鋼板的埋弧焊方法
2023-06-28 03:46:31
鋼板的埋弧焊方法
【專利摘要】本發明提供一種埋弧焊方法，以低的熱輸入實現焊接部的高韌性化並能夠獲得深焊透，且在焊接速度為3m/分以下的厚壁材的焊接中能夠充分獲得大焊珠寬度。焊接行進方向的最前頭的第一電極的焊絲直徑為3.9～4.1mm，在焊接行進方向的最末端以隔著焊接線的方式在兩側配置2根電極，並且將這2根電極的鋼板的表面的焊絲前端位置配置在垂直於焊接線的同一直線上，並且焊絲前端位置與焊接線的距離W(mm)為5～20mm。
【專利說明】鋼板的埋弧焊方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋼板的埋弧焊，涉及適用於UOE鋼管、螺旋鋼管等大口徑鋼管的縫焊的埋弧焊。
【背景技術】
[0002]在UOE鋼管、螺旋鋼管等大口徑鋼管的縫焊中使用兩個電極以上的埋弧焊(例如參照專利文獻1、2)已經普及，從提高大口徑鋼管的生產性的觀點出發，廣泛採用的是在內表面側用一條焊道焊接、在外表面側用一條焊道焊接的高效的雙面單層堆焊。
[0003]在雙面單層堆焊中，需要確保熔深以使內表面側的焊接金屬與外表面側的焊接金屬充分融合而不產生未熔融部分，所以一般供給1000A以上的大電流進行焊接。
[0004]另一方面，在大口徑鋼管的縫焊中，存在焊接部特別是熱影響部的韌性惡化之類的問題，為了提高焊接部的韌性而需要儘可能減少焊接熱輸入。然而，若減少焊接熱輸入，則存在的問題是產生焊透不足的危險性提高，容易產生未熔融部分，並且容易產生咬邊等表面缺陷。
[0005]因此，研究同時實現在大口徑鋼管的縫焊中確保熔深和提高焊接部的韌性，並且獲得大焊珠寬度來防止咬邊(undercut)等表面缺陷的焊接技術。
[0006]例如專利文獻3公開了同時採用熔化極氣體保護焊和埋弧焊的焊接方法，在通過熔化極氣體保護焊確保深焊透之後，在大熔敷量的埋弧焊的I根焊炬上將2根焊絲垂直於焊接線方向地配置並進行焊接，從而獲得大焊珠寬度，實現防止咬邊等表面缺陷。
[0007]然而，在專利文獻3公開的技術中，在焊接速度超過3m/分的情況下能夠得到增大焊珠寬度的效果，但在以3m/分以下的焊接速度，特別是在焊接板厚超過20mm的厚壁材時，不能充分得到增大焊珠寬度的效果。因此，需要用提高焊接電壓的等方法來增大焊珠寬度，其結果是，存在難以減少焊接熱輸入的問題。並且，由於同時採用熔化極氣體保護焊和埋弧焊，所以機器的結構變得複雜，焊接條件的管理、機器的維護所需要的負荷增大。
[0008]專利文獻4公開了用多電極進行高速焊接的埋弧焊方法，通過對未凝固的焊接金屬外加磁場來控制熔液，從而實現防止咬邊等表面缺陷。
[0009]然而，在專利文獻4公開的技術中，雖然得到了增大焊珠寬度的效果，但必須導入外加磁場的裝置，所以裝置的結構變得複雜，焊接和磁場的設定條件的管理、裝置的維護所需要的負荷增大。
[0010]專利文獻1:日本特開平11-138266號公報
[0011]專利文獻2:日本特開平10-109171號公報
[0012]專利文獻3:日本特開平7-266047號公報
[0013]專利文獻4:日本特開2002-120068號公報
【發明內容】
[0014]本發明的目的是提供以低的熱輸入實現焊接部的高韌性化並能夠得到深焊透且在焊接速度為3m/分以下的厚壁材的焊接中能夠充分獲得大焊珠寬度的埋弧焊方法。
[0015]
【發明者】們調查利用埋弧焊對電極的配置進行各種變更而得到的焊接接頭，結果發現，在焊接行進方向的最末尾，將2根電極隔著垂直於焊接線的同一直線上的焊接線而配置於兩側，並規定該最末尾的電極的位置和角度，從而以低的熱輸入實現焊接部的高韌性化，並且得到充分的焊透，而且得到焊珠寬度較大的焊接接頭。
[0016]本發明根據上述知識而完成，其要旨如下所述。
[0017](1) 一種鋼板的埋弧焊方法，以如下方式使用3根以上的電極，即、焊接行進方向的最前頭的第一電極的焊絲直徑為3.9~4.1mm，在上述焊接行進方向的最末尾，以隔著焊接線的方式在兩側配置2根電極，並將這2根電極在上述鋼板的表面的焊絲前端位置配置在垂直於上述焊接線的同一直線上，並且上述焊絲前端位置與上述焊接線的距離W(mm)為5 ~20mmo
