CN109562475B - Tig焊接不锈钢管的制造方法、tig焊接不锈钢管、及tig焊接不锈钢构件 - Google Patents

Tig焊接不锈钢管的制造方法、tig焊接不锈钢管、及tig焊接不锈钢构件 Download PDF

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Abstract

提供一种TIG焊接不锈钢管的制造方法，其不向保护气体中混入H2也能够抑制焊接缺陷的产生。一种TIG焊接不锈钢管的制造方法，将不锈钢带沿宽度方向进行弯曲加工，将两缘部对接，进行TIG焊接，由此制造焊接不锈钢管，作为焊接电源的电流波形，使用脉冲频率40Hz～300Hz的脉冲波形。

Description

TIG焊接不锈钢管的制造方法、TIG焊接不锈钢管、及TIG焊接 不锈钢构件
技术领域
本发明涉及：将不锈钢带进行弯曲加工，将两端部对接，进行TIG焊接，由此制造焊接不锈钢管的方法；及TIG焊接不锈钢管；以及包含该TIG焊接不锈钢管的TIG焊接不锈钢构件。
背景技术
焊接不锈钢管通过高频电阻焊接、激光焊接、TIG焊接、等离子体焊接等各种焊接法来制造，其中，TIG焊接的设备成本低廉、焊接品质优异，因此是应用最广泛的焊接方法。
在利用TIG焊接进行的焊接管制造中，使钨电极的前端与被焊接材料之间产生电弧放电，利用该热量对被焊接材料进行焊接，作为影响焊接品质的因子之一，可列举电弧放电的稳定性。电弧放电是一种电磁现象，为了从钨电极的前端向作为导体的被焊接材料维持稳定的电弧放电，要求被焊接材料在物理上保持稳定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本公开专利公报“日本特开2007-098459号公报(2007年4月19日公开)”
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，在制造焊接管时，在为了将钢带沿宽度方向进行弯曲加工而使用的辊成型法中，对接部由于辊的圆周速度差所产生的摩擦的影响以及材料向宽度方向、圆周方向蜿蜒等而发生摇动，由于该原因，焊接时电弧产生摇摆现象。
当对接部的间隙以打开或关闭的方式发生改变时，钢带的两端部的接触点也沿制管生产线行进方向摇动，电弧也沿生产线行进方向摇摆(图4)。当电弧向行进方向的输出侧移动时，电弧与被焊接材料的相对速度变慢，使热量输入过多；电弧沿行进方向逆行而回到原位置时，被焊接材料与电弧的相对速度变快，使热量输入不足。
当由于这种现象而热量输入过多时，焊道宽度会部分变宽，凝固变迟缓，最终容易在凝固部蓄积磷、硫等低熔点杂质且在焊接部中央产生凹部。这种与焊道宽度的改变相伴随的微小凹部是一种常见现象，但是在由于焊接管的用途特性而对焊接品质要求较严的情况下、以及在焊接后不进行焊道研磨而是直接使用的用途等中，有时，些微的焊道形状杂乱、凹部也会被视为焊接缺陷、被视为问题。
作为防止这种微小的焊接缺陷的方法，考虑了抑制上述的电弧摇摆的方案。作为具体方法，有以下方法：向作为保护气体的氩气中添加H2，利用H2的热收缩效应使电弧收敛，由此提高电弧的指向性，但由于这种方法并不能彻底防止电弧摇摆，因此其效果有限。另外，对于有氢脆化之忧的材料，则不能向保护气体中添加H2。
例如，专利文献1公开了在镀锌系钢板的高速气体保护焊接中、能够抑制焊接金属部产生缺陷的方法。具体记载了以下技术：在焊炬的前端安装磁力线圈，一边对被焊接材料的表面施加交流磁场而搅拌熔池，一边进行电弧焊接。由此促进锌蒸气从熔池的逃逸，降低起因于锌蒸气的缺陷。
然而，专利文献1记载的方法是用于抑制利用脉冲MAG(Metal Active Gas:金属活性气体)焊接进行镀锌系钢板的高速焊接时的、焊接金属部产生缺陷的技术。另外，需要安装有磁力线圈的特别的焊接装置。因此，似乎不能直接用于利用TIG(Tungsten Inert Gas:钨极隋性气体)焊接的不锈钢管的制造。
本发明的一方式是鉴于上述现有问题而作出的，其目的在于，提供不向保护气体中混入H2也能够抑制焊接缺陷的产生的、TIG焊接不锈钢管的制造方法。
用于解决技术问题的方案
