CN103958108A - 钢板的埋弧焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种埋弧焊方法，以低的热输入实现焊接部的高韧性化并能够获得深焊透，且在焊接速度为3m/分以下的厚壁材的焊接中能够充分获得大焊珠宽度。焊接行进方向的最前头的第一电极的焊丝直径为3.9～4.1mm，在焊接行进方向的最末端以隔着焊接线的方式在两侧配置2根电极，并且将这2根电极的钢板的表面的焊丝前端位置配置在垂直于焊接线的同一直线上，并且焊丝前端位置与焊接线的距离W(mm)为5～20mm。

Description

钢板的埋弧焊方法

技术领域

本发明涉及钢板的埋弧焊，涉及适用于UOE钢管、螺旋钢管等大口径钢管的缝焊的埋弧焊。

背景技术

在UOE钢管、螺旋钢管等大口径钢管的缝焊中使用两个电极以上的埋弧焊(例如参照专利文献1、2)已经普及，从提高大口径钢管的生产性的观点出发，广泛采用的是在内表面侧用一条焊道焊接、在外表面侧用一条焊道焊接的高效的双面单层堆焊。

在双面单层堆焊中，需要确保熔深以使内表面侧的焊接金属与外表面侧的焊接金属充分融合而不产生未熔融部分，所以一般供给1000A以上的大电流进行焊接。

另一方面，在大口径钢管的缝焊中，存在焊接部特别是热影响部的韧性恶化之类的问题，为了提高焊接部的韧性而需要尽可能减少焊接热输入。然而，若减少焊接热输入，则存在的问题是产生焊透不足的危险性提高，容易产生未熔融部分，并且容易产生咬边等表面缺陷。

因此，研究同时实现在大口径钢管的缝焊中确保熔深和提高焊接部的韧性，并且获得大焊珠宽度来防止咬边(undercut)等表面缺陷的焊接技术。

例如专利文献3公开了同时采用熔化极气体保护焊和埋弧焊的焊接方法，在通过熔化极气体保护焊确保深焊透之后，在大熔敷量的埋弧焊的1根焊炬上将2根焊丝垂直于焊接线方向地配置并进行焊接，从而获得大焊珠宽度，实现防止咬边等表面缺陷。

然而，在专利文献3公开的技术中，在焊接速度超过3m/分的情况下能够得到增大焊珠宽度的效果，但在以3m/分以下的焊接速度，特别是在焊接板厚超过20mm的厚壁材时，不能充分得到增大焊珠宽度的效果。因此，需要用提高焊接电压的等方法来增大焊珠宽度，其结果是，存在难以减少焊接热输入的问题。并且，由于同时采用熔化极气体保护焊和埋弧焊，所以机器的结构变得复杂，焊接条件的管理、机器的维护所需要的负荷增大。

专利文献4公开了用多电极进行高速焊接的埋弧焊方法，通过对未凝固的焊接金属外加磁场来控制熔液，从而实现防止咬边等表面缺陷。

然而，在专利文献4公开的技术中，虽然得到了增大焊珠宽度的效果，但必须导入外加磁场的装置，所以装置的结构变得复杂，焊接和磁场的设定条件的管理、装置的维护所需要的负荷增大。

专利文献1：日本特开平11-138266号公报

专利文献2：日本特开平10-109171号公报

专利文献3：日本特开平7-266047号公报

专利文献4：日本特开2002-120068号公报

发明内容

本发明的目的是提供以低的热输入实现焊接部的高韧性化并能够得到深焊透且在焊接速度为3m/分以下的厚壁材的焊接中能够充分获得大焊珠宽度的埋弧焊方法。

发明者们调查利用埋弧焊对电极的配置进行各种变更而得到的焊接接头，结果发现，在焊接行进方向的最末尾，将2根电极隔着垂直于焊接线的同一直线上的焊接线而配置于两侧，并规定该最末尾的电极的位置和角度，从而以低的热输入实现焊接部的高韧性化，并且得到充分的焊透，而且得到焊珠宽度较大的焊接接头。

本发明根据上述知识而完成，其要旨如下所述。

(1)一种钢板的埋弧焊方法,以如下方式使用3根以上的电极，即、焊接行进方向的最前头的第一电极的焊丝直径为3.9～4.1mm，在上述焊接行进方向的最末尾，以隔着焊接线的方式在两侧配置2根电极，并将这2根电极在上述钢板的表面的焊丝前端位置配置在垂直于上述焊接线的同一直线上，并且上述焊丝前端位置与上述焊接线的距离W(mm)为5～20mm。

(2)上述(1)中记载的埋弧焊方法的特征在于，从上述最末尾的2根电极的导电嘴的前端部中心向铅垂下方延伸的铅垂线同上述钢板的表面相交的位置、与上述焊接线的距离M(mm)相对于上述距离W满足M≥W。

(3)上述(1)或(2)中记载的埋弧焊方法的特征在于，向上述第一电极供给直流电流，向第二电极以后的电极供给交流电流。

根据本发明，减少焊接热输入的同时实现焊接部的高韧性化以及熔深的确保。并且，在焊接速度为3m/分以下的厚壁材的焊接中，能够充分获得大焊珠宽度，所以对埋弧焊有利，在工业上起到特别的效果。

