TWI703005B

TWI703005B - Tig焊接不鏽鋼鋼管的製造方法、tig焊接不鏽鋼鋼管及tig焊接不鏽鋼部件

Info

Publication number: TWI703005B
Application number: TW106118222A
Authority: TW
Inventors: 仲子武文; 延時智和; 朝田博
Original assignee: 日商日新製鋼股份有限公司
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2020-09-01
Also published as: EP3466579A1; TW201801835A; US20190134731A1; KR102042209B1; KR20190019946A; JP6407357B2; EP3466579A4; US10603733B2; CN109562475A; MX2018014971A; JP2017217699A; CN109562475B

Abstract

提供一種TIG焊接不繡鋼鋼管的製造方法，其係不混入H₂於保護氣體，並能夠抑制焊接缺陷的產生。一種藉由將不鏽鋼鋼帶朝寬度方向進行彎曲加工且將其兩端緣部對焊之TIG焊接，來製造TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，其特徵在於：使用脈衝(pulse)頻率數為40Hz~300Hz的脈衝波形作為焊接電源之電流波形。

Description

TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法、TIG焊接不鏽鋼鋼管及 TIG焊接不鏽鋼部件

本發明係關於藉由將不鏽鋼鋼帶進行彎曲加工且將其兩端緣部對焊之TIG(Tungsten Inert Gas)焊接來製造焊接不鏽鋼鋼管的製造方法、及TIG焊接不鏽鋼鋼管，以及含有該TIG焊接不鏽鋼鋼管的TIG焊接不鏽鋼部件。

雖然能夠藉由高頻率電阻焊接、雷射焊接、鎢極惰性氣體弧焊(TIG焊接)、電漿焊接等各種焊接法來製造焊接不鏽鋼鋼管，但此等當中，因為TIG焊接的設備成本較低且焊接品質優異，故其係被最廣泛使用的焊接法。

於TIG焊接之焊接管的製造中，在鎢電極的前端與被焊接材之間產生電弧放電，並藉由此熱能來將被焊接材焊接，且作為影響焊接品質之因子，可舉出電弧放電的穩定性。因為電弧放電係電磁現象，為了維持從鎢電極前端朝向作為導電體的被焊接材之穩定電弧放電，故尋求物理性質穩定的被焊接材。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本國公開專利公報「特開2007-098459號公報(2007年4月19日公開)」

[發明概要]

然而，於製造焊接管時，在用於進行鋼帶寬度方向之彎曲加工的滾筒成形法中，藉由滾筒的圓周速度差所產生之摩擦的影響及朝寬度方向‧圓周方向之材料曲折等，而造成對焊部搖動，此係引起焊接時所產生之電弧波動現象。

於使對焊部的間隙打開和關閉而變動的情況下，鋼帶兩端部的接觸點係朝製管管線行進方向搖動，電弧2亦朝管線行進方向波動(圖4)。若電弧2朝行進方向出口側移動，則電弧2與被焊接材的相對速度變慢而熱輸入過多，且在電弧2逆著行進方向回到原來的位置時，被焊接材與電弧2的相對速度變快而熱輸入不足。

經由此現象而成為熱輸入過多的情況下，因為部分焊珠的寬度變大而減緩凝固，在最終凝固部累積磷與硫等低熔點的不純物，而容易在焊接部中央產生凹洞。雖然伴隨此種焊珠寬度的變動而產生之微小凹洞係常見的現象，但當因為焊接管之用途特性而對焊接品質有嚴格要求的情況下，於不在焊接後進行焊珠研磨且就這樣直接使用的用途中，亦具有把焊珠形狀些微不規則及些微凹洞視為焊接缺陷的問題之情形。

就防止此種微小焊接缺陷的方法而言，考慮抑制上述電弧波動。就具體的手法而言，雖可舉出將H₂添加至作為保護氣體的氬氣，並藉由利用H₂之熱收縮(Thermal pinch)效果，來使電弧緊縮以提高電弧指向性的方法，但在此種方法當中，因為無法完全防止電弧的波動，故此效果係有限的。又，在具有氫脆(hydrogen embrittlement)擔憂之材料中，無法於保護氣體進行H₂的添加。

