CN1140116A - 焊接钢管的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明焊接钢管制造方法由以下工序组成：向钢带的两侧边端部供给高频电流，把该两个端部预热至钢带触点以下的温度；用挤压辊对该两个端部加压，形成包含对接线的对接部；在挤压点的附近，用能够溶融钢带整个厚度的高密度能量束照射，焊接该两个端部；用该挤压辊以能充分防止焊接缺陷的加压量加压。

Description

焊接钢管的制造方法
本发明涉及焊接钢管的制造方法，特别涉及一种采用了高密度能量束的钢管制造方法。
一边连续地运送钢带一边将钢带的两侧边相对而形成圆筒状，再把钢带侧边的对接部焊接起来便制成了钢管。这种制管方法中，效率最高的制管法是辊对焊接法。该焊接法是采用高频电流的感应加热或使高频电流通过触点流经接合部分，对接合部分进行加热、溶融，然后用挤压辊加压溶融部，边除去溶融部内存在的杂质、氧化物等边进行焊接。但是，在相对的钢带侧边被加热、溶融时，由于空气中的氧气、特别是材料中的Mn、Si、Cr等合金成分形成的高融点聚合物不能排出而残留在焊接部内，往往产生一种称为烧化的焊接缺陷。另外，为了抑制氧化、制造高质量的焊接钢管，虽然考虑采用气体屏蔽等办法，但这些办法也不能得到理想的效果。
以此背景而开发出的焊接法，有采用激光束等高密度能量束的制管焊接法。该方法是用高密度能量束的照射来溶融对接着的钢带侧边，使之焊接。由于溶融的金属不与空气接触，所以不易产生残留氧化物等的焊接缺陷，能得到高质量的焊接钢管。
这种方法已在日本专利公报特开平3—291176号(公开日1991年12月20日)和特开平4—18954号(公开日1992年3月30日)中公开。特开平3—291176号公报所揭示的制管方法如图4所示。该方法是用作为第1加热源2的高频感应方式或高频电阻方式仅对成形为圆筒状钢带1的侧边部1a、1b预热至200～600℃，然后用作为第2加热源3的高密度能量束照射挤压辊4a、4b附近的对接部1c，进行焊接。该方法中，用第1加热源对钢带侧边部预热，以弥补第2加热源的能量不足，是一种能提高焊接速度的复合焊接法。该方法是以制造铁素体系列或奥氏体系列不锈钢管为目的，在铁素体系列不锈钢中，由于结晶颗粒粗大，存在二次加工性低劣的问题，在奥氏体系列不锈钢中，由于焊接腐蚀的问题而导致质量降低。因此，高频热源2的预热温度限定在200～600℃。但是，当钢管直径或管壁厚度大时，600℃的预热温度不能实现焊接速度的高速化。
上述特开平4—18954号公报中揭示的制管方法如图5所示。该方法中，用作为第1加热源的感应加热线圈2，在钢带两侧边1a、1b最初相接的V收束点1d的上游侧，对钢带1a、1b进行使其几乎不产生溶融的预热；再用作为第2加热源的高密度能量束3照射V收束点1d下游侧的钢带侧边对接面1c，进行焊接，在V收束点1d与高密度能量束溶融部之间，以及该溶融部的下游侧，钢带的两侧边只是以接触程度的紧固量紧固着。
该方法中，高密度能量3的照射位置在钢带两侧边最初相接的V收束点1d的下游侧，如图5所示，在挤压辊4a、4b的下游侧，因反弹使对接部开口，在焊接部产生咬边，或者因材料的组分引起凝固裂绞。
另外，虽然挤压辊4a、4b和挤压辊5a、5b的紧固量使钢带两侧边以接触程度紧固，但在前后挤压辊4a、4b与挤压辊5a、5b之间，因反弹而产生间隙，解决这个问题在技术上比较困难。
本发明的目的在于提供一种高效率且无焊接缺陷的、高质量焊接钢管的制造方法。
为上实现上述目的，本发明的焊接钢管制造方法有以下工序：
(a)把具有两侧边的钢带成形为圆筒状，使两侧边端部相对；
(b)向钢带的两侧边端部供给高频电流，以钢带融点以下的温度对该两侧边端部预热；
(c)用挤压辊加压该两侧边端部，形成包含对接线的对接部；
(d)在挤压辊轴中心的连接线与对接线的交点即挤压点附近，用能使钢带的整个厚度溶融的高密度能量束照射，使该两侧边端部焊接；
(e)在与(d)工序的同时，用挤压辊以能足够防止焊接缺陷的加压量加压。
工序(d)的焊接，最好是向挤压点上游侧0—5mm的对接线上照射能量束。
工序(e)的加压工序最好是以0.1—1mm的加压量加压。
另外，本发明还提供具有以下工序的焊接钢管制造方法：
(a)把钢带成形为具有两个端部的开口管，该两个端部包含两个端面；
(b)把该两个端面对接，形成对接部；
(c)用在焊接线方向上向焊接完了部一侧倾斜的高密度能量束照射该对接部；高密度能量束具有光轴和照射点；
(d)一边进行工序(c)的高密度能量束照射，一边焊接该对接部。
上述方法中，能量束最好具有5度至20度的倾斜角。该倾斜角是高密度能量束的光轴与照射点法直线的交角。
图1是实施例1方法中所使用制造装置的概略图。
图2是表示实施例1中贯穿焊接速度与焊接质量关系的图。
图3是表示实施例1中加压量与焊接质量关系的图。
图4是现有制造法的说明图。
图5是另一个现有制造法的说明图。
图6是表示实施例2方法的概略图。
图7是表示实施例2中的能束倾斜角度与焊接缺陷产生个数及焊进深度关系的图。
实施例1
