TW201707820A - 兩側潛弧焊方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之兩側潛弧焊方法係於對於上下排列之Ni鋼板之端部彼此一面利用助焊劑覆蓋一面自兩側進行焊接，其中，使用由Ni基合金構成之第1導線及第2導線作為電極，使朝端部彼此接近之接合區域陸續送出第1導線的第1焊炬沿接合區域移動，且使自第1焊炬之相反側朝接合區域陸續送出第2導線的第2焊炬一面令第2導線之前端以距第1導線之前端10mm以上60mm以下之規定距離而保持於後方，一面沿接合區域移動。

Description

兩側潛弧焊方法
本發明係關於一種兩側(double side)潛弧焊方法。
作為對上下排列之鋼板彼此進行對接焊(橫向焊接)之方法，有如下方法：首先，於向板厚方向之一方及另一方開口之2個溝槽中之一個溝槽的底部進行焊接，繼而利用刨削對另一溝槽的底部進行背面鑿平(back chipping；)之後，於該溝槽的底部進行焊接。相對於此，亦存在為了省略背面鑿平而自兩側同時進行焊接之方法。
例如，專利文獻1中，公開有如下焊接方法：於母材之兩側分別配置先行電極及後行電極，且將先行電極彼此之間隔設為0~50mm。再者，專利文獻1中公開之焊接方法之實施例中，母材及焊接材料(導線)均為軟鋼，且當焊接時使用保護氣體。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開昭61-206564號公報
然而，於儲存LNG(液化天然氣)或LPG(液化石油氣)等液化氣體之低溫罐中，側壁有時使用低溫韌性優良的Ni鋼板。低溫罐龐 大，故而，上下排列之Ni鋼板彼此之對接焊須於室外之現場進行。又，焊接作業場所多處於高處。自此觀點出發，作為於現場對上下排列之Ni鋼板進行對接焊之方法，希望採用不使用保護氣體、對於端部彼此一面利用助焊劑覆蓋一面自兩側進行焊接的兩側潛弧焊方法。
又，於室外之現場難以進行均一之焊接作業。從而，為了防止因焊接作業之不均而使焊接部即接頭之性能降低，有效的是使用由韌性較Ni鋼板更高之Ni基合金構成的導線作為成為電極的導線。
然而，本發明之發明者發現，當使用上述之母材(Ni鋼板)與焊接材料(導線)不同之異材接頭時，當母材較厚時能獲得充分高的接頭強度，但當母材較薄時接頭強度降低。
因此，本發明之目的在於提供一種即便在對接之Ni鋼板較薄之情況下亦能獲得充分高的接頭強度的兩側潛弧焊方法。
為了解決上述問題，本發明之發明者經過精心研究後查明，異材接頭中母材之板厚小時接頭強度之下降係由於母材向焊接部中之熔化量(稀釋率)變大。並且發現，若使配置於母材之兩側的電極之前端相互錯開，則能將稀釋率抑制為較低。本發明係基於此觀點完成。
即，本發明之兩側潛弧焊方法係對於上下排列之Ni鋼板之端部彼此一面利用助焊劑覆蓋一面自兩側進行焊接，該兩側潛弧焊方法之特徵在於：使用由Ni基合金構成之第1導線及第2導線作為電極；使朝上述端部彼此接近之接合區域陸續送出上述第1導線的第1焊炬沿上述接合區域移動，且使自上述第1焊炬之相反側朝上述接合區域陸續送出上述第2 導線的第2焊炬一面令上述第2導線之前端以距上述第1導線之前端10mm以上60mm以下之規定距離保持於後方，一面沿沿上述接合區域移動。
根據上述構成，第2導線之前端係配置於距第1導線之前端10mm以上之後方，故而，與使其等配置於相同位置之情況相比，Ni鋼板之端部的成為高溫之範圍變窄。從而，Ni鋼板向焊接部中之熔化量變小，能將稀釋率抑制為較低。藉此，能獲得充分高的接頭強度。另一方面，第2導線之前端距第1導線之前端並不超過60mm，故而能抑制焊接部內之熔化不良等缺陷。
可為，於上述端部之至少一方，形成有朝另一方變得尖細、且於上述Ni鋼板之板厚方向之兩側具有傾斜面的根面，上述根面之前端相對於上述Ni鋼板之中心而位於上述第1導線側或上述第2導線側。當根面之前端位於Ni鋼板之中心時，有時會因焊接而使上側之Ni鋼板倒向第2導線側。相對於此，若如上述構成般使根面之前端相對於Ni鋼板之中心而位於第1導線側或第2導線側，則能抑制如此之上側之Ni鋼板之傾倒。
