CN101952074B

CN101952074B - 钢材的多电极埋弧焊接方法

Info

Publication number: CN101952074B
Application number: CN200980105843.5A
Authority: CN
Inventors: 石神笃史; 大井健次; 早川直哉
Original assignee: NKK Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: CN101952074A; WO2009104806A1; EP2255915A4; US8785806B2; RU2486996C2; US20110036814A1; EP2255915B1; EP2255915A1; RU2010138932A

Abstract

本发明提供一种钢材的多电极埋弧焊接方法，其适合用于基材的板厚为10～50mm的UOE钢管或螺旋钢管等大口径钢管的制造焊接。具体而言，在利用3个以上电极对钢材进行多电极埋弧焊接时，使用直流电源向第1电极供电，利用第1电极进行焊接时电流密度设定为250A/mm²以上，优选是焊丝直径为3.2mm、焊接电流1000A以上，利用第2电极进行焊接时电流密度设定为150A/mm²以上、优选是焊接电流600A以上，将所述钢材表面位置上电极间距离之一设定为23mm以上、其余的电极间距离设定为20mm以下。

Description

钢材的多电极埋弧焊接方法

技术领域

本发明涉及钢材的多电极埋弧焊接方法(Submerged Arc Welding Method with Multiple Electrodes)，详细来说，涉及一种适宜于在基材(base material)的板厚为10～50mm的UOE钢管(UOE Steel Pipe)或螺旋钢管(spiral steel pipe)等大口径钢管(large diameter steel pipe)的制造时用于焊接的焊接方法。

背景技术

在大口径钢管的缝焊中，通常采用双面单层焊接(double one layer welding)，以3个以上电极实施的多电极埋弧焊接方式，对内表面进行单道(one pass)焊接之后，再对外表面进行单道焊接。双面单层焊接部的截面形状如图3所示。

即，在制造大口径钢管时的焊接(缝焊(seam welding))过程中应用了两个电极以上的埋弧焊接，从提高钢管生产效率(production efficiency of steel pipe)的角度出发，采用在对内表面(inner side)进行单道(one pass)焊接之后再对外表面(external side)进行单道焊接的双面单层焊接方式，进行高效率的焊接施工。

(例如特开平11-138266号公报、特开平10-109171号公报)

双面单层焊接是高效率的焊接施工方法(welding procedure)，但必须确保足够的熔融深度(depth of fusion)，从而使内表面焊接金属4B(internal weld metal)与外表面焊接金属4A(external weld metal)重合，并消除未熔化部分，通常使用1000A以上的大电流(large-current)进行焊接。

但是，在重视焊接效率以及对焊接缺陷的抑制从而增大了热输入(heat input)的情况下，焊接热影响区(welded heat affected zone)的组织变得粗大，焊接部的韧性(toughness)变差；而另一方面，在减少了热输入的情况下，夹渣13(slag inclusion)等焊接缺陷(welding defect)就会增加，为此，人们提出了一种即使在热输入低(low-heat input)的情况下也具有优异的焊接缺陷预防特性的大口径钢管缝焊方法。

即，为了提高焊接部的韧性，降低焊接热输入是有效的，但如果不大幅度降低通常实施的缝焊的热输入，其韧性提高效果就不明显，而一旦大幅度降低了热输入，熔敷量(amount of deposit metal)也会减少，因而必须根据熔敷量的减少程度而相应地减小坡口截面面积(cross-section area of groove)。因此，如果不实施进一步的深熔焊接(deep penetration welding)，内表面的焊接金属和外表面的焊接金属就不能彼此重合，发生熔融不足(lack of penetration)的危险性增大。

因而，焊接部的高韧性化必须兼顾到所投入的热输入的大幅度降低和熔融深度的增大这两个方面，过去已经提出了各种各样的方案，但其实现极为困难。

特开昭52-82652号公报中公开了一种方法，其针对多电极埋弧焊接法，为了获得充分的熔融深度和良好的焊缝形状(bead shape)，在最后一行电极中使用粗径焊丝(thick wire)来调整焊缝形状，在前面的电极中则使用直流电源(direct-current power source)，利用细径焊丝(thin wire)增大电流密度(current density)，由此实现期望的熔融深度。