本发明的焊接钢管制造方法具有以下特征：一边连续地运送钢带一边使钢带的两侧边端部相对而形成圆筒状；向钢带的两侧边端部供给高频电流，预热至材料的融点以下温度；用挤压辊加压钢带的两侧边端部并使之对接；在挤压辊轴中心的连接线与对接线的交点附近，用能使钢带整个厚度溶融的高密度能量束照射该对接部，进行焊接，同时，用上述挤压辊以预定加压量加压。
另外，本发明最好还具有以下特征：
上述钢带两侧边端部的预热温度为600～1200℃。
上述钢带两侧边端部的对接部形状为I型，其对接部的间隔为0～0.20mm。
上述高密度能量束的照射位置为上述交点的上游侧0～5.0mm处。
在用激光焊接上述钢带两侧边端部的对接部的同时，用上述挤压辊加压的加压量为0.1～1.0mm。
用气体屏蔽上述钢带两侧边端部的预热区域及高密度能量束的照射位置附近。
这里，加压量为如下定义：
加压量(mm)＝制管前的带材宽(mm)－管外周长(mm)。
本发明中，把连续运送着的钢带成形为圆筒状，用高频感应方式或高频电阻方式把钢带的两侧边端部预热至材料的融点以下，最好是600～1200℃，同时，在挤压辊轴中心线的连接线与对接线的交点附近，最好是在该交点上游侧0～5.0mm处，用能溶融钢带整个厚度的高密度能量束照射，使对接部焊接，同时，上述挤压辊最好用0.1～1.0mm的加压量加压。这样，能提高贯穿极限焊接速度，并能扩大容许焊接速度范围，能得到无咬边、气孔、纵裂纹等焊接缺陷的高质量焊接钢管。
焊接位置的检测是用设置在钢带两侧边端部收束之前的CCD摄像机进行。对接位置由该CCD摄像机摄录，焊接枪随对接线的变动而移动。然后，在焊接时增厚的焊接部被切除。接着，用高频感应电源对焊接部附近加热至预定温度、水冷却、进行淬火处理。淬火处理后，再加热至预定的温度回火，或者把焊接部附近加热至预定温度后空冷。
下面，说明本发明中的各要素。
(1)钢带两侧边端部的预热温度
为了调查由预热钢带两侧边端部而使焊接速度增加的效果，预热温度采用从室温变化到融点、用输出功率为20kw的二氧化碳激光器进行焊接，调查贯穿焊接的可能极限速度和焊接部的质量。
图2是表示用连续成形钢带并焊接的通常制管轧机制造外径508mm×板厚12.7mm的碳素钢管的结果。图2的斜线部区域表示完好焊道的范围。
从图2可知，随着预热温度的上升，贯穿极限焊接速度增加。虽然预热温度不足600℃也能充分焊接，但是在该温度时，用与室温下的贯穿极限焊接速度的比率求得的焊接速度的增加率为1.5倍以下，是很低的，所以生产性差。
因此，为了得到相对于室温下贯穿极限焊接速度为1.5倍以上的贯穿极限焊接速度，预热温度应设定在600℃以上。
另一方面，当预热温度为融点以上时，贯穿极限焊接速度相对于室温下贯穿界限焊接速度的增加率约为3.5倍，虽然能大幅度提高生产性，但同时形成烧穿焊道，不能得到完好的焊道。
另外，当预热温度为1200℃以上、融点以下时的温度时，贯穿极限焊接速度相对于室温下贯穿极限焊接速度的增加率约为3.0倍，虽然能大幅度提高生产性，但是在该温度范围内，形成烧穿焊道的极限焊接速度和贯穿极限焊接速度的容许范围△v(换言之，是能得到完好焊道的适当焊接速度范围)与预热温度为1200℃以下的时相比，大幅度地变小。
因此，预热温度应限定在材料的融点以下，最好为600～1200℃的范围内。
(2)高密度能量束的照射位置
成形为圆筒状的钢带两侧边端部，从挤压辊轴中心连线与对接焊线的交点起(下面称为挤压点)随着往下游侧进入，由于反弹而开口。因此，对上述挤压点下游侧的位置照射高密度能量束进行焊接的情况下，溶融金属凝固时作用有拉应力，产生咬边或由材料的化学组分等原因而产生凝固裂纹等焊接缺陷。另一方面，在挤压点的上游侧，由于圆筒状钢带的两侧边端部随着接近挤压点而渐近，所以能避免在挤压点下游侧产生的那种凝固裂纹等焊接缺陷。
因此，在挤压点附近照射高密度能量束是很重要的。高密度能量束的照射位置不要设在焊接部作用有拉应力的挤压点下游侧，最好设置在挤压点的上游侧。即使设在挤压点上游侧，当对接间隔为0.20mm以上时，由于间隙过大，也会产生咬边缺陷。这里，0.20mm的对接间隔为相当于挤压点上游侧约5mm的位置的值。
因此，高密度能量束应照射在挤压点附近，最好是在挤压点上游侧0～0.5mm的位置。该照射位置是相当于对接间隔为0～0.2mm的值。
(3)加压量
在使用高密度能量束焊接制管这种对接贯穿焊接法中，由高速而形成宽度窄的溶融金属，由于急速凝固，在里侧的焊道部上易产生咬边或因材料化学组分导致的凝固裂纹。另外，还存在着气体及金属蒸气被封入而容易产生气孔的问题。为了防止这些焊接缺陷，可采用挤压辊实施加压的方法。即，通过加压使溶融状态的焊接金属往板厚方向挤出，从而防止了咬边。另外，通过加压，在溶融金属被挤出时，气孔被压溃。另一方面，通过加压，对溶融金属付与压缩力，从而防止了溶融金属的凝固裂纹。
这样，通过加压来防止焊接缺陷的效果经实验得到证识。制管焊接是连续地成形钢带、并用输出功率为20kw的二氧化碳激光器制造外径508mm×板厚7.5mm的碳素钢焊接管。图3是表示用挤压辊从焊接钢管的外周部挤压，以0～2.0mm的范围付与焊接金属部压缩变位时的结果。这里，当加压量不足0.1mm时，由于焊接金属的挤出量及压缩压力过小，防止焊接缺陷的效果小，形成咬边，焊接缺陷也存在。当加压量超过1.0mm时，由于焊接金属宽度窄，为0.5～2mm，几子所有的焊接金属被挤出，进而，热影响部因金属塑性流动而***，切除了包含焊道部分的该***部分后，会产生因材料的杂质及成分偏析而引起的钩形裂纹。