[0018](2)上述⑴中記載的埋弧焊方法的特徵在於，從上述最末尾的2根電極的導電嘴的前端部中心向鉛垂下方延伸的鉛垂線同上述鋼板的表面相交的位置、與上述焊接線的距離M(mm)相對於上述距離W滿足M≥W。
[0019](3)上述(I)或(2)中記載的埋弧焊方法的特徵在於，向上述第一電極供給直流電流，向第二電極以後的電極供給交流電流。 [0020]根據本發明，減少焊接熱輸入的同時實現焊接部的高韌性化以及熔深的確保。並且，在焊接速度為3m/分以下的厚壁材的焊接中，能夠充分獲得大焊珠寬度，所以對埋弧焊有利，在工業上起到特別的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是示意性表示本發明的埋弧焊方法的例子的立體圖。
[0022]圖2是圖1中的電極和鋼板的側視圖。
[0023]圖3是表示圖1中的各電極的焊絲前端和最末尾的電極的導電嘴前端中心在鋼板表面的位置的俯視圖。
[0024]圖4是示意性表示坡口形狀的例子的剖視圖。
[0025]圖5是示意性表示焊接接頭的例子的剖視圖。
[0026]圖6是示意性表示焊接接頭的其它例子的剖視圖。
[0027]圖7是示意性表示焊接接頭的其它例子的剖視圖。
【具體實施方式】
[0028]圖1是示意性表示應用本發明的埋弧焊方法進行鋼板焊接的例子的立體圖，圖2是其側視圖。圖3是表示圖1中的各電極的焊絲在鋼板表面的前端和最末尾的電極的導電嘴前端中央在鋼板表面的位置的俯視圖。以下參照圖1~圖3，對本發明的埋弧焊方法進行說明。此外，圖1~圖3表示使用4根電極的例子，但本發明是使用3根以上電極的埋弧焊方法，電極不限定於4根。
[0029]如圖1所示，在使用4根電極的情況下，將箭頭A所示的焊接行進方向的最前頭的電極作為第一電極I，將該第一電極I的焊絲12的前端位置進行的鋼板5表面上的軌跡作為焊接線6。將焊接行進方向A的第2個電極作為第二電極2，並將其配置於第一電極I的後方。而且在第二電極2的後方，將最末尾的2根電極以隔著焊接線6的方式配置於兩側而作為第三電極3以及第四電極4。此外，分別將焊絲12、22、32、42 —根根供給至各電極的導電嘴 11、21、31、41。
[0030]首先，對第一電極進行說明。
[0031 ] 若第一電極I的焊絲12的焊絲直徑超過4.1mm,則無法獲得深焊透，所以使焊絲直徑在4.1mm以下。然而，在焊絲直徑不足3.9_時，如圖6所示，容易產生焊透分離。因此，第一電極I的焊絲12的焊絲直徑在3.9?4.1mm的範圍內。
[0032]另外，對於向第一電極I的焊絲12供給的電流而言，為了進一步增加熔深而優選供給直流電流。
[0033]並且，第一電極I如圖2所示，優選將焊絲12設定在相對於鋼板5表面從垂直到一15度的範圍內(一:後掠角)。這樣設定第一電極I的焊絲12就能從垂直於鋼板5的方向供給電弧，所以焊透加深。
[0034]接下來，對第二電極進行說明。
[0035]第二電極2如圖3所示被設定為，焊絲22的鋼板表面的前端位置23配置於焊接線6上。焊絲22的焊絲直徑、向焊絲22供給的電流的電流密度沒有特別限定，但為了防止在與其它電極間產生電弧幹涉，優選向焊絲22供給交流電流。
[0036]另外，第二電極2如圖2所示優選為傾斜設定焊絲22，以使焊絲22的前端位於比導電嘴21更靠焊接行進方向A的前方(即第一電極側)。若該焊絲22與鉛垂線所成的角β (以下，稱為提前角)在5°以上，則增大焊珠寬度的效果顯著體現出來，故為優選。但是，若第二電極2的提前角β過大，則焊接不穩定，容易產生熔渣夾雜，所以提前角β優選為20°以下。
[0037]在使用3根電極應用本發明的情況下，不配置該第二電極2，在第一電極I的後方將最末尾的2根電極配置於焊接線6的兩側。
[0038]另外，在使用5根以上的電極應用本發明的情況下，在第二電極2的後方將第3個以後的電極配置於焊接線6上，將最末尾的2根電極配置於焊接線6的兩側。
[0039]接下來，對最末尾的電極進行說明。