舉例來說，專利文獻1揭示一種方法，其係能夠在鋅系電鍍鋼板的高速氣體保護焊接中，抑制在焊接金屬部產生缺陷。具體而言，專利文獻1記載一種技術，其係在焊炬的前端安裝電磁線圈，並將交流磁場施加於被焊接材表面，再一邊攪拌一邊進行電弧焊接。藉此，能夠促進鋅蒸氣從熔融池離開，並降低起因於鋅蒸氣的缺陷。

然而，專利文獻1記載的方法係一種藉由脈衝MAG(Metal Active Gas)焊接，並用於抑制在高速焊接鋅電鍍鋼板時所產生焊接金屬部的缺陷之技術。又，必須具備安裝有磁氣線圈之特別的焊接裝置。因此，專利文獻1並無法直接適用TIG(Tungsten Inert Gas)焊接之不鏽鋼鋼管的製造。

本發明的一態樣係有鑑於上述習知之問題點，而提供一種TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，其目的係不在保護氣體中混入H₂，而能夠抑制焊接缺陷的產生。

為了解決上述課題，本發明一態樣之TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，係藉由將不鏽鋼鋼帶朝寬度方向進行彎曲加工且將其兩端緣部對焊之TIG焊接，來製造焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，其特徵在於：使用脈衝(pulse)頻率數為40Hz~300Hz的脈衝波形作為焊接電源之電流波形。

又，為了解決上述課題，本發明一態樣之TIG焊接不鏽鋼鋼管，係將不鏽鋼鋼帶朝寬度方向進行彎曲加工且將其兩端緣部以TIG焊接而成之具有TIG焊接部的TIG焊接不鏽鋼鋼管，其特徵在於：前述不鏽鋼鋼帶的組成係包含11~35重量%的Cr，且在每1m長度的前述TIG焊接部中，前述TIG焊接部的焊珠所具有之焊接缺陷數係0.5個以下。

藉由使用本發明一態樣之TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，即使對於無法在保護氣體混入H₂的素材，亦能夠僅使用Ar氣體，而得到防止焊接缺陷的效果，並能夠製造焊接品質優異的TIG焊接不鏽鋼鋼管。

A:焊接缺陷(凹洞)

B:焊珠寬度較平常部分還寬的位置

C:焊珠的平常部分

XB:B部分的焊珠寬度

XC:C部分(平常部分)的焊珠寬度

1:電極

2:電弧

3:焊珠寬度

4:凹洞

5:焊珠

6:焊接鋼管

〔圖1〕係顯示將表1的鋼材C作為素材而製造之焊接鋼管中，TIG焊接的焊接條件與焊珠寬度變動幅度之關係的說明圖。

〔圖2〕係顯示將表1的鋼材C作為素材而製造之焊接鋼管中，TIG焊接的焊接條件與焊珠缺陷數之關係的說明圖。

〔圖3〕係顯示焊珠寬度變動比例與焊珠缺陷數的關係之圖。

〔圖4〕係說明藉由打開和關閉對焊部的間隙而產生之電弧波動狀況的概略圖。

〔圖5〕係說明焊珠寬度變動狀態、產生於焊珠中央部的凹洞及凹洞剖面形狀之概略圖。

〔圖6〕係為了說明焊珠寬度變動幅度、變動比例及焊珠缺陷之概略圖。

[用以實施發明之形態]

以下，說明關於本發明之實施形態。再者，以下之記載係為了更清楚理解發明的旨趣，只要未特別指定，則未限定本發明。同時，於本申請案，「A~B」係表示A以上B以下。

於以下說明中，在說明本發明實施形態中TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法之前，先概略地說明關於本發明的知識。

<發明知識的概略說明>

在藉由將不鏽鋼鋼帶進行彎曲加工且將其兩端緣部對焊之TIG焊接(電縫焊接)來製造焊接不鏽鋼鋼管的製管管線中，於電縫焊接部的最終凝固部(焊珠)產生微小凹洞。於此凹洞深度在不鏽鋼鋼帶的厚度10%以上左右之情況下，具有此種凹洞的不鏽鋼鋼管係有因為用途而變得無法使用的情形。例如在作為熱交換器的用途中，具有上述凹洞的不鏽鋼鋼管係變得容易產生由熱疲勞所引起的破裂。