因此，用高密度能量束焊接时，对溶融金属加压是必须的，加压量最好设定在0.1～1.0mm的范围内。
(4)屏蔽气体
制管时，应该用氮气或氦等非活性气体屏蔽高频电流预热的端部、焊接部以及其附近。其目的是通过屏蔽来抑制焊接部内的残留物，这些残留物是由预热时形成的钢带对接面的氧化皮膜和氧化物的卷入而进入焊接部内的。
具体例
图1是本发明方法中所使用的焊接钢管制造装置的概略图。
本实施例中，一边连续地运送钢带1一边将其成形为圆筒状，用高频电阻加热装置6将钢带的相对两侧边端部1a、1b预热至材料的融点温度以下。6a、6b是高频电阻加热装置6的触点，相隔预定距离地设置在V收束点1d的上游侧。在挤压辊4a、4b的轴中心连接线7与钢带端部1a、1b的对接线8的交点即挤压点9附近，用能使钢带1的整个板厚溶融的、能量密度高的激光束10照射，使钢带1的整个板厚溶融并焊接对接部1c，同时用挤压辊4a、4b以所需加压量加压接合。11a、11b是必要时为了抑制对接部1c的错开而设置的顶辊。
下面，说明用上述装置制造的外径304～508mm以及板厚5.0～12.7mm的碳素钢焊接钢管的结果。
材料的化学组分以重量％表示，C：0.05，Si：0.15，Mn：1.20，P：0.010，S：0.001，Nb：0.05，V：0.01。
激光采用的是最大输出功率为20kw的二氧化碳激光器。制造条件是以屏蔽为条件，采用Ne或N2作为钢带端部预热区域及焊接部附近的屏蔽气体。其它条件是对焊对焊接速度、预热温度、对接间隔、激光照射位置及加压量作各种变化而制造的焊接钢管。另外，当焊接部由于加压而***时，用切刀等研削。
激光照射位置的表示方法是，挤压点的上游侧为“－”，下游侧为“＋”。
用以下的标准评价这样制造出的焊接钢管的质量。
首先，调查焊道的形状，用外观检查法观察焊道的板厚穿通状态或焊道表面的咬边，看是否有烧穿及焊道研削后的钩形裂纹的产生状况等。
然后，调查焊接内部的焊接缺陷，用非破坏检查法检查气孔及杂质的数量以及检查是否有凝固裂纹。
再调查用本发明方法制造的钢管焊接部的冲击特性，用由夏氏冲击试验求得的断口转变温度vTs(延性断口率为50％的温度)进行评价。
这些评价试验是对实施了淬火回火处理(950℃加热→水淬→600℃回火)的焊接部进行的。
表1和表2分别表示本发明例及对照例的制造条件和焊接部的质量评价结果。
                                                                             表1
No.                                          制造条件          焊接部质量
     管尺寸   激光输出功率(kw)   焊接速度(m/sec)    屏蔽气体 预热温度(℃)     对接间隔(mm)    激光照射位置(mm)    加压量(mm)  焊道形状 焊接缺陷产生个数/m   vTs(℃)
 直径(mm)  板厚(mm)
例明发本  1  508  12.7     20     2.2     He     900     0.04     -2.0     0.20     良好     0  -85
 2  508  12.7     20     2.8     He     500     0.03     -2.2     0.32     良好     0  -90
 3  508  12.7     20     3.0     N2     800     0.00     -2.0     0.54     良好     0  -80
 4  508  12.7     20     5.0     N2     800     0.05     -2.5     0.76     良好     0  -75
 5  508  12.7     20     2.5     He    1000     0.05     -2.5     0.54     良好     0  -85
 6  508  12.7     20     6.5     He    1000     0.05     -2.5     0.88     良好     0  -90
 7  508  12.7     20     4.0     N2    1200     0.06     -2.6     0.32     良好     0  -90
 8  508  12.7     20     7.0     He    1200     0.05     -2.5     0.44     良好     0  -80
 9  508  12.7     20     8.0     He    1300     0.04     -0.6     0.28     良好     0  -95
 10  508  12.7     20     7.0     He    1300     0.07     -2.7     0.52     良好     0  -85