但是，特开昭52-82652号公报中记载的方法虽然能够实现期望的熔融深度并使焊缝表面保持良好的形状，但有时候熔渣(slag)不能充分地从被前面的电极深入下挖的焊接金属的底部浮上来，成为残留缺陷。

另外，特开昭58-32583号公报中记载了一种焊接接头(weld joint)的制造方法，其针对大口径钢管的造管焊接方法，利用热输入小的多电极埋弧焊接实施内表面的焊接，利用熔化极气体保护电弧焊(gas metal arc welding)和埋弧焊对外表面实施多层焊接(multilayer welding)，由此抑制缺陷并确保焊缝形状，同时保持高性能的焊接部的特性。

但是，特开昭58-32583号公报中记载的焊接方法需要采用热输入小的焊接实施内表面的焊接、外表面的焊接则采用双层焊接(two layer welding)，因此，其效率极低，难以应用于实际生产。

另外，上述特开平10-109171号公报中提出了一种相应于电极直径提高电流密度、增大熔融深度的埋弧焊接方法，但对于钢管的焊接而言，电流和电流密度不充分，难以兼顾热输入的大幅度降低和熔融深度的增大。

另外，特开2006-272377号公报中提出了一种高电流、更高电流密度的埋弧焊接方法，通过将电弧能量(arc energy)尽可能地投入到板厚度方向，确保必要的熔融深度，抑制钢材宽度方向上的基材的熔化，从而节省过剩的焊接热输入，从而同时实现热输入的降低和熔融深度的加深。

但是，特开2006-272377号公报中记载的技术在焊接厚度达到或超过一定厚度的厚钢板时，液态熔渣(liquid slag)难以浮上来，存在着容易发生熔渣卷入等焊接缺陷的倾向。

如上所述，很难说已经充分地实现了经得起实用检验、在低热输入条件下也具有优异的焊接缺陷防止特性的大口径钢管缝焊方法，在实际生产中，为了高效率地生产无缺陷的正常焊接部，目前实施的是大电流的大热输入的缝焊。

其结果是，随着APIX120规格的实施等最近的管线钢管(line pipe)的高强度化，越来越难以在焊接金属和焊接热影响区确保良好的韧性。

发明内容

因此，本发明借鉴了上述问题点，目的是提供一种既能够确保现有的熔融深度、又降低了焊接热输入、并进一步抑制了焊接缺陷的发生的钢材的多电极埋弧焊接方法。

因此，本发明的目的在于提供一种在低热输入条件下也不容易发生夹渣焊接缺陷的厚钢板的多电极埋弧焊接方法。

本发明人已经证明(例如特开2006-272377号公报)，在实施3个电极以上的多电极埋弧焊接的情况下，为了在焊接部形成熔融深度，使用细径的焊丝增大电流和电流密度(＝电流/焊丝截面面积)是有效的。其主要原因是，电流和电流密度的增大使电弧集中所产生的施加于基材的熔刮力(gouging force)增强，特别是前面的1、2电极的电流值与电流密度达到一定值以上时其效果变得最大。

但是，虽然电流和电流密度的增大能够形成大的熔融深度，但由于熔融深度大，在焊接金属内部产生的金属熔渣反应所生成的熔渣不能充分上浮，存在着焊接缺陷(welding defects)的发生率(incidence rate)增加的倾向。

亦即，本发明是：

1.一种钢材的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，在利用3个以上的多电极对钢材进行埋弧焊接时，使用直流电源向第1电极供电，将第1电极的电流密度设定为250A/mm²以上、第2电极的电流密度设定为150A/mm²以上，将所述钢材表面位置处1个电极间距离设定为23mm以上、其余的电极间距离设定为20mm以下。

2.如技术方案1所述的钢材的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，将第1电极的电流设定为1000A以上、第2电极的电流设定为600A以上进行焊接。

3.如技术方案1或2所述的钢材的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，利用第1电极以3.2mm以下的焊丝直径进行焊接。

4.如技术方案1至3中任意一项所述的钢材的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，钢材表面位置处所述第1电极至所述第3电极的焊丝中心间距离为40mm以上60mm以下，所述第1电极(I₁)与所述第2电极(I₂)的电流比满足以下算式：

