CN101983110B - 用高密度能量束接合的焊接钢管及其制造方法 - Google Patents

用高密度能量束接合的焊接钢管及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101983110B
CN101983110B CN200980112497.3A CN200980112497A CN101983110B CN 101983110 B CN101983110 B CN 101983110B CN 200980112497 A CN200980112497 A CN 200980112497A CN 101983110 B CN101983110 B CN 101983110B
Authority
CN
China
Prior art keywords
seam
welded still
still pipe
surface side
pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200980112497.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101983110A (zh
Inventor
矢埜浩史
大井健次
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NKK Corp filed Critical NKK Corp
Publication of CN101983110A publication Critical patent/CN101983110A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101983110B publication Critical patent/CN101983110B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/02—Rigid pipes of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B21C37/0807—Tube treating or manipulating combined with, or specially adapted for use in connection with tube making machines, e.g. drawing-off devices, cutting-off
    • B21C37/0811—Tube treating or manipulating combined with, or specially adapted for use in connection with tube making machines, e.g. drawing-off devices, cutting-off removing or treating the weld bead
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/30—Finishing tubes, e.g. sizing, burnishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K13/00—Welding by high-frequency current heating
    • B23K13/04—Welding by high-frequency current heating by conduction heating
    • B23K13/043—Seam welding
    • B23K13/046—Seam welding for tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B23K26/24—Seam welding
    • B23K26/26—Seam welding of rectilinear seams
    • B23K26/262—Seam welding of rectilinear seams of longitudinal seams of tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/06—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B23K2103/05—Stainless steel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明提供一种用高密度能量束接合的、接缝处没有焊接缺陷的焊接钢管以及能够高效地制造这种焊接钢管的方法。具体而言，一边连续地运送钢带，一边以使钢带的两侧端部彼此相向的方式成形为圆筒状的开式管，且一边用挤压辊加压，一边在两侧端部照射高密度能量束，以使两侧端部在整个厚度的范围内熔融，且将两侧端部接合而形成接缝，通过切削加工将所得到的焊接钢管的外表面侧及内表面侧的接缝的突出部除去，然后在焊接钢管的内表面侧，在深度为从表面起0.5mm以上、宽度为接缝宽度的2倍以上的范围内进行再熔融后使之凝固而形成接缝修补部，并且使接缝的中心线与接缝修补部的中心线一致。

Description

用高密度能量束接合的焊接钢管及其制造方法
技术领域
本发明涉及焊接钢管(welded steel pipe)的制造方法，尤其涉及通过照射高密度能量束(high-energy density beam)来进行焊接的焊接钢管的制造方法。
背景技术
在一边连续地运送钢带(steel strip)一边使其成形为圆筒状、并使钢带的两侧端部彼此相向且对其连接处(所谓接缝(seam))进行焊接来制造焊接钢管的过程中，采用各种焊接技术(welding technology)。在这些焊接技术中，能够最有效地将接缝接合的方法是高频电阻焊接法(high-frequency resistance welding)(所谓电焊接法(electricresistance welding))。
