CN106232281A

CN106232281A - 大口径焊接钢管的制造过程中的定位焊方法

Info

Publication number: CN106232281A
Application number: CN201580020120.0A
Authority: CN
Inventors: 早川直哉; 田村征哉; 森本雄大
Original assignee: NKK Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Engineering Corp
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2035-04-15
Also published as: EP3132879A1; EP3132879A4; RU2016144976A3; JPWO2015159545A1; JP6112215B2; WO2015159545A8; CN106232281B; RU2016144976A; EP3132879B1; RU2656431C2; WO2015159545A1

Abstract

本发明提供一种在进行大口径焊接钢管的焊接时能够增加焊接速度并且防止驼峰焊道、焊穿、未熔合的定位焊方法。在大口径焊接钢管的制造过程连续进行开放管(1)的边缘部(1a)的定位焊的定位焊方法中，使边缘部(1a)的外侧表面与导电嘴(2)的下端之间的距离为25mm以上，向装配于该导电嘴(2)而用作焊丝的焊丝直径为4.8mm以上的实芯焊丝(3)通以1000A以上的电流作为焊接电流，来进行气体保护金属极电弧焊。

Description

大口径焊接钢管的制造过程中的定位焊方法

技术领域

本发明涉及一种在UOE钢管、螺旋钢管等大口径焊接钢管的制造过程中在对成形为管状的开放管的边缘部进行接合之前连续地进行该边缘部相互的定位焊的定位焊方法。

背景技术

通常，焊接钢管是通过在将作为材料的钢板或者钢带(以下，称作板状钢材料)成形为管状而成为使板状钢材料的宽度方向端部(以下，称作边缘部)相互对置的开放管之后利用焊接来接合该开放管的边缘部来进行制造的。根据该焊接钢管的尺寸而组合适当的成形方法与焊接方法的制造技术得到广泛普及。

在大口径焊接钢管(例如UOE钢管、螺旋钢管等)的制造过程中，在进行边缘部的焊接(例如埋弧焊等)之前，需要对边缘部进行定位焊而维持开放管的形状。

在大口径焊接钢管的典型例、即UOE钢管的制造过程中，具有利用U形冲压机以及O形冲压机将板状钢材料成形为开放管的工序。在该工序中，由于板状钢材料的板厚较厚，因此会在对置的边缘部产生管半径方向的间隙(所谓的缝隙)。为此，要在利用液压来压入产生缝隙的边缘部并且进行定位焊之后，利用埋弧焊对边缘部进行正式焊接而制造UOE钢管。关于U形冲压机、O形冲压机，由于设备器械的导入成本、操作成本较大，因此在通常的钢管制造工厂中设置的台数被抑制为较少。另一方面，由于埋弧焊的相关设备较为廉价，因此设置有许多焊接线。

大口径焊接钢管的制造过程中的定位焊谋求与基于埋弧焊的正式焊接的焊接速度同等的高速焊接。然而，在焊接速度超过2m(＝2000mm)/分那样的高速焊接中，容易产生驼峰焊道、焊穿的情况成为问题。

例如，在专利文献1中公开了如下技术，即，在进行板厚20mm的开放管的定位焊时，使用焊丝直径3.2mm的实芯焊丝，按照焊接电流900A、焊接速度5000mm/分进行定位焊。但是，当板状钢材料的板厚进一步变厚时，在这样的焊接条件下，无法充分确保焊缝厚度，因此在定位焊之后的正式焊接中，容易产生焊穿。

如专利文献2所公开的那样，利用多电极进行定位焊时，由于能够增加熔敷量、焊接速度，因此能够确保焊缝厚度并防止驼峰焊道。但是，在多电极的情况下熔融金属不稳定，在以开放管的边缘部的缝隙等为起因而导致坡口的配置发生了变动的情况下，容易产生驼峰焊道。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭52-77849号公报

专利文献2：日本特开昭63-154267号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于，提供一种定位焊方法，其能够消除上述现有技术的问题点，在进行大口径焊接钢管的定位焊时能够增加焊接速度，并且能够防止驼峰焊道、焊穿以及未熔合。

