TW400263B

TW400263B - Method of manufacturing metal tubes

Info

Publication number: TW400263B
Application number: TW087110779A
Authority: TW
Inventors: Christian Bonnet; Denis Astier
Original assignee: Soudure Autogene Francaise
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2000-08-01
Also published as: NO983305D0; BR9802575A; NO983305L; EP0896853A1; CA2244290A1; ATE252961T1; AU734722B2; EP0896853B1; JPH11170045A; ES2209079T3; DE69819252D1; AU7502498A; KR19990014151A; FR2766399A1; AR016545A1; DE69819252T2; FR2766399B1; US6054667A

Description

A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（/ ) 本發明係關於一方法及用於製造已焊接金屬管之裝置 ’對於該金屬管包含一或多個塡充料，譬如粉末、微粒或混合物是可能的。在焊接後，所獲得之金屬管可隨後被滾壓、抽製及/或承受中間烘烤，皆爲賦予所預期使用可相容的形狀。本發明之方法及裝置可使用，特別地用於製造用來電弧焊之塡充線。習慣上’爲連續地及以工業規模製造金屬管，使用由金屬板或條所製成，該板之寬度及厚度適合被製造金屬管 ’也就是說與該管之最終使用相容。爲達成此目的，金屬板或條放置在一裝置，其允許該金屬沿著本身縱軸給予零速率移動。當板移動時，滾輪之連續性給予這金屬條，首先實質上U形，則實質上〇形藉由使得該金屬條之兩縱向邊靠近，該兩縱向邊實質上係直線的而且互相平行的。當該管必須包括塡充料譬如粉末、微粒或混合物，這些導入該管當處於U形時。這些塡充料藉由輸送帶導入，該塡充料放置於帶上而且與該金屬條之前進一致，以至於該塡充料連續地從該輸送帶傾倒入U形管形成之通道。由該輸送帶所倒出之塡充料的數量藉由調整該塡充料在該輸送帶上高度所改變。其次’如前所述’新連串滾輪允許該金屬管被給予〇形’也就是實質上係圓柱形。金屬條之兩縱向邊，其相互面對面，是大致上藉由焊接該邊緣一起而結合。 3 本蜱張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i — ϊ! — 訂--I------. A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7 五、發明說明（"/) 目前，至少兩焊接方法係工業上所使用，也就是高頻率焊接方法及多陰極110方法。然而，這些方法每個都有一些缺點。因此，當使用高頻率焊接方法用於焊接包括並非完全非磁性粉末之金屬管的縱向邊時’這些粉末將由高頻率焊接電流所產生之非常強磁場之效果所牽引，而且隨後污染焊接處，引起導致該焊接接面之較脆弱之缺陷，後來的變形該接面不再承受而沒有斷裂’譬如隨後的抽製及/或滾壓階段。文件 EP-A-0158691，EP-A-0158693, EP-A-0589470, US-A-4,584，169, US-A-4,632,882 及 US-A-5，192,016 已經強調此問題而且嘗試提供解決方法。然而，從工業觀點看來沒有解決方法真實地滿足’因爲這些解決方法施加特別地嚴格的限制在該被使用之塡充料粉末或要求非常昂貴而且不是非常有利潤的投資。另一問題存在於該多陰極TIG焊接方法，其用於製造由非鐵磁性材料所製成之管，譬如沃斯田不銹鋼或含銅合金。通常，這技術運用三個電極以該管移動之方向被對齊而且電極互相間之一定距離理想地可將降低至最小，但是依照不同構成元件之尺寸，對於該電極之電絕緣要求及對於冷卻整個裝置之要求。對於多陰極TIG焊接之焊接速率特別地依照該焊接接面之厚度及材料本質，因此按照該熱擴散率。然而對於相 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ----!1!訂--— II--•線 _ 卜紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明說明（>) 似幾何形狀，當兩方法被使用，高頻率焊接以遠高於多陰極TIG焊接之速度實施。