电焊接法是用感应线圈(induction coil)将钢带的两侧端部加热(所谓高频感应电阻加热(high-frequency induction resistance heating))、或者是经过触头(contact tip)使高频电流(high frequency electriccurrent)流过钢带的两侧端部来进行加热(所谓高频接触电阻加热(high-frequency contact resistance heating))，且用挤压辊(squeezeroll)对钢带的已融化的两侧端部加压，从而一边排除熔融金属(moltenmetal)中的杂质(impurities)或氧化物(oxide)一边进行焊接。电焊接法的优点是能够高效率地生产焊接钢管，但在使钢带的两侧端部彼此相向而进行加热熔融时，熔融金属中的Mn、Si、Cr等合金成分容易与大气中的氧气结合而生成高熔点氧化物(high melting point oxide)。这种高熔点氧化物会残留在接缝内部而产生被称为过烧(penetrator)的焊接缺陷。
为了抑制高熔点氧化物的生成，研究了用惰性气体(inert gas)来保护熔融金属的技术(所谓气体保护法(gas shielded method)。然而，虽然气体保护法能够充分地防止熔融金属中的合金成分氧化，但不能避免生成高熔点氧化物。因而，电焊接法并不适合含有较多Cr、Ni等合金成分的不锈钢等(铁素体类不锈钢、奥氏体类不锈钢、马氏体类不锈钢以及二相类不锈钢等)合金钢的接合。
为此，研究了通过照射高密度能量束(譬如激光束(laser beam))、电子束(electron beam)来将焊接钢管的接缝焊接的技术。用高密度能量束进行焊接时，熔融金属不与大气(atmosphere)相接触，因此能够防止生成高熔点氧化物。然而在用高密度能量束进行焊接时，熔融金属是在极其狭窄的区域内形成。因此，被挤压辊加压的开式管(open pipe)(此处所谓开式管是指通过多级成形辊成形的端部不接合的管状钢带。以下称为开式管)的长度方向的边缘部(longitudinal edges)(即成形为圆筒状的钢带的两侧端部)接合的位置(以下称为挤压点(squeeze point))与照射高密度能量束的位置间在圆周方向上发生偏移(shift)，接合部不能熔融，就会在焊接钢管的接缝部残留未熔融部的边缘部，而这一部分必须作为焊接不良部(weldingdefect)除去。结果是导致焊接钢管的成品率(yield rate)降低。
例如日本专利申请特开平3-291176号公报中公开的焊接技术如其图1所示，是用第1加热源(first heating source)2(即边缘部预热用高频电源)对已成形为圆筒状的钢带1的两侧端部1-1进行预热，然后一边照射焊接热源3(即等离子或激光)一边用挤压辊4加压并焊接，通过将第1加热源2与第2加热源3并用，能够提高焊接速度。然而，如日本专利申请特开平3-291176号公报的实施例中所示，接合的钢管的板厚t在3mm以下，比较薄，因此将第1加热源2的预热温度(preheating temperature)规定在200～600℃，在将该技术应用于板厚t超过6mm的大径厚壁焊接钢管(譬如UOE钢管、螺旋钢管(spiral steel pipe)等)时，不能指望600℃左右的预热能够提高焊接速度。另外，采用日本专利申请特开平3-291176号公报的技术，尤其是在用激光束等高密度能量热源进行焊接时，不能完全除去这种方法所特有的在钢管内表面侧产生的焊接缺陷，用这种技术也不能提高焊接钢管的成品率。
日本专利第1738729号公报公开的技术如其图3所示，是在成形为圆筒状的钢带1的两侧端部因挤压辊11a以及11b而最初接触的点(即V聚焦点P)的上游侧(相对于钢管的前进方向)，用第1加热源10(即感应加热线圈)对钢带1的两侧端部进行预热，然后在V聚焦点P的下游侧照射第2加热源(second heating source)12(即激光束)，进而用挤压辊13a以及13b进行推压接合。然而，该技术只是利用挤压辊11a、11b、13a、13b与钢带1的两侧端部接触所形成的夹紧力来夹紧，因此会如日本专利第1738729号公报那样从高密度能量束的照射位置发生飞溅等，从而导致钢带的两侧端部难以接合，或是发生接缝处烧穿(burn through)，或是发生咬边(undercut)等。另外，钢带的成分有可能会导致凝固裂纹(solidification cracking)。采用日本专利第1738729号公报的技术，尤其是在用激光束等高密度能量热源进行焊接时，不能完全除去这种方法所特有的在钢管内表面侧产生的焊接缺陷。
日本专利申请特开平8-174249号公报公开的技术如其图1所示，是用第1加热源6(即高频感应加热装置)对已成形为圆筒状的钢带的两侧端部进行预热，然后在照射第2加热源10(即激光束)的同时用挤压辊4a及4b进行加压并焊接。采用这种技术时，必须对挤压点9附近照射激光束，但在焊接钢管的生产线上，因为各种原因而无法避免激光束的照射位置和能量密度发生变动。结果会因为钢带的两侧端部1a及1b的间隔发生变动、照射位置偏离挤压点9而使接缝成蛇行状(meandering)、或因为能量密度发生变动而导致产生被称为尖峰(spiking)的微小缺陷(small defect)等。即，采用日本专利申请特开平8-174249号公报的技术，尤其是在用激光束等高密度能量热源进行焊接时，不能完全除去这种方法所特有的在钢管内表面侧产生的焊接缺陷。
另外，一旦对用电焊接法制造的焊接钢管进行加工(所谓二次加工)，就容易以接缝的外表面侧(outers ide of pipe)和内表面侧(inner side ofpipe)集中露出的偏析线(segregation line)为起点而产生裂纹。
为此，日本专利申请特开2006-150412号公报公开了在外表面侧和内表面侧对焊接钢管的接缝局部地进行再熔融后使之凝固的技术。该技术适用于规定了再熔融的深度且用普通的公知电焊接法制造的焊接钢管，未必适用于用高密度能量束焊接的焊接钢管。因而，日本专利申请特开2006-150412号公报对于尤其是在用激光束等高密度能量热源进行焊接时完全除去这种方法所特有的在钢管内表面侧产生的焊接缺陷的方法没有启示。
