用高密度能量束接合的焊接鋼管及其製造方法

2023-05-19 19:40:31 1

專利名稱：用高密度能量束接合的焊接鋼管及其製造方法
技術領域：
本發明涉及焊接鋼管(welded steel pipe)的製造方法，尤其涉及通過照射高密 度能量束(high-energy density beam)來進行焊接的焊接鋼管的製造方法。
背景技術：
在一邊連續地運送鋼帶(steel strip) 一邊使其成形為圓筒狀、並使鋼帶的兩 側端部彼此相向且對其連接處(所謂接縫(seam))進行焊接來製造焊接鋼管的過程中， 採用各種焊接技術(welding technology) 0在這些焊接技術中，能夠最有效地將接縫 接合的方法是高頻電阻焊接法(high-frequency resistance welding)(所謂電焊接法 (electricresistance welding))。電焊接法是用感應線圈(induction coil)將鋼帶的兩側端部加熱(所謂高頻 感應電阻力口熱(high—frequency induction resistance heating))、或者是經過角蟲頭 (contact tip)使高頻電、流(high frequency electriccurrent)、流過鋼帶的兩側端部來 進行加熱(所謂高頻接觸電阻加熱(high-frequency contact resistance heating))， 且用擠壓輥(squeezeroll)對鋼帶的已融化的兩側端部加壓，從而一邊排除熔融金屬 (moltenmetal)中的雜質(impurities)或氧化物(oxide) —邊進行焊接。電焊接法的 優點是能夠高效率地生產焊接鋼管，但在使鋼帶的兩側端部彼此相向而進行加熱熔融 時，熔融金屬中的Mn、Si、Cr等合金成分容易與大氣中的氧氣結合而生成高熔點氧化物 (high melting point oxide) 0這種高熔點氧化物會殘留在接縫內部而產生被稱為過燒 (penetrator)的焊接缺陷。為了抑制高熔點氧化物的生成，研究了用惰性氣體(inert gas)來保護熔融金屬 的技術(所謂氣體保護法(gas shielded method)。然而，雖然氣體保護法能夠充分地防止 熔融金屬中的合金成分氧化，但不能避免生成高熔點氧化物。因而，電焊接法並不適合含有 較多Cr、M等合金成分的不鏽鋼等(鐵素體類不鏽鋼、奧氏體類不鏽鋼、馬氏體類不鏽鋼以 及二相類不鏽鋼等)合金鋼的接合。為此，研究了通過照射高密度能量束(譬如雷射束(laser beam))、電子束 (electron beam)來將焊接鋼管的接縫焊接的技術。用高密度能量束進行焊接時，熔融金 屬不與大氣(atmosphere)相接觸，因此能夠防止生成高熔點氧化物。然而在用高密度能量 束進行焊接時，熔融金屬是在極其狹窄的區域內形成。因此，被擠壓輥加壓的開式管(open pipe)(此處所謂開式管是指通過多級成形輥成形的端部不接合的管狀鋼帶。以下稱為開式 管)的長度方向的邊緣部(longitudinal edges)(即成形為圓筒狀的鋼帶的兩側端部)接 合的位置(以下稱為擠壓點(squeeze point))與照射高密度能量束的位置間在圓周方向 上發生偏移(shift)，接合部不能熔融，就會在焊接鋼管的接縫部殘留未熔融部的邊緣部， 而這一部分必須作為焊接不良部(weldingdefect)除去。結果是導致焊接鋼管的成品率 (yield rate)降低。