CN103958109A - 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且抑制超过焊丝的需要量的熔融从而实现减少焊缝余高，并且能够获得深焊透和大的焊珠宽度。在该埋弧焊方法中，焊接行进方向的最前头的第一电极的焊丝直径为2.0～3.2mm，电流密度在145A/mm²以上，将第二电极以后的电极在第一电极的后方配置为1列，并且形成于钢板的坡口的形状是将底层侧坡口角度设为θ_B、将表层侧坡口角度设为θ_T时满足θ_B＜θ_T的两段坡口。

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(under cut)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的焊接技术。

例如在专利文献3公开了高电流密度的埋弧焊方法，沿板厚方向投入电弧能量，确保必要的熔深并且抑制钢板宽度方向的母材的溶解，从而防止投入过量的焊接热输入，同时实现减少焊接热输入和确保熔深。

然而，在专利文献3公开的技术中，在板厚方向投入电弧能量并抑制钢板宽度方向的溶解，所以存在的问题是焊珠宽度变小，容易产生咬边等表面缺陷。

专利文献4公开了利用多电极进行双面单层堆焊的埋弧焊方法，适当控制向各电极供给的电流从而实现了增大焊珠宽度并防止咬边等表面缺陷。

然而，在专利文献4公开的技术中，虽然获得增大焊珠宽度的效果，但为了显著扩大焊珠宽度必须供给大电流，其结果是，焊接热输入增加，存在焊接部特别是热影响部的韧性恶化的问题。另外，供给大电流会使焊丝的熔融量增加，焊缝余高度(reinforcement height)变高，所以需要重新设计坡口形状。

专利文献1：日根特开平11-138266号公报

专利文献2：日根特开平10-109171号公报

专利文献3：日根特开2006-272377号公报

专利文献4：日根特开2010-172896号公报

发明内容

本发明的目的是提供以低热输入实现焊接部的高韧性化并抑制焊丝的过量熔融从而实现减少焊缝余高，并且能够获得深焊透和大焊珠宽度的埋弧焊方法。

发明者们调查在多电极的埋弧焊中电极的配置、将所使用的焊丝进行各种变更而得到焊接接头，结果发现，在焊接行进方向的最前头的第一电极使用细径焊丝提高电流密度，使形成于钢板的坡口的形状为两段坡口，从而以低热输入获得充分的焊透，并且将焊缝余高抑制得较低，进而得到焊珠宽度大的焊接接头。

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、焊接行进方向的前端的第一电极的焊丝直径为2.0～3.2mm，电流密度在145A/mm²以上，将第二电极以后的电极在上述第一电极的后方配置为1列，并且形成于被焊接钢板的坡口的形状是将底层侧坡口角度设为θ_B、将表层侧坡口角度设为θ_T时满足θ_B＜θ_T的两段坡口。

(2)上述(1)中记载的埋弧焊方法的特征在于，上述底层侧坡口角度θ_B为40～70°。

(3)上述(1)或(2)中记载的埋弧焊方法的特征在于，上述表层侧坡口角度θ_T在120°以下。

(4)上述(1)～(3)中任一项记载的埋弧焊方法的特征在于，将上述坡口的底层侧坡口角度θ_B的部位的深度设为H_B，将表层侧坡口角度θ_T的部位的深度设为H_T，满足H_B≥H_T。

(5)上述(1)～(4)中任一项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，向上述第二电极以后的电极供给交流电流。

(6)上述(1)～(5)中任一项记载的埋弧焊方法的特征在于，上述第二电极以后的电极的焊丝直径在3.2mm以上。

根据本发明，能够同时实现减少焊接热输入和确保熔深。而且能够降低焊缝余高，进而获得大的焊珠宽度，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的钢板表面的位置的俯视图。

图4是示意性表示应用本发明的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。

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中的各焊丝的钢板表面的前端位置的俯视图。另外，图4是示意性表示应用本发明的坡口形状的例子的剖视图，图5是示意性表示具有该坡口钢板的焊接接头的例子的剖视图。

首先，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3根电极的例子，但本发明是使用3根以上的电极的埋弧焊方法，电极不限定于3根。

如图1所示，在使用3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的后方配置一列第三电极3。此外，分别将焊丝12、22、32一根根供给至各电极的焊炬11、21、31。