、 .這是因爲’在高頻率焊接中，能釐係產生通過將焊接一起邊緣的全部厚度’然而在多陰極TIG焊接，該電弧能墓僅傳送至該邊緣之表面而且隨後必須擴散透過該厚度，以至於該下表面可提昇至較討論中材料溶點汽之溫度。另一方面，該多陰極TIG焊接方法導致遠低於高頻率焊接之生產力，因此損害本身企業獲手再者，該多陰極TIG焊接方法顯示主要缺點，也就是 “磁性熄弧”之現象，其藉由介於該電弧間之難控制的交互作用所表現’該交互作用迫使運用在每個電極之電流強度的限制’當最後結果，而且迫使焊接速率明顯降低。現在’焊接深度，也就是該金屬條可熔合以便焊接兩邊一起之厚度，特別地依照使用在該多陰極TIG方法之電流強度及焊接速率。所有其他條件皆相等，焊接深度係該焊接能量（E) 之函數，其可表示爲以下公式 1) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -----.--------ti — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) E = yiiL!i h vs 其中 -Ui係陰極i之焊接電壓（伏特）； -Ii係流經該陰極i之電流強度（安培）； -Vs係焊接速率（cm · s·1); -及η係陰極i使用之數目（ngi)。本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） [ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7 ___ 五、發明說明) 該焊接能量E隨後以J · cm_1表示。 '由此將瞭解假如焊接速率增加當維持相同深度時，增加該焊接能量係必須的，也就是說產生器輸送之功率藉由增加在一或多個陰極之電流及/或電壓。然而，實際上從增加電壓獲得明顯的優點是困難的，因爲在多陰極TIG焊接方法，電壓係該電弧高度之增加函數。現在，一高電弧對於高速焊接並不受歡迎的。這是因爲高電弧導致在工件表面該電弧之功率密度降低，而且所有其他條件係相等的，這具有擴大焊道之效果而且因此降低該深度，一些與預期目的相違背之條件。再者在一方面，較長電弧係對於產生該電弧偏移之磁性交互作用較敏感而且，另一方面傾向於附接更方便及較長者至加熱點，也就是該至融熔金屬，而且重要的是導致該電弧之伸長及彎曲，則導致該電弧之突然分離當陽極光點，也就是該電弧根部，重新定位與陰極在同〜線。這得到過高焊接速率之不連續焊接特色。這結果係電弧功率增加，需要維持深度，可爲電流增加之唯一結果。現今，當該電流明顯地增加，在一或多個所使用的陽極上，電弧之增加不穩定性被得知而且非常“起伏的”焊道之組成，也就是說包括一連串焊疤及團塊在該焊道表面〇這現象係熟知的“磁性熄弧”。 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----.--------衣--------訂---------線. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ________B7____— 一五、發明說明（f) 方便地瞭解是這類“起伏的”焊道係不能允許連續的滾壓及/或抽製，其免於斷裂的問題。再者其他問題產生，當被焊接管已充滿塡充料，例如金屬粉末。在此案例中，執行使用多陰極TIG方法之焊透焊接引起該塡充料一些不固定，部分融合，其包括及/或該融熔@ 屬之污染物將正常地唯該金屬條融化之唯一結果。這推論該金屬管不再被滾壓及/或抽製而沒有引起斷裂之運轉，假如： -具有該塡充物之融熔金屬的污染物導致缺陷形成或’ 至少導致硬合金形成，該硬合金係脆弱而且沒有引起裂縫不變形，該裂縫充當該金屬管後來斷裂之啓動器。 -該金屬管內塡充物之部分融化導致，在凝固後大不可變形顆粒，其損壞該管而且可引起該管斷裂，當在隨後的滾壓或抽製操作期間該管內徑變成由融化引起該顆粒之尺寸數量級；而且 -該管內塡充料之揮發性引起一些融熔焊接處被向外排擠因爲該管中內部壓力增加。文件US-A-4,396,820提出應付這現象之第一解決方法，換言之氣切割被組合之邊緣以便允許該金屬管所有厚度被焊接而沒有該融熔金屬接觸包含在該管之塡充料是可能的。然而，此方法具有複雜化該形成操作之缺點，降低該 .管內“自由”體積及不利地影響該管之軸對稱之缺點。 