用于解决课题的手段

本发明人对用于解决上述课题的技术进行了深入研究，结果发现，通过适当地设定定位焊的条件而使熔滴过渡的方式成为生成于焊丝端的熔滴朝向母材熔融池接触(短路)的短路过渡，由此能够进行稳定的定位焊。本发明是基于该见解而作出的。

即，本发明的主旨结构如下所述。

1.一种大口径焊接钢管的制造过程中的定位焊方法，进行在大口径焊接钢管的制造过程中制作的开放管的边缘部的定位焊，其中，

在如下条件下对所述边缘部进行使用直径为4.8mm以上的实芯焊丝的气体保护金属极电弧焊：形成于所述边缘部的坡口的底部与装配所述焊丝的导电嘴的下端之间的距离为25mm以上，并且焊接电流为1000A以上。

在本发明的定位焊方法中优选的是，在开放管的边缘部(以下仅称作边缘部)形成的坡口为X形坡口，X形坡口的坡口角度为40～100°。

关于焊丝，优选的是，垂直于焊接行进方向的面与焊丝所成的角度(以下，称作电极角度)为0°以上的后掠角。另外，后掠角是指，以使焊丝的前端相比导电嘴位于与焊接行进方向相反朝向的位置的方式使焊丝倾斜，该焊丝与垂直于焊接行进方向的面所成的角。

另外，优选的是，定位焊通过使用气体保护金属极电弧焊、特别是使用含有50～100％CO₂的保护气体来进行，焊接速度优选为3000mm/分以上。

应用本发明的大口径焊接钢管优选为UOE钢管或者螺旋钢管，板厚优选为30mm以上。

发明效果

根据本发明，在大口径焊接钢管的制造过程中连续地进行定位焊时，能够增加焊接速度，并且能够防止驼峰焊道、焊穿以及未熔合等，因此在产业上能够发挥显著的效果。

附图说明

图1是表示定位焊中的导电嘴的配置要领的图。

具体实施方式

本发明适当地设定条件以使定位焊中的熔滴过渡的方式成为短路过渡。其结果是，将熔滴的动能保持为较小，不会使熔滴与开放管的边缘部碰撞而是顺利地过渡至熔融池，因此熔融金属朝向后方的熔液流动稳定，能够防止驼峰焊道、焊穿以及未熔合。以下，说明定位焊的设定条件。

首先，作为焊丝而使用没有内置焊剂的实芯焊丝。这是因为，实芯焊丝能够将在焊丝的前端悬垂的熔滴的氧量控制得较低，能够防止熔滴的缩小。与之相对，当使用内置有焊剂的药芯焊丝(以下，称作FCW)时，由于熔滴的氧量较高且熔滴的表面张力降低，因此熔滴容易脱离。其结果是，熔滴过渡中的熔滴的动能升高，使熔滴以高速过渡，助长了熔融金属的流动，容易产生驼峰焊道。另外，FCW中，由于焊接电流集中于外皮，电流密度变大，促使在焊丝的前端悬垂的熔滴的脱离的电磁力(以下，称作电磁箍缩力)增加，其结果是，助长了熔融金属朝向电极后方的熔液流动，从而也产生驼峰焊道的问题。

因而，在本发明中使用实芯焊丝。此外，通过如后述那样设定适当的条件，能够利用一根实芯焊丝(所谓的单电极)无阻碍地进行定位焊。

该实芯焊丝的直径为4.8mm以上。优选为5.5mm以上。通过使用焊丝直径大的焊丝，使电流密度降低。其结果是，能够减小电磁箍缩力，抑制熔融金属朝向后方的熔液流动，从而实现熔滴的顺利的短路过渡。另外，由于利用粗直径的焊丝来扩宽电弧的宽度，因此具有使坡口内的焊道宽度扩宽的优点，能够使熔融金属熔敷在坡口的较高位置。其结果是，在坡口壁之间较强地作用有保持熔融金属的界面张力，能够在坡口壁之间保持熔融金属，防止驼峰焊道。另外，由于抑制表面形状成为凸形状，容易形成平坦的焊道，因此能够抑制定位焊之后的正式焊接中的焊接缺陷的产生。另外，能够抑制熔融金属向焊接行进方向的后方流出(以下，称作熔液流动)，防止驼峰焊道、焊穿。