為了說明上述凹洞的一例，於圖5中，顯示將不鏽鋼鋼帶進行彎曲加工且將其兩端緣部對焊之TIG焊接後，其焊珠5的模樣。

圖5係說明焊珠寬度3變動狀態、產生於焊珠5中央部的凹洞4及凹洞4剖面形狀之概略圖。如圖5所示，在焊珠寬度3局部變寬的部分，於其中央部分產生上述凹洞4。

此處，一般來說，使用在氬氣添加H₂的混合氣體，來作為TIG焊接的保護氣體。H₂係活性氣體，故產生熱收縮效果(Thermal pinch效果)。因此，使用(Ar+H₂)混合氣體作為保護氣體的情況下，電弧係緊縮，並提高電弧指向性且得到抑制電弧波動之效果。

然而，使用(Ar+H₂)混合氣體作為TIG焊接法係具有以下問題。即具有(i)無法適用於具有氫脆之擔憂的材料；(ii)需要在焊接後進行退火等之脫氫處理的步驟及用於此等步驟的設備；(iii)因為H₂的濃度係成為焊接條件的一個變數，故品質管理變得困難等之缺點。

因此，本發明人們，即使在使用未添加H₂之惰性氣體作為保護氣體的情況下，針對能夠抑制焊接缺陷的產生之TIG焊接方法進行深入檢討，並得到以下想法。也就是說，即使具有電弧波動所引起之熱輸入的變動，本發明人考慮到是否能夠藉由在凝固時攪拌熔融池，來抑制成為熱輸入過多的部分之焊珠寬度變動，並同時防止低熔點的不純物在最終凝固部累積。接著，針對實現此想法的方法進行詳細檢討。

結果，獲得下述知識：在TIG焊接的電流波形成為脈衝波形之後，藉由使該頻率數成為較由被焊接材厚度而獲得之式(1)所求得之值還低的值(具體而言指的是後述頻率數的範圍)，而能夠獲得以下效果。也就是說，終於獲得以下知識：即使具有電弧波動所引起之熱輸入的變動，於熱輸入過多的部分，亦能夠抑制在凝固時攪拌熔融池而使低熔點的不純物在最終凝固部累積，藉此，能夠防止焊珠中央部產生凹洞(焊接缺陷的產生)。

f=(50/(t^0.5))^C．．．(1)

此處，f：脈衝頻率數(Hz)

t：鋼帶厚度(mm)

C：係數(0.8~1.4)。

接著，基於上述式(1)更進一步檢討的結果，發現到藉由使脈衝頻率數f成為40Hz~300Hz，能夠抑制焊珠寬度的變動，並能夠防止焊接缺陷的產生。

本發明的一態樣係基於上述知識。也就是說，在本實施形態之TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法中，其係藉由進行將不鏽鋼鋼帶朝寬度方向進行彎曲加工且將其兩端緣部對焊之TIG焊接時，使用頻率數為40Hz~300Hz之脈衝波形，來作為焊接電源的電流波形之方法。藉此，能夠製造焊接品質優異的TIG焊接不鏽鋼鋼管。

就藉由如此之脈衝頻率數的範圍而獲得上述效果的機制而言，可推定為例如以下的機制。也就是說，在焊接電流較高(脈衝的峰值電流)時，藉由電弧力在熔融池表面進行壓下之力量作用，而在焊接電流較低(脈衝的基底電流)時，電弧力下降且藉由熔融池的表面張力使熔融池進行抬升之力量作用。將此等交互作用而使熔融池振動。

此處，當脈衝頻率數未滿40Hz時，壓下及抬升的期間各自變得過長，使熔融池的振動變得不穩定。又，當脈衝頻率數超過300Hz時，壓下及抬升的期間各自變得過短，使熔融池無法達到充分振動。

又，脈衝頻率數在100Hz附近能夠達到最大效果。此係被認為是因為此脈衝頻率數係接近數十Hz之所謂熔融池的特有振動數，故使熔融池振動並攪拌的效果較大。

<TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法>

接著，針對本發明實施形態中TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法進行說明。

(焊接條件)

在本實施形態TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法中，朝向不鏽鋼鋼帶的寬度方向進行彎曲加工並使其兩端緣部對焊，並一邊在鎢電極與對焊部之間產生電弧，一邊移動鋼帶且形成焊珠。被用於此種TIG焊接之基本裝置等，係能夠使用一般所使用之裝置等。因此，為了使說明簡略化，省略已於圖式說明過的部分。