例如日本專利申請特開平3-291176號公報中公開的焊接技術如其圖1所示，是用第1加熱源(first heating source) 2 (即邊緣部預熱用高頻電源)對已成形為圓筒狀的 鋼帶1的兩側端部1-1進行預熱，然後一邊照射焊接熱源3 (即等離子或雷射)一邊用擠壓 輥4加壓並焊接，通過將第1加熱源2與第2加熱源3並用，能夠提高焊接速度。然而，如 日本專利申請特開平3-291176號公報的實施例中所示，接合的鋼管的板厚t在3mm以下， 比較薄，因此將第1加熱源2的預熱溫度(preheating temperature)規定在200 600°C， 在將該技術應用於板厚t超過6mm的大徑厚壁焊接鋼管(譬如UOE鋼管、螺旋鋼管(spiral steel pipe)等)時，不能指望600°C左右的預熱能夠提高焊接速度。另外，採用日本專利 申請特開平3-291176號公報的技術，尤其是在用雷射束等高密度能量熱源進行焊接時，不 能完全除去這種方法所特有的在鋼管內表面側產生的焊接缺陷，用這種技術也不能提高焊 接鋼管的成品率。日本專利第1738729號公報公開的技術如其圖3所示，是在成形為圓筒狀的鋼帶1 的兩側端部因擠壓輥Ila以及lib而最初接觸的點(即V聚焦點P)的上遊側(相對於鋼 管的前進方向)，用第1加熱源10 (即感應加熱線圈)對鋼帶1的兩側端部進行預熱，然後 在V聚焦點P的下遊側照射第2加熱源(second heating source) 12 (即雷射束)，進而用 擠壓輥13a以及13b進行推壓接合。然而，該技術只是利用擠壓輥lla、llb、13a、13b與鋼 帶1的兩側端部接觸所形成的夾緊力來夾緊，因此會如日本專利第1738729號公報那樣從 高密度能量束的照射位置發生飛濺等，從而導致鋼帶的兩側端部難以接合，或是發生接縫 處燒穿(burn through)，或是發生咬邊(undercut)等。另外，鋼帶的成分有可能會導致凝 固裂紋(solidification cracking)。採用日本專利第1738729號公報的技術，尤其是在用 雷射束等高密度能量熱源進行焊接時，不能完全除去這種方法所特有的在鋼管內表面側產 生的焊接缺陷。日本專利申請特開平8-174249號公報公開的技術如其圖1所示，是用第1加熱源 6(即高頻感應加熱裝置)對已成形為圓筒狀的鋼帶的兩側端部進行預熱，然後在照射第2 加熱源10 (即雷射束)的同時用擠壓輥4a及4b進行加壓並焊接。採用這種技術時，必須 對擠壓點9附近照射雷射束，但在焊接鋼管的生產線上，因為各種原因而無法避免雷射束 的照射位置和能量密度發生變動。結果會因為鋼帶的兩側端部Ia及Ib的間隔發生變動、 照射位置偏離擠壓點9而使接縫成蛇行狀(meandering)、或因為能量密度發生變動而導致 產生被稱為尖峰(spiking)的微小缺陷(small defect)等。即，採用日本專利申請特開平 8-174249號公報的技術，尤其是在用雷射束等高密度能量熱源進行焊接時，不能完全除去 這種方法所特有的在鋼管內表面側產生的焊接缺陷。另外，一旦對用電焊接法製造的焊接鋼管進行加工(所謂二次加工)，就容易以接 縫的外表面側(outers ide of pipe)和內表面側(inner side ofpipe)集中露出的偏析 線(segregation line)為起點而產生裂紋。為此，日本專利申請特開2006-150412號公報公開了在外表面側和內表面側對焊 接鋼管的接縫局部地進行再熔融後使之凝固的技術。該技術適用於規定了再熔融的深度且 用普通的公知電焊接法製造的焊接鋼管，未必適用於用高密度能量束焊接的焊接鋼管。因 而，日本專利申請特開2006-150412號公報對於尤其是在用雷射束等高密度能量熱源進行 焊接時完全除去這種方法所特有的在鋼管內表面側產生的焊接缺陷的方法沒有啟示。因此，要將日本專利申請特開2006-150412號公報公開的技術運用到用高密度能量束接合的焊接鋼管上，還要作進一步改善。