 11  508  12.7     20     7.0     N2    1400     0.00     -1.8     0.38     良好     0  -90
 12  406  12.7     20     4.0     N2     800     0.04     -2.0     0.10     良好     0  -75
 13  406  12.7     20     4.0     He     800     0.04     -2.0     0.50     良好     0  -90
 14  406  12.7     20     4.0     He     800     0.04     -2.0     1.00     良好     0  -90
 15  304   5.0     10    12.0     N2    1000     0.20     -5.0     0.25     良好     0  -90
 16  304   5.0     10    12.0     N2    1000     0.05     -2.5     0.80     良好     0  -85
 17  904   5.0     10    12.0     He    1000     0.01      0.0     0.45     良好     0  -85
 18  508  12.7     20     4.0     N2    1200     0.03     -1.8     0.95     良好     0  -80
 l9  508  12.7     20     5.0     N2    1200     0.04     -1.9     0.38     良好     0  -90
 20  508  12.7     20     6.0     He    1200     0.03     -1.8     0.40     良好     0  -85
 21  508  12.7     20     6.0     He    1300     0.04     -2.0     0.26     良好     0  -80
                                                               表2
No.                                          制造条件               焊接部质量
      管尺寸 激光输出功率(W)    焊接速度(m/sec)     屏蔽气体   预热温度(℃)     对接间隔(mm)    激光照射位置(mm)    加压量(mm)    焊道形状     焊接缺陷产生个数/m   vTs(℃)
   直径(mm)     板厚(mm)
例照对    1     508    12.7     20      2.0     He     室温     0.05     -2.5     0.50     良好      0 -80
   2     508    12.7     20      2.0     He     1200     0.05     -2.5     0.50     烧穿     10 -35
   3     508    12.7     20      3.0     N2     1200     0.04     -2.5     0.52     烧穿     14 -40
   4     508    12.7     20      7.5     He     1200     0.06     -2.0     0.54    未贯穿     12 -20
   5     508    12.7     20      4.0     N2     1300     0.05     -2.5     0.60     烧穿      8 -30
   6     508    12.7     20      4.0     He     1300     0.05     -2.5     0.54     烧穿     15 -40
   7     508    12.7     20      5.5     N2     1300     0.05     -2.5     0.68     烧穿     14 -35
   8     508    12.7     20      7.5     N2     1300     0.06     -2.0     0.32    未贯穿     15 -25
   9     508    12.7     20      6.5     N2     1400     0.03     -0.5     0.18     烧穿     20 -30
  10     508    12.7     20      9.0     He     1500     0.05     -0.2     0.12     烧穿     25 -35