为了解决上述技术问题，本发明的一方式的TIG焊接不锈钢管的制造方法，其特征在于，将不锈钢带沿宽度方向进行进行弯曲加工，将两缘部对接，进行TIG焊接，由此制造焊接不锈钢管，作为焊接电源的电流波形，使用脉冲频率40Hz～300Hz的脉冲波形。
另外，为了解决上述技术问题，本发明的一方式的TIG焊接不锈钢管，其特征在于，其具有TIG焊接部，所述TIG焊接部是将不锈钢带沿宽度方向弯曲、将该不锈钢带的两缘部进行TIG焊接而成的，上述不锈钢带的组成中含有11～35重量％的Cr，在上述TIG焊接部的每1m长度中，上述TIG焊接部的焊接焊道所具有的焊接缺陷个数为0.5个以下。
发明效果
通过使用本发明的一方式的TIG焊接不锈钢管的制造方法，即使对于不能向保护气体中混入H2的基材，即使仅使用Ar气体也能够得到防止焊接缺陷的效果，能够制造焊接品质优异的TIG焊接不锈钢管。
附图说明
图1是示出以表1的钢材C为基材制造的焊接钢管的、TIG焊接的焊接条件与焊接焊道宽度的变动幅度的关系的说明图。
图2是示出以表1的钢材C为基材制造的焊接钢管的、TIG焊接的焊接条件与焊接缺陷个数的关系的说明图。
图3是示出焊接焊道宽度的变动比例与焊接缺陷个数的关系的图表。
图4是说明由于对接部的间隙打开或关闭而电弧摇摆的状况的示意图。
图5是说明焊接焊道宽度改变的状态和在焊接焊道的中央部产生的凹部以及凹部的截面形状的示意图。
图6是用于说明焊接焊道宽度的变动幅度、变动比例、及焊接缺陷的示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，以下的记载是用于更好地理解发明主旨的，只要没有特别声明则不是对本发明进行限定。另外，在本说明书的记载中，“A～B”表示A以上且B以下。
在以下的说明中，在说明本发明的实施方式、即TIG焊接不锈钢管的制造方法之前，先进行本发明见解的简要说明。
＜发明见解的简要说明＞
在将不锈钢带进行弯曲加工、将两端部对接并进行TIG焊接(电阻焊接)而制造不锈钢管的制管生产线中，有时在电阻焊接部的最终凝固部(焊接焊道)产生小的凹部。当该凹部的深度达到不锈钢带厚度的10％以上程度时，具有这种凹部的不锈钢管根据用途的不同是不能使用的。例如，在热交换器之类的用途中，具有上述凹部的不锈钢管容易由于热疲劳而产生破裂。
为了说明上述凹部的一例，图5示出将不锈钢带进行弯曲加工、将两端部对接并进行TIG焊接后的焊接焊道的样子。
图5是说明焊接焊道宽度改变的状态和在焊接焊道的中央部产生的凹部以及凹部的截面形状的示意图。如图5所示，在焊道宽度局部变粗的部分处，其中央部产生了上述凹部。
在此，一般而言，作为TIG焊接的保护气体，有时使用在氩气中添加有H2的混合气体。H2为活性气体，产生热的收缩效应(热收缩效应)。因此，当使用(Ar+H2)混合气体作为保护气体时，电弧收敛，可提高电弧的指向性而抑制电弧的摇摆。
但是，使用(Ar+H2)混合气体的TIG焊接法存在如下问题。即，具有如下缺点：(i)不能用于有氢脆化之忧的材料；(ii)有时在焊接后需要退火等脱氢处理工序、以及用于该工序的设备；(iii)H2浓度成为焊接条件的参数之一，品质管理可能变复杂。
因此，本发明人们深入研究了使用不添加H2的惰性气体作为保护气体的情况下也能抑制焊接缺陷的产生的TIG焊接方法，得到了以下构思。即，我们想到，即使存在电弧摇摆所致的热量输入改变，能否通过在凝固时搅拌熔池从而抑制热量输入过多的部分的焊接焊道宽度的改变、同时防止低熔点杂质在最终凝固部蓄积。并且对实现该构思的方法进行了详细研究。
结果得到以下见解：在将TIG焊接的电流波形设为脉冲波形的基础上，将其频率设为利用式(1)由被焊接材料的厚度求出的较低值(具体为后述的频率范围)，从而得到以下效果。即从而得到以下见解：即使存在电弧摇摆所致的热量输入改变，对于热量输入过多的部分，在凝固时搅拌熔池也能够抑制低熔点杂质在最终凝固部蓄积，由此能够防止焊道中央部的凹部(焊接缺陷的产生)。
f＝(50/(t＾0.5))＾C···(1)
在此，f：脉冲频率(Hz)，
t：钢带的厚度(mm)，
C：系数(0.8～1.4)。
然后基于上述式(1)进行了进一步研究，结果获知：通过将脉冲频率f设为40Hz～300Hz，从而能够抑制焊接焊道宽度的改变，能够防止焊接缺陷的产生。