發明內容
本發明的目的在於提供一種接縫處沒有焊接缺陷的用高密度能量束接合的焊接 鋼管、以及有效製造這種焊接鋼管的方法。本發明的焊接鋼管利用高密度能量束焊接將接縫接合而形成，在焊接鋼管的外表 面側具有通過對接縫的突出部進行切削加工(cutting)而加工成平滑的接縫，在焊接鋼管 的內表面側具有以從表面起0. 5mm以上的深度(h)對接縫進行再熔融(remelting)後使之 凝固而成的接縫修補部，接縫修補部(repaired seam)的寬度WR是鋼管內表面側的接縫的 寬度WI的2倍以上，且接縫的中心線CS (center line)與接縫修補部的中心線CSR—致。在本發明的焊接鋼管中，最好高密度能量束焊接是雷射焊接(laserwelding)。本發明又是一種通過高密度能量束焊接將接縫接合的焊接鋼管的製造方法，其特 徵在於，一邊連續地運送鋼帶1，一邊用成形輥以使鋼帶1的兩側端部la、lb彼此相向的方 式成形為圓筒狀的開式管，且一邊用擠壓輥4a、4b對開式管加壓，一邊照射高密度能量束 10，以使兩側端部Ia及Ib在整個厚度t (overall thickness)上熔融，且將兩側端部Ia及 Ib接合而形成接縫，通過切削加工將所得到的焊接鋼管的外表面側及內表面側的突起部 (excess weld metal)(或稱之為焊珠、堆高部或隆起部。以下稱為焊珠)除去，然後在焊 接鋼管的內表面側，在深度h為從表面起0. 5mm以上、寬度WR為內表面側的接縫的寬度WI 的2倍以上的範圍內進行再熔融(remelting)後使之凝固而形成接縫修補部12，並且使接 縫的中心線CS與接縫修補部12的中心線CSR —致。在本發明的焊接鋼管的製造方法中，最好採用雷射焊接作為高密度能量束焊接。另外，最好是用與連續地製造焊接鋼管的生產線分開的另外的設備來形成接縫修 補部12。另外，最好在照射高密度能量束之前，將兩側端部Ia及Ib預熱(preheating)到 鋼帶 1 的熔點以下(melting point or lower)。採用本發明，能夠有效地製造出接縫中沒有焊接缺陷的用高密度能量束接合的焊 接鋼管。


圖1是本發明的方法中所用的製造裝置的示意圖。圖2是示意性地表示應用本發明來將開式管邊緣部的接合點的整個厚度熔融(焊 接)的例子的立體圖。圖3是對本發明的外表面側及內表面側的焊珠進行切削加工後的雷射焊接鋼管 的接縫部11的剖視圖。圖4是具有本發明的接縫修補部12的雷射焊接鋼管的接縫部11的剖視圖。符號說明1 鋼帶；la、Ib 鋼帶端部；Ic 對接部；4a、4b 擠壓輥；6 第1加熱源；7 連結擠壓輥軸中心的線；8 對接線；9 擠壓點；10 高密度能量束；11 :接縫部；
12 接縫修補部；13 小孔；h 接縫修補部12的深度；WR 接縫修補部12的寬度；WI 雷射焊接鋼管內表面側的接縫寬度；t 鋼管的板厚；CS 接縫的中心線；CSR 接縫修補部12的中心線；Δ CS 接縫的中心線CS與接縫修補部12的中心線CSR間的偏移