[0040]最末尾的第三電極3、第四電極4如圖3所示被設定為，將焊絲32、42的鋼板表面的前端位置33、43配置在垂直於焊接線6的同一直線上。第三電極3的焊絲32的前端位置33與焊接線6的距離\，以及第四電極4的焊絲42的前端位置43與焊接線6的距離\不足5mm時，無法得到增大焊珠寬度的效果。若距離Wk和距離\超過20mm，則第三電極3以及第四電極4的焊接金屬引起圖7所示的焊珠分離，所以無法防止咬邊等表面缺陷。因此，使距離Wk和距離\都在5?20mm的範圍內。雖然不需要使距離Wk與距離Wl相同,但為了形成形狀良好的焊珠並防止咬邊，優選為Wk = Wp
[0041]另外，第三電極3、第四電極4如圖2所示，優選為傾斜設定焊絲32、42，以使焊絲32,42的前端位於比導電嘴31、41更靠焊接行進方向A的前方(即第一電極側)。若該焊絲32、42的提前角β在20°以上，則增大焊珠寬度的效果顯著體現出來，故為優選。但是，若第三電極3、第四電極4的提前角β過大，則焊珠寬度的差別容易變大，所以提前角β優選在50°以下。
[0042]並且，第三電極3、第四電極4如圖3所示被設定為，從導電嘴31、41的前端部中心向鉛垂下方延伸的鉛垂線與鋼板5表面相交的位置34、44(以下，稱為導電嘴的前端中心位置)配置在垂直於焊接線6的同一直線上。鋼板5表面的第三電極3的導電嘴31的前端中心位置34與焊接線6的距離Μκ、以及第四電極4的導電嘴41的前端中心位置44與焊接線6的距離Ml分別為Mk < We,Ml < Wl時，第三電極3以及第四電極4的焊透如圖6所示那樣分別分離地形成，所以無法防止咬邊等表面缺陷。雖然不需要使距離Mk與距離相同，但為了形成形狀良好的焊珠，防止咬邊，優選Mk = Mp
[0043]第三電極3、第四電極4的焊絲32、42的焊絲直徑不需要相同，但為了形成形狀良好的焊珠，防止咬邊，優選使用焊絲直徑相同的焊絲。
[0044]另外，為了防止向焊絲32、42供給的電流在電極間產生電弧的幹涉，優選使用交流電流。若焊絲32、42的電壓在38~42V的範圍內，則增大焊珠寬度的效果顯著發揮，故為優選。
[0045]以上對使用4根電極的例子進行了說明，但本發明的電極數不限定於4根，能夠應用於使用3根以上的電極的埋弧焊，特別是在使用3~5根電極的情況下能夠得到顯著的效果。另外對於6根電極以上的情況，焊接熱輸入過大而導致焊接熱影響部的韌性惡化，故並非優選。
[0046]此外，這裡所謂的垂直不是嚴格意義上的垂直，允許±15°左右的自由度。
[0047]另外，本發明能夠應用於各種板厚、坡口形狀，也能夠應用於各種焊接速度的單面焊接以及雙面焊接，特別是，如果應用於焊接速度在3m/分以下那樣焊接厚鋼板(板厚超過20mm)的情況下，則能夠獲得深焊透和大焊珠寬度並且能夠實現減少焊接熱輸入，所以在提高熱影響部的韌性以及 防止咬邊方面很有效。
[0048]實施例
[0049]如圖4所示，在板厚T為18.0mm、25.4mm、38.Imm的鋼板5上使坡口角度Θ為60°、70°、80°，坡口深度D為8mm、10mm、17mm而進行坡口加工後，使用4根電極進行埋弧焊，製作圖5所示的焊接接頭。表1表示坡口形狀，表2表示焊接條件，表3表示電極的配置，表4表示焊接電流的設定。
[0050][表 I]
【權利要求】
1.一種鋼板的埋弧焊方法，其特徵在於， 以如下方式使用3根以上的電極，S卩、焊接行進方向的最前頭的第一電極的焊絲直徑為3.9?4.1_，在所述焊接行進方向的最末尾以隔著焊接線的方式在兩側配置2根電極，並將這2根電極在所述鋼板的表面的焊絲前端位置配置在垂直於所述焊接線的同一直線上，並且所述焊絲前端位置與所述焊接線的距離W(mm)為5?20mm。
2.根據權利要求1所述的埋弧焊方法，其特徵在於， 從所述最末尾的2根電極的導電嘴的前端部中心向鉛垂下方延伸的鉛垂線同所述鋼板的表面相交的位置、與所述焊接線的距離M(mm)相對於所述距離W滿足M > W。
3.根據權利要求1或2所述的埋弧焊方法，其特徵在於， 向所述第一電極供給直流電流，向第二電極以後的電極供給交流電流。
【文檔編號】B23K9/18GK103958108SQ201280058067
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月28日 優先權日:2011年11月29日
【發明者】石神篤史, 早川直哉, 矢埜浩史 申請人:傑富意鋼鐵株式會社