因此，要将日本专利申请特开2006-150412号公报公开的技术运用到用高密度能量束接合的焊接钢管上，还要作进一步改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种接缝处没有焊接缺陷的用高密度能量束接合的焊接钢管、以及有效制造这种焊接钢管的方法。
本发明的焊接钢管利用高密度能量束焊接将接缝接合而形成，在焊接钢管的外表面侧具有通过对接缝的突出部进行切削加工(cutting)而加工成平滑的接缝，在焊接钢管的内表面侧具有以从表面起0.5mm以上的深度(h)对接缝进行再熔融(remelting)后使之凝固而成的接缝修补部，接缝修补部(repaired seam)的宽度WR是钢管内表面侧的接缝的宽度WI的2倍以上，且接缝的中心线CS(center line)与接缝修补部的中心线CSR一致。
在本发明的焊接钢管中，最好高密度能量束焊接是激光焊接(laserwelding)。
本发明又是一种通过高密度能量束焊接将接缝接合的焊接钢管的制造方法，其特征在于，一边连续地运送钢带1，一边用成形辊以使钢带1的两侧端部1a、1b彼此相向的方式成形为圆筒状的开式管，且一边用挤压辊4a、4b对开式管加压，一边照射高密度能量束10，以使两侧端部1a及1b在整个厚度t(overall thickness)上熔融，且将两侧端部1a及1b接合而形成接缝，通过切削加工将所得到的焊接钢管的外表面侧及内表面侧的突起部(excess weld metal)(或称之为焊珠、堆高部或隆起部。以下称为焊珠)除去，然后在焊接钢管的内表面侧，在深度h为从表面起0.5mm以上、宽度WR为内表面侧的接缝的宽度WI的2倍以上的范围内进行再熔融(remelting)后使之凝固而形成接缝修补部12，并且使接缝的中心线CS与接缝修补部12的中心线CSR一致。
在本发明的焊接钢管的制造方法中，最好采用激光焊接作为高密度能量束焊接。
另外，最好是用与连续地制造焊接钢管的生产线分开的另外的设备来形成接缝修补部12。
另外，最好在照射高密度能量束之前，将两侧端部1a及1b预热(preheating)到钢带1的熔点以下(melting point or lower)。
采用本发明，能够有效地制造出接缝中没有焊接缺陷的用高密度能量束接合的焊接钢管。
附图说明
图1是本发明的方法中所用的制造装置的示意图。
图2是示意性地表示应用本发明来将开式管边缘部的接合点的整个厚度熔融(焊接)的例子的立体图。
图3是对本发明的外表面侧及内表面侧的焊珠进行切削加工后的激光焊接钢管的接缝部11的剖视图。
图4是具有本发明的接缝修补部12的激光焊接钢管的接缝部11的剖视图。
符号说明
1：钢带；1a、1b：钢带端部；1c：对接部；4a、4b：挤压辊；
6：第1加热源；7：连结挤压辊轴中心的线；8：对接线；
9：挤压点；10：高密度能量束；11：接缝部；
12：接缝修补部；13：小孔；h：接缝修补部12的深度；
WR：接缝修补部12的宽度；WI：激光焊接钢管内表面侧的接缝宽度；
t：钢管的板厚；CS：接缝的中心线；CSR：接缝修补部12的中心线；
ΔCS：接缝的中心线CS与接缝修补部12的中心线CSR间的偏移
具体实施方式
本发明人深入研究了通过对用高密度能量束焊接的焊接钢管的接缝进行局部再熔融后使之凝固、从而除去接缝的焊接缺陷进而防止二次加工导致接缝裂纹的技术。结果得知，除了对用高密度能量束焊接的焊接钢管的接缝进行局部再熔融的技术之外，还需要采用切削加工。
即，在用高密度能量束焊接的焊接钢管中，要通过切削加工除去接缝的突起部(隆起部)(excess weld metal)(以下称为焊珠(bead))，以使焊接钢管的外表面侧变得平滑。然而由于照射高密度能量束后得到的熔融金属的宽度狭窄，因此在焊接钢管的内表面侧容易因飞溅或烧穿导致产生未熔融部，或因高密度能量束的能量密度变动导致咬边或气孔、接缝裂纹等焊接缺陷。因此为了防止未熔融部或焊接缺陷产生，对于内表面侧，要在通过切削加工除去焊珠之后对其表层部进行局部再熔融，并对该再熔融后凝固的部位(以下称为接缝修补部12)的形状和位置进行调整。
本发明基于上述认识而实施。
作为本发明的对象的钢管如图1所示，通过一边连续地运送钢带1，一边以该钢带1的两侧端部1a及1b彼此相向的方式成形为圆筒状(所谓开式管)。在本发明中，能够用第1加热源6(譬如高频感应加热、高频电阻加热等)对钢带1的两侧端部1a及1b进行高密度能量束焊接，而无须对钢带1的两侧端部1a及1b进行预热。不过，如果能用第1加热源6对两侧端部1a及1b进行预热，则能提高焊接钢管的生产率。
在对两侧端部1a及1b进行预热的情况下，预热的温度设定为钢带1的熔点以下。不过，如果预热使钢带1的温度过低，就会增大后述的第2加热源10的负荷，不能提高焊接钢管的生产率。而即使预热温度在熔点以下，只要在600℃以上，就能提高焊接速度。另一方面，一旦预热使钢带1的温度过高，两侧端部1a及1b就会烧穿或是变形，因此导致焊接钢管的成品率降低。即，一旦预热使钢带1的温度超过1200℃，就难以实现良好的焊接。从而，由第1加热源6进行预热的钢带1的两侧端部1a及1b的温度最好在600～1200℃的范围内。
然后，对钢带1的两侧端部1a及1b的对接线8(即接缝的中心线)与连结挤压辊4a及4b的轴中心的直线7的交点(即挤压点9)的附近，照射作为第2加热源10的高密度能量束10(譬如激光束、电子束等)。高密度能量束10的照射与用挤压辊4a及4b对开式管进行加压的同时进行。不过，在挤压辊4a及4b的下游侧(downstream side)(相对于钢管的前进方向)，钢带1的回弹使两侧端部1a及1b的间隔扩大。因此，一旦对挤压点9的下游侧照射高密度能量束10，在熔融金属14凝固时就有拉伸应力作用，会发生凝固裂纹或咬边、烧穿等焊接缺陷。另一方面，在挤压点9的上游侧(upstream side)(相对于钢管的前进方向)，钢带1的两侧端部1a及1b渐渐接近。因此，一旦对挤压点9的上游侧被挤压辊4a及4b加压的部分照射高密度能量束10，就不会发生烧穿、咬边或凝固裂纹等焊接缺陷。因而，对挤压点9的上游侧被挤压辊4a及4b加压的部分照射高密度能量束10。