具體實施例方式本發明人深入研究了通過對用高密度能量束焊接的焊接鋼管的接縫進行局部再 熔融後使之凝固、從而除去接縫的焊接缺陷進而防止二次加工導致接縫裂紋的技術。結果 得知，除了對用高密度能量束焊接的焊接鋼管的接縫進行局部再熔融的技術之外，還需要 採用切削加工。S卩，在用高密度能量束焊接的焊接鋼管中，要通過切削加工除去接縫的突起部 (隆起部)(excess weld metal)(以下稱為焊珠(bead))，以使焊接鋼管的外表面側變得平 滑。然而由於照射高密度能量束後得到的熔融金屬的寬度狹窄，因此在焊接鋼管的內表面 側容易因飛濺或燒穿導致產生未熔融部，或因高密度能量束的能量密度變動導致咬邊或氣 孔、接縫裂紋等焊接缺陷。因此為了防止未熔融部或焊接缺陷產生，對於內表面側，要在通 過切削加工除去焊珠之後對其表層部進行局部再熔融，並對該再熔融後凝固的部位(以下 稱為接縫修補部12)的形狀和位置進行調整。本發明基於上述認識而實施。作為本發明的對象的鋼管如圖1所示，通過一邊連續地運送鋼帶1，一邊以該鋼帶 1的兩側端部Ia及Ib彼此相向的方式成形為圓筒狀(所謂開式管)。在本發明中，能夠用 第1加熱源6 (譬如高頻感應加熱、高頻電阻加熱等)對鋼帶1的兩側端部Ia及Ib進行高 密度能量束焊接，而無須對鋼帶1的兩側端部Ia及Ib進行預熱。不過，如果能用第1加熱 源6對兩側端部Ia及Ib進行預熱，則能提高焊接鋼管的生產率。在對兩側端部Ia及Ib進行預熱的情況下，預熱的溫度設定為鋼帶1的熔點以下。 不過，如果預熱使鋼帶1的溫度過低，就會增大後述的第2加熱源10的負荷，不能提高焊接 鋼管的生產率。而即使預熱溫度在熔點以下，只要在600°C以上，就能提高焊接速度。另一 方面，一旦預熱使鋼帶1的溫度過高，兩側端部Ia及Ib就會燒穿或是變形，因此導致焊接 鋼管的成品率降低。即，一旦預熱使鋼帶1的溫度超過1200°C，就難以實現良好的焊接。從 而，由第1加熱源6進行預熱的鋼帶1的兩側端部Ia及Ib的溫度最好在600 1200°C的 範圍內。然後，對鋼帶1的兩側端部Ia及Ib的對接線8 (即接縫的中心線)與連結擠壓輥 4a及4b的軸中心的直線7的交點(即擠壓點9)的附近，照射作為第2加熱源10的高密度 能量束10 (譬如雷射束、電子束等)。高密度能量束10的照射與用擠壓輥4a及4b對開式 管進行加壓的同時進行。不過，在擠壓輥4a及4b的下遊側(downstream side)(相對於鋼 管的前進方向)，鋼帶1的回彈使兩側端部Ia及Ib的間隔擴大。因此，一旦對擠壓點9的 下遊側照射高密度能量束10，在熔融金屬14凝固時就有拉伸應力作用，會發生凝固裂紋或 咬邊、燒穿等焊接缺陷。另一方面，在擠壓點9的上遊側(upstream side)(相對於鋼管的 前進方向)，鋼帶1的兩側端部Ia及Ib漸漸接近。因此，一旦對擠壓點9的上遊側被擠壓 輥4a及4b加壓的部分照射高密度能量束10，就不會發生燒穿、咬邊或凝固裂紋等焊接缺陷。因而，對擠壓點9的上遊側被擠壓輥4a及4b加壓的部分照射高密度能量束10。不過，如果對擠壓點9上遊側的遠離擠壓點9的位置照射高密度能量束10，鋼帶1 的兩側端部Ia及Ib的間隔(gap)(以下稱為對接間隔)會過大，因此會發生燒穿或咬邊等 焊接缺陷。根據發明人的研究，當對接間隔為0. 50mm以下、更好的是0. 20mm以下的範圍內 照射高密度能量束時，不會發生焊接缺陷。對接間隔為0. 50mm 0. 20mm的位置是從擠壓點 9起向上遊側約50mm 約5mm。因此，照射高密度能量束10的位置在擠壓點的上遊側0 50mm的範圍內較佳，更好的是在0 20mm的範圍內。這相當於對接間隔為0 0. 50mm，更 好的是0 0. 20mm。高密度能量束10的照射條件(irradiation conditions)(具體是束斑直徑、射束 功率、焊接速度等)是根據鋼帶1的板厚t等適當地設定的，要能夠將其整個厚度t熔融。 