例如，上述Ni鋼板之板厚可為20mm以下。
可於下側之上述Ni鋼板之兩側以與上述Ni鋼板相接之方式配置皮帶，於該皮帶上，以遮蓋上述接合區域之方式堆積上述助焊劑。根據此構成，能配合焊接位置而簡單地變更助焊劑之堆積位置。
根據本發明，即便對接之Ni鋼板較薄時亦能獲得充分高的接頭強度。
1‧‧‧Ni鋼板
12‧‧‧根面
13‧‧‧前端
15‧‧‧接合區域
21‧‧‧第1導線
22‧‧‧第2導線
31‧‧‧第1焊炬
32‧‧‧第2焊炬
4‧‧‧皮帶
5‧‧‧助焊劑
圖1係用於說明本發明之一實施形態之兩側潛弧焊方法的側面圖。
圖2係表示第1焊炬及第2焊炬之位置關係的平面圖。
圖3係表示另一根面之形狀之側面圖。
圖4係表示實施例1~4及比較例1、2之接頭構造的圖。
參照圖1及圖2，對本發明之一實施形態之兩側潛弧焊方法進行說明。該兩側潛弧焊方法中，對上下排列之Ni鋼板1彼此進行對接焊(橫向焊接)。具體而言，對於下側之Ni鋼板1之上端部與上側之Ni鋼板1之下端部，一面利用助焊劑5覆蓋一面自兩側進行焊接。
於Ni鋼板1之端部彼此接近之接合區域15(所謂之焊接線)之兩側，配置有用作電極之第1導線21及第2導線22。第1導線21係用於在一側先行進行焊接者，第2導線22係用於在相反側稍遲進行焊接者。第1導線21藉由第1焊炬31而朝接合區域15陸續送出，第2導線22藉由第2焊炬32而自第1焊炬31之相反側朝接合區域15陸續送出。
首先，對於作為母材之Ni鋼板1及作為焊接材料之第1及第2導線21、22進行說明。
Ni鋼板1係含有Ni(鎳)作為主添加物之鐵合金。作為該鐵合金中之鎳以外之添加物，例如有C(碳)、Si(矽)、Mn(錳)等(例如，參照日本工業標準JIS G 3127)。例如，Ni鋼板1中之鎳之含量以質量%計為3%以上15%以下。其中，當用於儲存液化氣體之低溫罐時，作為Ni鋼板1，較佳為使用7%Ni鋼或9%Ni鋼。Ni鋼板1典型的是具有鐵氧體之 構造。
本實施形態之兩側潛弧焊方法亦可用於Ni鋼板1較厚的情況，若用於Ni鋼板1較薄的情況(例如，Ni鋼板1之板厚為20mm以下)，則可獲得能防止焊接部即接頭之強度下降的效果。再者，Ni鋼板1之板厚既可為18mm以下，亦可為16mm以下。
本實施形態中，下側之Ni鋼板1之上端部平坦，而於上側之Ni鋼板1之下端部，形成有朝下側之Ni鋼板1之上端部變得尖細、且於Ni鋼板1之板厚方向之兩側具有傾斜面的根面12。藉此，於Ni鋼板1之端部彼此之間，形成有向Ni鋼板1之板厚方向之一方及另一方開口的2個溝槽11。然而，根面12可亦形成於下側之Ni鋼板之上端部。或者，根面12亦可僅形成於下側之Ni鋼板之上端部。
Ni鋼板之端部彼此之間的根部間隙例如為1~3mm。
本實施形態中，根面12之平坦的前端13位於Ni鋼板1之中心CL。然而，如圖3所示，根面12之前端13亦可相對於Ni鋼板1之中心CL而位於第2導線22側。當根面12之前端13位於Ni鋼板1之中心CL時，有時會因焊接而使上側之Ni鋼板1倒向後行之第2導線22側。相對於此，若如圖3所示般，使根面12之前端13相對於Ni鋼板1之中心CL而位於第2導線22側，則能抑制如此之上側之Ni鋼板1之傾倒。該效果即便在根面之前端相對於Ni鋼板1之中心CL而位於第1導線21側時亦同樣可獲得。或者，亦可以根面12之平坦的前端13位於Ni鋼板1之任意一面側的方式，使根面12僅具有1個傾斜面。
第1導線21及第2導線22係由韌性較Ni鋼板1更高之Ni 基合金構成。例如，此種Ni基合金中，以質量%計含有55%以上之Ni。Ni基合金中之Ni以外之成分例如有Cu(銅)、Cr(鉻)、Fe(鐵)、Mo(鉬)等。Ni基合金典型的為具有沃斯田鐵構造。第1及第2導線21、22之直徑例如為1.0~3.2mm。
例如，當Ni鋼板1為9%Ni鋼時，作為第1及第2導線21、22，可使用以日本工業標準JIS G 3333 YS9Ni為基準之任意導線。又，此時，作為助焊劑5，可使用例如以日本工業標準JIS G 3333 FS9Ni-H為基準之任意助焊劑。