I₂/I₁≥0.5

其中，I₁：第1电极电流(A)，I₂：第2电极电流(A)。

5.如技术方案1至4中任意一项所述的钢材的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，进而，多电极埋弧焊接方法中的电极数为4个电极，钢材表面位置处所述第3电极至所述第4电极的焊丝中心间距离为20mm以下。

6.一种钢材的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，利用技术方案1至5中任意一项所述的多电极埋弧焊接方法分别对钢材的内表面和外表面进行单层焊接。

7.一种厚钢板的多电极埋弧焊接方法，利用3个以上的多电极对厚钢板进行埋弧焊接，其特征在于，第1电极至第3电极的焊丝中心间距离在钢材表面位置处为40m以上60mm以下，第1电极(I₁)与第2电极(I₂)的电流比满足以下算式，并且第1电极的电流密度设定为250A/mm²以上，第2电极的电流密度设定为150A/mm²以上，

I₂/I₁≥0.5

其中，I₁：第1电极电流(A)，I₂：第2电极电流(A)。

8.如技术方案8所述的厚钢板的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，进而，多电极埋弧焊接方法中的电极数为4个电极，第3电极至第4电极的焊丝中心间距离在钢材表面位置处为20mm以下。

根据本发明，实现了一种既能够确保现有的熔融深度、又降低了焊接热输入，并进一步抑制了焊接缺陷的发生的多电极埋弧焊接方法，因此，能够以高生产率制造在缝焊部具有优异韧性的API(American Petroleum Institute：美国石油学会)X100标准以上的高强度钢管，在工业上极为有用。本发明当然也适用于API X100以外的钢管。

另外，根据本发明，无需降低焊接效率(welding efficiency)就能够以低热输入抑制液态熔渣的卷入，因此，可以制造出焊接部具备正常的焊缝形状、并且具有优异的韧性的大口径焊接钢管，在工业上极为有用。

附图说明

图1是表示坡口形状(shape of groove)的剖视图。

图2是用于说明电极角度(angle of electrode)的图。

图3是表示夏比冲击试验片(Charpy impact test specimen)的提取位置的剖视图。

图4是表示使用3个电极形成的熔池内的扰流引发夹渣的状况的剖视图。

图5是表示使用3个电极形成的熔池被后面的电极挤出的金属导致熔融深度减小的状况的剖视图。

图6是表示将使用3个电极形成的熔池改造成半池(semi one pool)从而使熔池的强流稳定下来，确保凝固时的夹渣和熔融深度的方法的剖视图。

图7A、图7B是表示将使用3个电极形成的熔池改造成比现有实例的图7A在焊接方向上更长的形状(图7B)从而确保液态熔渣有足够时间浮上来的状况的平面图。

图8是表示在4电极方式中将钢材表面位置上的电极间距离之一设定为23mm以上、并且将其余的电极间距离设定为20mm以下，由此将熔池改造成半池的状况的剖视图。

图9是表示在4电极方式中将钢材表面位置上的电极间距离全部设定为低于23mm，由此使熔池的底面变为圆弧状而产生缺陷、熔融深度减小的状况的剖视图。

图10是表示在4电极方式中2个以上的电极间距离为23mm以上的情况下熔池变得过大、熔池底部的凝固速度变得过快，缺陷因而显著增加的状况的剖视图。

图11是表示在3电极方式中第1电极至第3电极的电极中心间距离超过了60mm的情况下各电极所形成的熔池的连结性下降、焊缝形状变得不整齐的状况的平面图。

图12A、12B是表示在4电极方式中将第3电极至第4电极的焊丝中心间距离在钢材表面位置处设定为20mm以下的情况下焊接部的截面形状(图12A)和将第3电极至第4电极的焊丝中心间距离设定为低于20mm的情况下焊接部的截面形状(图12B)的图。

符号说明

1：UOE钢管

2：试验片

3：切口位置(location of notch)