7 氏張尺度適用"中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " ----^--------%-----—^--------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7___ 五、發明說明（U) 另一解決方法在於實施部分深度焊接，也就是在於引起該金屬條部分厚度在兩縱向邊緣熔化，該邊緣將被焊接一起。然而，部分深度焊接一致地在習知技術中不建議使用，因爲不焊接接面之平面部分在該焊道根部下組成缺口，其在隨後抽製或滾壓階段該管承受截面降低期間該缺口傳播。本發明目的係提供一方法及裝置用於製造金屬管，其不顯示習知技術之缺點。本發明因此關於一種由製造由大致上具有兩個直線及平行縱長邊緣之金屬板所製成之金屬管的方法，其中方法該金屬板之兩縱長邊緣利用焊接方法焊接在一起，該焊接方法採用至少一電弧介於至少一電極（Ei)與該接觸至少一接地夾鉗（PMi)之該金屬板間，其中每個接地夾鉗（PMi)之平面被定位介於-5mm及 +25mm間之距離（ei)相對於每個相對電極（Ei)之平面，該正方向係該金屬板相對於該至少一電極（Ei)之相對移動方向。就本發明來說，該距離稱爲（ei)介於電極平面與接地夾鉗平面間係該距離分隔通過每個電極（Ei)之末端而且垂直該管之平面，與通過每個相對接地夾鉗（PMi)之末端而且垂直該管之平面；該平面（PEi)及（PPMi)係互相平行。如該案例，本發明之方法包括一或多個以下特色： -該電極平面/接地接線平面距離（ei)係介於Omm與 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） #i-------訂 - -------線. (請先開讀背面之注意事頊再填窝本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____B7 " ----—- 五、發明說明) +20mm間而且較佳地介於+7mm及+ 15mm間； -使用由至少兩個電極（Ei)及至少兩個相對接地接線 (PMi)所製造而且較佳地至少三個電極（Ei)及至少三個相對接地接線（PMi)所製造； '介於該電極之分隔被調整以便確定每個電弧之足郜附著於已凝固金屬； -介於連續的（E1)及（E2)電極間之分隔係少於或等於介於分隔連續的（E2[sic])及（E3)電極間； -流過電極之電流強度係大於或等於50安培，而且較 •佳地大於或等於100安培； -該金屬板之移動相對速度係大於或等於2 m · s·1，較佳地大於或等於5 m · s'1 ; -進一步包括刻凹槽至少該金屬板之兩縱向邊緣部分之階段，以便在焊接前表示V形凹槽具有介於大約30°及 120°間之V形角（α )，較佳地介於大約60°及90°間 9 -該凹槽具有大約介於1/3至2/3金屬厚度之高度； -在焊接之前該金屬板充滿至少一塡充料； -該金屬板之兩個縱向邊緣不完全被焊接一起藉由在邊緣該金屬板厚度之大約20%至80%之部分熔合而且，較佳地大約40%至60% ; -該邊緣係鍛造焊接一起藉由應用一橫向機械壓力至該金屬板外側壁之部f，以便獲得實質上通過其厚度完全焊接； 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 B7 五、發明說明（/ ) -在焊接後該金屬管承受至少一階段之抽製、滾壓及/ 或再結晶回火。本發明係關於一種裝置用於製造來自具有大致上直線及平行縱長邊緣之金屬板的金屬管，包括用於焊接該金屬板兩縱向邊緣一起之電弧焊接裝置，使用至少一電極（Ei )及至少一相對的接地接線（PMi)，每個接地接線（PMi )被定位介於-5mm及+25mm間之距離（ei)相對於每個相對電極（Ei)，該正方向係相對於該至少一電極（Ei) 之該金屬板相對移動方向。再者，本發明也關於金屬管及/或塡充線，其可藉由上述方法所獲得。根據其他方面，本發明也關於使用前述塡充線在由 TIG，MIG，MAG及潛弧焊所選出之焊接方法。簡單圖式說明圖1至6係顯示本發明實施例中，沿著一方向形成金屬管的側視圖；圖7係描述該塡充線在焊接及滾壓降低至12.7mm直徑；圖8係顯示該塡充線再經過抽製降低至l.2mm直徑；圖9a係顯示根據熱傳導方程式在Z=〇時，XY截面與等溫線的關係；圖9b係顯示根據熱傳導方程式在Z=〇時，XZ截面與等溫線的關係；* . 圖10a係顯示根據熱傳導方程式在Z=0時，XY截面 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） . 餐 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線一經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