本发明的一方式基于上述的见解。即，本实施方式中的TIG焊接不锈钢管的制造方法为如下方法：在将不锈钢带沿宽度方向进行进行弯曲加工、将两缘部对接并进行TIG焊接时，作为焊接电源中的电流波形，使用脉冲频率40Hz～300Hz的脉冲波形。由此，能够制造焊接品质优异的TIG焊接不锈钢管。
作为通过设为这样的脉冲频率范围而得到上述效果的机构，推测为例如以下这样的机构。即，当焊接电流大(脉冲的峰值电流)时，由于电弧力，向下推压熔池表面的力起作用，当焊接电流小(脉冲的基值电流)时，电弧力降低，由于熔池的表面张力，向上推顶熔池的力起作用。这些交替起作用而使熔池振动。
在此，如果脉冲频率小于40Hz，向上推顶和向下推压的时间分别过长，熔池的振动变得不稳定。另外，当脉冲频率超过300Hz时向下推压及向上推顶的时间分别过短，达不到使熔池充分振动的程度。
另外，脉冲频率在100Hz左右时效果最好。我们认为其原因在于，脉冲频率越接近数十Hz这一熔池固有振动频率，则使熔池振动、进行搅拌的效果越大。
＜TIG焊接不锈钢管的制造方法＞
然后，对本发明的实施方式的TIG焊接不锈钢管的制造方法进行说明。
(焊接条件)
在本实施方式的TIG焊接不锈钢管的制造方法中，将不锈钢带沿宽度方向进行进行弯曲加工，将两缘部对接，一边使钨电极与对接部之间产生电弧一边移动钢带而形成焊接焊道。关于在这样的TIG焊接中使用的基本装置等，可以使用通常所使用的装置等。因此，为了简化说明而图示，省略说明。
另外，作为上述弯曲加工的方法，没有特别限定，优选使用常规的辊成型法。当对接部由于辊的圆周速度差所产生的摩擦的影响以及材料向着宽度方向/圆周方向蜿蜒等而摇动时，可以优选使用本制造方法。
在本实施方式的TIG焊接不锈钢管的制造方法中，作为焊接电源的电流波形，使用脉冲频率40Hz～300Hz的脉冲波形，将电极侧设为负极而施加直流脉冲电流，进行脉冲TIG焊接。对于该脉冲波形，没有特别限定。
脉冲宽度(峰值电流时间在1个脉冲周期中所占的比例)对效果的影响小，优选从30％～70％的范围内选择。
用于产生脉冲电弧的峰值电流及基值电流的值只要是能够产生脉冲电弧的电流值即可，可以根据不锈钢材的组成、板厚等适当设定。另外，关于焊接速度，也可以根据不锈钢材的组成、板厚等适当设定。其原因在于，电流值及焊接速度与输入到被焊接部的热量的量密切相关。
例如，当不锈钢材的板厚为0.3～1.2mm程度时，采用焊接速度：2～5m/min、基值电流：10～20A、峰值电流：210～230A、平均电流：120A左右(具体而言，例如118A～125A)的条件是适宜的。
焊接焊道的宽度可根据各种焊接条件来确定，因此没有特别限定。通常，焊接焊道的宽度可达到不锈钢材的板厚的5倍程度。
另外，通常，有时根据目的不同而在熔池中添加填充材料(焊丝)进行TIG焊接，本实施方式的TIG焊接法中不使用填充材料。但是，也可以使用填充材料进行脉冲TIG焊接。
钨电极为直流TIG焊接中通常使用的材质及形状(电极直径、前端形状)即可。
另外，在本实施方式的TIG焊接法中，不进行横摆运条(weaving)操作。但是，也可以进行横摆运条操作。
另外，作为背面保护气体(back shield gas)，可以使用氩气，也可以使用与后述的保护气体同样组成的气体。
(保护气体)
在本实施方式的TIG焊接方法中，使用不添加H2的惰性气体作为保护气体。作为保护气体，也可以为氩气(Ar)、氦气、或它们的混合气体。优选保护气体为由Ar及不可避免的杂质构成的气体。
(基材钢带)
作为用于制造TIG焊接不锈钢管的基材的基材钢带，可以根据TIG焊接不锈钢管的用途不同从以往使用的不锈钢带中适当选择，对不锈钢的种类没有特别限定。
在此，一般而言，奥氏体(Austenite)不锈钢即使保护气体中添加有H2也不易受H2的影响。与此相对地，在保护气体中添加H2时，奥氏体以外的不锈钢则有氢脆化之忧。
从这一点来说，本制造方法中不需要在保护气体中添加H2，因此对于铁素体(Ferrite)不锈钢也可以适宜地使用。镍含量少的铁素体不锈钢比奥氏体不锈钢廉价，市场上也希望积极地使用。