又，就上述彎曲加工的方法而言，雖未特別限定，但較佳係使用一般的滾筒成形法。在由滾筒的圓周速度差所產生之摩擦的影響及朝寬度方向‧圓周方向之材料曲折等而造成對焊部搖動時，較能夠適用本製造方法。

在本實施形態之TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法中，使用頻率數為40Hz~300Hz之脈衝波形來作為焊接電源的電流波形，並施加使電極1側為負極之直流脈衝電流，來進行脈衝TIG焊接。針對此脈衝波形而言並未特別限定。

就脈衝寬度(一周期的脈衝中峰值電流時間所占之比例)而言，雖然對效果的影響較小，但較佳係選定在30%~70%的範圍。

只要是能夠產生脈衝電弧的電流值，則用於產生脈衝電弧之峰值電流及基底電流之值係能夠因應不鏽鋼鋼材的組成及板厚等而適當地設定。又，焊接速度亦能夠因應不鏽鋼鋼材的組成及板厚等而適當地設定。此係因為電流值及焊接速度係與被焊接部的熱輸入量有密切關係。

舉例來說，適當地採用不鏽鋼鋼材的板厚在0.3~1.2mm左右的情況下，焊接速度：2~5m/min、基底電流：10~20A、峰值電流：210~230A、平均電流：120A前後(具體而言，例如118A~125A)等條件。

因為焊珠的寬度係能夠因應各種焊接條件來決定並獲得，故並未特別限定。通常，焊珠的寬度係成為不鏽鋼鋼材板厚的5倍左右。

又，一般來說，雖然能夠因應目的，將焊接填充材料(焊接線)添加熔融池並進行TIG焊接，但在本實施形態的TIG焊接中，不使用焊接填充材料。但是，亦可使用焊接填充材料來進行脈衝TIG焊接。

鎢電極只要是一般在直流TIG焊接中所使用之材質及形狀(電極直徑及前端形狀)即可。

又，在本實施形態的TIG焊接法中，不進行交織(Weaving)操作。但是，亦可進行交織操作。

又，可使用氬氣作為基底保護氣體，亦可使用與後述之保護氣體相同組成的氣體。

(保護氣體)

在本實施形態的TIG焊接法中，使用不添加H₂之惰性氣體作為保護氣體。就保護氣體而言，可為氬(Ar)氣、氦氣、或此等的混合氣體。保護氣體較佳係由Ar及無法避免的不純物所組成的氣體。

(基材鋼帶)

就作為用於製造TIG焊接不鏽鋼鋼管的基材之基材鋼帶而言，能夠因應TIG焊接不鏽鋼鋼管的用途，從習知所使用之不鏽鋼鋼帶中適當地選擇，並未特別限定不鏽鋼的種類。

此處，一般來說，即使在保護氣體添加H₂，奧式體系不鏽鋼亦難以受到H₂的影響。相對於此，若在保護氣體添加H₂，則奧式體系以外的不鏽鋼具有氫脆的顧慮。

以此點來看，因為本製造方法沒有必要在保護氣體添加H₂，故能夠適當地使用鐵素體系不鏽鋼。鎳含有量少的鐵素體系不鏽鋼係較奧式體系不鏽鋼便宜，故能夠冀求在市場上更積極的使用。

在鐵素體系不鏽鋼中，因為Cr含有量較高之高Cr鐵素體系不鏽鋼的熔點較高，故在熔融金屬凝固時，容易產生由凝固收縮而產生之高溫破裂(焊接缺陷)。即使相對於如此之高Cr鐵素體系不鏽鋼，亦能夠適當地使用本製造方法。此係因為，根據本製造方法，藉由適當地攪拌熔融池，延遲凝固收縮的發生，並使焊接缺陷不會發生，來獲得凝固的熔融金屬。

又，不鏽鋼鋼帶的組成較佳係含有11重量%以上且35重量%以下的Cr。若Cr的含有量未滿11重量%，則因為無法得到作為不鏽鋼的性能，故不適合。若Cr的含有量超過35重量%，則在不鏽鋼鋼帶的熔點變得過高的同時，因為會產生焊接部變硬且韌性容易變得顯著地下降之問題，故不佳。