譬如，圖2是示意性地表示應用本發明來將開式管邊緣部(鋼帶端部(la及Ib))的接合點 熔融(焊接)的例子的立體圖。圖2中的箭頭A表示開式管的前進方向。由於照射高密度 能量束10而產生的小孔13及在其周圍形成的熔融金屬14則用透視圖來表示。即，通過將 邊緣部的接合點始終配置在由於照射高密度能量束10而產生的小孔13或熔融金屬14內， 能夠使整個厚度t熔融。而高密度能量束10最好是利用雷射束。理由是，容易調整照射位置和照射量，且 能穩定地維持小孔13。在這樣使鋼帶的兩側端部Ia及Ib熔融後，用擠壓輥4a及4b加壓，將兩側端部Ia 及Ib接合而得到焊接鋼管。這種焊接法一般被稱為單焊道對接貫通焊接(one pass butt welding of full penetration)。用高密度能量束10進行焊接時，熔融金屬14的寬度狹窄，因此飛濺或燒穿容易導 致未熔融部或咬邊、凝固裂紋的發生，而且金屬蒸汽(metalvapour)被封入，容易產生氣孔 (porosity)。為了防止這些焊接缺陷，用擠壓輥4a及4b進行加壓。表示其加壓程度的指標 是加壓量(upset distance)(使鋼帶的兩側端部Ia及Ib對合，設加壓力0為加壓量0mm， 且將對鋼帶的兩側端部Ia及Ib加壓後壓入的量稱為加壓量)。如果加壓量小於0. Imm, 熔融金屬14從接縫部11的壓出量就不足，因此不能防止咬邊。另一方面，如果加壓量超過 1.0mm，大部分的熔融金屬14都被從接縫部11壓出，因此接縫會在內外表面上大大地隆起 而形成突起部(焊珠)。即使通過切削加工除去焊珠而使接縫變得平滑，也容易發生鉤裂縫 (hook crack)。因此加壓量最好在0. 1 1. Omm的範圍內。另外，最好用惰性氣體(inert gas)(譬如氮氣(nitrogen)、氦氣(helium)、氬氣 (argon)等)保護從第1加熱源6進行預熱的位置到用擠壓輥4a及4b進行擠壓的擠壓點 9為止的區域。這是為了防止鋼帶1的兩側端面Ia及Ib氧化，且防止氧化物捲入熔融金屬 14。然後，將所得到的焊接鋼管的外表面側及內表面側的突起部(隆起部)(即焊珠) 除去。焊珠的除去用一般的切削工具(譬如刀具(cutting tool)等)來進行。具體結合 圖3及圖4的接縫部11的剖視圖來進行說明。如圖3的接縫部11的剖視圖所示，對焊接鋼管的外表面側進行切削加工來除去焊 珠，使鋼管的外表面側的接縫部11變得平坦。然而焊接鋼管內表面側的接縫部11在不同的高密度能量束11的照射條件下，尤其是在高密度能量束10的功率等不足時，容易在內表面側產生未熔融部、咬邊或氣孔等焊 接缺陷。因此，對於焊接鋼管的內表面，若只是用切削加工來除去焊珠，有可能殘留焊接缺 陷。為此，如圖4所示，通過對焊接鋼管的內表面側的接縫的表層部進行局部再熔融後使之 凝固來形成部位12 (即接縫修補部12)，由此除去殘留在內表面側接縫中的焊接缺陷。結果 是，在進行二次加工時，能夠防止殘留的焊接缺陷導致的接縫裂紋發生。如果在焊接鋼管的內表面側形成的接縫修補部12的深度h小於0. 5mm，就不能充 分地除去殘留在內表面側接縫中的焊接缺陷，因此在進行二次加工時，會以該焊接缺陷為 起點而使接縫產生裂紋。因此，將接縫修補部12的深度設定為0.5mm以上。而如果接縫修 補部12過深，又有可能產生咬邊或燒穿等焊接缺陷。因此，接縫修補部12的深度h的最大 深度最好是鋼管板厚t的40%以下。具體地說，接縫修補部12的深度h在0. 5 5mm的範 圍內為佳，更好的是在0. 