铁素体不锈钢中，由于Cr含量较高的高Cr铁素体不锈钢的熔点较高，因此容易由于熔融金属凝固时的凝固收缩而发生高温破裂(焊接缺陷)。本制造方法对于这样的高Cr铁素体不锈钢也可以适宜地使用。其原因在于，根据本制造方法而适当地搅拌熔池，从而延迟凝固收缩的发生，能够以避免焊接缺陷的产生的方式使熔融金属凝固。
另外，优选不锈钢带的组成含有11重量％以上且35重量％以下的Cr。当Cr的含量小于11％重量时，得不到不锈钢的性能，因此不优选。当Cr的含量多于35重量％时，存在不锈钢带的熔点过度变高且焊接部变硬、韧性容易显著变低的问题，因此不优选。
另外，在基材钢带为铁素体不锈钢带时，为了确保耐腐蚀性及焊接部的韧性，该铁素体不锈钢带的组成优选为以下的Si、Mn、Ni的成分组成。
Si小于0.01重量％时，其效果不足，添加超过1.0重量％时使焊接性及焊接部的韧性下降，因此设为0.01～1.0重量％，优选设为0.05～0.25重量％。
Mn小于0.01重量％时，其效果不足，过量添加时会损害焊接性(焊接部硬化，变得缺乏韧性)，因此设为0.01～0.6重量％，优选设为0.10～0.40重量％。
Ni能够增大母材的强度并提高韧性，小于0.01重量％时其效果不足，多于0.6重量％时，焊接部硬化，容易变得缺乏韧性，因此设为0.01～0.6重量％，优选设为0.10～0.40重量％。
需要说明的是，在进一步提高期望的特性时，铁素体不锈钢带例如可以如后述实施例那样添加规定量的C、N、S、P、Mo、Nb等的其它元素。
作为基材钢带的板厚，没有特别限定，为例如0.1mm～1.2mm，优选为0.3mm～1.0mm。当板厚变厚时，能够降低脉冲的效果。我们认为其原因在于，板厚越厚则熔融部的热容量越变大，因此脉冲的搅拌效果变小。
(不锈钢管)
对不锈钢管的直径没有特别限定，从与上述基材钢带的板厚之间的关系出发，为例如6.35mm～89.1mm。具体而言，可为例如25.4mm(1英寸)或12.7mm。
(焊接焊道的变动幅度、变动比例、焊接缺陷个数)
根据本实施方式的TIG焊接不锈钢管的制造方法，能够抑制焊接焊道的宽度的改变、即能够减小焊接焊道宽度的变动幅度(变动比例)。另外，能够减少焊接焊道处形成的焊接缺陷个数。基于图6对该焊接焊道的变动幅度、变动比例、及焊接缺陷个数的评价进行说明。另外，焊接焊道宽度是指：与通过TIG焊接而形成的焊接焊道的长边方向(焊接中的钢带的移动方向(焊接方向))垂直的方向的宽度。
图6是用于说明焊接焊道宽度的变动幅度、变动比例、及焊接缺陷的示意图。本发明人们认识到：在根据本发明的TIG焊接不锈钢管(以下有时称为焊接钢管)的制造方法制造的焊接钢管中，焊接缺陷(图6的A)所在的位置必然在焊道的宽度方向的中央部，另外，在焊接钢管的长边方向中的、焊接缺陷所在的位置(图6的B)的前后，焊道宽度必然比稳定部(图6的C)宽。因此，按照下述方式进行了所制造的焊接钢管的焊道宽度的变动幅度、变动比例、及焊接缺陷的评价。
从所制造的焊接钢管的每隔20m长度处，切出1根长度1m的评价材料。在后述的实施例1中，切出的根数共100根，实施例2、实施例3、及比较例中，切出的根数总共为10根。这意味着，对于例如后述的实施例1的表3所示的各试样分别切出了100根评价材料进行评价。
然后，对于各评价材料，首先通过目视选取焊接的焊道宽度比稳定部宽的部位(图6的B，以下有时称为缺陷部位)。在此，稳定部是指：TIG焊接正常进行、焊接焊道宽度恒定或大致恒定的部分。该大致一定是指：每一规定长度(例如100cm)内的焊接焊道宽度的改变在±3％以内。另外，虽然未进行图示但可能存在着焊接的焊道宽度比稳定部宽、但未产生凹部的部位。对于这样的部位，为了方便说明，以下也称为缺陷部位。
对选取了焊接的焊道宽度比稳定部宽的部位的评价材料进行下述(1)的评价。另一方面，选取不出焊接的焊道宽度比稳定部宽的部位的情况下，即在确认焊接部的焊道宽度在所评价的1根评价材料的全长范围内均相同、全长均为稳定部的情况下，对该评价材料不进行此后的评价。
(1)焊接钢管的焊道宽度的变动幅度