不过，如果对挤压点9上游侧的远离挤压点9的位置照射高密度能量束10，钢带1的两侧端部1a及1b的间隔(gap)(以下称为对接间隔)会过大，因此会发生烧穿或咬边等焊接缺陷。根据发明人的研究，当对接间隔为0.50mm以下、更好的是0.20mm以下的范围内照射高密度能量束时，不会发生焊接缺陷。对接间隔为0.50mm～0.20mm的位置是从挤压点9起向上游侧约50mm～约5mm。因此，照射高密度能量束10的位置在挤压点的上游侧0～50mm的范围内较佳，更好的是在0～20mm的范围内。这相当于对接间隔为0～0.50mm，更好的是0～0.20mm。
高密度能量束10的照射条件(irradiation conditions)(具体是束斑直径、射束功率、焊接速度等)是根据钢带1的板厚t等适当地设定的，要能够将其整个厚度t熔融。譬如，图2是示意性地表示应用本发明来将开式管边缘部(钢带端部(1a及1b))的接合点熔融(焊接)的例子的立体图。图2中的箭头A表示开式管的前进方向。由于照射高密度能量束10而产生的小孔13及在其周围形成的熔融金属14则用透视图来表示。即，通过将边缘部的接合点始终配置在由于照射高密度能量束10而产生的小孔13或熔融金属14内，能够使整个厚度t熔融。
而高密度能量束10最好是利用激光束。理由是，容易调整照射位置和照射量，且能稳定地维持小孔13。
在这样使钢带的两侧端部1a及1b熔融后，用挤压辊4a及4b加压，将两侧端部1a及1b接合而得到焊接钢管。这种焊接法一般被称为单焊道对接贯通焊接(one pass butt welding of full penetration)。
用高密度能量束10进行焊接时，熔融金属14的宽度狭窄，因此飞溅或烧穿容易导致未熔融部或咬边、凝固裂纹的发生，而且金属蒸汽(metalvapour)被封入，容易产生气孔(porosity)。为了防止这些焊接缺陷，用挤压辊4a及4b进行加压。表示其加压程度的指标是加压量(upset distance)(使钢带的两侧端部1a及1b对合，设加压力0为加压量0mm，且将对钢带的两侧端部1a及1b加压后压入的量称为加压量)。如果加压量小于0.1mm，熔融金属14从接缝部11的压出量就不足，因此不能防止咬边。另一方面，如果加压量超过1.0mm，大部分的熔融金属14都被从接缝部11压出，因此接缝会在内外表面上大大地隆起而形成突起部(焊珠)。即使通过切削加工除去焊珠而使接缝变得平滑，也容易发生钩裂缝(hook crack)。因此加压量最好在0.1～1.0mm的范围内。
另外，最好用惰性气体(inert gas)(譬如氮气(nitrogen)、氦气(helium)、氩气(argon)等)保护从第1加热源6进行预热的位置到用挤压辊4a及4b进行挤压的挤压点9为止的区域。这是为了防止钢带1的两侧端面1a及1b氧化，且防止氧化物卷入熔融金属14。
然后，将所得到的焊接钢管的外表面侧及内表面侧的突起部(隆起部)(即焊珠)除去。焊珠的除去用一般的切削工具(譬如刀具(cutting tool)等)来进行。具体结合图3及图4的接缝部11的剖视图来进行说明。
如图3的接缝部11的剖视图所示，对焊接钢管的外表面侧进行切削加工来除去焊珠，使钢管的外表面侧的接缝部11变得平坦。
然而焊接钢管内表面侧的接缝部11在不同的高密度能量束11的照射条件下，尤其是在高密度能量束10的功率等不足时，容易在内表面侧产生未熔融部、咬边或气孔等焊接缺陷。因此，对于焊接钢管的内表面，若只是用切削加工来除去焊珠，有可能残留焊接缺陷。为此，如图4所示，通过对焊接钢管的内表面侧的接缝的表层部进行局部再熔融后使之凝固来形成部位12(即接缝修补部12)，由此除去残留在内表面侧接缝中的焊接缺陷。结果是，在进行二次加工时，能够防止残留的焊接缺陷导致的接缝裂纹发生。
如果在焊接钢管的内表面侧形成的接缝修补部12的深度h小于0.5mm，就不能充分地除去残留在内表面侧接缝中的焊接缺陷，因此在进行二次加工时，会以该焊接缺陷为起点而使接缝产生裂纹。因此，将接缝修补部12的深度设定为0.5mm以上。而如果接缝修补部12过深，又有可能产生咬边或烧穿等焊接缺陷。因此，接缝修补部12的深度h的最大深度最好是钢管板厚t的40％以下。具体地说，接缝修补部12的深度h在0.5～5mm的范围内为佳，更好的是在0.5～2mm的范围内。
另外，如图4所示，如果接缝修补部12的宽度WR小于焊接钢管的内表面侧的接缝的宽度WI的2倍，在进行二次加工时，就会以在焊接钢管的内表面上露出的表面缺陷为起点而产生裂纹。因而，将接缝修补部12的宽度WR设定为焊接钢管的内表面侧的接缝的宽度WI的2倍以上。而如果接缝修补部12宽度WR过宽，又有可能产生咬边等焊接缺陷。因此，接缝修补部12的宽度WR最好在焊接钢管的内表面侧的接缝的宽度WI的2～5倍的范围内。至于在焊接钢管的内表面侧的接缝部11露出的表面缺陷，其发生的原因主要是由高密度能量束10的照射导致的急剧熔融以及凝固现象，这种表面缺陷产生在接缝的附近。
使焊接钢管的内表面侧形成的接缝修补部12的中心线CSR与接缝的中心线CS一致。这是因为，如果接缝修补部12的中心线CSR的位置偏离接缝的中心线CS 5mm以上(偏移量：ΔCS)，就不能除去内表面侧的接缝的焊接缺陷。因此，偏离中心线的偏移量(ΔCS)最好在5mm以下。
为了能将接缝修补部12的形状(即深度(depth)和宽度(width))和位置维持在上述范围内，用于形成接缝修补部12的加热装置10采用能够对加热的位置和热量进行调节的方法。譬如喷灯熔解法(burner meltingmethod)、激光熔解法(laser melting method)、等离子熔解法(plasmamelting method)、电子束熔解法(electron beam melting method)、TIG熔解法(Tungsten Insert Gas melting method)等已有技术。
为了在焊接钢管的内表面侧形成接缝修补部12而进行的加热能够在大气中进行。不过，根据不同的加热装置或加热条件，大气中的氧气有可能混入接缝修补部12而生成氧化物。为此，最好是在惰性气体气氛中加热后再熔融。
当在焊接钢管的内表面侧形成接缝修补部12时，在再熔融阶段通过使用金属线(wire)、熔剂(flux)、嵌入材料(insert material)等来添加合金元素，能够进一步改善接缝修补部12的材质特性。