  11     408    12.7     20      4.0     He      800     0.04     -1.2     0.00     咬边      0 -35
  12     408    12.7     20      4.0     He      800     0.05     -1.5     0.08     咬边      0 -25
  13     406    12.7     20      4.0     He      800     0.08     -1.8     1.52     咬边      0 -40
  14     406    12.7     20      4.0     He      800     0.04     -1.5     2.00     咬边      0 -30
  15     406    12.7     20      4.0     He      800     0.04     -2.0     0.05     咬边      0 -40
  16     406    12.7     20      4.0     He      800     0.04     -1.8     1.25     咬边      0 -25
  17     304     5.0     10     12.0     N2     1000     0.30     -7.0     0.30     咬边      0 -35
  18     304     5.0     10     12.0     He     1000     0.05     +2.5     0.35     良好   凝固裂纹 - -
  19     304     5.0     10     12.0     N2     1000     0.15     +5.0     0.55     咬边   凝固裂纹 - -
  20     304     7.5     10      5.0     N2      700     0.35     -8.0     0.35     咬边      0 -90
  21     304     7.5     10      6.0     He      700     0.44    -10.0     0.45     咬边      0 -95
  22     304     7.5     10      5.0     He      700     0.07     +1.5     0.40     良好   凝固裂纹 - -
  23     304     7.5     10      5.0     N2      700     0.33     +7.5     0.25     咬边   凝固裂纹 - -
  24     304     5.0     10     12.0     无     1000     0.20     -5.0     0.25     良好     20 -20
  25     304     5.0     10     12.0     无     1000     0.05     -2.5     0.60     良好     25 -20
本发明例No.1～No.11和对照例No.1～No.10是表示预热温度的效果。
对照例No.1是表示不进行预热时的焊接结果，贯穿焊接速度为2.0m/mim。
本发明例No.1～No.6是实施了300～1000℃预热的焊接结果，贯穿焊接速度增加，预热温度为600℃的情况下，贯穿焊接速度约为室温时的1.5倍。
当预热温度为1200℃的情况下，在焊接速度是3.0m/mim的对照例No.3中，形成烧穿焊道。当焊接速度为7.5m/mim(对照例No.4)时，形成未贯穿焊道。能得到完好焊道的是焊接速度为4.0m/mim和7.0m/mim的本发明例No.7和Mo.8。
当预热温度为1300℃的情况下，能得到完好焊道的是焊接速度为6.0m/mim和7.0m/mim的本发明例No.9和Mo.10。焊接速度为4.0m/mim和5.5m/mim的对照例No.5和No.7都形成烧穿焊道。在焊接速度为7.5m/mim的对照例No.8中，焊道未贯穿。
由此可见，当预热温度为1200℃时，能得到完好焊道的焊接速度的容许范围大，为3m/mim；当预热温度为1300℃时，容许焊接速度范围大幅度减小，约为1m/mim。
当预热温度为1400℃的情况下，与1300℃的情况同样地，在焊接速度为6.5m/mim的对照例No.9中形成烧穿焊道，能得到完好焊道的是焊接速度为7.0m/mim的本发明例No.11，能得到完好焊道的容许焊接速度范围进一步缩小。
当烧穿焊道或未贯穿焊道形成的情况下，溶融金属的凝固不稳定，在焊接部内残存有氧化杂质或气孔等焊接缺陷，夏氏转移温度(vTs)表示为-40℃以上的高值。
因此，通过预热钢带端部，贯穿焊接速度比室温时增加，可以提高生产性。但是，如果预热至融点，则焊道烧穿，所以，预热温度应设定在材料的融点以下。另外，考虑生产性的要求，最好把预热温度的下限设定在600℃以上，考虑能得到完好焊道的容许焊接速度范围要求，最好把预热温度的上限设定在1200℃以下。
