールに供給して、 その熱延銅帯 1の両側端部 l aおよび 1 bが互いに対向するように円筒状に成形した。 次いで、 第 1加 熱源 6を使用せず、 第 2加熱源 1 0としてファイバーレーザ（fiber laser)を使用して、 熱延鋼帯 1の両側端部 l aおよび 1 bを全厚にわたって溶融した。 さらにスクイズロール 4 aおよび 4 bで加圧することによつて両側端部 1 aおよび 1 bを接合して溶接鋼管 （外 径： 273醒） を製造した。 溶接銅管のシームの全長は 20m， 内面側のシーム幅は 0. 7謹 （平 均値） であった。 なお、 シームの幅、 突き合わせ間隔、 シーム補修部 1 2の深さ hおよび 幅 WRは、 実施例 1と同様にして求めた。

第 2加熱源 1 0としてファイバーレーザの出力と照射位置， スクイズロール 4 aおよび 4 bによるアップセット量は表 5に示す通りである。 なお、 ファイバーレーザの照射位置 は、 スクイズ点をゼロとし、 その下流側を +， 上流側を一とした。 ファイバーレーザを照 射しさらにスクイズ口ール 4 aおよび 4 bで接合するまでの領域をアルゴンガス（argon gas)でシーノレドした。

得られた溶接鋼管の外面側と内面側のビードをカッタ一で切削し、 平滑に加工した。 次 に、 製造ラインから別の専用設備へ溶接鋼管を搬送して、 内面側にシーム補修部 1 2を形 成した。 シーム補修部 1 2を形成する際の局部的に再溶融する溶解法とその雰囲気は表 6 に示す通りである。 シーム補修部 1 2の中心線 C S Rは、 シームの中心線 C Sに一致させ た。 また、 シーム補修部 1 2の深さ hと幅 WRを表 6に併せて示す。 発明例 7は、 シーム 補修部 1 2の深さ hと幅 WRが本発明の範囲を満足する例である。 比較例 5はシーム補修 のための再溶融を行なわなかった例である。

次に、得られた溶接鋼管のシームの超音波探傷を行なった。超音波探傷 (ultrasonic flaw detection)は、 シームの全長にわたって J I S (Japanese Industrial Standards) G0582 に準拠して行なった。 そして、 基準となる N 5内外面ノッチ（notch)の人工欠陥

(artificial defect)に対して、 ピーク高さ（peak hight)が 10%以下のものを優

(excellent) (◎) ， 10%超え 25%以下のものを良（good) (〇） ， 25%超え 50%以下のも のを可 (pass) (△) ， 50%超えのものを不良（no-good) ( X ) として評価した。 その結果 を表 6に示す。

表 6から明らかなように、 発明例 7では、 鋼管の内面側のシーム部 1 1にシーム補修部 1 2を形成することによって、 溶接欠陥の発生が抑制された。

表 1

表 2

表 3

* シームの幅に対する比率 ==シーム補修部の幅 （WR) Zシームの幅 （WI ) 表 4

表 5

表 6

Claims

請求の範囲

1 . シームを高密度エネルギービーム溶接で接合した溶接鋼管であって、 前記溶接鋼管の 外面側に、 切削加工で平滑に加工されたシームを有し、 前記溶接鋼管の内面側に、 シーム を表面から深さ 0. 5 以上再溶融して凝固させたシーム補修部を有し、 前記シーム補修部 の幅が前記内面側のシームの幅の 2倍以上でありかつ前記シームの中心線と前記シーム 補修部の中心線とがー致する溶接鋼管。 '

2 . 前記高密度エネルギービーム溶接がレーザ溶接である請求項 1に記載の溶接銅管。

3 . シームを高密度エネルギービーム溶接で接合する溶接鋼管の製造方法において、 銅帯 を連続的に搬送しつつ成形ロールで前記銅帯の両側端部が互いに対向するように円筒状 のオープンパイプに成形し、 前記オープンパイプをスクィズロールで加圧しながら高密度 エネルギービームを照射して前記両側端部を全厚にわたって溶融し、 前記両側端部を接合 してシームを形成し、 得られた溶接鋼管の外面側およぴ内面側のシームの突出部を切削加 ェで除去し、 次いで前記溶接銅管の内面側に、 表面から 0. 5 以上の深さかつ前記内面側 のシームの幅の 2倍以上の幅にわたつて再溶融して凝固させたシーム補修部を形成する とともに前記シームの中 線と前記シーム補修部の中心線とを一致させる溶接鋼管の製 造方法。

4 . 前記高密度エネルギービームがレーザビームである請求項 3に記載の溶接銅管の製造 方法。

5 . 前記溶接鋼管を連続的に製造する製造ラインとは別の設備にて前記シーム補修部を形 成する請求項 3または 4に記載の溶接鋼管の製造方法。

6 . 前記オープンパイプを前記スクィズロールで加圧しながら前記両側端部を融点以下に 予爇し、 さらに前記高密度エネルギービームを照射して前記両側端部を全厚にわたって溶 融する請求項 3〜 5のいずれか一項に記載の溶接鋼管の製造方法。