另外，也可以在连续制造焊接钢管的生产线上形成接缝修补部12。不过，接缝修补部12的形成有可能妨碍生产线的运行，因此从提高焊接钢管生产率的观点出发，最好是用与生产线分开的另外的设备来形成接缝修补部12。
作为具体的接缝修补装置，譬如最好是在能够插入焊接钢管内表面的悬臂的前端安装对内表面接缝进行再熔融的熔解装置(焊接装置)、以及能够通过图像处理来模仿预先切削好的内表面接缝部11的接缝检测器。
实施例1
如图1所示，将具有表1所示成分的热轧钢带(hot roled steels trip)(板厚12mm)供给多级成形辊(forming roll)(图1中省略)，以使该热轧钢带1的两侧端部1a及1b彼此相向的方式成形为圆筒状。接着，采用高频电阻加热作为第1加热源6，对热轧钢带的两侧端部1a及1b进行预热，进而照射二氧化碳激光束(CO2 laser beam)作为第2加热源10，以将热轧钢带1的两侧端部1a及1b在整个厚度t的范围内熔融。再用挤压辊4a及4b加压，由此使两侧端部1a及1b接合，从而制造出焊接钢管(外径406mm)。
由第1加热源6产生的预热温度、作为第2加热源10的二氧化碳激光器的输出和照射位置、以及挤压辊4a及4b产生的加压量如表2所示。其中，二氧化碳激光器10的照射位置是以挤压点9为0点，其下游侧用+来表示，上游侧则用-来表示。另外，用惰性气体保护的区域是从对热轧钢带的两侧端部1a及1b进行预热的部位到照射二氧化碳激光器10、进而用挤压辊4a及4b进行接合的部位为止的区域，用氦气进行保护。至于接缝的宽度，是通过外观检查来测定切削焊珠后钢管内表面侧的表面接缝宽度，并取5点的平均值。对接间隔则是用摄像机对对接部进行摄像且进行图像处理来求出其平均值。
用刀具对得到的焊接钢管的外表面侧和内表面侧的焊珠进行切削，将其加工成平滑状。然后将焊接钢管从生产线向另外的专用设备运送，在内表面侧形成接缝修补部12。形成接缝修补部12时进行局部再熔融的熔解法及其气氛如表3所示。使接缝修补部12的中心线CSR与接缝的中心线CS一致(ΔCS＝约0mm)。另外，表3中一并示出了接缝修补部12的深度h和宽度WR。接缝修补部12的深度h和宽度WR是从钢管接缝部11的截面上的3个部位的平均值求出的。
发明例1～6是接缝修补部12的深度h和宽度WR满足本发明范围的示例。比较例1、3则是接缝修补部12的深度脱离本发明范围的示例，比较例2、4则是接缝修补部12的宽度WR脱离本发明范围的示例。
接着，从这些焊接钢管分别采集试验片(环切成长度为300mm)来进行压扁试验(flattening test)，并调查接缝的裂纹。在压扁试验中，使环切得到的试验片(长度300mm)的中心轴呈水平，且使接缝呈向上状态(焊接钢管的内表面侧的接缝被施加拉伸应力的状态)，在此状态下向铅垂方向按压。通过目测来观察在压扁试验中发生的焊接钢管内表面侧的接缝裂纹。内表面侧接缝的裂纹数量如表3所示。
从表3可知，发明例1～6完全没有压扁试验导致的裂纹，而比较例1～4则产生了6～15个裂纹。
这样就可以确定，采用本发明，能够高效地制造出接缝处没有焊接缺陷的焊接钢管。由于该焊接钢管的接缝处没有焊接缺陷，因此即使进行二次加工也不会在接缝中产生裂纹。
实施例2
将具有表4所示成分的热轧钢带(板厚5mm)供给多级成形辊，以使该热轧钢带1的两侧端部1a及1b彼此相向的方式成形为圆筒状。接着，不用第1加热源6，而是使用光纤激光器(fiber laser)来作为第2加热源10，将热轧钢带的两侧端部1a及1b在整个厚度t的范围内熔融。再用挤压辊4a及4b进行加压，由此将两侧端部1a及1b接合而制造出焊接钢管(外径273mm)。焊接钢管的接缝全长为20m，内表面侧的接缝宽度为0.7mm(平均值)。接缝的宽度、对接间隔、接缝修补部12的深度h以及宽度WR与实施例1相同。
作为第2加热源10的光纤激光器的输出和照射位置、以及挤压辊4a及4b的加压量如表5所示。其中，光纤激光器的照射位置是以挤压点为0点，其下游侧用+来表示，上游侧则用-来表示。另外，用氩气(argon gas)保护照射光纤激光器进而用挤压辊4a及4b进行接合的区域。
用刀具对得到的焊接钢管的外表面侧和内表面侧的焊珠进行切削，将其加工成平滑状。然后将焊接钢管从生产线向另外的专用设备运送，在内表面侧形成接缝修补部12。形成接缝修补部12时进行局部再熔融的熔解法及其气氛如表6所示。使接缝修补部12的中心线CSR与接缝的中心线CS一致。另外，表6中一并示出了接缝修补部12的深度h和宽度WR。发明例7是接缝修补部12的深度h和宽度WR满足本发明范围的示例。比较例5则是没有为了修补接缝而实施再熔融的示例。
接着对得到的焊接钢管的接缝进行超声波探伤。该超声波探伤(ultrasonic flaw detection)是按照JIS(Japanese Industrial Standards：日本工业标准)G0582对接缝的全长进行的。相对于成为基准的N5内外表面缺口(notch)的人工缺陷(artificial defect)，将峰高(peak high)为10％以下的评为优(◎)，超过10％但在25％以下的评为良(○)，超过25％但在50％以下的评为合格(Δ)，超过50％的评为不合格(×)。评价结果如表6所示。
从表6可知，发明例7通过在钢管内表面侧的接缝部11形成接缝修补部12，抑制了焊接缺陷的产生。
表1
Figure BPA00001234537200111
表2
Figure BPA00001234537200112
表3
Figure BPA00001234537200113
*与接缝宽度的比率＝接缝修补部的宽度(WR)/接缝宽度(WI)
表4
Figure BPA00001234537200121
表5
Figure BPA00001234537200122
表6
Figure BPA00001234537200123

Claims (6)

1.一种焊接钢管，利用高密度能量束焊接将接缝接合而形成，其特征在于，在所述焊接钢管的外表面侧具有经过切削加工而加工成平滑的接缝，再熔融所述焊接钢管的内表面侧的接缝之前进行切削加工，对所述内表面侧的接缝从表面起0.5mm以上5mm以下的深度利用等离子熔解法或TIG熔解法进行再熔融后使之凝固而形成接缝修补部，所述接缝修补部的宽度是所述内表面侧的接缝的宽度的2倍以上，且所述接缝的中心线与所述接缝修补部的中心线一致。