另一方面，在焊丝直径不足4.8mm时，电流密度增大，较强地作用电磁箍缩力。因此，熔滴从焊丝端朝母材过渡时的动能增加，熔滴高速过渡而使朝向电极后方的熔液流动增大，熔滴一边向焊接行进方向的后方流动一边迅速冷却，容易产生驼峰焊道、未熔合。

因而，在本发明中，使用4.8mm以上的粗直径的焊丝。通过扩宽电弧进行定位焊，如上述那样，能够防止驼峰焊道、焊穿、未熔合，在之后的正式焊接(即埋弧焊)中有助于接合开放管的边缘部的工序的稳定操作。

但是，当焊丝直径超过8.0mm时，用于将焊丝向导电嘴供给的处理变得困难。因而，焊丝直径优选为8.0mm以下的范围，更优选为5.5～6.4mm的范围内。

当使用上述尺寸的焊丝进行定位焊时，由于电阻较小，因此具有难以引起焦耳发热这样的缺点。因此，在从导电嘴突出的长度较短的情况下，焊丝的熔融动作不稳定，在前端悬垂的熔滴、熔融金属的动作变得不稳定。为了消除该缺点，需要使焊丝的前端的熔滴稳定。

为此，如图1所示，需要将在开放管1的边缘部1a形成的X形坡口的底部与导电嘴2的下端之间的距离L设为25mm以上，进行定位焊。即，通过增长焊丝3的自导电嘴2的突出量(L)，促进焊丝的发热，使基于电弧热量的焊丝的熔解稳定化。当该距离L不足25mm时，电压变动增大，焊道变得不均匀。

但是，当所述距离L超过45mm时，焊丝的前端与形成于边缘部的坡口的相互位置错开，在坡口壁之间难以熔敷熔融金属。另外，焊丝炽热，难以维持熔滴的顺利的短路过渡。因而，坡口的底部与导电嘴的下端之间的距离优选为45mm以下的范围。更优选为25mm以上35mm以下。

焊接电流为1000A以上。优选为1200A以上。在焊接电流不足1000A时，在高速焊接下无法获得足够的熔敷量，使焊缝厚度不足，有可能产生焊穿。

但是，当焊接电流超过2200A时，电弧力过强，产生驼峰焊道、大量的溅射，并且难以确保用于破坏短路的高电流。因而，焊接电流优选为2200A以下的范围。更优选为1200～2000A。

坡口形状为X形坡口，为了利用熔融金属的界面张力在坡口壁之间保持熔融金属，坡口角度优选为40～100°的范围内。更优选为40～70°。在此，规定在上述范围的是，实施定位焊的一侧的坡口角度。

电弧电压虽然也取决于适用电流值，但优选为28V以下进行短路过渡。另外，电极角度优选为0°以上的后掠角。更优选为5°以上的后掠角。通过将电极角度设定在该范围，会在焊接行进方向的前方产生极短的电弧，而抑制朝向后方的熔液流动。其结果是，能够防止驼峰焊道、焊穿，能够防止因焊穿引起的未熔合。

另外，后掠角是指，如图1所示，以使焊丝3的前端相比导电嘴2位于与焊接行进方向相反朝向的位置的方式使焊丝倾斜时的、焊丝3与垂直于焊接行进方向的面所成的角θ。

但是，在电极角度为超过35°的后掠角的情况下，会因电磁力的不均衡而使溅射的产生增加。因而，电极角度进一步优选为0～35°的范围的后掠角。更优选为5～35°的范围。

以往，当将电极角度设为后掠角时，存在无法抑制朝向焊接行进方向的熔液流动、容易产生驼峰焊道这样的问题。与之相对，在本发明中，由于适当地设定相关的条件而进行定位焊，因此能够有效地活用通过设为后掠角而获得的上述那样的效果，并能够防止驼峰焊道、焊穿、未熔合。

定位焊采用气体保护金属极电弧焊。如上述那样，开放管的正式焊接广泛地采用埋弧焊，但通过利用气体保护金属极电弧焊进行之前的定位焊，能够获得不需要熔渣剥离的工序这样的效果。