I 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _._B7_ 五、發明說明) 與等溫線的關係；圖10b係顯示根據熱傳導方程式在Z=0時，XZ截面與等溫線的關係； + 圖11係顯示在2.5mm厚度管相對於深度及焊接速度的曲線C1及C3 ; 圖12顯示在在2.2mm厚度管相對於深度及焊接速度的曲線C2及C4; 圖13係顯示藉由本發明方法所製造之管部分截面圖〇元件符號說明 el,e2,e3 距離 BL,BL5 縱向邊緣 El, E2, E3 電極 G1，G2，G3 擠壓滾輪 G1，，G2，，G3，擠壓滾輪 GN1,GN2,GN3 產生器 PJ 平面 PM1，PM2，PM2’，PM3 接地接線 S 焊接處 T 金屬管 V 焊接速度本發明將以更詳細描述藉由案例之幫助，其經由非限定圖示所給予而且奢考附屬圖式。案例1 ----,-------- -----^—訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製

五、發明說明（I 案例1預期硏究相關於電極（Ei)之該接地接線或夾鉗（PMi)的位置在於焊接速度（V)與所獲得焊接接面之外觀的影響。本案例係使用帶有遮蔽氣流之多陰極TIG焊接炬所實行，該使用氣體係來自Air 1：0111£^該1^〇?^1 3™之氬/氫混合物，而且該焊接炬使用間隔25mm之三個電極（El，E2, E3)。更明確地，而且如圖1至6所槪略顯示，金屬管T被形成，連續地，持續地成爲“U”形（未顯示）隨後成爲“ 0”藉由將金屬板之兩縱向邊緣BL及BL’更拉近，該金屬板沿縱向軸以非零移動速度V移動（箭頭V在圖式中）。充當陰極之三個電極El, E2, E3連接至焊接發電機之負極（未顯示），當該接地接線PM1，PM2, PM2’及PM3 如案例連接三個產生器GN1，GN2及GN3以至於電弧被點燃介於該電極El, E2, E3及被焊接的管間，該管連接發電機GN1及GN2及GN3之正極分別地經由該接地接線PM1， PM2, PM2,及 PM3。接地接線之數目及位置變化按照所硏究之圖式。係來自將該金屬板之兩個縱向邊緣BL及BL’拉更近之焊接接面的平面PJ，例如藉由在被焊接管T表面之機械作用，驅動或擠壓滾輪（Gl，G2, G3, Gl’，G2’，G3’），係承受焊接操作藉由三個電弧介於電極E1至E3與該管T間點燃之同時作用。所獲得焊接處S具有一外觀而且具有依照隨著操作條 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公H ) ----.-------------訂------.—線'—· (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) A7 _B7__ 五、發明說明（/ / ) 件改變之深度，該條件整理於以下表I及π，其中II，12, 及13分別地係通過電極El，E2及E3之電流強度，V係焊接速度而且U係在電極E1至E3之焊接電壓。

表I 測試號數根據圖式 11(安培） 12(安培） 13(安培） V(米/秒） U(伏特） 1 圖1 100 140 200 2 13 至 15 2 圖1 100 140 250 2 13 至 15 3 圖2 100 140 250 2 13 至 15 4 圖3 100 140 250 3 13 至 15 5 圖4 100 140 250 3 13 至 15 6 圖5 150 180 280 4 13 至 15 7 圖6 200 400 220 6.4 14 至 16 表I (續）焊接深度（％ ) 焊接處 1電弧 50 正確外觀穩定，傾斜於移動方向 50 “起伏”外觀(連續焊疤及團塊）不穩定 50 平滑及均勻外觀穩定 50 均勻外觀，但沿一邊之連續槽橫向偏移 50 平滑及均勻外觀穩定 40 均勻外觀點燃電弧之問題 35 均勻外觀-沒有缺陷非常良好穩定因此從表I淸楚地看見，在製造期間由電流通過該管 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _^^·----Γ---訂----- 線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製国__B7___ 五、發明說明（丨I) 之路徑具有直接影響不僅在該焊道外觀而且在該電弧之穩定性；這影響愈大，該使用電流愈大。因此，甚至測試1及2差異僅在電流13之値，測試2 導致普通外觀之焊道而且導致該電弧之明顯不穩定性。然而，測試3顯示這些問題可藉由採用描述於圖2之組態所克服，也就是說藉由只保持接地接線PM3，位於電極E1至E3之下游；該焊道回復至均勻而且平滑外觀。測試4顯示當該焊接速度增加時，採用圖3之組態，其他參數仍然未改變，觀察得電弧之橫向偏移，導致該焊接處外觀之惡化。然而，藉由採用圖4之組態以克服這些問題係可能的，其不同於圖3僅在於相對於該管與接地接線PM2對稱之附加夾鉗PM2’出現。由這些不同測試所觀察運用一組態具有幾何形狀及電力觀點兩者對稱，相對於該電極放置之平面，使得獲取設定的較大彈性及增加通過該陰極之電流強度是可能的，而且因此該焊接速度，而且對於已知深度是真實的及沒有電弧之“磁性熄弧”問題，也就是橫向偏移。由這些測試淸楚的是，獲得正確外觀之焊接處及穩定電弧，放置該接地接線或夾甜在相反焊接平面之管發生器〇然而，這條件單獨並不充足。這是因爲偶然堆已經被觀察，假如接地接線放置在分隔該第一電極與最後電極間之空間內，設定之彈性，電弧卜紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規^721〇 x 2^· 公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ill·!·訂------j 線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ______ _ 五、發明說明（！、) 穩定性而且該焊道之均勻度並不如該接地接線直接地與最後電極成一直線被定位或甚至超越來得良好，如圖5所示而且採用測試6之參數。然而，雖然測試6允許獲得滿意的外觀之焊道’但是點燃該中間電極之困難也被觀察。再者，僅一接地接線存在導致使用於不同電極之電流總和引起介於該管之流動接觸面之明顯及持續的加熱’該管移動中而且該接地接線係靜止的。藉由控制電流通過該管所佔用之路徑而且減小介於電弧間之交互作用以克服此問題係可能的。這可使用多接地接線系統達成，也就是藉由使用許多接地接線，該夾鉗相互絕緣而且彼此設置於相對應電極之對面，如描述於圖6及在測試7所測試者。更明確地，測試7使用三個電極E1至E3，每個分別地結合三個接地接線PM1至PM3之一。假如分隔電極E,之垂直線與接地接線PMi (i=l, 2或3 )位置之距離被稱爲ei，如圖6所描述，可觀察點燃電弧之問題完全地消失，當該距離ei介於-5及+25mm間時，該正方向係相對於元件該管之相對移動方向，如箭頭v所給予。當作優先項目，在電力設定之彈性導致均勻良好焊接外觀，當ei係介於+7及+ 15mm間；這也使得增加非常多使用電流及焊接速度當維持非常良好電弧穩定及無瑕疵焊道外觀是可能的。 15 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 A7 -_____________ ______B7__ 五、發明說明（/f) 藉由指示，在圖6，介於電極El及接地接線PM1間之距離el係9mm之等級，距離e2係10mm之等級而且距離e3係iimm之等級。爲證實測試7，測試8係使用八個陰極焊接炬所執行 ’也就是使用八ill陰極及八個夾紺之焊接炬’每個電極結合一接地接線，以便分隔每個電極ei[sic]與每個接地接線 pMi之距離係介於-5及+25mm間，或甚至介於+7及 + 15mm 間。在案例8，所採甩之組態與圖6之組態相同而且所採用之焊接參數以下提供於表Π。