又，在基材鋼帶為鐵素體系不鏽鋼的情況下，為了確保耐腐蝕性及焊接部韌性的目的，該鐵素體系不鏽鋼鋼帶的組成較佳係以下述之Si、Mn、Ni的成分來組成。

若Si未滿0.01重量%則其效果較差，且若添加超過1.0重量%則因為會使焊接性及焊接部的韌性下降，故設為0.01~1.0重量%，且較佳係0.05~0.25重量%。

若Mn未滿0.01重量%則其效果較差，且若添加過剩則因為會損害焊接性(焊接部硬化且變得缺乏韌性)，故設為0.01~0.6重量%，且較佳係0.10~0.40重量%。

Ni係能夠一邊增強母材的強度且提升韌性，若Ni未滿0.01重量%則其效果較差，且若超過0.6重量%則因為焊接部硬化且容易變得缺乏韌性，故設為0.01~0.6重量%，且較佳係0.10~0.40重量%。

再者，在更進一步提升所欲特性的情況下，如同後述的實施例般，鐵素體系不鏽鋼鋼帶亦可添加特定量之C、N、S、P、Mo、Nb等其他元素。

就基材鋼帶的板厚而言，雖未特別限定，但係例如0.1mm~1.2mm，且較佳係0.3mm~1.0mm。若板厚過厚，則脈衝效果會下降。此係被認為，因為若板厚變得越厚，則焊接部的熱容量變得越大，故脈衝之攪拌效果變得越小。

(不鏽鋼鋼管)

雖然不鏽鋼鋼管的直徑並未特別限定，但若從其與上述基材鋼帶板厚的關係來看，可設為6.35mm~89.1mm。具體而言，能夠例如為25.4mm(1英呎)或12.7mm。

(焊珠的變動寬度、變動比例、焊接缺陷數)

根據本實施形態之TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，能夠抑制焊珠寬度的變動，即能夠使焊珠寬度的變動幅度(變動比例)變小。又，能夠使形成於焊珠之焊接缺陷數變小。針對此焊珠的變動幅度、變動比例、及焊接缺陷數之評價，係基於圖6來進行說明。再者，焊珠寬度係亦意味著，相對於由TIG焊接所產生之焊珠的長邊方向(焊接中鋼帶的移動方向(焊接方向))之垂直方向的寬度。

圖6係為了說明焊珠5寬度變動幅度、變動比例及焊珠5缺陷之概略圖。本發明人們認識到，根據本發明TIG焊接不鏽鋼鋼管(以下亦稱為焊接鋼管)的製造方法，在經製造之焊接鋼管6中，焊接缺陷(圖6的A)存在之位置必為焊珠5寬度方向的中央部分，同時，在焊接缺陷存在位置(圖6的B)之焊接鋼管6長邊方向的前後，其焊珠5寬度必然較平常部分(圖6的C)還寬。因此，如後述般進行經製造之焊接鋼管6的焊珠5寬度變動幅度、變動比例及焊珠5缺陷的評價。

從經製造之長度為20m的各焊接鋼管中，切出一個長度為1m的評價材。就切出之數量而言，在後述之實施例1中合計為100個，在實施例2、實施例3及比較例中，各自合計為10個。舉例來說，此係意味著，針對後述之實施例1的表3所示之各試料，各別切出100個評價材來進行評價。

接著，針對各評價材，首先藉由目視，找出焊珠寬度較平常部分還寬的部位(圖6的B，以下亦稱為缺陷部位)。此處，平常部分係意味著，能夠正常地進行TIG焊接，且焊珠寬度成為固定或略為固定之部分。此略為固定係意味著，在特定的長度(例如100cm)周圍之焊珠寬度的變動係在±3%以內。再者，雖未圖示，但即使焊珠寬度較平常部分還寬，亦具有沒有產生凹洞的部位。在說明的方便性上，針對此種部位，以下亦稱為缺陷部位。

針對焊珠寬度較平常部分還寬的部位而被找出之評價材，進行下述(1)的評價。另一方面，在焊珠寬度較平常部分還寬的部位無法被找出之評價材中，即，於正進行評價之一個評價材的整個長度中焊接部的焊珠寬度皆相同，且整個長度都被認為是平常部分的情況下，並未針對該評價材進行更進一步的評價。