2.如权利要求1所述的焊接钢管，其特征在于，所述高密度能量束焊接是激光焊接。
3.一种焊接钢管的制造方法，该焊接钢管通过高密度能量束焊接将接缝接合，其特征在于，一边连续地运送钢带，一边用成形辊以使所述钢带的两侧端部彼此相向的方式成形为圆筒状的开式管，且一边用挤压辊对所述开式管加压，一边照射高密度能量束，以使所述两侧端部在整个厚度的范围内熔融，且将所述两侧端部接合而形成接缝，通过切削加工将所得到的焊接钢管的外表面侧及内表面侧的接缝的突出部除去，然后在所述焊接钢管的内表面侧，在深度为从表面起0.5mm以上5mm以下、宽度为所述内表面侧的接缝的宽度的2倍以上的范围内进行再熔融后使之凝固而形成接缝修补部，并且使所述接缝的中心线与所述接缝修补部的中心线一致。
4.如权利要求3所述的焊接钢管的制造方法，其特征在于，所述高密度能量束为激光束。
5.如权利要求3或4所述的焊接钢管的制造方法，其特征在于，用与连续地制造所述焊接钢管的生产线分开的另外的设备来形成所述接缝修补部。
6.如权利要求3或4所述的焊接钢管的制造方法，其特征在于，一边用所述挤压辊对所述开式管加压，一边将所述两侧端部预热到熔点以下，再照射所述高密度能量束，以在整个厚度范围内将所述两侧端部熔融。
CN200980112497.3A 2008-03-31 2009-03-30 用高密度能量束接合的焊接钢管及其制造方法 Expired - Fee Related CN101983110B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008091928 2008-03-31
JP2008-091928 2008-03-31
JP2008-196117 2008-07-30
JP2008196117 2008-07-30
PCT/JP2009/057013 WO2009123330A1 (ja) 2008-03-31 2009-03-30 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101983110A CN101983110A (zh) 2011-03-02
CN101983110B true CN101983110B (zh) 2014-06-25

Family

ID=41135683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200980112497.3A Expired - Fee Related CN101983110B (zh) 2008-03-31 2009-03-30 用高密度能量束接合的焊接钢管及其制造方法

Country Status (7)

Country Link
US (2) US8993920B2 (zh)
EP (1) EP2258493B1 (zh)
JP (1) JP5509657B2 (zh)
KR (1) KR101257360B1 (zh)
CN (1) CN101983110B (zh)
RU (1) RU2448796C1 (zh)
WO (1) WO2009123330A1 (zh)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5549176B2 (ja) * 2009-10-21 2014-07-16 Ｊｆｅスチール株式会社 耐粒界応力腐食割れ性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼溶接管の製造方法
JP5866790B2 (ja) * 2010-03-30 2016-02-17 Ｊｆｅスチール株式会社 レーザ溶接鋼管の製造方法
JP5803160B2 (ja) * 2011-03-09 2015-11-04 Ｊｆｅスチール株式会社 レーザ溶接鋼管の製造方法
EP2692475B1 (en) 2011-03-29 2016-06-08 JFE Steel Corporation Laser welding method
US9364921B2 (en) * 2011-03-30 2016-06-14 Jfe Steel Corporation Method of manufacturing laser welded steel pipe
JP5516680B2 (ja) 2012-09-24 2014-06-11 Ｊｆｅスチール株式会社 電縫溶接部の耐ｈｉｃ性および低温靭性に優れた電縫鋼管およびその製造方法
JP6210551B2 (ja) * 2013-02-22 2017-10-11 古河電気工業株式会社 端子、端子の製造方法、および電線の終端接続構造体
TWI608183B (zh) * 2013-03-19 2017-12-11 和諧驅動系統股份有限公司 諧波齒輪裝置及中空型旋轉致動器
RU2633123C2 (ru) * 2013-05-20 2017-10-11 ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН Контроллер коррекции смещения и способ управления коррекцией смещения в агрегате непрерывной сварки прихваточным швом
WO2014192091A1 (ja) * 2013-05-29 2014-12-04 Ｊｆｅスチール株式会社 溶接鋼管の製造方法
US20180001370A1 (en) * 2014-05-28 2018-01-04 Taylor-Winfield Technologies, Inc. Barrel tank seam welder system
EP3250095B1 (en) * 2015-01-26 2021-06-16 President and Fellows of Harvard College Systems and methods for an automated barbecue smoker
WO2016171775A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 President And Fellows Of Harvard College Systems and methods for an automated barbecue smoker