首先，对第一电极进行说明。

使第一电极1的焊丝12变细来增加电流密度，从而能够以小的焊接热输入获得深焊透，所以使焊丝12的焊丝直径在3.2mm以下。然而，在焊丝直径不足2.0mm时，焊丝12过细，所以为了确保焊接金属必要的量不得不提高送丝速度，其结果是，供给性(wire feed speed)不稳定，无法进行稳定的焊接。因此，使第一电极1的焊丝12的焊丝直径在2.0～3.2mm的范围内。

向第一电极1的焊丝12供给的电流的电流密度如上述那样能够通过使用焊丝直径小的焊丝12而增加，在不足145A/mm²时，无法获得足够深度的焊透。因此，使第一电极1的焊丝12的电流密度在145A/mm²以上。另外，若第一电极1的焊丝12的电流密度过大，则不得不增加送丝速度，结果是无法进行稳定的焊接，所以电流密度优选为310A/mm²以下。

另外，为了进一步增加熔深，向第一电极1的焊丝12供给的电流优选为供给直流电流。

并且，第一电极1如图2所示优选为倾斜设定焊丝12，以使焊丝12的前端位于比焊炬11更靠焊接行进方向A的后方(即第二电极侧)。若该焊丝12与铅垂焊丝所成的角α(以下，称为后掠角)在15°以下，则增加熔深的效果显著体现出来，故为优选。此外，第一电极1的焊丝12可以是垂直(后掠角α＝0°)的。

接下来，对第二电极进行说明。

第二电极2图3所示设定为，使焊丝22在钢板表面的前端位置23配置于焊接线6上。若焊丝22的焊丝直径过细，则余高容易变高，所以焊丝22的焊丝直径优选在3.2mm以上。另一方面，若焊丝22的焊丝直径过粗，则容易产生熔渣夹杂，所以焊丝22的焊丝直径优选在4.0mm以下。

另外，为了防止向焊丝22供给的电流在与其它电极之间产生电弧干涉，优选供给交流电流。

并且，第二电极2如图2所示优选为使焊丝22倾斜地设定，以使焊丝22的前端位于比焊炬21更靠焊接行进方向A的前方(即第一电极侧)。若该焊丝22与铅垂焊丝所成的角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。若提前角过大，则必然导致焊炬非常长，所以从设备上的制约考虑，第二电极2的提前角优选在25°以下。

接下来，对第三电极进行说明。

第三电极3如图3所示设定为，使焊丝32在钢板表面的前端位置33配置于焊接线6上。若焊丝32的焊丝直径过细，则余高容易变高，所以焊丝32的焊丝直径优选在3.2mm以上。另一方面，若焊丝32的焊丝直径过粗，则焊丝熔敷量减少，所以焊丝32的焊丝直径优选在4.0mm以下。

另外，为了防止向焊丝32供给的电流在与其它电极之间产生电弧干涉，优选供给交流电流。

并且，第三电极3如图2所示优选为使焊丝32倾斜地设定，以使焊丝32的前端位于比焊炬31更靠焊接行进方向A的前方(即第一电极侧)。若该提前角γ在20°以上，则增大焊珠宽度的效果显著体现出来，故为优选。若提前角过大，则必然导致焊炬非常长，所以在4根电极以上的焊接时从设备上的制约考虑，第三电极3的提前角优选在30°以下。

以上，对使用3根电极的例子进行了说明，但本发明的电极数量不限定于3根，能够应用于使用3根以上电极的埋弧焊，特别是在使用3～5根电极的情况下能够得到显著的效果。若是6根以上的电极，则焊接热输入过大，可能使焊接热影响部的韧性恶化，故并非优选。

此外，在在第三电极3的后方配置第四电极以后的电极的情况下，以使焊丝在钢板表面的前端位置配置于焊接线6上的方式设定一列。使用的焊丝的焊丝直径以及提前角与上述的第三电极相同，优选供给交流电流。接着，参照图4、图5，对应用本发明的坡口形状以及通过该坡口形状得到的焊接接头的形状进行说明。

如图4所示，应用本发明的坡口形状是组合了2种坡口角度的两段坡口，在该两段坡口中，将钢板5的底面侧的坡口角度(以下，称为底层侧坡口角度)设为θ_B，将钢板5的表面侧的坡口角度(以下，称为表层侧坡口角度)设为θ_T。