附图说明

图1是示意性表示本发明的埋弧焊方法的例子的立体图。

图2是图1中的电极和钢板的侧视图。

图3是表示图1中的各电极的焊丝前端和最末尾的电极的导电嘴前端中心在钢板表面的位置的俯视图。

图4是示意性表示坡口形状的例子的剖视图。

图5是示意性表示焊接接头的例子的剖视图。

图6是示意性表示焊接接头的其它例子的剖视图。

图7是示意性表示焊接接头的其它例子的剖视图。

具体实施方式

图1是示意性表示应用本发明的埋弧焊方法进行钢板焊接的例子的立体图，图2是其侧视图。图3是表示图1中的各电极的焊丝在钢板表面的前端和最末尾的电极的导电嘴前端中央在钢板表面的位置的俯视图。以下参照图1～图3，对本发明的埋弧焊方法进行说明。此外，图1～图3表示使用4根电极的例子，但本发明是使用3根以上电极的埋弧焊方法，电极不限定于4根。

如图1所示，在使用4根电极的情况下，将箭头A所示的焊接行进方向的最前头的电极作为第一电极1，将该第一电极1的焊丝12的前端位置进行的钢板5表面上的轨迹作为焊接线6。将焊接行进方向A的第2个电极作为第二电极2，并将其配置于第一电极1的后方。而且在第二电极2的后方，将最末尾的2根电极以隔着焊接线6的方式配置于两侧而作为第三电极3以及第四电极4。此外，分别将焊丝12、22、32、42一根根供给至各电极的导电嘴11、21、31、41。

首先，对第一电极进行说明。

若第一电极1的焊丝12的焊丝直径超过4.1mm，则无法获得深焊透，所以使焊丝直径在4.1mm以下。然而，在焊丝直径不足3.9mm时，如图6所示，容易产生焊透分离。因此，第一电极1的焊丝12的焊丝直径在3.9～4.1mm的范围内。

另外，对于向第一电极1的焊丝12供给的电流而言，为了进一步增加熔深而优选供给直流电流。

并且，第一电极1如图2所示，优选将焊丝12设定在相对于钢板5表面从垂直到－15度的范围内(－：后掠角)。这样设定第一电极1的焊丝12就能从垂直于钢板5的方向供给电弧，所以焊透加深。

接下来，对第二电极进行说明。

第二电极2如图3所示被设定为，焊丝22的钢板表面的前端位置23配置于焊接线6上。焊丝22的焊丝直径、向焊丝22供给的电流的电流密度没有特别限定，但为了防止在与其它电极间产生电弧干涉，优选向焊丝22供给交流电流。

另外，第二电极2如图2所示优选为倾斜设定焊丝22，以使焊丝22的前端位于比导电嘴21更靠焊接行进方向A的前方(即第一电极侧)。若该焊丝22与铅垂线所成的角β(以下，称为提前角)在5°以上，则增大焊珠宽度的效果显著体现出来，故为优选。但是，若第二电极2的提前角β过大，则焊接不稳定，容易产生熔渣夹杂，所以提前角β优选为20°以下。

在使用3根电极应用本发明的情况下，不配置该第二电极2，在第一电极1的后方将最末尾的2根电极配置于焊接线6的两侧。

另外，在使用5根以上的电极应用本发明的情况下，在第二电极2的后方将第3个以后的电极配置于焊接线6上，将最末尾的2根电极配置于焊接线6的两侧。

接下来，对最末尾的电极进行说明。

最末尾的第三电极3、第四电极4如图3所示被设定为，将焊丝32、42的钢板表面的前端位置33、43配置在垂直于焊接线6的同一直线上。第三电极3的焊丝32的前端位置33与焊接线6的距离W_R，以及第四电极4的焊丝42的前端位置43与焊接线6的距离W_L不足5mm时，无法得到增大焊珠宽度的效果。若距离W_R和距离W_L超过20mm，则第三电极3以及第四电极4的焊接金属引起图7所示的焊珠分离，所以无法防止咬边等表面缺陷。因此，使距离W_R和距离W_L都在5～20mm的范围内。虽然不需要使距离W_R与距离W_L相同，但为了形成形状良好的焊珠并防止咬边，优选为W_R＝W_L。

另外，第三电极3、第四电极4如图2所示，优选为倾斜设定焊丝32、42，以使焊丝32、42的前端位于比导电嘴31、41更靠焊接行进方向A的前方(即第一电极侧)。若该焊丝32、42的提前角β在20°以上，则增大焊珠宽度的效果显著体现出来，故为优选。但是，若第三电极3、第四电极4的提前角β过大，则焊珠宽度的差别容易变大，所以提前角β优选在50°以下。