5 2mm的範圍內。另外，如圖4所示，如果接縫修補部12的寬度WR小於焊接鋼管的內表面側的接縫 的寬度WI的2倍，在進行二次加工時，就會以在焊接鋼管的內表面上露出的表面缺陷為起 點而產生裂紋。因而，將接縫修補部12的寬度WR設定為焊接鋼管的內表面側的接縫的寬 度WI的2倍以上。而如果接縫修補部12寬度WR過寬，又有可能產生咬邊等焊接缺陷。因 此，接縫修補部12的寬度WR最好在焊接鋼管的內表面側的接縫的寬度WI的2 5倍的範 圍內。至於在焊接鋼管的內表面側的接縫部11露出的表面缺陷，其發生的原因主要是由高 密度能量束10的照射導致的急劇熔融以及凝固現象，這種表面缺陷產生在接縫的附近。使焊接鋼管的內表面側形成的接縫修補部12的中心線CSR與接縫的中心線CS — 致。這是因為，如果接縫修補部12的中心線CSR的位置偏離接縫的中心線CS 5mm以上(偏 移量ACS)，就不能除去內表面側的接縫的焊接缺陷。因此，偏離中心線的偏移量(ACS) 最好在5mm以下。為了能將接縫修補部12的形狀(即深度(cbpth)和寬度(width))和位置維持 在上述範圍內，用於形成接縫修補部12的加熱裝置10採用能夠對加熱的位置和熱量進 行調節的方法。譬如噴燈熔解法(burner meltingmethod)、雷射熔解法(laser melting method)、等離子熔解法(plasmamelting method)、電子束熔解法(electron beam melting method)、TIG 熔解法(Tungsten Insert Gas melting method)等已有技術。為了在焊接鋼管的內表面側形成接縫修補部12而進行的加熱能夠在大氣中進 行。不過，根據不同的加熱裝置或加熱條件，大氣中的氧氣有可能混入接縫修補部12而生 成氧化物。為此，最好是在惰性氣體氣氛中加熱後再熔融。當在焊接鋼管的內表面側形成接縫修補部12時，在再熔融階段通過使用金屬線 (wire)、熔劑(flux)、嵌入材料(insert material)等來添加合金元素，能夠進一步改善接 縫修補部12的材質特性。另外，也可以在連續製造焊接鋼管的生產線上形成接縫修補部12。不過，接縫修補 部12的形成有可能妨礙生產線的運行，因此從提高焊接鋼管生產率的觀點出發，最好是用 與生產線分開的另外的設備來形成接縫修補部12。作為具體的接縫修補裝置，譬如最好是在能夠插入焊接鋼管內表面的懸臂的前端 安裝對內表面接縫進行再熔融的熔解裝置(焊接裝置)、以及能夠通過圖像處理來模仿預 先切削好的內表面接縫部11的接縫檢測器。
實施例1如圖1所示，將具有表1所示成分的熱軋鋼帶(hot roled steels trip)(板厚 12mm)供給多級成形輥(forming roll)(圖1中省略)，以使該熱軋鋼帶1的兩側端部Ia 及Ib彼此相向的方式成形為圓筒狀。接著，採用高頻電阻加熱作為第1加熱源6，對熱軋鋼 帶的兩側端部Ia及Ib進行預熱，進而照射二氧化碳雷射束(CO2 laser beam)作為第2加 熱源10，以將熱軋鋼帶1的兩側端部Ia及Ib在整個厚度t的範圍內熔融。再用擠壓輥4a 及4b加壓，由此使兩側端部Ia及Ib接合，從而製造出焊接鋼管(外徑406mm)。由第1加熱源6產生的預熱溫度、作為第2加熱源10的二氧化碳雷射器的輸出和 照射位置、以及擠壓輥4a及4b產生的加壓量如表2所示。其中，二氧化碳雷射器10的照 射位置是以擠壓點9為0點，其下遊側用+來表示，上遊側則用-來表示。