表II 測試次數 11 (安培） 12 (安培） 13 (安培） 14 (安培） 15 (安培） 16 (安培） 17 (安培） 18 (安培） U (伏特 ) V 米/ 秒焊接電弧 8 350 350 240 230 220 210 200 180 Μ至 7 均勻及無非常良 16 瑕疵外觀好穩定性這測試8確認測試7之觀察，換言之均勻及無瑕疵外觀之焊接及具有良好穩定性沒有點燃問題之電弧可獲得，當該電極及其相關接地平面以這類方式被定位以至於距離 ei係介於-5及+25mm間。案例2 當藉由本發明方法所製造之管係充滿塡充料譬如粉末 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製訂---------線*i------------------------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 A7 _____________ B7 - " ~" ------— _ 五、發明說明，在管形成〇之前並隨後被焊接，而且隨後或許被滾壓及/ 或抽製至工作直徑，製造一焊接處帶有形成該管之金屬板兩縱向邊緣之完全焊接，其冒著引起包括及/或污染物或融熔金屬之塡充料部分熔合之危險。爲解決包含在這類管之塡充料部分熔合之問題，譬如塡充線’製造帶有部分深度之焊接處是必須的，也就是透過該管壁之部分厚度。 ^ 在案例2，包含塡充料粉末之管，也就是說塡充線，直徑16.4mm ’被焊接其厚度之小部份（大約4〇至5〇%等級之深度）藉由使用許多電極之焊接方法，譬如相似於描述於案例1之多陰極TIG方法。在焊接後，該管承受滾壓、抽製、再結晶回火及最終抽製之階段降低至1.2mm直徑。圖7及8描述該塡充線在焊接及滾壓降低至12 7mm 直徑後（圖7)，而且再抽製降低至i.2mm直徑後（圖8 )。可觀察，令人驚訝地，該線變形之不同階段（滾壓，抽製'#)不引起裂縫1之任何傳播，該裂縫由不被焊接接面之部分平面所形成。事實上，介於該已焊接部分2及未焊接部分1間之初始比率係維持的，不論該觀察直徑，也就是變形後該塡充線之直徑。由案例2淸楚的是藉由滾壓及/或抽製本身部分厚度被焊接之管剖面以降低是可能的而且這可達到而不需冒著該 _______ 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（210 X 297公f " 一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明說明（ib) 塡充線透過裂縫傳播而斷裂之危險。再者，這技術使得避免藉由包含管中之粉末及/或包含管中粉末至少部分熔合之該焊接的任意污染物成爲可能。這技術也可應用於空心管焊接，因爲其允許產量之非常明顯增加，假如其他事件係相等的，該焊接速度係預期深度之遞減函數。案例3 如先前案例1所說明，圖6之組態允許三陰極焊接炬以獲得平滑及均勻外觀之焊接接面而且允許任何偏移或“ 磁性熄弧”問題被克服。就六陰極焊接炬而言（電極E1至 E6)，尾端電極（電極E4, E5及/或E6)之電流增加使得增加焊接速度成爲可能，但是電流強度之特定値向上，“液體池”之閉鎖發生在這些電極之上游，其“液體池”之閉鎖導致電極E6之上游金屬流向之組成。這金屬流向傾向於降低分隔該電極與融熔金屬之液體池間之距離而且當增大時，可短路該電極及損壞電極。有時，金屬流向在電極下可週期地流動而不破壞電極，但是在此案例中該焊接外觀受到沿著該焊道全長被散佈之不均勻塊存在非常嚴重地影響。仔細過程觀察導致該金屬流向之形成顯示當電弧之一點燃融熔金屬時金屬流向發生，也就是說金屬藉由放置在電弧上游之電極所熔化而且金屬尙未凝固。測試9至12，詳細內容在以下表in中，被執行使用六陰極TIG焊接炬帶有介於不同電極間大約25mrn之間隔 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） •II--------餐·！tr----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線. A7 B7 五、發明說明（1) 0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 使用於案例3之組態相似於圖6，也就是電極E1係最上游的電極而且E6係位於最下游之電極，當考慮該線相對移動之方向（在圖6中箭頭V之方向）。