(1)焊接鋼管之焊珠寬度變動幅度

使用游標卡尺測定在長度1m的評價材中，平常部分的焊珠寬度(標準值)(圖6的X_C)與缺陷部位的焊珠寬度(圖6的X_B)。接著，將X_C與X_B-X_C分別作為上述評價材的焊珠寬度與上述缺陷部位的焊珠寬度變動幅度來記錄。再者，此圖6的X_B所示之焊珠寬度亦可以說是某一個缺陷部位中最大的焊珠寬度。又，本說明書中，X_B-X_C係能夠稱為某一個缺陷部位中焊珠寬度的變動值。上述標準值係能夠由以下來求得。也就是說，能夠將除了長度1m評價材中上述缺陷部位以外的殘餘焊珠(平常部分)，作為焊珠寬度的平均值來求得。舉例來說，能夠測定長度1m評價材之平常部分中經分散之焊珠的5點位置，並將獲得之焊珠寬度平均值，作為此平均值來求得。

接著，使用平常部分的焊珠寬度(標準值)(圖6的X_C)與上述變動值的絕對值，算出某一個缺陷部位中焊珠寬度的變動比例。再者，因為考慮到假定變動值為負值的情形，故採用變動值的絕對值。

具體而言，使用下式算出焊珠寬度的變動比例。

焊珠寬度的變動比例=(|X_B-X_C|/X_C)。

(2)焊接缺陷的判定

接著，在被認為評價材會存在焊接缺陷的位置(圖6的B)中，在與焊接鋼管長邊方向成為垂直方向的面進行切斷(參照圖5)，並藉由光學顯微鏡觀察截面，求得凹洞(圖6的A)的深度。接著，在凹洞深度為評價材之素材板厚10%以上的情況下，將此凹洞判斷為焊接缺陷。再者，在一個評價材中，被找出之焊珠寬度較平常部分還寬的位置係兩個位置以上時，針對各位置進行上述(1)與(2)的評價。

針對100個或10個評價材，在結束焊接鋼管的焊珠寬度變動幅度及變動比例與焊接缺陷的判定之後，將藉由上述(2)所判斷之焊接缺陷之位置數量，除以長度2000m(100個評價材的情形)或200m(10個評價材的情形)，求出焊接缺陷的個數(個/m)。又，基於從100個或10個評價材中所檢測出之全部缺陷部位而獲得之數據，來求出藉由上述(1)所求得之平常部分的焊珠寬度(X_C)、焊珠寬度的變動幅度(X_B-X_C)、焊珠寬度的變動比例等各自的平均值。

(焊接不鏽鋼鋼管、焊接不鏽鋼部件)

使用本實施形態的TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法所製造之焊接鋼管，其係具有將不鏽鋼鋼帶朝寬度方向進行彎曲加工，且將該不鏽鋼鋼帶的兩端緣部以TIG焊接而成之TIG焊接部。於此TIG焊接部中，含有前述焊珠、缺陷部位及焊接缺陷。

含有如此之焊接鋼管的TIG焊接不鏽鋼部件亦包含在本發明的範疇。就TIG焊接不鏽鋼部件而言，可舉出例如鍋爐、熱交換器、排氣用機器、化工廠配管等。

(總結)

如上述般，本發明一實施形態之TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，其係藉由將不鏽鋼鋼帶朝寬度方向進行彎曲加工且將其兩端緣部對焊之TIG焊接，來製造焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，其特徵在於：使用脈衝(pulse)頻率數為40Hz~300Hz的脈衝波形作為焊接電源之電流波形。

若電流較高(峰值電流)，則藉由電弧力在熔融池表面進行壓下之力量作用，若電流較低(基底電流)，則電弧力下降且藉由熔融池的表面張力使熔融池進行抬升之力量作用，並將此等交互作用而使熔融池振動。

當脈衝頻率數未滿40Hz時，壓下及抬升的期間各自變長，而使熔融池的振動變得不穩定，且當脈衝頻率數超過300Hz時，壓下及抬升的期間各自變短，使熔融池無法達到充分振動。

又，本發明一實施形態之TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，前述不銹鋼鋼帶的組成較佳係包含11~35重量%的Cr。

接著，本發明一實施形態之TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，在每1m長度的前述焊接不鏽鋼鋼管中，形成於前述焊接不鏽鋼鋼管表面的焊珠所具有之焊接缺陷數係0.5個以下。