4：焊接部

4A：外表面焊接部

4B：内表面焊接部

5：BOND

6：第1电极

7：第2电极

8：第3电极

9：第4电极

10：电弧

11：熔池

12：液态熔渣

13：夹渣

14：焊接金属

15：焊接进行方向

t：钢管厚度

16：内表面

17：外表面

α：电极角度

18：金属熔液流动性存在紊乱

具体实施方式

本发明人为了解决背景技术中叙述的上述课题而进行了专心的研究后得出了以下见解。

(1)在提高电流密度而实现深熔(deep penetration)焊接的情况下，利用强电弧力在以多电极形成的熔池(molten pool)内产生强烈的金属(metal)流(flow)，其扰流(disturbed flow)会导致凝固时产生夹渣。(参照图4)。

(2)在前面的2个电极中应用大电流和电流密度，并设置半池(semi one pool)熔池而不是1个熔池的情况下，熔池的强流会稳定下来，可以防止凝固时产生夹渣(参照图6)。

(3)进而，在以电弧力熔刮(gouging)基材时即使从后面的电极挤出的金属导致熔融深度减小(参照图5)，通过设置半池，也能够确保稳定的熔融深度(参照图6)。

进而，本发明人详细研究了以3个以上电极对厚度为25mm以上50mm以下的厚钢板进行埋弧焊接的情形后发现，如果采用图7B所示方式取代图7A的方式，将熔池改造成在焊接方向上较长的形状，确保液态熔渣有足够时间浮上来，从而能够抑制液态夹渣等焊接缺陷。

本发明是基于上述见解并进一步研究而做出的。

下面说明本发明的要点的限定理由。

本发明以使用3个以上电极的多电极埋弧焊接为对象，规定了第1电极6至第3电极8的电极中心间距离和第1电极6及第2电极7的电流值和电流密度。这里，将焊接进行方向上的前面的电极称为第 1电极6，以下则按顺序称为第2电极7、第3电极8、第4电极9。

【焊接电源(welding power source)】

本发明中，在使用3个以上电极的多电极埋弧焊接方法中使用直流电源向第1电极6供电。极性(polar character)既可以是正极性(straight polarity)也可以是逆极性(reverse polarity)，不作特别的规定。

在使用直流电源向第1电极6供电的情况下，即使热输入小也能够得到充分的熔融深度。第2电极7以后则优选是使用彼此的电弧10互不干扰的交流电源(AC source)。

【焊接电流】

利用第1电极6以250A/mm²以上的电流密度进行焊接，利用第2电极7以150A/mm²以上的电流密度进行焊接。

在使用3个以上电极进行多电极埋弧焊接的情况下，第1电极6和第2电极7造成的熔融对焊接部的熔融形状的影响大，因此，规定了两者的电流密度(＝焊接电流/焊丝截面面积)。

在第1电极6的电流密度低于250A/mm²、第2电极7的电流密度低于150A/mm²的情况下，电弧能量的密度不足，在钢材厚度方向上无法得到足够的熔融。适宜的范围是，第1电极6的电流密度在250A/mm²到310A/mm²之间、第2电极7的电流密度在160A/mm²到240A/mm²之间。此外，可以应用本发明的焊丝的种类是实芯焊丝和带芯焊丝。

另外，为了实现熔融深，并抑制了基材在钢材宽度方向的熔化量的焊接，按照满足算式(1)的方式设定第1电极(I₁)与第2电极(I₂)的电流比。

I₂/I₁≥0.5......(1)

其中，I₁：第1电极电流(A)，I₂：第2电极电流(A)

如果I₂/I₁低于0.5，则容易发生夹渣、在高温下破裂等焊接缺陷。从抑制缺陷的角度出发，优选范围在0.55～0.85之间。

另外，为了实施这种高电流密度焊接，必须缩小焊丝直径(wire diameter)，而为了获得所述电流密度，将焊丝直径设定为3.2mm以下，优选是2.4mm以下，第1电极的焊接电流优选是1000A以上，第2电极的焊接电流优选是600A以上。上限是根据送丝装置的能力而适当选择的，第1电极6大约在1600A左右，第2电极7在1300A左右。

伴随着焊接电流的增加，必须加快送丝速度(wire feeding speed)。其结果是，送丝装置(feed controlling device or wire feeder)负担增加，难以稳定地进行送丝，因此，焊接电流的上限要根据所使用的焊接机(welding machine)的送丝装置的能力而适当地选择。

【电极间距离】

本发明中，多个电极间距离(相邻焊丝的中心间距离)之一在所述钢材表面位置处设定为23mm以上、其余的电极间距离设定为20mm以下。例如，在4个电极的情况下，3个电极间距离之一为23mm以上、其余的2个在20mm以下即可，设定为23mm以上的电极间距离可以是第1电极6与第2电极7之间的距离、第2电极7与第3电极8之间的距离、第3电极8与第4电极9之间的距离的任意一个。

前面的电极是执行能量密度(energy density)非常高的焊接的电极，因此，电弧压力(arc pressure)高，电弧后方的熔融金属急速地向后方流动，使熔池发生振动，卷入了熔渣或坡口表面(surface of groove)上的残留物(residual material)，从而产生缺陷。

因此，本发明将熔池形状改造成熔池底面的一部分悬吊起来变浅的半池，使熔融金属在熔池内沿着底面平稳地流动。半池指的是前后2个熔池连接成图8所示的近似葫芦状(like bottle gourd)的形状。

为此，如图8所示，在3个电极以上的多电极之间，位于钢材表面位置上的电极间距离之一设定为23mm以上，其余的电极间距离设定为20mm以下。获得半池形熔池，可以在确保深熔融的同时抑制缺陷的发生。

如图9所示，如果所有的电极间距离都低于23mm，则熔池底面成为圆弧状，容易发生缺陷，而且来自后面的电极的金属流反而可能会导致熔融深度减小。

另一方面，如图10所示，如果2个以上电极间距离在23mm以上，则熔池变得过大，焊接金属底部的凝固速度变得过快，缺陷显著增加。

另外，如果第1电极至第3电极的电极中心间距离低于40mm，则熔渣上浮之前的时间缩短，容易发生夹渣。另一方面，一旦超过 60mm，则如图11所示，各电极所形成的熔池的连结性下降，焊缝形状容易变得不整齐，因此设定为60mm以下。此外，电极间距离采用在钢材表面位置处的数值。

进而，如图12A所示，如果焊接部的截面形状设定为在钢板表层侧熔融宽度大、BOND倾斜的形状(倾斜角度设定为βA，不同于图12B的βB)，则在钢材表面位置处从第3电极8至第4电极9的焊丝中心间距离设定为20mm以下。

如果焊接部是这种图12A所示的截面形状，则在以切口位置作为BOND的夏比冲击试验中，与图12B所示的BOND直立的焊接部相比，能够得到良好的韧性值。

另外，就电极角度而言，如图2所示，优选是将第1电极6设定在-10°～+5°(图2表示的是电极角度向正侧倾斜的状况，负侧称为后掠角)的范围内。设定在该范围，容易获得适当的熔融。第2电极7优选是在-5°～+20°的范围内。第3电极8优选是在0°～35°的范围内。进而，后续电极优选是在前面的电极角度+5～+15°范围内。采用这种电极角度，容易得到无缺陷的品质优良的焊接部。

根据本发明，在制造钢管时，能够得到焊接热输入小、熔融形状深的焊缝，焊接缺陷的发生也低于现有技术，因此，特别是对于管壁厚度大而且要求高韧性的高强度钢管的缝焊等而言，这是一种有效的焊接方法。

即，为了获得高韧性而减少焊接热输入后，焊接缺陷的发生增加，导致成品率下降，由于必须在钢材中加入低成分(例如降低碳当量等的数值)，因而导致钢管所使用的厚钢板的制造效率变得非常低，不可避免地导致总的制造效率下降、制造成本增加。但利用本发明，可以容易地制造出高强度、高韧性、厚管壁材料的大口径钢管。

此外，在将本发明应用于UOE钢管的缝焊(双面单层焊接)的情况下，如果仅在内表面或外表面的某一个面上应用本发明，则本发明的效果(可以进行深熔焊接的效果)难以显现，因此优选是将本发明应用于两个面上的焊接。