用卡尺计测长度1m的评价材料中的稳定部的焊道宽度(标准值)(图6的XC)和缺陷部位的焊道宽度(图6的XB)。然后，记录XC和XB-XC分别作为该评价材料的焊道宽度和其缺陷部位的焊道宽度的变动幅度。另外，该图6的XB所示的焊道宽度也可以称为某1个缺陷部位的最大焊道宽度。此外，在本说明书中，XB-XC有时也称为某1个缺陷部位的焊道宽度的改变值。上述标准值可以按照以下方式求出。即，可以作为长度1m的评价材料中的除上述缺陷部位以外的其余焊接焊道(稳定部)的焊接焊道宽度的平均值来求出。该平均值作为焊接焊道宽度的平均值求出，所述平均值例如为对长度1m的评价材料中的、稳定部的焊接焊道处的分散的5个位置进行测定而得到。
然后使用稳定部的焊道宽度(标准值)(图6的XC)和上述改变值的绝对值，计算某1个缺陷部位的焊道宽度的变动比例。另外，之所以取改变值的绝对值，是考虑到改变值可能为负值。
具体而言，使用下式来计算焊道宽度的变动比例。
焊道宽度的变动比例＝(|XB-XC|/XC)。
(2)焊接缺陷的判定
接着，将评价材料从认为存在焊接缺陷的位置(图6的B)沿着与焊接钢管的长边方向为垂直方向的面切割(参照图5)，用光学显微镜观察截面，求出凹部(图6的A)的深度。然后，当凹部的深度为评价材料的基材板厚的10％以上时，将该凹部判定为焊接缺陷。另外，当1根评价材料中选取出2处以上焊接的焊道宽度比稳定部宽的位置时，对各位置进行上述的(1)和(2)的评价。
对于100根或10根评价材料完成焊接钢管的焊道宽度的变动幅度及变动比例、以及焊接缺陷的判定后，将通过上述的(2)而判定为焊接缺陷的位置的个数除以长度2000m(100根评价材料时)或200m(10根评价材料时)，求出焊接缺陷的个数(个/m)。另外，基于由100根或10根评价材料中所检测到的全部缺陷部位而得到的数据，求出通过上述的(1)求得的稳定部的焊道宽度(XC)、焊道宽度的变动幅度(XB-XC)和焊道宽度的变动比例的各自的平均。
(焊接不锈钢管、焊接不锈钢构件)
使用本实施方式的TIG焊接不锈钢管的制造方法制造的焊接钢管具有TIG焊接部，所述TIG焊接部是将不锈钢带沿宽度方向弯曲、将该不锈钢带的两缘部进行TIG焊接而成的。该TIG焊接部包含上述的焊接焊道、缺陷部位、及焊接缺陷。
包含这样的焊接钢管的TIG焊接不锈钢构件也在本发明的范畴之内。作为TIG焊接不锈钢构件，可列举例如：锅炉、热交换器、排气用设备、化工厂配管等。
(小结)
如上所述，本发明的一实施方式的TIG焊接不锈钢管的制造方法，其特征在于，将不锈钢带沿宽度方向进行进行弯曲加工，将两缘部对接并进行TIG焊接，从而制造焊接不锈钢管，作为焊接电源的电流波形，使用脉冲频率40Hz～300Hz的脉冲波形。
当电流大(峰值电流)时，由于电弧力，向下推压熔池表面的力起作用，当电流小(基值电流)时，电弧力降低，由于熔池的表面张力，向上推顶熔池，这些交替起作用而使熔池振动。
当脉冲频率小于40Hz时，向下推压及向上推顶的时间长，熔池的振动变得不稳定；当脉冲频率超过300Hz时，向下推压及向上推顶的时间短，达不到使熔池充分振动的程度。
另外，本发明的一实施方式的TIG焊接不锈钢管的制造方法中，优选上述不锈钢带的组成含有11～35重量％的Cr。
进而，本发明的一实施方式的TIG焊接不锈钢管的制造方法中，在上述焊接不锈钢管的每1m长度中，形成于上述焊接不锈钢管的表面的焊接焊道所具有的焊接缺陷个数为0.5个以下。
另外，本发明的一实施方式的TIG焊接不锈钢管的制造方法中，将形成于上述焊接不锈钢管的表面的焊接焊道的、与焊接方向垂直的方向的宽度设为XB、将其宽度的标准值设为XC，由下述(2)式表示的变动比例优选为5％以下，
(变动比例)＝(|XB-XC|/XC)···(2)。
本发明的一实施方式的TIG焊接不锈钢管，其特征在于，其具有TIG焊接部，所述TIG焊接部是将不锈钢带沿宽度方向弯曲、将该不锈钢带的两缘部进行TIG焊接而成的，上述不锈钢带的组成含有11～35重量％的Cr，在上述TIG焊接部的每1m长度中，上述TIG焊接部的焊接焊道所具有的焊接缺陷个数为0.5个以下。
另外，本发明的一实施方式的TIG焊接不锈钢管中，将上述焊接焊道的、与焊接方向垂直的方向的宽度设为XB、将其宽度的标准值设为XC，由下述(2)式表示的变动比例为5％以下，
(变动比例)＝(|XB-XC|/XC)···(2)。
另外，包含上述TIG焊接不锈钢管的TIG焊接不锈钢构件也包含在本发明的技术范围内。
实施例