在底层侧坡口角度θ_B不足40°时，焊接时容易夹杂熔渣，并且若余高变高，超过70°，则坡口剖面积变大，需要的焊丝熔敷量增多，需要将焊接热输入设定得较高。因此，底层侧坡口角度θ_B优选在40～70°的范围内。

另外，在表层侧坡口角度θ_T不足90°时，增大焊珠宽度的效果很小，若超过120°，则坡口宽度过大，容易产生咬边。因此，表层侧坡口角度θ_T优选在90～120°的范围内。

对将这样的底层侧坡口角度θ_B与表层侧坡口角度θ_T组合而成的两段坡口应用本发明的埋弧焊方法，获得深焊透和大的焊珠宽度并且为了减少焊缝余高而需要满足θ_B＜θ_T。

另外，如图4所示，将两段坡口的底层侧坡口角度θ_B的部位的深度(以下，称为底层部坡口深度)设为H_B，将表层侧坡口角度θ_T的部位的深度(以下，称为表层部坡口深度)设为H_T，若H_B＜H_T，则坡口剖面积变大，需要的焊丝熔敷量增多，需要将焊接热输入设定得较高。因此，底层部坡口深度H_B和表层部坡口深度H_T优选满足H_B≥H_T。

如上所述，根据本发明，如图5所示，能够同时减少焊接热输入以及确保熔深D并且降低焊缝余高M，进而能够获得大的焊珠宽度W。

另外，本发明也既能够应用于单面焊接也能够应用于双面焊接，但若特别是在焊接板厚超过30mm的厚钢板的情况下应用，则能够获得深焊透和大的焊珠宽度并且能够实现减少焊接热输入，所以对提高热影响部的韧性以及防止咬边很有效。

并且，埋弧焊的焊接线一般采用实心焊丝，但本发明不仅能应用实心焊丝，还能够应用金属粉芯焊丝。

实施例

如图4所示，在板厚T为31.8mm的钢板5形成了两段坡口后，使用3～5根电极进行埋弧焊，用一条焊道制作图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～＃5分别表示第一电极～第五电极。

[表3]

*#1～#5分别表示第一电极～第五电极

**电极角度用正数表示提前角，用负数表示后掠角

[表4]

*＃1～＃5分别表示第一电极～第五电极

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D(mm)、焊珠宽度W(mm)、焊缝余高M(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，能够以低的热输入同时获得深焊透(18.4～22.2mm)和大的焊珠宽度(24.4～30.6mm)。

特别是标号1～3、13、14的焊珠外观很好且看不出缺陷，焊缝余高也很低(1.0～2.5mm)。

与此相对，比较例的标号4的第一电极的焊丝直径为1.6mm，所以熔深、焊珠宽度足够，但无法供给高电流而得不到深焊透。标号5的第一电极的焊丝直径为4.0mm，所以无法设定高电流密度，得不到深焊透。标号6不使用两段坡口而是使用V坡口，所以得不到大的焊珠宽度。

附图标记的说明

1…第一电极；11…第一电极的焊炬；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；21…第二电极的焊炬；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；31…第三电极的焊炬；32…第三电极的焊丝；33…第三电极的焊丝的前端位置；5…钢板；6…焊接线

Claims (6)

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2.0～3.2mm，电流密度在145A/mm²以上，将第二电极以后的电极在所述第一电极的后方配置为1列，并且形成于被焊接钢板的坡口的形状是将底层侧坡口角度设为θ_B、将表层侧坡口角度设为θ_T时满足θ_B＜θ_T的两段坡口。

2.根据权利要求1所述的埋弧焊方法，其特征在于，

所述底层侧坡口角度θ_B为40～70°。

3.根据权利要求1或2所述的埋弧焊方法，其特征在于，

所述表层侧坡口角度θ_T在120°以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的埋弧焊方法，其特征在于，

将所述坡口的底层侧坡口角度θ_B的部位的深度设为H_B，将表层侧坡口角度θ_T的部位的深度设为H_T，满足H_B≥H_T。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的埋弧焊方法，其特征在于，

向所述第一电极供给直流电流，向所述第二电极以后的电极供给交流电流。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的埋弧焊方法，其特征在于，

所述第二电极以后的电极的焊丝直径在3.2mm以上。