繼而，對於本實施形態之兩側潛弧焊方法進行詳細說明。
首先，於下側之Ni鋼板1之兩側，以與該Ni鋼板1相接之方式配置皮帶4。該皮帶4係省略圖式之助焊劑供給裝置之一部分。繼而，於皮帶4上，以自兩側遮蓋接合區域15之方式、換而言之以向雙方之溝槽11內填充助焊劑5之方式，堆積粉末形態之助焊劑5。
之後，以第1導線21插入至一方溝槽11內、且第2導線22插入至另一方溝槽11內之方式配置第1焊炬31及第2焊炬32。此時，如圖2所示，以第1導線31位於焊接方向之前方、第2導線32位於焊接方向之後方的方式，配置第1焊炬31及第2焊炬32。換而言之，第2導線32之前端距第1導線31之前端規定距離L而位於後方。
規定距離L較佳為10mm以上60mm以下。其原因在於，若規定距離L變得過小或過大，則接頭強度會下降。規定距離L更佳為15mm以上，進而更佳為20mm以上。又，規定距離L更佳為50mm以下，更佳為40mm以下。
之後，一面對第1導線21及第2導線22施加電壓，一面使第1焊炬31沿接合區域15移動，且使第2焊炬32一面令第2導線22之前端距第1導線21之前端規定距離L而保持於後方，一面沿接合區域15移動。藉此，於雙方之溝槽11的底部形成第1層61。形成第1層61之後，同樣地形成第2層62。再者，若溝槽11內僅埋有第1層61，則無需形成第2層62。
分別施加於第1導線21及第2導線22之電壓可為交流電壓，但較佳為直流電壓。當為直流電壓時，電壓值例如為20~40V，電流值例如為200~400A。又，第1及第2焊炬31、32之移動速度例如為20~70cm/分。
如以上說明所述，本實施形態之兩側潛弧焊方法中，第2導線2之前端係距第1導線21之前端10mm以上而配置於後方，故而，與將其等配置於相同位置之情況相比，Ni鋼板1之端部的達到高溫之範圍變窄。從而，Ni鋼板1向焊接部中之熔化量變小，能將稀釋率抑制為較低。藉此，能獲得充分高的接頭強度。另一方面，第2導線22之前端不會距第1導線21之前端超過60mm，故而，能抑制焊接部內之熔化不良等缺陷。
又，本實施形態中，於皮帶4上堆積助焊劑5，故而，能配合焊接位置而簡單地變更助焊劑5之堆積位置。
[實施例]
以下，對於本發明使用實施例進行更詳細的說明。然而，本發明並不限於以下之實施例。
(實施例1)
首先，作為上下排列之2塊Ni鋼板，準備以日本工業標準JIS G 3127 SL9N590為基準的、寬500mm、高200mm、板厚12mm之9%Ni鋼板。下側之Ni鋼板之上端部平坦，於上側之Ni鋼板之下端部，如圖1所示，形成有中央2mm平坦而兩側以45度傾斜的根面。根部間隙設為2mm。
作為用作電極之第1及第2導線，準備以日本工業標準JIS G 3333 YS9Ni為基準的直徑2.4mm的神戸製鋼所公司製造之US-709S，作為助焊劑，準備以日本工業標準JIS G 3333 FS9Ni-H為基準之神戸製鋼所公司製造之PF-N4。
第1導線之前端與第2導線之前端之間的規定距離L為40mm，向第1及第2導線施加電壓28V、電流360A之直流電壓進行焊接。第1及第2焊炬係以40cm/分之速度移動。藉此，獲得如圖4所示之接頭構造7。
(實施例2)
首先，作為上下排列之2塊Ni鋼板，準備以美國試驗材料協會標準ASTM A553為基準的、寬1500mm、高150mm、板厚9.6mm之9%Ni鋼板。於下側之Ni鋼板之上端部，形成有第1導線側之一面側之2mm平坦、且中央及另一面側以15度傾斜的根面。於上側之Ni鋼板之上端部，形成有第1導線側之一面側之2mm平坦、且中央及另一面側以40度傾斜的根面。即，於Ni鋼板之端部彼此之間，僅形成有一個自一面側向另一面側以角度55度張開的1個溝槽。
作為用作電極之第1及第2導線，準備直徑1.6mm之林肯電器公司製造之Techalloy 276，作為助焊劑，準備林肯電器公司製造之 P2007。