另外，用惰性氣 體保護的區域是從對熱軋鋼帶的兩側端部Ia及Ib進行預熱的部位到照射二氧化碳雷射器 10、進而用擠壓輥4a及4b進行接合的部位為止的區域，用氦氣進行保護。至於接縫的寬度， 是通過外觀檢查來測定切削焊珠後鋼管內表面側的表面接縫寬度，並取5點的平均值。對 接間隔則是用攝像機對對接部進行攝像且進行圖像處理來求出其平均值。用刀具對得到的焊接鋼管的外表面側和內表面側的焊珠進行切削，將其加工成平 滑狀。然後將焊接鋼管從生產線向另外的專用設備運送，在內表面側形成接縫修補部12。 形成接縫修補部12時進行局部再熔融的熔解法及其氣氛如表3所示。使接縫修補部12的 中心線CSR與接縫的中心線CS —致(Δ CS =約Omm)。另外，表3中一併示出了接縫修補部 12的深度h和寬度WR。接縫修補部12的深度h和寬度WR是從鋼管接縫部11的截面上的 3個部位的平均值求出的。發明例1 6是接縫修補部12的深度h和寬度WR滿足本發明範圍的示例。比較 例1、3則是接縫修補部12的深度脫離本發明範圍的示例，比較例2、4則是接縫修補部12 的寬度WR脫離本發明範圍的示例。接著，從這些焊接鋼管分別採集試驗片(環切成長度為300mm)來進行壓扁試 驗(flattening test)，並調查接縫的裂紋。在壓扁試驗中，使環切得到的試驗片(長度 300mm)的中心軸呈水平，且使接縫呈向上狀態(焊接鋼管的內表面側的接縫被施加拉伸應 力的狀態)，在此狀態下向鉛垂方向按壓。通過目測來觀察在壓扁試驗中發生的焊接鋼管內 表面側的接縫裂紋。內表面側接縫的裂紋數量如表3所示。從表3可知，發明例1 6完全沒有壓扁試驗導致的裂紋，而比較例1 4則產生 了 6 15個裂紋。這樣就可以確定，採用本發明，能夠高效地製造出接縫處沒有焊接缺陷的焊接鋼 管。由於該焊接鋼管的接縫處沒有焊接缺陷，因此即使進行二次加工也不會在接縫中產生 裂紋。實施例2將具有表4所示成分的熱軋鋼帶(板厚5mm)供給多級成形輥，以使該熱軋鋼帶1 的兩側端部Ia及Ib彼此相向的方式成形為圓筒狀。接著，不用第1加熱源6，而是使用光 纖雷射器(fiber laser)來作為第2加熱源10，將熱軋鋼帶的兩側端部Ia及Ib在整個厚 度t的範圍內熔融。再用擠壓輥4a及4b進行加壓，由此將兩側端部Ia及Ib接合而製造 出焊接鋼管(外徑273mm)。焊接鋼管的接縫全長為20m，內表面側的接縫寬度為0. 7mm(平均值)。接縫的寬度、對接間隔、接縫修補部12的深度h以及寬度WR與實施例1相同。作為第2加熱源10的光纖雷射器的輸出和照射位置、以及擠壓輥4a及4b的加壓 量如表5所示。其中，光纖雷射器的照射位置是以擠壓點為0點，其下遊側用+來表示，上 遊側則用-來表示。另外，用氬氣(argon gas)保護照射光纖雷射器進而用擠壓輥4a及4b 進行接合的區域。用刀具對得到的焊接鋼管的外表面側和內表面側的焊珠進行切削，將其加工成平 滑狀。然後將焊接鋼管從生產線向另外的專用設備運送，在內表面側形成接縫修補部12。 形成接縫修補部12時進行局部再熔融的熔解法及其氣氛如表6所示。使接縫修補部12的 中心線CSR與接縫的中心線CS —致。另外，表6中一併示出了接縫修補部12的深度h和 寬度WR。發明例7是接縫修補部12的深度h和寬度WR滿足本發明範圍的示例。比較例5 則是沒有為了修補接縫而實施再熔融的示例。接著對得到的焊接鋼管的接縫進行超聲波探傷。該超聲波探傷(ultrasonic flaw detection)是按照 JIS (Japanese Industrial Standards 日本工業標準)G0582 對接縫 的全長進行的。相對於成為基準的N5內外表面缺口(notch)的人工缺陷(artificial defect)，將峰高(peak high)為10%以下的評為優(◎)，超過10%但在25%以下的評為 良(〇)，超過25%但在50%以下的評為合格(Δ)，超過50%的評為不合格(X)。評價結 果如表6所示。從表6可知，發明例7通過在鋼管內表面側的接縫部11形成接縫修補部12，抑制 了焊接缺陷的產生。表 1