以下对本发明的一方式的TIG焊接不锈钢管的制造方法的实施例进行说明，但本发明不受这些实施例限定。
表1示出以下所说明的实施例1和实施例2中使用的3种高纯度铁素体钢(钢材A～C)的钢带的合金组成。表1的最下段为实施例1及实施例2中使用的基材(钢材C)，为厚度0.3mm的28重量％Cr-3.8重量％Mo系高纯度铁素体不锈钢。上段的2个为实施例2中使用的基材，为厚度1.0mm及0.6mm的28重量％Cr-3.8重量％Mo系高纯度铁素体不锈钢。
[表1]
Figure BDA0001887420970000101
另外，表2示出以下所说明的实施例3中使用的4种高纯度铁素体钢(钢材D～G)的钢带的合金组成、及比较例中使用的1种高纯度铁素体钢(钢材H)的钢带的合金组成。D钢为17重量％Cr-2重量％Mo系高纯度铁素体不锈钢(SUS444)，E钢为22重量％Cr-1重量％Mo-Nb系高纯度铁素体不锈钢(SUS445J1)，F钢为30重量％Cr-2重量％Mo系高纯度铁素体不锈钢(SUS447J1)，G钢为14重量％Cr-低C系高纯度铁素体不锈钢(SUS410L)。另外，表2的最下段的H钢是Cr含量小于11％的11重量％Cr系高纯度铁素体耐热钢(SUH409)。
需要说明的是，表2的中的“-”的符号表示未进行各成分的含量分析、未得到值。
[表2]
Figure BDA0001887420970000121
(实施例1)
对表1的下段所示的高纯度铁素体不锈钢(钢材C)进行辊成型后，使用Ar作为保护气体进行TIG焊接而制造
Figure BDA0001887420970000131
的焊接钢管，调查TIG焊接的焊接条件与焊接缺陷的个数的关系。
如上述那样测定焊接焊道宽度、计算变动幅度及变动比例。另外，作为焊接缺陷，对图4所示的产生于焊道中央部的凹部中的、其深度为基材厚度的10％以上的凹部进行计数。将结果示于表3以及图1～图3。另外，表3中记载了向上的箭头的栏，表示栏中的数值与其上方的栏的数值相同，这一点在本说明书的后文所示的其它表中是相同的。
[表3]
Figure BDA0001887420970000141
将焊接钢管的每1m长度中的缺陷个数为0.5个以下作为合格。使用Ar作为保护气体时，厚度为0.3mm时，式(1)的结果(系数C＝0.8时的频率37Hz、系数C＝1.4时的频率555Hz)范围内，缺陷个数为1.2个/m以下。并且，通过使用脉冲频率为40Hz～300Hz的脉冲波形能够使焊接缺陷的个数为0.5个/m以下。另外，未能取得脉冲频率为40Hz的条件时的焊接缺陷个数的数据，但根据与焊道宽度的变动幅度的关系，可以说焊接缺陷个数小于0.5个的概率足够高。关于这一点，可以参照使用后述的图3的说明来理解。
用被认为是最适条件的、式(1)数学式中以系数C＝1.0求出的在接近频率91Hz的100Hz的条件下，缺陷个数为0.2个/m。另外，在大幅超过式(1)的上限的5,000Hz的频率的脉冲焊接中，几乎看不到效果。
f＝(50/(t＾0.5))＾C···(1)
在此，f：脉冲频率(Hz)，
t：钢带的厚度(mm)，
C：系数(0.8～1.4)。
在此，将表3所示的结果用图表示出、整理时，结果如下所示。图1是示出对焊道宽度的变动幅度有影响的脉冲频率的影响的图表。图2是示出对焊接缺陷个数有影响的脉冲频率的影响的图表。
如图1及图2所示，可知：与将焊接电流设为直流来进行TIG焊接时相比，将电流波形设为脉冲波形来进行脉冲TIG焊接的方式中，焊道宽度的变动幅度及焊接缺陷个数下降。另外可知，当改变脉冲频率时，脉冲频率接近100Hz附近时效果最好。并且，通过将脉冲频率设在40Hz～300Hz的范围内，能够使焊接缺陷的个数为0.5个/m以下。
由此确认，通过改变脉冲频率能够减小焊道宽度的变动幅度、降低焊接缺陷个数。
在此，焊接焊道宽度会根据钢材的厚度而变化，因此焊接焊道宽度的改变普遍以焊道宽度的变动比例形式来表示，并且对焊道宽度的变动比例与焊接缺陷个数的关系进行了调查，获知以下结果。图3是示出焊接焊道宽度的变动比例与焊接缺陷个数的关系的图表。
如图3所示，确认焊接焊道宽度的变动比例与焊接缺陷个数之间有相关关系，可知：如果将焊道宽度的变动幅度控制在5％以内，则能够制造将焊接缺陷个数抑制到0.5个/m以下的良好的焊接钢管。