另外，根据本发明，使用3个以上电极进行多电极埋弧焊接，可以得到无焊接缺陷、焊缝外观良好的焊接部。就具体的焊接条件而言，优选是，使用试验材料预先选定满足焊接部韧性等客户规格(customer specification)所要求的特性值，预先做出数据库(make a database)，在实际生产(actual production)中焊接条件(welding condition)的选定就变得容易。

表8示出了焊丝直径与电流密度的关系，作为焊接条件数据库的一个实例。在使用小直径焊丝并加大了焊接电流的情况下，使用具备送丝电机(feeding motor)的焊接机，该送丝电机具有适当的惯性(inertia)和扭矩(torque)，以便能够高速送丝。

实施例1

使用具有表1所示的化学成分(chemical component)和机械性质(mechanical property)的钢板，利用常规工艺(conventional process)制造出UOE钢管。缝焊的坡口采用图1所示形状和表2所示的尺寸。

采用3电极埋弧焊接和4电极埋弧焊接，进行了内外表面的焊接。内表面焊接和外表面焊接在完全相同的焊接条件下进行。此外，表3-2中，韧性是从外表面焊接部提取试验片，焊接缺陷或焊接部的外观评价是在内外表面焊接部进行的。

表3-1和表3-2中示出了3电极埋弧焊接的焊接条件和有无焊接缺陷及焊缝外观的目测结果和综合评价。另外，表4-1和表4-2中示出了4电极埋弧焊接的焊接条件和有无焊接缺陷及焊缝外观的目视检查结果和综合评价。综合评价是根据焊接缺陷评价和HAZ韧性评价的结果作出的，◎(A)表示非常好(韧性优异并且无焊接缺陷)、○(B)表示良好(韧性良好并且无焊接缺陷)、×(C)表示差(有焊接缺陷)。

此外，有无焊接缺陷和熔融状况的确认是通过X光检查(X-rayinspection)进行的。

其中，图2示出表中的电极角度(electrode angle)。图3示出夏比冲击试验的试验片2的提取位置，利用该试验片获取到表中的UOE钢管1的FL韧性(vTrs)，以Final侧(外表面)的焊接部4A的BOND5作为切口位置3。

分别根据表3-2和表4-2的结果可知，在本发明例中采用3电极埋弧焊接和4电极埋弧焊接都能够得到没有夹渣和熔融不足的良好的焊接部。

此外，表4-2的标识符号3所示的发明例中，4电极埋弧焊接的第3电极至第4电极的焊丝中心间距离在钢材表面位置处超过了20mm，这种情况处于技术方案5和技术方案8的发明范围之外，是一种BOND直立的焊接部，韧性稍差，但在技术方案4和技术方案7的本发明例中，没有焊接缺陷，也具有良好的焊缝外观。

特别地，在表4-2的实施例中，标识符号1、2、4～6满足技术方案5和技术方案8所述的发明，与不满足技术方案5和技术方案8所述发明的标识符号3相比，在夏比冲击试验(切口位置BOND、试验片提取位置：外表面侧表面2mm)中表现出良好的韧性。表4-2的标识符号3所示的发明例中，4电极埋弧焊接的第3电极至第4电极的焊丝中心间距离在钢材表面位置处超过了20mm，这种情况处于技术方案5的发明范围之外，是一种BOND直立的焊接部，韧性稍差，但在技术方案4的本发明例中，没有焊接缺陷，也具有良好的焊缝外观。

另一方面，在电极间距离和/或第1电极、第2电极(6、7)的电流密度处于本发明范围之外的比较例(表3-2的标识符号5～9和表4-2的标记符号7～13)中，发现了夹渣或熔融不足现象。

特别地，表3-2的标识符号5在钢材表面位置处的第1电极6至第3电极8的焊丝中心间距离大、焊缝宽度不齐(以下称为不整齐(irregularity))。

实施例2

在实施了图1所示的大口径钢管造管缝焊用坡口形状的坡口加工之后，使用多电极埋弧焊接实施与内外表面单层焊接的大口径钢管制造时的缝焊相当的焊接，制作出焊接接头(welded joint)。表5中示出坡口尺寸。

