[发明专利]激光焊接钢管的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用激光束(laser beam)来对开口管(open pipe)的长边方向的边缘部(longitudinal edges)进行焊接的钢管(以下称为激光焊接钢管(laser welded steel pipe))的制造方法，尤其是涉及油井管(oil country tubular goods)或管线管(line pipe)等石油、天然气体的开采、输送所适用的激光焊接钢管的制造方法。

背景技术

用作油井管或管线管的钢管大致分为焊接钢管(welded steel pipe)(例如电焊钢管(electric resistance welded steel pipe)、UOE钢管等)和无缝钢管。在这些钢管中，电焊钢管能够通过将热轧的带状钢板(steel strip)(所谓的热轧钢卷(hot rolled steel coil))用作原材料而廉价地制造，所以在经济上是有利的。

然而，电焊钢管一般是使用成形辊将钢板成形为圆筒状来形成开口管(这里开口管是指由多段成形辊成形而成的端部不接合的管状的钢带。以下称为开口管。)，一边用挤压辊(squeeze roll)对该开口管的边缘部(即成形为圆筒状的钢带的两侧端部)进行加压一边进行电阻焊(electric resistance welding，也称高频电阻焊)来进行制造，所以焊接的缝(所谓的接缝(seam))必然存在，从而存在该接缝的低温韧性(low-temperature toughness)劣化的问题。因此，电焊钢管的油井管、管线管难以在寒冷地区(cold district)使用。接缝的低温韧性劣化的原因是在焊接边缘部时高温的熔融金属(molten metal)与大气中的氧反应而生成氧化物(oxide)，该氧化物容易残留于接缝。

而且，电焊钢管还存在的问题是，在焊接边缘部时熔融金属中的合金元素(alloy element)容易偏析，所以接缝的耐腐蚀性容易劣化。因此，电焊钢管的油井管、管线管难以在严峻的腐蚀环境(corrosion environment)(例如酸性环境(sour environment))下使用。

另一方面，作为不使接缝的低温韧性、耐腐蚀性劣化的焊接方法，基于激光束的焊接(以下称为激光焊接(laser welding))备受关注。激光焊接能减小热源(heat source)的尺寸，并且能够高密度集中热能(heat energy)，所以能够防止熔融金属中的氧化物的生成、合金元素的偏析。因此，如果将激光焊接应用于制造焊接钢管，则能够防止接缝的低温韧性、耐腐蚀性的劣化。

因此，在焊接钢管的制造过程中，通过对开口管的边缘部照射激光束来进行焊接，从而制造钢管(即激光焊接钢管)的技术正实用化。

然而，在激光焊接中，利用光学部件(optical component)使作为高密度能量光线(high-energy density light beam)的激光束聚光并照射到焊接部来进行焊接，所以焊接时带来急剧的金属熔融。因此，熔融金属作为飞溅物(spatter)从形成的熔池飞散。飞散的飞溅物附着于焊接装置(welding equipment)而使接缝的质量降低，并且也附着于光学部件而使焊接的施工变得不稳定。另外，在激光焊接中高密度集中热能(heat energy)来进行焊接，所以大量产生飞溅物，产生下陷(undercut)、不满(underfill)(即凹陷(depression))等焊接缺陷(welding defect)。如果产生不满，则焊接部的强度降低。

因此，研究各种在激光焊接中防止飞溅物的附着的技术、防止飞溅物的产生的技术。例如，通过减少激光输出(laser power)来防止飞溅物产生的技术、或使焦点位置(focus position)偏离很大(所谓的离焦(defocus))来防止飞溅物产生的技术正实用化。然而，存在如下问题：减少激光输出、离焦不仅导致焊接速度(welding speed)降低(即焊接效率(weld efficiency)降低)，还容易产生焊透不良(lack of penetration)。

专利文献1公开了如下技术：将激光束分光生成多个激光束光斑(laser beam spots)来防止飞溅物产生。然而，使多个光束光斑分散来进行激光焊接的技术与减少激光输出来进行激光焊接的技术相同，存在不仅导致焊接效率降低还容易产生焊透不良的问题。并且，用于将激光束分光的棱镜(prism)价格高，所以无法避免焊接的施工成本上升。