表III 測試 11 12 13 -14 15 16 U V 金屬流向次數 (安 (安 (安 (安 (安 (安 (伏特） (米/ 培）培）培）培）培）培）分） 9 220 220 170 170 170 170 14 至 16 6 是，電極E6上游 10 220 220 170 150 150 170 14 至 16 6 否 11 220 220 170 150 150 170 14 至 16 5.4 是，電極E6上游 12 240 240 240 230 0 200 14 至 16 6 否 II，12, 13, 14, 15及16係個別地流過電極E1至E6之電流強度。在測試9之條件中，得知電極E6上游之金屬流向的形成。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製然而，如從測驗10所淸楚得知，流過電極E4及E5 之電流強度降低，隨著電極E6之電流強度沒有改變，引起這金屬流向消失。這可藉由在測試10電極E4及E5傳送能量至該管少於測試9所傳送者之事實所解釋，其意謂該熔融金屬在 [sic]更多時間在金屬達到電極E6之前凝固，在測試10其意謂電弧由電極E6所產生從已凝固金屬（測試10)而不 19 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明說明（（γ ) 是熔融金屬（測試9)開始。| 從測試11淸楚得知，焊接速度降低，伴隨其他電子參數沒有改變’引起[sic]焊接能量之增加而且因此該焊接之冷卻速率降低，具有出現於電極E6前方之金屬流動。另一方面’不像在測試10、測試11，該焊接仍然在液體狀態，當焊接通過電極E6而且藉由電極E6所產生之電弧因此開始於融熔金屬而且這引起金屬流動之組成。這些觀察藉由測試12所確認。發生在測試12係雖然由首五個電極（E1至E5)所使用之全部能量與測試9相同，也就是950安培全部電流而且雖然在第六電極（E6)之電流在測試12 ( 200安培）較高於測試9 ( 170安培），沒有流動形成於測試12，不似測試9。這可藉由在測試12當該融熔金屬通過電極E4及 E6，電極E5沒有電流用於此金屬，該融熔金屬有時間凝固之事實所解釋。從測試9至12明顯的是介於不同電極間之分隔不1僅由對於電絕緣，冷卻或純機械力學之要求所指定而且考慮特定數目之參數[sic]其導致焊接方法之最佳化及因此導致製造該管之方法的最佳化。現今，在TIG焊接，電弧之部分能量被傳送至該工件表面。不管液體池之移動，其原點係不同的’但是該 Marangonic效果之主要部分，也就是與表面-張力梯度相關之移動當作介於該融熔區域之中心及邊緣間該溫度梯度之函數，熱傳播在該管係藉由傳導透過該工件厚度。 20 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --n r—· n n n · ϋ n I _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1) 因此，假如期望獲得以高速度焊接之已知深度，保持該焊道表面在最高可能溫度而且在一段時間對於融合等溫線以有時間達到預期深度是必須的。現今，融熔材料可達到之最高溫係該材料之最具揮發性元素之沸點。例如，在鋼之案例中，最具揮發性元素通常係錳其沸點係2060°C之等級。因此也可觀察以至於最佳化焊接方法之能量效率，其藉由傳導繼續以該焊接實施之相同速度，具有連續的能量補充是必須的’以至於該表面被保持靠近沸點足夠時間對於“融合溫度”等溫線達到預期深度，也就是厚度。另一方面，使用在原點之高功率之線性能量源係必須的，以至於該金屬被快速地提昇至該最具揮發性元素之沸點，則較低功率’假如所有被要求係對於傳導及輻射之補償損失。這結果係該能量源之長度只依賴該焊接速度，期望深度及材料之熱特性，譬如擴散率。在此特殊情況，也就是說對於多陰極焊接，因此淸楚的是： -最高電流強度必須集中在電極最上游，以至於補充足夠能量以提昇該焊接點表面至高溫； -電極數目將需要更高，預期對於焊接繼續更快； -介於不同電極間之距離必須被設定以至於電弧之陽極足附著於只剛凝固之金屬，以便防止先前描述之流動組成，當同時確定在焊接接面之表面最小溫度變化； 21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • ϋ ϋ ϋ n - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 —訂----------線#----------------------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ______B7 __ 五、發明說明（％) -通過尾端電極之電流強度也就是說這些位於最下游者，必須調整以補充剛足夠能量以允許該材料之表面溫度被焊接以提昇至該焊接接面之最具揮發性元素之沸點。圖9a及9b與10a及10b確認需要以具有增加介於陰極間之距離以便確定每個電弧末端將附接至已凝固金屬。更明確地，圖9a及9b描述在2000°C之等溫線，在 1535°C (Tfus)及1200°C之熔點，其等溫線已經根據熱傳導方程式加以計算而且已定位在相對平面在該焊道表面之一，也就是說在剖面圖X及Y軸具有Z=0 (圖9a)，或在垂直平面通過該焊道之軸，也就是說沿著軸X及Z具有 Y=0 (圖 9b )。該焊接炬用來獲得描述於圖9a及9b之該焊接接面，藉由大約等於25mm所互相分隔之電極E1至E6而且具有下列電流通過該電極：11=350安培，12=225安培，13=200 安培及14=15=16=250安培。再者，該焊接速度是8米/秒而且被焊接之管大約 2.2mm 厚。從圖9a及9b淸楚的是電極E5及E6係位於由至少該管邊緣之部分融合之液體金屬池上方，該管藉由電極E1 至E4被焊接繼續焊接，其意謂金屬流動將形成在焊道表面，如先前所述。圖10a及10b係相似於圖9a及9b，除了此案例中每個電極不再互相等距離之事實。更明確地，介於電極E1及E2間之距離與介於E2及 22 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----餐··-------訂i -------線丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 ______B7 ___ 五、發明說明（v() E3間之距離等於25mm，假設如先前所見，這些電極不位於液體金屬池之上方。然而，介於E3及E4間之距離已延伸至30mm，介於 E4及E5間之距離至40mm而且介於E5及E6間之距離至 45mm。鑑於圖l〇a及10b淸楚的是增加分隔該最後電極（E4 至E6)之距離，當維持該相同電流強度及相同焊接速度，使得獲取對於每個電極等距離之熔點等溫線是可能的，也就是該不同電弧之點燃關於每個電極在凝固金屬（圖l〇a 及l〇b)而不在融熔金屬（圖9a及9b)。案例4 如案例3所見，當多陰極焊接方法被使用’在融熔區域之深度依照從該管表面朝向內部之熱傳導，也就是沿著厚度。然而，當該管厚度增加時，該深度減少不僅藉由相對値，也就是深度百分比而且藉由絕對値，也就是對於相同焊接速度及對於相同焊接電流該深度愈有效的’該厚度愈小。由圖11及12所確認之任意案例說明深度效果（分別地以％及mm)當作七陰極TIG方法之焊接速度之函數而且在不同厚度之兩管案例中。更明確地，曲線C1及C3係藉由2.5mm厚度管所獲得而且曲線C2及C4係2.2mm厚度管所獲得；在所有情形中，通過不同電極E1至E7之電流強度分別地如以下： 23 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - — — — III n i I I f . r------- 訂---------線一經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（>1) 11=320 安培，12=300 安培，13=14=15=16=17=220 安培。測試13至16，這些詳細內容記載於以下表IV中，係針對調查將被焊接之管的縱向邊緣缺角之影響。測試13至16被執彳了使用七陰極TIG方法，電極Ε1 至E6其分別地具有以下電流通過該電極：ι1=36()安培， 12=320安培，13=250安培，14=220安培，15 = 19〇安培及 16=180 安培。再者，該焊接電壓係14至16伏特之等級，6米/分等級之焊接速度而且被焊接管[sic]大約2.5mm厚。