本发明例No.12～No.14和对照例No.11～No.16是调查加压的效果。
对照例No.11是不实施加压情况下的结果，在焊接部内部产生凝固裂纹。如果实施加压，则能够防止凝固裂纹，所以，实施加压是必须的。在加压量不足0.10mm的对照例No.12和No.15中，由于加压量过小，形成咬边焊道。在加压量超过1.00mm的对照例No.13、14、16中，由于加压量过大，产生钩形裂纹。加压量为0.10mm以上、1.00mm以下的本发明例No.12、13、14，能得到完好的焊道。
因此，为了得到完好的焊道，必须实施加压，加压量最好设定在0.10mm～1.00mm的范围内。
本发明例No.15～No.21和对照例No.17～No.23是调查激光照射位置的结果。
在挤压点下游侧位置处照射激光的对照例No.18、19、22、23中，在焊道内产生了凝固裂纹。把激光照射位置设在挤压点上游侧时，可以避免凝固裂纹，但是在激光照射位置超过挤压点5mm的对照例No.17、20、21中，对接间隔过大，产生了咬边。当激光照射位置在挤压点上游侧0.0mm以上、5.0mm以下处时，能得到完好的焊道。
因此，激光的照射位置应设定在挤压点上游侧0.0mm以上、5.0mm以下的范围内。
对照例No.24、25调查屏蔽气体的效果。
对照例No.24、25是未采用屏蔽气体的例子，在焊接部内部产生很多氧化杂质和气孔，vTs不良。本发明例No.1～No.21都是采用了屏蔽气体的例子，能得到完好的焊道。
因此，屏蔽气体是必须的。
如上所述，在脱离本发明范围的对照例中，当预热至材料融点时、激光不能溶融钢带整个厚度时、用挤压辊挤压溶融金属部而不实施加压时、不采用屏蔽气体时，焊道形状不好，产生焊接缺陷。另外，vTs也为-40℃以上。
而焊接钢管的制造条件为本发明范围的表1所示本发明例No.1～N.21中，焊道形状好，不产生焊接缺陷，而且vTs也呈现良好的值。
根据以上所述的本发明，是把连续运送着的钢带成形为圆筒状，用高频感应方式或高频电阻方式将钢带两侧边端部预热至材料的融点以下，最好预热至600～1200℃，同时，在挤压点附近，最好是在该挤压点上游侧0～5.0mm的位置处，用能够溶融钢带整个厚度的高密度能量束照射，焊接对接部，同时，用上述挤压辊最好以0.1～1.0mm的加压量进行加压。这样，能高效率地制造无咬边、烧穿、气孔、纵裂纹等焊接缺陷的高质量焊接钢管。
实施例2
本发明的焊接钢管制造方法的特征是，把钢带成形为开口管状，将其两端面对接，用高密度能量束照射该对接部，该高密度能量束相对于焊接线方向往焊接完了部一侧倾斜，通过照射来焊接上述的对接部。
本发明中，高密度能量束的能量束倾斜角θ在5°≤θ≤20°范围内。这里，能量束倾斜角度θ如图6所示，是能量束照射点中的能量束光轴14与钢管垂直线15的夹角。
另外，本发明的特征是把钢带成形为开口管状，用电阻法或感应加热法把其两端部预热至300～1200℃的温度范围后对接，用如前所述那样倾斜的高密度能量束照射该对接部进行焊接。
本发明中，照射钢管对接部的高密度能量束是相对于焊接线方向往焊接完了部一侧倾斜。能量束向焊接完了部一侧倾斜能抑制上述焊接缺陷。其原因如下：由于通常用于焊接的收束成点状的能量束直径较小，为50～500um，垂直地照射在钢管表面，所以焊接时形成的钥匙形孔径也小，由于溶融池后方的溶融金属的重力引起的金属下垂而易破坏，易产生气孔等焊接缺陷。
如本发明这样将能量束相对于焊接线方向往焊接完了部一侧倾斜时，由于溶融池后方的溶融金属的重力，钥匙形孔变大。因此，不会因溶融金属的下垂埋没钥匙形孔，可以避免气孔等焊接缺陷的发生。
由实验结果可知，该能量束的倾斜角度θ相对于焊接线方向往焊接完了部一侧倾斜的范围最好为5°≤θ≤20°。即，采用20kw的二氧化碳激光器，使能量束的倾斜角度和焊接速度作各种变化地焊接板厚为12mm的碳素钢。该实验结果如图7所示。图7中，用能量束的倾斜角度和焊接速度的关系表示实验所得焊接缺陷的产生个数和焊进深度的评价结果。图中，A线表示能量束倾斜角度和焊接缺陷的产生个数的关系，B线表示能量束倾斜角度和焊进深度的关系。
该图中，把能量束垂直地照射钢管对接部的情形设为0°，把能量束往焊接完了部一侧倾斜的情形设为＋，把往未焊接部一侧倾斜的情形设为－，看一下相对于能量束倾斜角度的变化的气孔产生数，无论焊接速度为多少，当倾斜角度为+5°以上时，气孔被抑制。另外，当能量束角度在-20°～+20°的范围内时，焊接部的焊进深度与能量束的最大倾斜角度0°时的焊进深度的比率约为0.8倍以上，无损于生产效率。但是，当能量束角度在-20°～+20°的范围外时，焊进深度的比率为0.8以下，有损于生产效率。因此，能量束的倾斜角度应设定在相对于焊接方向往焊接完了部一侧倾斜+5°～+20°的范围内。
具体例
图6是表示本发明方法的概略图。
如图6所示，一边把钢带1成形为开口管状一边对接钢带的端面，用由加工透镜聚光的、向焊接完了部一侧仅倾斜θ角的激光束13照射该开口管状钢管的对接部12，焊接该对接部12。这里，能量束倾斜角度θ是激光束13的光轴14与照射处的法线15的夹角。往焊接完了部一侧倾斜预定范围角度可得到下述的良好效果。根据实验，θ角的范围为5°≤θ≤20°。