并且，第三电极3、第四电极4如图3所示被设定为，从导电嘴31、41的前端部中心向铅垂下方延伸的铅垂线与钢板5表面相交的位置34、44(以下，称为导电嘴的前端中心位置)配置在垂直于焊接线6的同一直线上。钢板5表面的第三电极3的导电嘴31的前端中心位置34与焊接线6的距离M_R、以及第四电极4的导电嘴41的前端中心位置44与焊接线6的距离M_L分别为M_R＜W_R、M_L＜W_L时，第三电极3以及第四电极4的焊透如图6所示那样分别分离地形成，所以无法防止咬边等表面缺陷。虽然不需要使距离M_R与距离M_L相同，但为了形成形状良好的焊珠，防止咬边，优选M_R＝M_L。

第三电极3、第四电极4的焊丝32、42的焊丝直径不需要相同，但为了形成形状良好的焊珠，防止咬边，优选使用焊丝直径相同的焊丝。

另外，为了防止向焊丝32、42供给的电流在电极间产生电弧的干涉，优选使用交流电流。若焊丝32、42的电压在38～42V的范围内，则增大焊珠宽度的效果显著发挥，故为优选。

以上对使用4根电极的例子进行了说明，但本发明的电极数不限定于4根，能够应用于使用3根以上的电极的埋弧焊，特别是在使用3～5根电极的情况下能够得到显著的效果。另外对于6根电极以上的情况，焊接热输入过大而导致焊接热影响部的韧性恶化，故并非优选。

此外，这里所谓的垂直不是严格意义上的垂直，允许±15°左右的自由度。

另外，本发明能够应用于各种板厚、坡口形状，也能够应用于各种焊接速度的单面焊接以及双面焊接，特别是，如果应用于焊接速度在3m/分以下那样焊接厚钢板(板厚超过20mm)的情况下，则能够获得深焊透和大焊珠宽度并且能够实现减少焊接热输入，所以在提高热影响部的韧性以及防止咬边方面很有效。

实施例

如图4所示，在板厚T为18.0mm、25.4mm、38.1mm的钢板5上使坡口角度θ为60°、70°、80°，坡口深度D为8mm、10mm、17mm而进行坡口加工后，使用4根电极进行埋弧焊，制作图5所示的焊接接头。表1表示坡口形状，表2表示焊接条件，表3表示电极的配置，表4表示焊接电流的设定。

[表1]

[表2]

#1～#4分别表示第一电极～第四电极.

[表3]

#1～#4分别表示第一电极～弟四电极

极间距离表示沿焊接线的距离

电极角度用正敷表示提前角.用负数表示后掠角

距离焊接线的距离用正数表示焊接进行方向左侧。用负数表示焊接进行方向右侧

焊接线一焊丝之间的距离表示在钢板的表层测定的从焊接线到焊丝前端的距离

焊接线一导电嘴之间的距离表示在钢板的表层测定的从焊接线到导电嘴前端的中心位置的距离

[表4]

目视观察得到的焊接接头的焊珠外观，进一步观察焊珠固定部的剖面并测定熔深H(mm)、焊珠宽度B(mm)。其结果如表5所示。

[表5]

如表5所示，在本申请发明的发明例中，能够确保焊透深度，焊珠宽度比以往有所增加。特别是在标号l、2、10中得到了美观的焊珠外表。比较例的标号5的最末尾的2根电极的焊丝前端位置与焊接线的距离为4mm，所以焊珠宽度很小。标号6的最末尾的2根电极的焊丝前端位置与焊接线的距离w为22mm，所以产生图7所示的焊珠分离。标号7的第一电极的焊丝直径为3.2mm，所以产生图7所示的焊珠分离。标号8的第一电极的焊丝直径为4.8mm，所以焊透很小。标号9、11的最末尾的2根电极的焊丝前端位置与焊接线的距离w为Omm，所以焊珠宽度很小。

附图标记的说明

l…第一电极；11…第一电极的导电嘴；12…第一电极的焊丝；13…第一电极的焊丝的前端位置；2…第二电极；2l…第二电极的导电嘴；22…第二电极的焊丝；23…第二电极的焊丝的前端位置；3…第三电极；3l…第三电极的导电嘴；32…第三电极的焊丝；33…第三电极的焊丝的前端位置；34…第三电极的导电嘴的前端中心位置；4…第四电极；4l…第四电极的导电嘴；42…第四电极的焊丝；43…第四电极的焊丝的前端位置；44…第四电极的导电嘴的前端中心位置；5…钢板；6…焊接线。

Claims (3)

1.一种钢板的埋弧焊方法，其特征在于，

以如下方式使用3根以上的电极，即、焊接行进方向的最前头的第一电极的焊丝直径为3.9～4.1mm，在所述焊接行进方向的最末尾以隔着焊接线的方式在两侧配置2根电极，并将这2根电极在所述钢板的表面的焊丝前端位置配置在垂直于所述焊接线的同一直线上，并且所述焊丝前端位置与所述焊接线的距离W(mm)为5～20mm。

2.根据权利要求1所述的埋弧焊方法，其特征在于，

从所述最末尾的2根电极的导电嘴的前端部中心向铅垂下方延伸的铅垂线同所述钢板的表面相交的位置、与所述焊接线的距离M(mm)相对于所述距离W满足M≥W。

3.根据权利要求1或2所述的埋弧焊方法，其特征在于，

向所述第一电极供给直流电流，向第二电极以后的电极供给交流电流。