CN108200771B (zh) * 2016-03-28 2021-02-12 Lg电子株式会社 不锈钢及由所述不锈钢构成的配管
US10799986B2 (en) * 2016-06-27 2020-10-13 Illinois Tool Works Inc. Wide path welding, cladding, additive manufacturing
KR102179607B1 (ko) * 2016-09-12 2020-11-17 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 클래드 용접관 및 그 제조 방법
WO2019130043A1 (en) * 2017-12-26 2019-07-04 Arcelormittal Method for butt laser welding two metal sheets with first and second front laser beams and a back laser beam
WO2018140935A1 (en) * 2017-01-30 2018-08-02 National Oilwell Varco, L.P. Enhanced welded pipe, threaded connections, and methods for achieving the same
US11235422B2 (en) * 2017-02-09 2022-02-01 GM Global Technology Operations LLC Method for smoothing the surface of a laser weld joint
US11440125B2 (en) 2018-03-29 2022-09-13 Jfe Steel Corporation Electric resistance welded steel pipe for producing hollow stabilizer, hollow stabilizer, and production methods for same
WO2020196646A1 (ja) * 2019-03-27 2020-10-01 日立金属株式会社 溶接管の製造方法及び溶接管の製造装置
WO2021187408A1 (ja) * 2020-03-18 2021-09-23 Ｊｆｅスチール株式会社 電縫鋼管、その製造方法および自動車用構造部材
US11707802B2 (en) * 2020-04-28 2023-07-25 GM Global Technology Operations LLC Method of forming a single, angled and hourglass shaped weld
CN113118230B (zh) * 2021-04-21 2023-05-12 中冶赛迪技术研究中心有限公司 一种闭口型钢热辊弯生产复合工艺
CN113560826B (zh) * 2021-08-13 2022-09-09 燕山大学 一种温成形与轻过弯综合控制回弹的焊管成形方法
CN116422727A (zh) * 2023-04-23 2023-07-14 江苏久日机床科技有限公司 一种便于固定工件的伺服制管机
CN117283141A (zh) * 2023-11-15 2023-12-26 江苏优美特工程技术有限公司 一种钢管的高频感应激光复合焊接工艺及焊接设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1411923A (zh) * 2001-10-20 2003-04-23 内克赞斯公司 用于连续制造纵缝焊接的金属管的方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3015017A (en) * 1961-02-24 1961-12-26 Magnetic Heating Corp Method and apparatus for welding thick-walled tubing and other metal portions
US3437787A (en) 1965-07-20 1969-04-08 Smith Corp A O Dual arc welding process
DE3323286A1 (de) 1982-06-29 1983-12-29 Nippon Steel Corp., Tokyo Verfahren und vorrichtung zur herstellung spiralgeschweisster stahlrohre
JPS6046890A (ja) 1983-08-23 1985-03-13 Shinko Electric Co Ltd 金属パイプの製造方法
DE3632952A1 (de) * 1986-09-27 1988-04-07 Hoesch Ag Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen herstellung rohrfoermiger koerper mittels laser-laengsnahtschweissung
JPH03291176A (ja) 1990-04-04 1991-12-20 Sumitomo Metal Ind Ltd 複合熱源製管溶接方法
JPH07290261A (ja) * 1994-04-26 1995-11-07 Nakata Seisakusho:Kk 自動造管機の溶接方法
US5968380A (en) 1994-07-27 1999-10-19 Sumitomo Metal Industries Limited Method for producing laser-welded tubes and apparatus for producing the same