下面，说明本发明的效果。
材料是采用板厚4.8mm至16mm的热延性钢板，制造管径75mm至508mm的钢管，用上述的激光束13照射其对接部，进行制管焊接。
焊接是使激光束往焊接方向倾斜-30°～+30°的范围进行的。
焊接条件是，激光输出功率：20kw，焊接速度：40～290mm/sec。屏蔽气体是氦。用电阻法把钢管对接部加热至600°或1000°，用上述的条件进行制管焊接。
在这样的条件下制造焊接管，调查了焊接部的气孔和焊接深度。
表3和表4表示管尺寸、焊接条件和焊道部的评价结果。
                                                          表3
No.        管尺寸    激光输出功率(KW)    焊接速度V(mm/sec)    能量倾斜角度(deg)   焊接缺陷产生个数(个/米)   焊进深度比(％)
  直径(mm)  板厚(mm)
对照例 1 75 4.8 20 180 -30 35 75
 2    75   4.8     20     160     +30     0     70
 3   168   7.5     20     160     -5     5     100
 4   169   7.5     20     160     +25     0     75
 5   168   7.5     15     125     +30     0     70
 6   273  12.3     20     80     -30     40     70
 7   273  12.1     20     80     -15     22     100
 8   273  12.7     20     80     +25     0     75
 9   508  16.0     20     4O     -25     19     75
 10   508  16.O     20     40     +30     O     70
本发明例  11    75   4.8     20     160     +20     0     100
 12    75   4.8     20     160     +5     0     100
 13   168   7.5     20     160     +20     0     100
 14   168   7.5     20     125     +15     0     100
 15   168   7.5     15     125     +5     0     100
 16   273  12.7     20     30     +20     0     100
 17   273  12.7     20     80     +5     0     100
 18   273  12.7     20     80     +15     0     100
 19   508  16.0     20     40     +20     0     l00
 20   508  18.0     20     40     +5     0     100
                                              表4
No   管尺寸   预热温度(℃)   激光输出功率(KV)   焊接速度V(mm/sec)   能量倾斜角度(deg)   焊接缺陷(个/m)   焊进深度比(％)
  直径(mm)   板厚(mm)
例照对   1   168   7.5   600   80   210   -5   8   100
  2   168   7.5   600   20   210   +25   0   75
  3   168   7.5   600   15   160   +30   0   70
  4   168   7.5   1000   20   290   -5   7   100
5 188 7.5 1000 20 290 +25 0 75
6 168 7.5 1000 15 225 +30   0   70
  7   508   16.O   600   20   55   -25   2l   75
  8   508   16.0   600   20   55   +30   0   70
  9   508   16.0   1000   20   75   -25   19   75
  10   508   16.0   1000   20   75   +3D   0   70
例明发本   11   168   1.5   600   20   210   +20   0   100
  12   168   7.5   600   20   160   +15   0   100
  13   168   7.5   600   15   180   +5   0   100
  14   188   7.5   1000   20   290   +20   0   100
15 168 7.5 l000 20 225 +15 0 100
  16   188   7.5   100   15   225   +3   0   100
  17   508   16.0   600   20   55   +20   0   100
  18   508   16.0   600   20   55   +5   0   100
  19   505   16.0   1000   20   75   +20   0   100
  20   508   16.0   1000   20   75   +5   0   100
当每1m焊接部的气孔数为3个以上时，焊接部的气孔状况为不良，当为3个以下时，气孔状况为良好。另外，焊进深度用与板厚的比率表示，焊道必须贯穿板厚，即，焊进深度比为100时为良好。焊进深度比为100以下时的未贯穿情形为不良。
表3中，对照例No.2、4、5、8、10中，能量束倾斜角度为+25°以上，虽然不产生焊接缺陷，但焊道不贯穿板厚，焊进深度比不足100。
对照例No.1、3、6、7、9中，能量束倾斜角度为-5°以下，产生很多焊接缺陷。
表4中，对照例No.2、3、5、6、8、10中，能量束倾斜角度为+25°以上，虽然不产生焊接缺陷，但焊道不贯穿板厚，焊进深度比不足100。
对照例No.1、4、7、9中，能量束倾斜角度为-5°以下，产生很多焊接缺陷。
由此可见，如果采用本发明范围以外的焊接条件，则产生焊接缺陷或形成未贯穿焊道。因此，只有在能量束倾斜角度全部满足本发明范围时才能得到无焊接缺陷的优良焊道。
如果采用脱离本发明范围的焊接条件，焊道形状差，或产生焊接缺陷。因此，只有在全部满足本发明条件的情况下，才能得到无焊接缺陷的、形状优良的焊道。本发明不限于制造焊接钢管，也适用于一般被焊接材料的对接焊接。钢管的断面形状可以是圆形、四方形等任意形状。
根据上述的本发明，使高密度能量束即激光束往焊接完了部一侧倾斜预定范围角度进行焊接，由于能稳定地进行贯穿焊接，可以完全地防止激光焊接中所固有的焊接缺陷，即可以防止咬边、气孔、烧穿等的发生，而且，管内外都能得到良好的焊道形状。另外，更加发挥激光焊接所具有的高效率焊接特性，具有提高生产性的效果。

Claims (11)

1.一种焊接钢管制造方法，其特征在于具有以下工序；
(a)把具有两侧边的钢带成形为圆筒状，使两侧边端部相对；
(b)向钢带的两侧边端部供给高频电流，以钢带融点以下的温度对该两侧边端部预热；
(c)用挤压辊加压该两侧边端部，形成包含对接线的对接部；
(d)在挤压辊轴中心的连接线与对接线的交点即挤压点附近，用能使钢带的整个厚度溶融的高密度能量束照射，使该两侧边端部焊接；
(e)在与(d)工序的同时，用挤压辊以能足够防止焊接缺陷的加压量加压。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，工序(b)的预热是用600～1200℃的温度预热。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该钢带两侧边端部的对接部为I型形状，具有0～0.2mm的间隔。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，工序(d)的焊接是在挤压点上流侧0～5mm的对接线处照射能量束。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，工序(d)的焊接工序是用激光焊接该钢带的两个端部，工序(e)的加压工序是用0.1～1mm的加压量加压。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，工序(b)的预热工序是气体屏蔽后的预热，工序(d)的焊接该钢带的两个端部的工序是屏蔽照射点附近后用高密度能量束照射。
7.一种焊接钢管制造方法，其特征在于具有以下工序：
(a)把钢带成形为具有两个端部的开口管，该两个端部包含两个端面；
(b)把该两个端面对接，形成对接部；
(c)用在焊接线方向上往焊接完了部一侧倾斜的高密度能量束照射该对接部；高密度能量束具有光轴和照射点；
(d)一边进行工序(c)的高密度能量束照射，一边焊接该对接部。
8.如权利要求7的方法，该能量束具有5度至20度的倾斜角，该倾斜角是高密度能量束的光轴与照射处的法线之夹角。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，把由工序(a)成形的开口管的两个端部预热至300～1200℃的温度，经预热的两个端部的端面在工序(b)中对接。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，预热是用电阻法进行的。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，预热是用感应加热法进行的。
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