为了调查焊接缺陷个数，如上述那样需要将评价材料切割并用光学显微镜观察、评价焊接焊道中产生的凹部的深度，需要巨大的劳动量。因此决定，在以下的实施例中，基于上述焊接焊道宽度的变动比例与焊接缺陷个数的关系，通过调查焊接焊道宽度的变动比例来对焊接钢管进行评价。
(实施例2)
对表1所示的厚度各异的3种28重量％Cr-3.8重量％Mo系高纯度铁素体不锈钢(钢材A～C)进行辊成型，然后使用Ar作为保护气体进行TIG焊接，由此制造
Figure BDA0001887420970000151
的焊接钢管，调查TIG焊接的焊接条件与焊接焊道的宽度改变的关系。具体而言，调查改变钢材的板厚时本发明的制造方法的效果。
将结果示于表4～6。对于钢材A～C，分别将宽度改变(最大宽度与最小宽度之差)相对于外表面的平均焊道宽度为5％以下者作为合格。
使用Ar作为保护气体时，例如在厚度0.6mm时在偏离式(1)的结果(系数C＝0.8时的频率28Hz、系数C＝1.4时的频率342Hz)的频率(25Hz和350Hz)下，焊道宽度的改变超过作为焊道宽度的平均值的3mm的5％、即0.15mm，与此相对地，在频率为40Hz～300Hz的条件下，焊道宽度的变动幅度为0.15mm以下(即，5％以下的变动比例)。
f＝(50/(t＾0.5))＾C···(1)
在此，f：脉冲频率(Hz)，
t：钢带的厚度(mm)，
C：系数(0.8～1.4)。
以下(i)～(iii)示出钢材A～C各自的结果。
(i)使用厚度为1.0mm的钢材A、且按照表4所示的焊接条件使用Ar作为保护气体来进行TIG焊接，由此得到的焊接钢管的外表面的平均焊道宽度为约4.6mm。在脉冲频率为40Hz～300Hz的条件下，焊道宽度的变动比例为5％以下。
[表4]
Figure BDA0001887420970000171
(ii)使用厚度为0.6mm的钢材B、且按照表5所示的条件使用Ar作为保护气体进行TIG焊接，由此得到的焊接钢管的外表面的平均焊道宽度为约3.0mm。在脉冲频率为40Hz～300Hz的条件下，焊道宽度的变动比例为5％以下。
[表5]
Figure BDA0001887420970000191
(iii)使用厚度为0.3mm的钢材C、且按照表6所示的条件进行TIG焊接，由此得到的焊接钢管的外表面的平均焊道宽度为约1.5mm。在脉冲频率为40Hz～300Hz的条件下，焊道宽度的变动比例为5％以下。
[表6]
Figure BDA0001887420970000201
在表4～6任一表中，当焊接电流为未赋予脉冲的直流TIG焊接时，焊道宽度的变动比例为10％左右，产生较多的焊接缺陷。另外，当脉冲频率在本发明的条件范围外时，焊道宽度的变动比例大于5％，此时也产生较多的焊接缺陷，不能得到良好的焊接钢管。
与此相对地，可知：通过将脉冲频率设为40Hz～300Hz而进行TIG焊接，不论钢材的板厚如何，均能够制造将焊接缺陷个数抑制为0.5个/m以下的良好的焊接钢管。
(实施例3)
对Cr含量为约14～30重量％的各种不锈钢带(表2的钢材D～G)进行辊成型后，使用Ar作为保护气体进行TIG焊接，由此制造
Figure BDA0001887420970000211
的TIG焊接钢管。然后调查TIG焊接的焊接条件与焊接焊道的宽度改变的关系。
以下示出钢材D～G各自的结果。
使用厚度为0.3mm、0.6mm、1.0mm的钢材D，按照表7所示的焊接条件使用Ar作为保护气体进行TIG焊接。在厚度分别为0.3mm、0.6mm、1.0mm时，得到的焊接钢管的外表面的平均焊道宽度为1.6mm、3.2mm、4.8mm。任一情况下，在脉冲频率为40Hz～300Hz的条件下焊道宽度的变动比例均为5％以下。
[表7]
钢材D
Figure BDA0001887420970000221
另外，使用厚度为0.6mm、1.0mm的钢材E及钢材F、且按照表8及表9分别示出的焊接条件使用Ar作为保护气体进行TIG焊接。任一情况下，在脉冲频率为40Hz～300Hz的条件，焊道宽度的变动比例均为5％以下。
[表8]
钢材E
Figure BDA0001887420970000231
[表9]
钢材F