表6-1和表6-2中示出内表面焊接的焊接条件，表7-1和表7-2中示出外表面焊接的焊接条件和焊接部的观察结果。综合评价是根据焊接缺陷评价和HAZ韧性评价的结果作出的，◎(A)表示非常好(韧性优异并且无焊接缺陷)、○(B)表示良好(韧性良好并且无焊接缺陷)、(C)表示差(有焊接缺陷)。

其中，在本发明范围内的内表面焊接条件N1～N3下得到的焊接部都没有焊接缺陷，也具有良好的焊缝外观。

外表面焊接条件标记符号1～4都是4电极埋弧焊接的情况下的发明例，所得到的焊接部都没有焊接缺陷，也具有良好的焊缝外观。外表面焊接条件标记符号5是3电极埋弧焊接的情况下的本发明例，没有焊接缺陷，也具有良好的焊缝外观。

外表面焊接条件标识符号6所示的发明例中，4电极埋弧焊接的第3电极至第4电极的焊丝中心间距离在钢材表面位置处超过了20mm，这种情况处于技术方案5和技术方案8的发明范围之外，是一种BOND直立的焊接部，韧性稍差，但在技术方案4和技术方案7的本发明例中，没有焊接缺陷，也具有良好的焊缝外观。

在以上实施例中，外表面焊接条件标识符号1～4满足技术方案5和技术方案8所述的发明，与不满足技术方案5和技术方案8所述的发明的标识符号6相比，在夏比冲击试验(切口位置BOND、试验片提取位置：外表面侧表面2mm)中表现出良好的韧性。

另一方面，外表面焊接条件7中，在钢材表面位置处第1电极6至第3电极8的焊丝中心间距离小，发生了夹渣13的焊接缺陷。外表面焊接条件8所示的实例中，在钢材表面位置处第1电极6至第3电极8的焊丝中心间距离大，焊缝宽度参差不齐。

外表面焊接条件9中，第1电极的电流密度小，外表面焊接条件10中，第2电极的电流密度小，两者都存在熔融不足的缺陷。

外表面焊接条件11中，在3电极埋弧焊接的情况下，在钢材表面位置处第1电极6至第3电极8的焊丝中心间距离小，发生了夹渣的焊接缺陷。外表面焊接条件12中，在3电极埋弧焊接的情况下，在钢材表面位置处第1电极6至第3电极8的焊丝中心间距离大，焊缝不整齐。

工业实用性

根据本发明，实现了一种既能够确保现有的熔融深度、又降低了焊接热输入、并进一步抑制焊接缺陷的发生的多电极埋弧焊接方法，因此，能够以高生产率制造在缝焊部具有优异韧性的API(American Petroleum Institute：美国石油学会)X100标准以上的高强度钢管，在工业上极为有用。本发明当然也适用于API X100以外的钢管。

Claims

1.一种钢材的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，为了形成熔池底面的一部分悬吊起来变浅且前后2个熔池连接，具有近似葫芦状的形状的半池，在利用3个以上的多电极对钢材进行埋弧焊接时，使用直流电源向第1电极供电，将第1电极的电流密度设定为250A/mm²以上、第2电极的电流密度设定为150A/mm²以上，将所述钢材表面位置处1个电极间距离设定为25mm以上、其余的电极间距离设定为20mm以下，钢材表面位置处所述第1电极至所述第3电极的焊丝中心间距离为40mm以上60mm以下。

2.如权利要求1所述的钢材的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，将第1电极的电流设定为1000A以上、第2电极的电流设定为600A以上进行焊接。

3.如权利要求1或2所述的钢材的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，利用第1电极以3.2mm以下的焊丝直径进行焊接。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的钢材的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，所述第1电极(I₁)与所述第2电极(I₂)的电流比满足以下算式：

I₂/I₁≥0.5

其中，I₁：第1电极电流(A)，I₂：第2电极电流(A)。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的钢材的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，进而，多电极埋弧焊接方法中的电极数为4个电极，钢材表面位置处所述第3电极至所述第4电极的焊丝中心间距离为20mm以下。

6.一种钢材的多电极埋弧焊接方法，其特征在于，利用权利要求1至5中任意一项所述的多电极埋弧焊接方法分别对钢材的内表面和外表面进行单层焊接。