表IV 測試次數深度(％ ) 凹槽之角度α 踵部高度(mm) 13 40 14 50 30° 1.3 15 60 60。 1.3 16 80 90。 1.3 從上述表IV淸楚得知去角該管邊緣使得增加該焊接深度成爲可能。另一方面，所有其他事件係相等的，該深度可增加或，對於相同深度，該焊接速度可增加，藉設計能量由第一陰極所補充不再傳送至該管之表面，但是部分地至厚度，一些再焊接前可藉由去角該管邊緣而達成。：

也可觀察的是’由表IV，對於相同踵部高度（1.3mm )’也就是說該未去角邊緣之相同高度，該深度之有效性增加與該凹槽之V角度（α )成正比，該凹槽大致上係V 24 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（2】〇 χ 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

---訂---------線Α,ι.;------------------------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ________B7________ 五、發明說明（v^) 形的。有效地，選擇以提供高度h之凹槽或由所製造之管的金屬平板介於大約1/3至2/3厚度之踵部。案例5 如先前所見案例，及如所說明者，特別地在圖7及8 製造具有部分深度之焊接處允許一裂縫以維持該焊接接面下（圖7之數字1)。現今’在一些情形，獲得通過全部厚度被焊接之管係較佳的，也就是說大致上免除這類裂縫。爲達此目的，所有要求對於焊接處由下部分之鍛造焊接所實施之接面上部分之融合所製造；一鍛造焊接處係細密的焊接介於被提昇至非常高溫度之兩部分間。藉由案例，就鋼的情形而論，兩部分可爲鍛造焊接當該兩部分之溫度係介於1200°C及該鋼之熔化溫度間。在特殊情形下，爲製造鍛造焊接加上該接面上部分之融合焊接，壓縮應用於該管，也就是說應用於至少管外表面之部分，力量傾向於移動該兩邊緣被鍛造更接近，其邊緣被提昇至較最低溫度高之溫度，該最低溫度獲得這類使用由融合所供應能源之锻造焊接，其傳播進入該焊接接頭之下部分，其可被锻造焊接。這些鍛造係描述於圖13，其表示藉由本發明方法所製造之管橫截面之部分圖。在圖13，該焊接接接面包括較暗、上方、其被融合焊接之第一部分，而且下部分係鍛造焊接；該锻造焊接區域 25 .(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ——^----訂---------線· 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（yf) 係大致上線3之對稱軸。事實上，該管之厚度區域可承受這類鍛造焊接大致上相對於該區域在管內部表面之至少l2〇〇°C的溫度，換言之 -該區域相對於X=-ll〇mm至X=-245mm在圖9b而且 -該區域相對於X=-135mm至X=-260mm在圖10b。 26 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） —条·-—"----訂---------線#------------------------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims

「、申請專利範園 1. 一種由具有兩實質上直線及平行縱向邊緣之金屬平板所製造之方法’其中方法該金屬板之兩縱向邊緣被焊接一起使用一焊接方法使用至少一電弧介於至少一電極（Ei )及接觸至少一接地接線（PMi)之該金屬平板間，其中每個接地接線（PMi)之平面被放置介於-5mm及 +25mm間之距離（ei)相對於每個相對電極（Ei)之平面，該正方向係相對於至少一電極（Ei)之金屬平板之相對移動方向。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於該電極平面/接地接線平面（ei)係介於〇 mm及+20mm間而且較佳地介於+7mm及+ 15mm間。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，特徵在於使用由至少兩電極（Ei)及至少兩相對接地接線（PMi) 所製造而且較佳地，至少三電極（Ei)及至少三相對接地接線（PMi)所製造。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於電極間之分隔被調整以至於確定每個電弧之足部附著於已凝固金屬〇 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於連續電極（E1)及（E2)間之分隔係少於或等於連續（E2[sic])及 (E3)電極間之分隔。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於通過電極之電流強度係大於或等於5〇安培，而且較佳地係大於或等於100安培。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

「、申請專利範園 1. 一種由具有兩實質上直線及平行縱向邊緣之金屬平板所製造之方法’其中方法該金屬板之兩縱向邊緣被焊接一起使用一焊接方法使用至少一電弧介於至少一電極（Ei )及接觸至少一接地接線（PMi)之該金屬平板間，其中每個接地接線（PMi)之平面被放置介於-5mm及 +25mm間之距離（ei)相對於每個相對電極（Ei)之平面，該正方向係相對於至少一電極（Ei)之金屬平板之相對移動方向。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於該電極平面/接地接線平面（ei)係介於〇 mm及+20mm間而且較佳地介於+7mm及+ 15mm間。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之方法，特徵在於使用由至少兩電極（Ei)及至少兩相對接地接線（PMi) 所製造而且較佳地，至少三電極（Ei)及至少三相對接地接線（PMi)所製造。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於電極間之分隔被調整以至於確定每個電弧之足部附著於已凝固金屬〇 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於連續電極（E1)及（E2)間之分隔係少於或等於連續（E2[sic])及 (E3)電極間之分隔。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於通過電極之電流強度係大於或等於5〇安培，而且較佳地係大於或等於100安培。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於該金屬板移動之相對速度係大於或等於2米/秒，較佳地大於或等於 5米/秒。 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於進一步包括去角該金屬平板之至少部分兩個縱向邊緣之階段，以至於在焊接前顯示一 V形凹槽帶有介於大約30°及120°間之 V角度（α )，較佳地介於大約60°及90°間。 9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，特徵在於該凹口具有介於大約1/3至2/3間高度之金屬板厚度。 10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於焊接前該金屬平板係充滿至少塡充料。 11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於該金屬平板之兩縱向邊緣被焊接一起不完全地藉由在邊緣該金屬平板之大約20%至80%厚度之部分融合而且，較佳地大約 40% 至 60% 0 12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，特徵在於該邊緣也被鍛造焊接一起藉由應用橫向機械的壓力至該平板之至少部分外壁，以至於獲得實質上透過其厚度完全的焊接處。 13. 如申請專利範圍第1項所述之方法’特徵在於焊接後該管承受至少滾壓’滾壓及/或再結晶回火之一階段。 14. 一種由具有兩實質上直線及平行縱向邊緣之金屬平板所製造之裝置’其包括用於焊接該金屬平板之兩縱向邊緣一起之電弧焊接裝備’使用至少一電極（Ei)及至少相對接地接線（PMi) ’每個接地接線（PMi)被定位—介於_5mm _.2._ -_ 尺度適用中國國^準（CNS ) A4規格（210X297公^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍及+25mm間之距離（ei)相對於每個電極（Ei)，該正方向係金屬平板之相對移動方向相對於至少一電極（Ei)。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）