JP2861836B2 (ja) * 1994-12-02 1999-02-24 住友金属工業株式会社 フェライト系ステンレス鋼のレーザ溶接方法
JPH08174249A (ja) 1994-12-20 1996-07-09 Nkk Corp 溶接鋼管の製造方法
JPH08168892A (ja) * 1994-12-20 1996-07-02 Nkk Corp 溶接鋼管の製造方法
JPH08300172A (ja) * 1995-04-28 1996-11-19 Nkk Corp 溶接鋼管の製造方法
US5961748A (en) * 1995-08-09 1999-10-05 Nkk Corporation Laser-welded steel pipe
JPH09170050A (ja) 1995-12-18 1997-06-30 Nkk Corp ２相ステンレス溶接鋼管の製造方法
JPH09279324A (ja) * 1996-04-16 1997-10-28 Nkk Corp 溶融めっき電縫鋼管のめっき補修方法
JP3797105B2 (ja) * 2000-02-04 2006-07-12 Ｊｆｅスチール株式会社 マルテンサイト系ステンレス溶接鋼管の製造方法
DE10037109C5 (de) 2000-07-27 2010-02-25 Vaw Aluminium Ag Verfahren und Vorrichtung zur Schweißnahtglättung beim Strahlschweißen
US20040099644A1 (en) * 2002-10-18 2004-05-27 Allen John R. System and method for post weld conditioning
US7157672B2 (en) * 2003-05-20 2007-01-02 Gandy Technologies Corporation Method of manufacturing stainless steel pipe for use in piping systems
JP4586515B2 (ja) 2004-11-30 2010-11-24 Ｊｆｅスチール株式会社 溶接部に母材並の二次加工性を有する溶接鋼管及びその製造方法
UA20464U (en) * 2006-08-15 2007-01-15 Yurii Yosypovych Smyrnov Heterogeneous contact pair

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1411923A (zh) * 2001-10-20 2003-04-23 内克赞斯公司 用于连续制造纵缝焊接的金属管的方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP平7-290261A 1995.11.07
JP平8-168892A 1996.07.02
JP平8-174249A 1996.07.09
JP平9-170050A 1997.06.30
JP平9-174267A 1997.07.08

Also Published As

Publication number Publication date
US8993920B2 (en) 2015-03-31
EP2258493A1 (en) 2010-12-08
WO2009123330A1 (ja) 2009-10-08
EP2258493A4 (en) 2013-12-25
JP5509657B2 (ja) 2014-06-04
RU2448796C1 (ru) 2012-04-27
KR101257360B1 (ko) 2013-04-23
US20110023990A1 (en) 2011-02-03
KR20100112611A (ko) 2010-10-19
JP2010052040A (ja) 2010-03-11
US9677692B2 (en) 2017-06-13
EP2258493B1 (en) 2017-06-28
CN101983110A (zh) 2011-03-02
US20150204464A1 (en) 2015-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101983110B (zh) 用高密度能量束接合的焊接钢管及其制造方法
US9364921B2 (en) Method of manufacturing laser welded steel pipe
KR101318819B1 (ko) 레이저 용접 강관의 제조 방법
JP2004306084A (ja) レーザ溶接とア−ク溶接の複合溶接方法
JP2012166234A (ja) 溶接鋼管の製造方法
EP2703112B1 (en) Method for producing laser welded steel pipe
JP5866790B2 (ja) レーザ溶接鋼管の製造方法
JP5338511B2 (ja) レーザ溶接鋼管の製造方法
JP5803160B2 (ja) レーザ溶接鋼管の製造方法
JP2015098032A (ja) 鍛接鋼管の製造方法
JP5724294B2 (ja) レーザ溶接鋼管の製造方法
JP2006281313A (ja) 溶接鋼管の製造方法
JP4586515B2 (ja) 溶接部に母材並の二次加工性を有する溶接鋼管及びその製造方法
Miyazaki et al. Welding techniques for tailored blanks
JP2007030015A (ja) 鋼板の板継溶接方法
JP6485463B2 (ja) 電縫鋼管の製造方法
JP2006122930A (ja) 鋼板の板継溶接方法
JP2011173161A (ja) レーザ溶接鋼管の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20140625

Termination date: 20180330

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee