JP3566863B2

JP3566863B2 - High-speed plasma welding pipe making method for small diameter steel pipes.

Info

Publication number: JP3566863B2
Application number: JP29738398A
Authority: JP
Inventors: 康雄木宮; 晴次橋本; 雄己栢森; 康樹楠
Original assignee: 日鐵住金溶接工業株式会社
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2018-10-19
Also published as: JP2000117449A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフープを連続的に管状に成形し、エッジ面をプラズマ溶接により溶接する小径鋼管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶接鋼管製造のための溶接方法として、高周波溶接、ＴＩＧ溶接、サブマージアーク溶接、プラズマ溶接等がある。これらの中で高周波溶接が最も生産性に優れているが、溶接用フラックス入りワイヤを製造するための小径鋼管を溶接する際には、電磁力によりフラックス中の磁性成分が溶接部に入り溶接欠陥となるため適さない。そこで、主としてＴＩＧ溶接、プラズマ溶接が用いられるが、溶接速度が遅いため、生産性の低いのが問題となっている。
【０００３】
従来のＴＩＧ、プラズマ溶接では高速化にともない、溶接電流の増加から金属の溶融、凝固に関係のある溶接ビード形成が溶接速度に対応できず、アンダカットの発生、ハンピングビードの生成による不連続ビードが形成され、その時点で溶接速度の限界が定まる。この対策の一つとして溶接トーチに前進角度を付与する施工方法が実施されているがアンダカット、ハンピングビードの十分な解決方法とはならない。
【０００４】
また、ＴＩＧ溶接において、アンダカット、ハンピングビードの溶接不良を防止する方法として、特開昭５５−１１７５７６号公報には電極を有するシールドノズルに電極と母材との間に生成されたアークを溶接の進行方向に偏向させるように、アークに偏向ガスを吹き付ける偏向ノズルと、母材上に生成された溶融池を上部から抑圧する抑圧ガスを溶融池に吹き付ける溶融池抑圧ノズルを設けた溶接装置を使用して、偏向ガスおよび抑圧ガスとしてアルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いる溶接方法がある。しかし、上記の従来技術はＴＩＧ溶接であり、また、同様の技術をプラズマ溶接に適用しても溶接の高速化が不十分である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高速でかつ溶接ビードにアンダカット、ハンピングビード等の欠陥が発生しない小径鋼管の高速プラズマ溶接造管方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フープを連続的に管状に成形しエッジ面をプラズマ溶接により溶接する小径鋼管の高速プラズマ溶接造管方法において、シールドガスは不活性ガスを主成分とし酸素１〜５％、窒素２〜１５％を含むガスとする。
【０００７】
不活性ガスに酸素を上記範囲で含ませることにより、溶融金属の温度を上げてその流動性を上げるとともに、サーマルピンチ効果により溶融金属の異常流動を防ぐことができる。また、窒素を上記範囲で含ませることにより、サーマルピンチ効果により溶融金属の異常流動を防ぐことができる。これらのことより、溶接ビードのアンダカット、ハンピングビードの発生を防ぐことができる。不活性ガスとして、アルゴンガスまたはヘリウムガスを使用する。
【０００８】
本発明は、前記シールドガス条件とともに、造管速度３ｍ／ｍｉｎ以上の高速プラズマ溶接造管方法として用いることができる。さらに、プラズマ溶接前の成形工程でＵ字状体に溶接用フラックスを充填して造管する溶接用フラックス入りワイヤの製造に利用することができる。
本発明の鋼管とは軟鋼、炭素鋼、またはステンレス鋼からなるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は溶接トーチの構成ならびに、パイロットガスおよびシールドガスの流れを示す模式図で、（ｂ）はアンダカット、ハンピングビードの模式図である。プラズマ溶接機の陰極はタングステンが主成分である電極棒２にとり、陽極１は被溶接管３にとる。
【００１０】
電極棒２から発生したプラズマアーク４（以後アーク）は、銅製で内部が水冷されたノズル５によるサーマルピンチ効果で絞られ、集中的に被溶接管３のシーム部６を加熱溶融させる。アーク４および溶鋼７はノズル５とシールドキャップ８内に送り込まれたシールドガス９により大気からシールドされ、酸化、窒化等が防止される。なお、パイロットガス１４は、アルゴンガスである。
【００１１】
プラズマ溶接の場合、アーク直下はアーク力により溶鋼が主に下流側に排出され、穴（キーホール）１０ができる。この穴１０はアークの下流側で上流側から排出された溶鋼７で次々に充満されることにより良好な形状の溶接ビード１１が形成される。溶接ビード１１の形成時に溶鋼が極端に凸ビードになったため、溶鋼と熱影響部間にくぼみができたのがアンダカット１２である。アンダカットには、局部的な点状アンダカットと連続的な線状アンダカットがある。被溶接管３のシーム部が均一に溶けない場合、あるいは溶鋼が極端に不十分な場合は、左右のエッジ部の溶鋼が合流しなかったり、合流してもこぶ状になるハンピングビード１３というビード不良が発生する。
【００１２】
小径鋼管の高速プラズマ溶接方法においては、高速化になるにつれ母材部への熱伝導時間が短くなるため、溶鋼部の温度勾配が大きくなり、溶鋼の冷却速度が大きくなるので溶鋼の流動性が悪くなる。特に、溶接速度が３ｍ／ｍｉｎ以上になると、溶鋼がアークより発生した穴をきれいに埋めきらなくなる。また、溶接電流が高くなると、それに伴い水冷ノズルの孔径が大きくなること、および水冷ノズルによるサーマルピンチ効果が減少することにより、アークの放射角および放射角のばらつきが大きくなる。この結果、エッジ部の間隔、傾き、オフセット等の被溶接管のエッジ形状の影響を受けやすく、アークが不安定になる。小径管の生産向上を目的に溶接電流が２００Ａ以上になると、この傾向が強くなり、溶鋼がこぶ状になりやすくなる。以上のことから、溶鋼の異常流動が発生し、アンダカットおよびハンピングビードが発生する。
【００１３】
したがって、本発明では、高速または大電流溶接において、溶鋼の流動性を保ち、アークの放射角を小さく保てるよう工夫されている。
【００１４】
アンダカット、ハンピングビードの発生を防ぐために、アルゴンまたはヘリウムからなるシールドガスの不活性ガスを主成分とし、さらに酸素１〜５％、窒素２〜１５％を混合する理由は、以下のとおりである。酸素は、その混合量１〜５％を主成分の不活性ガスに所定量の窒素ガスとともに含ませることによって、溶融金属の温度を上げてその流動性を上げ、またサーマルピンチ効果によりアークを集中させて溶融金属の異常流動を防ぎ、溶接ビードのアンダカット、ハンピングビードの発生を防止する。酸素が１％未満であると、前述の効果が得られず、また５％を超えると溶融金属の酸化反応が促進し、溶接ビードにブローホール、ピットが発生する。
【００１５】
窒素は、その混合量２〜１５％を主成分の不活性ガスに所定量の酸素ガスとともに含ませることによって、サーマルピンチ効果が上がりアークを集中させることで溶融金属の異常流動を防ぎ溶接ビードのアンダカット、ハンピングビードの発生を防止する。窒素が２％未満であると前述の効果が出ず、１５％を超えると窒化による溶接部の硬化が発生することで造管後の縮径または後工程の伸線加工時に溶接部の割れが発生しやすい問題が生ずる。
【００１６】
また、シールドガスに水素ガスを１５％以下、好ましくは３〜１５％を混合することでサーマルピンチ効果によるアークの絞り込みおよびシールドガス中の不純物を燃焼する作用から電極棒および水冷ノズルの寿命を長くする効果がある。しかし、本発明による酸素の燃焼効果、酸素と窒素のサーマルピンチ効果が十分なため必ずしも必要ではない。
【００１７】
溶接速度は小径管の生産性を上げるためには３ｍ／ｍｉｎ以上が必要である。高速溶接におけるアンダカット等の欠陥を防止するためには、前述のシールドガスの成分条件とともにプラズマ溶接の適切な電流条件が望ましい。そこで本発明において好ましい溶接電流値の範囲は１００Ａ〜５００Ａである。３ｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度において被溶接剤の外径、板厚との兼ね合いで溶接電流は決められるが、溶接電流が１００Ａ未満では３ｍ／ｍｉｎ以上の高速溶接のビード形成に必要な入熱が得られず、溶け込み不足になり、一方、５００Ａを超えると薄肉且つ小径の溶接時に必要以上の入熱となって均一なビードができないか、キーホールが大きくなり過ぎてビードを形成するための溶融金属のブリッジ現象も起こせずビードを形成できない。
【００１８】
図２は、本発明を実施する溶接用フラックス入りワイヤの製造装置構成の概略図であり、図３は、図２に示す製造工程のフープの成形状態からフラックス充填そしてフラックス入ワイヤまでの過程を示す概要図である。
図２および図３を用いて詳細に説明する。板状Ａのフープ２１は、アンコイラ２２で巻き戻し、成形工程２３でＵ字状体Ｂに成形し、サイドロール２４間でフラックス供給装置２５により溶接用フラックスＦを充填しする。ついで、フィンパスロール、シームガイドロール群２６によりオープンシーム管Ｃとし、プラズマ溶接装置２７でオープンシーム管のシーム部を溶接、溶接管Ｄにする。その後、水冷装置２８で水冷、縮径工程２９で管内のフラックスが移動しなくなる所定外径の小径鋼管Ｅに縮径し、コイラ３０でコイル状に巻き取る。この後は、約１ｍｍ外径まで１パス当り１０％の減面率で伸線する。また、必要に応じて伸線の途中で熱処理、酸洗、めっきを行う。溶接工程３１はＮｏ．１スクイズロール３２でエッジ間隔をプラズマ溶接に適した０．１ｍｍ程度とし、プラズマ溶接装置２７でエッジを溶解させ、Ｎｏ．２スクイズロール３３で押圧して溶接する。
図２に示す製造装置において、フラックス供給装置２５によるＵ字状体Ｂへ溶接用フラックスＦの充填工程を外すことで小径鋼管を製造することができる。
【００１９】
本発明のシールドガスは、各ガスを任意の混合割合に合せて供給量を制御して溶接装置２７に供給する。その概略図を図４に示す。シールドガスの主成分であるアルゴンガスはボンベ４０から、酸素、窒素ガスおよび水素ガスはそれぞれボンベ４１、４２および４３から必要とする混合量に電磁弁で制御されてガス混合器４４に供給される。各ガスの供給量を制御する電磁弁はガス流量制御器４５によって所定量に制御され、その供給量が制御電磁弁４６〜４９に設けられた流量メータに表示される。ガス混合器４４では供給されてきたガスを混合し、シールドガス９としてプラズマ溶接装置２７に送られる。
【００２０】
【実施例】
次に、小径鋼管の高速プラズマ溶接造管方法に本発明を適用した実施例を説明する。小径鋼管の製造条件は以下の通りである。
＜製造条件＞
使用製造装置図２に示す。
溶接方法プラズマ溶接機（定格電流５５０Ａ）
フープ鋼種表１および表２に記載
溶接外径表１および表２に記載
溶接肉厚表１および表２に記載
溶接速度表１および表２に記載
溶接電流表１および表２に記載
シームギャップ約０．１ｍｍ
パイロットガス成分Ａｒ＋水素７％
シールドガス成分Ａｒ＋表１および表２の成分
充填フラックス無し：溶接外径８ｍｍは鋼管径６ｍｍ、
溶接外径１３．５ｍｍは鋼管径１０ｍｍ、
溶接外径２５．０ｍｍは鋼管径２２ｍｍをそれぞれ２００ｋｇ製造した。
後工程縮径工程２９にて所定径まで縮径してその後工程は省略した。製品管外径が径６ｍｍおよび１０ｍｍはコイル鋼管とし、径２２ｍｍは直管とした。
充填フラックス有り：
フラックス組成表１はルチール系フラックス（鉄粉率３０％）
表２はルチール系フラックス（金属粉率６３％）
フラックス充填率表１は１９％、表２は２５％
フラックス入りワイヤの製造量各約３０ｋｇとする。
後工程１．２ｍｍφまで約１０％／１パスの減面率でダイス伸線、最後に渦流探傷器とＣ断面マクロ検査で長さ４０ｍｍ以上の溶接部割れの有無を検査した。
また、上記の条件での製造結果を表１および２に示す。
【００２１】
【表１】

【表２】

【００２２】
表１においてＮｏ．１〜１０は本発明であり、夫々、Ｎｏ．１は溶接時の鋼管寸法が外径８．０ｍｍ×肉厚１．２ｍｍ（以下同様に表示する）、造管速度が３ｍ／ｍｉｎおよび溶接電流が２００Ａであるとき、シールドガスのアルゴンガスに酸素１．５％および窒素５％を混合した場合、アンダカット、ハンピングビードのビード不良および伸管後の溶接割れは無い。Ｎｏ．２は、溶接速度および溶接電流を上げ、シールドガスのアルゴンガスに酸素５％および窒素１０％を増量混合した場合、Ｎｏ．１と同様に、アンダカット、ハンピングビードのビード不良、酸化によるピットの発生、および窒化による溶接部割れはなく、伸管後の溶接割れも発生しない。Ｎｏ．３、Ｎｏ．４は、さらに造管速度を５ｍ／ｍｉｎ、８ｍ／ｍｉｎ、溶接電流を３００Ａ、４５０Ａに上昇した場合、シールドガスのアルゴンガスに酸素２％および窒素８％を混合すれば、良好な溶接結果を得る。また、Ｎｏ．６は、造管速度８ｍ／ｍｉｎ、溶接電流４５０Ａの場合、酸素２％および窒素１５％を混合すれば、Ｎｏ．２と同様に良好な溶接結果を得る。
【００２３】
Ｎｏ．７、Ｎｏ．８は鋼管寸法がφ１３．５×ｔ２．０ｍｍの場合、およびＮｏ．９、Ｎｏ．１０は鋼管寸法がφ２５．０×ｔ２．２ｍｍの場合と外径および肉厚の鋼管寸法が大きくなった場合でＮｏ．１〜Ｎｏ．６と同様にシールドガスのアルゴンガスに酸素１〜５％および窒素２〜１５％を混合することによって良好な溶接結果を得る。
【００２４】
Ｎｏ．５およびＮｏ．１０は、シールドガスのアルゴンに酸素および窒素のほか水素を混合した場合であるが、良好な溶接結果を得る。また、Ｎｏ．４、Ｎｏ．６、Ｎｏ．７、Ｎｏ．１０は、溶接用フラックスを充填した場合であるが、同様に良好な溶接結果を得、溶接用フラックス入りワイヤとして製品径１．２ｍｍまで伸線加工して割れ、断線することなく問題は発生しなかった。また、Ｎｏ．１０における溶接用ワイヤは、溶接試験の結果は溶接金属の拡散性水素は通常値３ｃｃ／１００ｇで問題はなかった。
【００２５】
比較例のＮｏ．１１は鋼管寸法がφ８．０×ｔ１．２ｍｍ、溶接速度２ｍ／ｍｉｎ、溶接電流１８０Ａであるとき、シールドガスのアルゴンガスに酸素および窒素を混合しなくても良好な溶接結果を得られるが速度が遅く生産性が悪い（表１の判定欄で△で示す）。Ｎｏ．１２は、鋼管寸法がφ８．０×ｔ１．２ｍｍ、造管速度が３．５ｍ／ｍｉｎであるが溶接電流が２５０Ａであるとき、シールドガスに酸素および窒素を混合しなければアンダカット、ハンピングビードが発生し、良好な溶接結果を得ることができなかった。Ｎｏ．１３は造管速度および溶接電流がＮｏ．１２と同じであるとき、シールドガスのアルゴンガスに酸素０．５％および窒素１％混合しても、アンダカット、ハンピングビードが発生し、良好な溶接結果を得ることができなかった。Ｎｏ．１４は、シールドガスに酸素が７％、窒素が５％混合させた場合であるとき、アンダカット、ハンピングビードの発生は無くなったがピットが発生し、良好な溶接を得ることができなかった。Ｎｏ．１５は、シールドガスに酸素が１％、窒素が１８％混合させた場合であるとき、アンダカット、ハンピングビードの発生は無くなったが溶接後の縮径および伸線工程で溶接部割れが発生した。Ｎｏ．１６は、シールドガスに酸素３％、窒素０．５％混合した場合およびＮｏ．１７はシールドガスに酸素０．５％、窒素２％混合した場合であるが、アンダカット、ハンピングビードの発生を防ぐことができず、良好な溶接結果を得ることができなかった。
【００２６】
Ｎｏ．１８は鋼管寸法がφ１３．５×ｔ２．０ｍｍで造管速度１．５ｍ／ｍｉｎ、溶接電流２１０Ａのとき、シールドガスに酸素０．５％および窒素１％を混合させてもアンダカット、ハンピングビードの発生を防ぐことができず、良好な溶接結果を得ることができなかった。Ｎｏ．１９は、シールドガスの混合ガス条件は満足しているが溶接電流が高くてキーホール溶接が継続できず連続した溶接ビードに成らなかった。
【００２７】
表２は鋼種がステンレス鋼・ＳＵＳ３０４であり、ステンレス鋼管およびステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤの実施例および比較例を示す。ステンレス鋼においても、３ｍ／ｍｉｎ以上の高速溶接で不活性のシールドガスに所定量の酸素および窒素ガスを添加混合したガスを使用することによって良好な溶接結果が得られ、小径鋼管およびフラックス入りワイヤが製造できた。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、不活性ガスに酸素と窒素を含んだシールドガスを使用することで、アークの集中性、溶融金属の流動性を良くすることから、溶接ビードの異常流動を防ぎ、アンダカット、ハンピングビードを防止することで、造管速度３ｍ／ｍｉｎ以上、１００Ａ以上のプラズマ電流を用いることが可能になり、生産性の高い小径鋼管の高速プラズマ溶接方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高速プラズマ溶接造管時のプラズマ溶接時の概略図を示す。
【図２】本発明を実施する装置の構成の概略図である。
【図３】フープの成形、フラックス充填、フラックス入りワイヤ仕上げまでの過程を示す概要図である。
【図４】プラズマ溶接用シールドガスのアルゴンに酸素、窒素および水素ガスを混合供給する装置の概要図である。
【符号の説明】
１プラズマ溶接機
２電極棒
３被溶接管
４プラズマアーク
５水冷ノズル
６シーム部
７溶鋼
８シールドキャップ
９シールドガス
１０穴（キーホール）
１１溶接ビード
１２アンダカット
１３ハンピングビード
１４パイロットガス
２１フープ
２２アンコイラ
２３成形工程
２４サードロール
２５フラックス供給装置
２６フィンパスロール、シームガイドロール群
２７プラズマ溶接装置
２８水冷装置
２９縮径工程
３０コイラ
４０アルゴンガスボンベ
４１酸素ガスボンベ
４２窒素ガスボンベ
４３水素ガスボンベ
４４ガス混合器
４５ガス流量制御器
４６〜４９流量メータ
Ａ：フープ
Ｂ：Ｕ字状体のフープ
Ｃ：オープンシーム管
Ｄ：溶接管
Ｅ：小径鋼管
Ｆ：溶接用フラックス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a small-diameter steel pipe in which a hoop is continuously formed into a tubular shape and an edge surface is welded by plasma welding.
[0002]
[Prior art]
As a welding method for manufacturing a welded steel pipe, there are high frequency welding, TIG welding, submerged arc welding, plasma welding and the like. Among these, high-frequency welding is the most productive, but when welding small diameter steel pipes for manufacturing flux-cored wires for welding, magnetic components in the flux enter the weld due to electromagnetic force and cause welding defects. Is not suitable. Therefore, TIG welding and plasma welding are mainly used, but the low welding speed causes a problem of low productivity.
[0003]
With conventional TIG and plasma welding, as welding speed increases, welding bead formation related to the melting and solidification of metal cannot be adjusted to the welding speed due to the increase in welding current, resulting in undercuts and discontinuity due to the formation of humping beads. A bead is formed, at which point the welding speed limit is set. As one of the countermeasures, a construction method of giving a forward angle to the welding torch has been implemented, but it is not a sufficient solution for the undercut and the humping bead.
[0004]
Further, in TIG welding, as a method for preventing poor welding of undercut and humping bead, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-117576 discloses a method in which an arc generated between an electrode and a base material is provided to a shield nozzle having an electrode. Welding equipment provided with a deflection nozzle that blows a deflection gas to the arc so as to deflect it in the direction of welding progress, and a weld pool suppression nozzle that blows a suppression gas that suppresses the weld pool generated on the base material from above. And a welding method using an inert gas such as argon or helium as a deflection gas and a suppression gas. However, the above-mentioned conventional technique is TIG welding, and even if the same technique is applied to plasma welding, the high-speed welding is insufficient.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides a high-speed plasma welding pipe forming method for a small-diameter steel pipe that is high-speed and does not generate defects such as undercut and humping bead in a weld bead.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a high-speed plasma welding pipe forming method for a small-diameter steel pipe in which a hoop is continuously formed into a tubular shape and an edge surface is welded by plasma welding, wherein a shielding gas is mainly composed of an inert gas, oxygen 1 to 5%, nitrogen 2 A gas containing up to 15%.
[0007]
By including oxygen in the inert gas in the above range, the temperature of the molten metal can be raised to increase its fluidity, and abnormal flow of the molten metal can be prevented by the thermal pinch effect. Further, by including nitrogen in the above range, abnormal flow of the molten metal can be prevented by the thermal pinch effect. From these facts, it is possible to prevent the undercut of the weld bead and the occurrence of the humping bead. Argon gas or helium gas is used as the inert gas.
[0008]
The present invention can be used as a high-speed plasma welding pipe-forming method with a pipe-forming speed of 3 m / min or more, together with the shield gas conditions. Further, it can be used for manufacturing a welding flux-cored wire for filling a U-shaped body with a welding flux in a forming step before plasma welding to form a tube.
The steel pipe of the present invention is made of mild steel, carbon steel, or stainless steel.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1A is a schematic diagram showing the configuration of a welding torch and the flow of a pilot gas and a shielding gas, and FIG. 1B is a schematic diagram of an undercut and a humping bead. The cathode of the plasma welding machine is used for the electrode rod 2 mainly composed of tungsten, and the anode 1 is used for the pipe 3 to be welded.
[0010]
The plasma arc 4 (hereinafter arc) generated from the electrode rod 2 is narrowed down by a thermal pinch effect by a nozzle 5 made of copper and internally cooled by water, and heats and melts the seam portion 6 of the pipe 3 to be welded intensively. The arc 4 and the molten steel 7 are shielded from the atmosphere by the shield gas 9 sent into the nozzle 5 and the shield cap 8, so that oxidation, nitridation and the like are prevented. The pilot gas 14 is an argon gas.
[0011]
In the case of plasma welding, the molten steel is discharged mainly immediately downstream of the arc due to the arc force, and a hole (keyhole) 10 is formed. The holes 10 are successively filled with the molten steel 7 discharged from the upstream side on the downstream side of the arc to form a weld bead 11 having a good shape. The undercut 12 has a hollow between the molten steel and the heat-affected zone because the molten steel becomes extremely convex when the weld bead 11 is formed. The undercut includes a local point-like undercut and a continuous linear undercut. When the seam portion of the pipe 3 to be welded is not uniformly melted, or when the molten steel is extremely insufficient, the molten steel on the left and right edge portions does not merge, or the humping bead 13 becomes a hump-like shape even when merged. Bead failure occurs.
[0012]
In the high-speed plasma welding method for small-diameter steel pipes, as the speed increases, the heat conduction time to the base material decreases, the temperature gradient in the molten steel increases, and the cooling rate of the molten steel increases. become worse. In particular, when the welding speed is 3 m / min or more, the molten steel cannot fill the holes generated by the arc cleanly. In addition, when the welding current increases, the hole diameter of the water-cooled nozzle increases, and the thermal pinch effect of the water-cooled nozzle decreases, thereby increasing the arc radiation angle and the variation in the radiation angle. As a result, the arc is unstable because it is easily affected by the edge shape of the pipe to be welded, such as the interval, inclination, and offset of the edge portion. When the welding current is 200 A or more for the purpose of improving the production of small-diameter pipes, this tendency becomes stronger, and the molten steel tends to become bumpy. From the above, abnormal flow of molten steel occurs, and undercut and humping beads occur.
[0013]
Therefore, in the present invention, in high-speed or large-current welding, the flowability of molten steel is maintained and the radiation angle of the arc is kept small.
[0014]
In order to prevent the generation of undercut and humping bead, the reason for mixing an inert gas of argon or helium as a main component, and further mixing 1 to 5% of oxygen and 2 to 15% of nitrogen is as follows. is there. Oxygen is mixed with a predetermined amount of nitrogen gas in the inert gas of the main component together with a predetermined amount of nitrogen to raise the temperature of the molten metal to increase its fluidity, and to concentrate the arc by the thermal pinch effect. This prevents abnormal flow of the molten metal and prevents undercut and humping bead of the weld bead. If the oxygen content is less than 1%, the above-mentioned effects cannot be obtained. If the oxygen content exceeds 5%, the oxidation reaction of the molten metal is accelerated, and blow holes and pits are generated in the weld bead.
[0015]
Nitrogen is added to the inert gas of the main component together with a predetermined amount of oxygen gas in a mixed amount of 2 to 15%, thereby increasing the thermal pinch effect and concentrating the arc, thereby preventing abnormal flow of the molten metal and preventing the weld bead. Prevents undercut and humping bead. If the nitrogen content is less than 2%, the above-mentioned effect is not obtained. If the nitrogen content is more than 15%, the weld is hardened by nitriding, so that the weld is cracked at the time of diameter reduction after pipe making or wire drawing in a post-process. A problem that easily occurs occurs.
[0016]
Further, by mixing 15% or less, preferably 3% to 15% of hydrogen gas with the shielding gas, the arc pinching by the thermal pinch effect and the action of burning impurities in the shielding gas prolong the life of the electrode rod and the water cooling nozzle. Has the effect of doing However, it is not always necessary because the combustion effect of oxygen and the thermal pinch effect of oxygen and nitrogen according to the present invention are sufficient.
[0017]
The welding speed needs to be 3 m / min or more in order to increase the productivity of small diameter pipes. In order to prevent defects such as undercut in high-speed welding, it is desirable to set an appropriate current condition for plasma welding together with the above-mentioned component conditions of the shielding gas. Therefore, the preferable range of the welding current value in the present invention is 100A to 500A. At a welding speed of 3 m / min or more, the welding current is determined in consideration of the outer diameter and the plate thickness of the material to be welded. If the welding current is less than 100 A, the heat input required for forming a bead for high-speed welding of 3 m / min or more is required. If it exceeds 500A, the heat input is more than necessary during thin and small-diameter welding, making it impossible to form a uniform bead or the keyhole becomes too large to form a bead. A bead cannot be formed without causing a metal bridging phenomenon.
[0018]
FIG. 2 is a schematic view of a configuration of a manufacturing apparatus for a flux cored wire for welding which embodies the present invention, and FIG. 3 shows a process from the molding state of the hoop to the flux filling and the flux cored wire in the manufacturing process shown in FIG. FIG.
This will be described in detail with reference to FIGS. The plate-shaped hoop 21 is rewound by an uncoiler 22, formed into a U-shaped body B in a forming step 23, and filled with a welding flux F by a flux supply device 25 between side rolls 24. Next, the open seam pipe C is formed by the fin pass rolls and the seam guide roll group 26, and the seam portion of the open seam pipe is welded to the welded pipe D by the plasma welding device 27. Thereafter, the water is cooled by a water cooling device 28, and the diameter is reduced to a small-diameter steel pipe E having a predetermined outer diameter at which the flux in the pipe does not move in a diameter reducing step 29, and the coil is wound by a coiler 30 in a coil shape. Thereafter, the wire is drawn to an outer diameter of about 1 mm at a reduction rate of 10% per pass. In addition, heat treatment, pickling, and plating are performed as needed during the drawing. The welding process 31 is No. The edge interval was set to about 0.1 mm suitable for plasma welding with the 1 squeeze roll 32, and the edge was melted with the plasma welding device 27. 2 Weld by pressing with a squeeze roll 33.
In the manufacturing apparatus shown in FIG. 2, a small-diameter steel pipe can be manufactured by removing the step of filling the welding flux F into the U-shaped body B by the flux supply device 25.
[0019]
The shielding gas of the present invention is supplied to the welding device 27 by controlling the supply amount of each gas in accordance with an arbitrary mixing ratio. The schematic diagram is shown in FIG. Argon gas, which is a main component of the shielding gas, is supplied to the gas mixer 44 from the cylinder 40 while oxygen, nitrogen gas and hydrogen gas are controlled from the

cylinders

41, 42 and 43 to the required mixing amounts by the solenoid valve, respectively. . The electromagnetic valves for controlling the supply amounts of the respective gases are controlled to predetermined amounts by a gas flow controller 45, and the supply amounts are displayed on flow meters provided in the control electromagnetic valves 46 to 49. In the gas mixer 44, the supplied gases are mixed and sent to the plasma welding device 27 as the shielding gas 9.
[0020]
【Example】
Next, an example in which the present invention is applied to a high-speed plasma welding pipe forming method for a small-diameter steel pipe will be described. The manufacturing conditions of the small diameter steel pipe are as follows.
<Manufacturing conditions>
Used manufacturing apparatus is shown in FIG.
Welding method Plasma welding machine (rated current 550 A)
Hoop steel type Welding outer diameter described in Tables 1 and 2 Welding wall thickness described in Tables 1 and 2 Welding speed described in Tables 1 and 2 Welding current described in Tables 1 and 2 Seam gap described in Tables 1 and 2 About 0.1mm
Pilot gas component Ar + hydrogen 7%
Shielding gas component Ar + No component filling flux in Table 1 and Table 2: No welding outer diameter of 8 mm, steel pipe diameter of 6 mm,
Weld outer diameter 13.5mm, steel pipe diameter 10mm,
200 kg of a steel pipe diameter of 22 mm was manufactured for each of the weld outer diameters of 25.0 mm.
Subsequent Step The diameter was reduced to a predetermined diameter in a diameter reducing step 29, and the subsequent steps were omitted. The outer diameter of the product pipe was 6 mm and 10 mm as a coil steel pipe, and the outer diameter of 22 mm was a straight pipe.
With filling flux:
Flux composition Table 1 shows rutile flux (iron powder ratio 30%)
Table 2 shows rutile flux (metal powder ratio 63%)
Flux filling rate Table 1 is 19%, Table 2 is 25%
The production volume of flux cored wire is about 30kg each.
Subsequent process The die was drawn with a surface reduction rate of about 10% / 1 pass up to 1.2 mmφ, and finally, the presence or absence of a crack in a welded portion having a length of 40 mm or more was inspected by an eddy current flaw detector and a C section macro inspection.
Tables 1 and 2 show the production results under the above conditions.
[0021]
[Table 1]

[Table 2]

[0022]
In Table 1, No. Nos. 1 to 10 are the present invention. 1 shows that when the steel pipe dimensions at the time of welding are 8.0 mm in outer diameter × 1.2 mm in wall thickness (hereinafter similarly indicated), the pipe forming speed is 3 m / min, and the welding current is 200 A, oxygen gas is used as the shielding gas argon gas. When 1.5% and 5% nitrogen are mixed, there are no undercut, poor beading of the humping bead, and no weld cracking after drawing. No. No. 2 increases the welding speed and welding current and increases the amount of 5% oxygen and 10% nitrogen mixed with argon gas as the shielding gas. As in the case of No. 1, there are no undercut, poor beading of the humping bead, generation of pits due to oxidation, and no cracks in the welded portion due to nitriding, and no weld cracks after drawing. No. 3, no. 4 shows that when the pipe forming speed is further increased to 5 m / min, 8 m / min and the welding current is increased to 300 A, 450 A, a good welding result can be obtained by mixing 2% of oxygen and 8% of nitrogen with argon gas as a shielding gas. obtain. No. No. 6 is No. 6 when 2% of oxygen and 15% of nitrogen are mixed at a pipe forming speed of 8 m / min and a welding current of 450 A. Good welding results are obtained as in 2.
[0023]
No. 7, no. No. 8 is when the steel pipe dimension is φ13.5 × t2.0 mm, and No. 8 9, No. No. 10 indicates the case where the steel pipe size is φ25.0 × t2.2 mm and the case where the outer diameter and the wall thickness of the steel pipe are increased. 1 to No. Good welding results can be obtained by mixing 1 to 5% of oxygen and 2 to 15% of nitrogen with argon gas as the shielding gas in the same manner as in 6.
[0024]
No. 5 and No. 5 Reference numeral 10 denotes a case where hydrogen other than oxygen and nitrogen is mixed with argon as a shielding gas, and a good welding result is obtained. No. 4, no. 6, no. 7, no. No. 10 shows a case where the welding flux was filled. Similarly, a good welding result was obtained, and a problem occurred without breaking and breaking the wire as a flux containing wire for welding to a product diameter of 1.2 mm. Did not. No. As for the welding wire of No. 10, the result of the welding test showed that the diffusible hydrogen of the weld metal was normally 3 cc / 100 g, and there was no problem.
[0025]
No. of the comparative example. No. 11 shows that when the steel pipe size is φ8.0 × t1.2 mm, the welding speed is 2 m / min, and the welding current is 180 A, a good welding result can be obtained without mixing oxygen and nitrogen with argon gas as a shielding gas. And the productivity was poor (indicated by △ in the judgment column of Table 1). No. No. 12, undercut and humping when the steel pipe dimension is φ8.0 × t1.2 mm, the pipe forming speed is 3.5 m / min, but the welding current is 250 A, unless oxygen and nitrogen are mixed in the shielding gas. Beads were generated and good welding results could not be obtained. No. No. 13 shows that the pipe forming speed and the welding current are No. 13; When it was the same as 12, even if 0.5% of oxygen and 1% of nitrogen were mixed with argon gas as the shielding gas, undercut and humping bead were generated, and good welding results could not be obtained. No. In No. 14, when 7% of oxygen and 5% of nitrogen were mixed in the shielding gas, no undercut and no humping bead were generated, but pits were generated and good welding could not be obtained. . No. No. 15 is a case where 1% of oxygen and 18% of nitrogen were mixed in the shielding gas, undercut and humping bead were not generated, but a weld crack occurred in a diameter reduction and wire drawing process after welding. did. No. No. 16 is the case where oxygen is 3% and nitrogen is 0.5% mixed in the shielding gas. No. 17 is a case where 0.5% of oxygen and 2% of nitrogen were mixed in the shielding gas, but generation of undercut and humping bead could not be prevented, and good welding results could not be obtained.
[0026]
No. No. 18 is undercut and humping even when 0.5% of oxygen and 1% of nitrogen are mixed in the shielding gas when the steel pipe size is φ13.5 × t2.0mm, pipe forming speed is 1.5m / min, welding current is 210A. The generation of beads could not be prevented, and good welding results could not be obtained. No. In No. 19, the mixed gas condition of the shielding gas was satisfied, but the welding current was high and the keyhole welding could not be continued, so that a continuous weld bead was not formed.
[0027]
Table 2 shows examples and comparative examples of stainless steel pipe and stainless steel welding flux-cored wire in which the steel type is stainless steel / SUS304. Even in stainless steel, good welding results can be obtained by using a gas obtained by adding a predetermined amount of oxygen and nitrogen gas to an inert shielding gas at a high speed welding of 3 m / min or more, and a small diameter steel pipe and a flux-cored wire can be obtained. Could be manufactured.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the use of a shielding gas containing oxygen and nitrogen as an inert gas improves the concentration of the arc and the flowability of the molten metal. The present invention provides a high-speed plasma welding method for a small-diameter steel pipe with high productivity, by using a plasma current of at least 3 m / min and at least 100 A by preventing the occurrence of undercut and hump bead. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of plasma welding at the time of high-speed plasma welding pipe forming.
FIG. 2 is a schematic diagram of a configuration of an apparatus for implementing the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a process from forming of a hoop, filling with a flux, and finishing a flux-cored wire.
FIG. 4 is a schematic diagram of an apparatus for mixing and supplying oxygen, nitrogen and hydrogen gas to argon as a plasma welding shielding gas.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma welding machine 2 Electrode rod 3 Pipe to be welded 4 Plasma arc 5 Water cooling nozzle 6 Seam part 7 Molten steel 8 Shield cap 9 Shield gas 10 Hole (keyhole)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Welding bead 12 Undercut 13 Humping bead 14 Pilot gas 21 Hoop 22 Uncoiler 23 Forming process 24 Third roll 25 Flux supply device 26 Fin pass roll, seam guide roll group 27 Plasma welding device 28 Water cooling device 29 Shrinking process 30 Coirer 40 Argon gas cylinder 41 Oxygen gas cylinder 42 Nitrogen gas cylinder 43 Hydrogen gas cylinder 44 Gas mixer 45 Gas flow controller 46-49 Flow meter A: Hoop B: U-shaped body hoop C: Open seam pipe D: Weld pipe E: Small diameter steel pipe F : Flux for welding

Claims

小径鋼管の高速プラズマ溶接造管方法において、プラズマ溶接のシールドガスは不活性ガスを主成分とし、さらに酸素１〜５％、窒素２〜１５％を含むことを特徴とする小径鋼管の高速プラズマ溶接造管方法。High-speed plasma welding of small-diameter steel pipes in a pipe forming method for small-diameter steel pipes, wherein a shielding gas for plasma welding is mainly composed of an inert gas and further contains 1 to 5% of oxygen and 2 to 15% of nitrogen. Tube making method.

造管速度が３ｍ／ｍｉｎ以上であることを特徴とする請求項１記載の小径鋼管の高速プラズマ溶接造管方法。2. The method according to claim 1, wherein the pipe forming speed is 3 m / min or more.

プラズマ溶接前のＵ字状体に溶接用フラックスを充填することを特徴とする請求項１または２記載の小径鋼管の高速プラズマ溶接造管方法。3. The method according to claim 1, wherein a welding flux is filled in the U-shaped body before plasma welding.