鋼板編號成分(質量％ )CSiMnPSVNb10. 080. 211. 300. 0100. 0010. 030. 0520. 040. 191 『 290. 0150. 0010. 030. 028表2
鋼管記號鋼板編號焊接速度 (m/分)雷射輸出 (kW)保櫨氣體預熱溫度 ("C )對接間隔 (mm)雷射照射 位置(mm)加壓量 (mm)接縫寬度 (WI) (mm)Λ11025He11000. 15-2. 20. 60. 5B21025IIe9000. 1-1. 50. 40. 7表權利要求
一種焊接鋼管，利用高密度能量束焊接將接縫接合而形成，其特徵在於，在所述焊接鋼管的外表面側具有經過切削加工而加工成平滑的接縫，在所述焊接鋼管的內表面側具有以從表面起0.5mm以上的深度對接縫進行再熔融後使之凝固而成的接縫修補部，所述接縫修補部的寬度是所述內表面側的接縫的寬度的2倍以上，且所述接縫的中心線與所述接縫修補部的中心線一致。
2.如權利要求1所述的焊接鋼管，其特徵在於，所述高密度能量束焊接是雷射焊接。
3.一種焊接鋼管的製造方法，該焊接鋼管通過高密度能量束焊接將接縫接合，其特徵 在於，一邊連續地運送鋼帶，一邊用成形輥以使所述鋼帶的兩側端部彼此相向的方式成形 為圓筒狀的開式管，且一邊用擠壓輥對所述開式管加壓，一邊照射高密度能量束，以使所述 兩側端部在整個厚度的範圍內熔融，且將所述兩側端部接合而形成接縫，通過切削加工將 所得到的焊接鋼管的外表面側及內表面側的突出部除去，然後在所述焊接鋼管的內表面 側，在深度為從表面起0. 5mm以上、寬度為所述內表面側的接縫的寬度的2倍以上的範圍內 進行再熔融後使之凝固而形成接縫修補部，並且使所述接縫的中心線與所述接縫修補部的 中心線一致。
4.如權利要求3所述的焊接鋼管的製造方法，其特徵在於，所述高密度能量束為雷射束ο
5.如權利要求3或4所述的焊接鋼管的製造方法，其特徵在於，用與連續地製造所述焊 接鋼管的生產線分開的另外的設備來形成所述接縫修補部。
6.如權利要求3 5中任一項所述的焊接鋼管的製造方法，其特徵在於，一邊用所述擠 壓輥對所述開式管加壓，一邊將所述兩側端部預熱到熔點以下，再照射所述高密度能量束， 以在整個厚度範圍內將所述兩側端部熔融。
全文摘要
本發明提供一種用高密度能量束接合的、接縫處沒有焊接缺陷的焊接鋼管以及能夠高效地製造這種焊接鋼管的方法。具體而言，一邊連續地運送鋼帶，一邊以使鋼帶的兩側端部彼此相向的方式成形為圓筒狀的開式管，且一邊用擠壓輥加壓，一邊在兩側端部照射高密度能量束，以使兩側端部在整個厚度的範圍內熔融，且將兩側端部接合而形成接縫，通過切削加工將所得到的焊接鋼管的外表面側及內表面側的突出部除去，然後在焊接鋼管的內表面側，在深度為從表面起0.5mm以上、寬度為接縫寬度的2倍以上的範圍內進行再熔融後使之凝固而形成接縫修補部，並且使接縫的中心線與接縫修補部的中心線一致。
文檔編號B21C37/30GK101983110SQ20098011249
公開日2011年3月2日 申請日期2009年3月30日 優先權日2008年3月31日
發明者大井健次, 矢埜浩史 申請人:傑富意鋼鐵株式會社