另外，使用厚度为0.3mm、0.6mm的钢材G、且按照表10分别示出的焊接条件使用Ar作为保护气体进行TIG焊接。任一情况下，在脉冲频率为40Hz～300Hz的条件下，焊道宽度的变动比例均为5％以下。
[表10]
钢材G
Figure BDA0001887420970000251
在表7～表10所示的任一情况下，当未对焊接电流赋予脉冲的直流TIG焊接时，焊道宽度的变动比例也均为10％左右，产生较多焊接缺陷。另外，当脉冲频率在本发明的条件范围外时，焊道宽度的变动比例大于5％，此时也产生较多的焊接缺陷，不能得到良好的焊接钢管。
与此相对地，可知：通过将脉冲频率设为40Hz～300Hz而进行TIG焊接，对于Cr含量为约14～30重量％的各种钢带，能够制造将焊接缺陷个数抑制为0.5个/m以下的良好的焊接钢管。
(比较例)
然后，作为比较例，对Cr含量小于11重量％(10.72重量％)的不锈钢带(表2的钢材H)进行辊成型后，使用Ar作为保护气体进行TIG焊接，由此制造
Figure BDA0001887420970000252
的TIG焊接钢管。然后调查TIG焊接的焊接条件与焊接焊道的宽度改变的关系。将其结果示于表11。
[表11]
钢材H
Figure BDA0001887420970000261
如本比较例所示，可知当Cr含量小于11重量％时不能将焊道宽度的变动幅度控制在5％以内。我们认为，其原因在于，熔点低，当添加脉冲时会大幅搅拌熔池、引起波浪，从而焊接焊道宽度发生改变。另外，虽然本说明书未示出，但当Cr含量为35重量％以上时，也不能将焊道宽度的变动幅度控制在5％以内。我们认为，其原因在于，熔点高，焊接时的些微振动等就会改变熔池并且以该状态凝固。

Claims (5)

1.一种焊接品质优异的TIG焊接不锈钢管的制造方法，所述方法包括以下步骤：
将不锈钢带沿宽度方向通过辊成型法进行弯曲加工，以便将两缘部对接；以及
将由此对接的两缘部进行TIG焊接，由此制造焊接不锈钢管，
所述不锈钢带是铁素体不锈钢带，
将不添加H2的惰性气体作为保护气体使用，
作为焊接电源的电流波形，使用脉冲频率40Hz～300Hz的脉冲波形，
与通过TIG焊接形成的焊接焊道的焊接方向垂直的方向上的宽度，称为焊接焊道宽度，
所述焊接焊道中的焊接焊道宽度为恒定或大致恒定的部分称为稳定部，所述焊接焊道中的焊接焊道宽度大于所述稳定部的部分称为缺陷部位，以及
所述焊接焊道具有5％或更低的变动比例，该变动是由电弧沿所述焊接方向来回摇摆引起的热量输入的变化产生，所述变动比例由以下公式(1)表示：
(变动比例)＝(|XB-XC|/XC)···(1)
其中XB是所述缺陷部位中的最大焊接焊道宽度，XC是所述稳定部的焊接焊道宽度。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，
所述不锈钢带的组成含有11～35重量％的Cr。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，
在所述焊接不锈钢管的每1m长度中，形成于所述焊接不锈钢管的表面的焊接焊道所具有的焊接缺陷个数为0.5个以下。
4.一种TIG焊接不锈钢管，其具有TIG焊接部，所述TIG焊接部是将不锈钢带沿宽度方向通过辊成型法弯曲、将该不锈钢带的两缘部进行TIG焊接而成的，
所述不锈钢带的组成含有11～35重量％的Cr，
所述不锈钢带是铁素体不锈钢带，
在所述TIG焊接部的每1m长度中，所述TIG焊接部的焊接焊道所具有的焊接缺陷个数为0.5个以下，
与通过TIG焊接而形成的焊接焊道的焊接方向垂直的方向的宽度被称为焊接焊道宽度，
焊接焊道中焊接焊道宽度为恒定或大致恒定的部分被称为稳定部，并且焊接焊道中焊接焊道宽度大于稳定部的部分被称为缺陷部位，以及
焊接焊道具有5％或以下的变动比例，所述变动比例由下述(1)式表示：
(变动比例)＝(|XB-XC|/XC)…(1)
其中XB是缺陷部位的最大焊接焊道宽度，XC是稳定部的焊接焊道宽度。
5.一种TIG焊接不锈钢构件，其特征在于，包含权利要求4所述的TIG焊接不锈钢管。
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