第1導線之前端與第2導線之前端之間的規定距離L為25mm，向第1及第2導線施加電壓28V、電流300A之直流電壓進行焊接。第1及第2焊炬係以35cm/分之速度移動。藉此，獲得如圖4所示之接頭構造7。
(實施例3)
首先，作為上下排列之2塊Ni鋼板，準備以日本工業標準JIS G 3127 SL9N590為基準的、寬500mm、高200mm、板厚12mm的9%Ni鋼板。下側之Ni鋼板之上端部平坦，於上側之Ni鋼板之下端部，如圖1所示，形成有中央2mm平坦且兩側以45度傾斜的根面。根部間隙為2mm。
作為用作電極之第1及第2導線，準備以日本工業標準JIS G 3333 YS9Ni為基準之直徑2.4mm之神戸製鋼所公司製造之US-709S，作為助焊劑，準備以日本工業標準JIS G 3333 FS9Ni-H為基準的神戸製鋼所公司製造之PF-N4。
第1導線之前端與第2導線之前端之間的規定距離L為30mm，向第1及第2導線施加電壓29V、電流300A之直流電壓進行焊接。第1及第2焊炬係以40cm/分之速度移動。藉此，獲得如圖4所示之接頭構造7。
(實施例4)
第1導線之前端與第2導線之前端之間的規定距離L設為50mm，除此以外與實施例3同樣地獲得接頭構造7。
(比較例1)
將第1導線之前端與第2導線之前端設為相同位置(即，規定距離L=0mm)，除此以外，與實施例1同樣地獲得接頭構造7。
(比較例2)
將第1導線之前端與第2導線之前端之間的規定距離L設為80mm，除此以外，與實施例3同樣地獲得接頭構造7。
(拉伸試驗)
如圖4所示，自實施例1~4及比較例1、2之接頭構造7中，切取沿與焊接方向正交之方向延伸的帶狀之2個樣本71，對於該等樣本71進行拉伸試驗。拉伸試驗中，將各樣本71向長度方向拉伸，測定當各樣本71之焊接部斷裂時之應力作為拉伸強度。再者，Ni鋼板自身之拉伸強度為750Mpa左右。
實施例1~4及比較例1、2之接頭構造7之製造條件及拉伸強度示於表1、2。
根據表2可知，於將第1導線之前端與第2導線之前端設於相同位置的比較例1中，拉伸強度低於600Mpa，接頭強度降低。相對於此，於使第2導線之前端自第1導線之前端以某程度向後方相離的實施例1~4中，拉伸強度超過690Mpa，可獲得較高的接頭強度。然而，於使第2導線之前端自第1導線之前端大幅地向後方相離的比較例2中，拉伸強度低於680MPa(一樣本中為650MPa)，接頭強度降低。
1‧‧‧Ni鋼板
4‧‧‧皮帶
5‧‧‧助焊劑
11‧‧‧溝槽
12‧‧‧根面
13‧‧‧前端
15‧‧‧接合區域
31‧‧‧第1焊炬
32‧‧‧第2焊炬
61‧‧‧第1層
62‧‧‧第2層

Claims (4)

  1. 一種兩側潛弧焊方法，其係對於上下排列之Ni鋼板之端部彼此一面利用助焊劑覆蓋一面自兩側進行焊接，該兩側潛弧焊方法，其特徵在於，使用由Ni基合金構成之第1導線及第2導線作為電極，使朝上述端部彼此接近之接合區域陸續送出上述第1導線的第1焊炬沿上述接合區域移動，且使自上述第1焊炬之相反側朝上述接合區域陸續送出上述第2導線的第2焊炬一面令上述第2導線之前端以距上述第1導線之前端10mm以上60mm以下之規定距離保持於後方，一面沿上述接合區域移動。
  2. 如申請專利範圍第1項之兩側潛弧焊方法，其中，於上述端部之至少一方，形成有朝另一方變得尖細、且於上述Ni鋼板之板厚方向之兩側具有傾斜面的根面，上述根面之前端相對於上述Ni鋼板之中心而位於上述第1導線側或上述第2導線側。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之兩側潛弧焊方法，其中，上述Ni鋼板之板厚為20mm以下。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之兩側潛弧焊方法，其中，於下側之上述Ni鋼板之兩側，以與上述Ni鋼板相接之方式配置皮帶，於該皮帶上，以遮蓋上述接合區域之方式堆積上述助焊劑。
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