气体保护金属极电弧焊的保护气体优选为100％CO₂气体。在使用CO₂气体与其它气体(例如为Ar等)混合而成的保护气体的情况下，优选含有50％以上的CO₂。在CO₂不足50％时，电位梯度降低，熔滴变小，进而会损害短路过渡的稳定性，容易产生驼峰焊道。更优选为75％以上。因而，保护气体中的CO₂浓度优选为50～100％的范围内，更优选为75～100％。需要说明的是，CO₂浓度是指体积率。

焊接速度优选为3000mm/分以上。在焊接速度不足3000mm/分时，缺乏工业价值。

然而，虽然焊接速度越快越好，但越快越容易产生驼峰焊道，伴随有技术困难。因而，焊接速度优选为3000～8000mm/分的范围内。

适用定位焊的大口径焊接钢管的板厚(即板状钢材料的板厚)优选为30mm以上。通过对板厚处于该范围的大口径焊接钢管应用本发明，能够充分确保焊缝厚度，能够防止焊穿并且进行高速焊接。

如以上说明那样，通过在适当的条件下进行大口径焊接钢管的定位焊，能够形成良好形状的焊道，能够无阻碍地进行之后的正式焊接。

而且，本发明优选适用于通过埋弧焊进行开放管的正式焊接的UOE钢管或者螺旋钢管。

另外，本发明的定位焊优选通过直流反极性来进行。其理由在于，能够使电弧稳定且减少驼峰焊道、溅射的产生。

实施例

在UOE钢管的制造设备中，使用四种板厚的板状钢材料(API-5LX65级)来成形开放管，利用气体保护金属极电弧焊法来进行其边缘部的定位焊。板厚如表1所示。

[表1]

表1

*：负号(-)表示后掠角

在定位焊中，使用一根焊丝(JIS Z3351 YS-S6相当的实芯焊丝)(即单电极)，焊丝直径如表1所示。焊接电源为直流反极性，适用恒定电压特性。

作为气体保护金属极电弧焊的保护气体，如表1所示，使用100％CO₂气体、或者CO₂与Ar的混合气体。保护气体的流量为50L/分。

坡口形状全部为X形坡口，在板厚为12.7mm的开放管中，内表面侧的坡口角度为80°，坡口深度为4.0mm，外表面侧的坡口角度为100°，坡口深度为5.0mm。在板厚为25.4mm时，内表面侧的坡口角度为70°，坡口深度为8.0mm，外表面侧的坡口角度为60°，坡口深度为9.0mm。在板厚为31.8mm时，内表面侧的坡口角度为60°，坡口深度为9.0mm，外表面侧的坡口角度为60°，坡口深度为12.0mm。在板厚为38.1mm时，内表面侧的坡口角度为55°，坡口深度为12.0mm，外表面侧的坡口角度为50°，坡口深度为14.0mm。

定位焊中的焊接电流、焊接电压、焊接速度、电极角度、坡口底部与导电嘴的下端之间的距离如表1所示。

而且，在定位焊结束之后，不进行正式焊接，而是观察基于定位焊的焊道的外观，将不产生驼峰的情况判断为无(良)，将产生有驼峰的情况判断为有(不良)。

由表1明确可知，在发明例中获得了良好的焊道。

作为比较例的标号14、15、16、17是边缘部的坡口底部与导电嘴的下端之间的距离低于25mm的例子，均产生焊道的驼峰。

附图标记说明：

1 开放管

1a 边缘部

2 导电嘴

3 焊丝。

Claims

2.根据权利要求1所述的大口径焊接钢管的制造过程中的定位焊方法，其中，

在所述边缘部形成X形坡口，该X形坡口的坡口角度为40°～100°。

3.根据权利要求1或2所述的大口径焊接钢管的制造过程中的定位焊方法，其中，

垂直于所述边缘部的焊接行进方向的面与焊丝所成的电极角度为0°以上的后掠角。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的大口径焊接钢管的制造过程中的定位焊方法，其中，

在所述气体保护金属极电弧焊中，使用含有50％～100％CO₂的保护气体。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的大口径焊接钢管的制造过程中的定位焊方法，其中，

所述大口径焊接钢管的板厚为30mm以上，所述气体保护金属极电弧焊的焊接速度为3000mm/分以上。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的大口径焊接钢管的制造过程中的定位焊方法，其中，

所述大口径焊接钢管为UOE钢管或者螺旋钢管。