又，本發明一實施形態之TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，在形成於前述焊接不鏽鋼鋼管表面的焊珠中，其相對於焊接方向之垂直方向的寬度為X_B，該寬度的標準值為X_C，且以下述(2)式所表示之變動比例較佳為5%以下：(變動比例)=(|X_B-X_C|/X_C)．．．(2)。

本發明一實施形態之TIG焊接不鏽鋼鋼管，其係將不銹鋼鋼帶朝寬度方向進行彎曲加工，且將該不銹鋼鋼帶兩端緣部以TIG焊接而成之具有TIG焊接部的TIG焊接不鏽鋼鋼管，其特徵在於：前述不銹鋼鋼帶的組成係包含11~35重量%的Cr，且在每1m長度的前述TIG焊接部中，前述TIG焊接部的焊珠所具有之焊接缺陷數係0.5個以下。

又，本發明一實施形態之TIG焊接不鏽鋼鋼管，前述焊珠中相對於焊接方向之垂直方向的寬度為X_B，該寬度的標準值為X_C，且以下述(2) 式所表示之變動比例較佳為5%以下：(變動比例)=(|X_B-X_C|/X_C)．．．(2)。

又，含有前述TIG焊接不鏽鋼鋼管的TIG焊接不鏽鋼部件亦被含於本發明的技術範圍內。

[實施例]

以下，雖然針對本發明一態樣之TIG焊接不鏽鋼鋼管製造方法的實施例進行說明，但本發明並非限定於此等實施例。

於表1，顯示以下所說明之實施例1與實施例2中，其所用的三種高純度鐵素體系鋼(鋼材A~C)鋼帶的合金組成。表1的最下列係實施例1與實施例2所用的素材(鋼材C)，其係厚度0.3mm的28%重量%之Cr-3.8重量%之Mo系高純度鐵素體系不鏽鋼。上面的兩列是實施例2所用之素材，其係厚度1.0mm及0.6mm的28%重量%之Cr-3.8重量%之Mo系高純度鐵素體系不鏽鋼。

又，表2中，顯示以下所說明之實施例3中，其所用的四種高純度鐵素體系鋼(鋼材D~G)鋼帶的合金組成，以及比較例所用的一種高純度鐵素體系鋼(鋼材H)鋼帶的合金組成。D鋼係17重量%Cr-2重量%Mo系高純度鐵素體系不鏽鋼(SUS444)、E鋼係22重量%Cr-1重量%Mo-Nb系高純度鐵素體系不鏽鋼(SUS445J1)、F鋼係30重量%Cr-2重量%Mo系高純度鐵素體系不鏽鋼(SUS447J1)、G鋼係14重量%Cr-低C系高純度鐵素體系不鏽鋼 (SUS410L)。又，表2最下列的H鋼係11重量%Cr系高純度鐵素體系耐熱鋼(其中Cr含有量未滿11%)(SUH409)。

再者，表2中的「-」記號係表示無法進行各成分含有量的分析，故無法得到數值。

(實施例1)

將於表1下列所示之高純度鐵素體系不鏽鋼(鋼材C)滾筒成形後，藉由使用Ar作為保護氣體之TIG焊接，製造φ12.7mm的焊接鋼管，並調查TIG焊接的焊接條件與焊接缺陷個數之關係。

如前述般，測定焊珠寬度，並算出變動寬度及變動比例。又，作為焊接缺陷，如圖4所示，在產生於焊珠中央部分的凹洞中，計算深度在素材厚度10%以上之凹洞數量。將結果顯示於表3及圖1~圖3。再者，於表3中，記載向上箭頭之欄的數值，係表示該欄的數值與位於該欄上方的欄之數值相同，且在本說明書以下所示之其他的表中，此係代表同樣的意思。

將每1m長度的焊接鋼管中缺陷個數為0.5個以下視為合格。於使用Ar作為保護氣體的情況下，在厚度0.3mm時，式(1)的結果(係數C=0.8時頻率數為37Hz，係數C=1.4時頻率數為555Hz)之範圍中，缺陷個數成為1.2個/m以下。接著，藉由使用脈衝頻率數為40Hz~300Hz的脈衝波形，能夠使焊接缺陷的個數成為0.5個/m以下。再者，雖然未能取得脈衝頻率數為40Hz條件下之焊接缺陷數的數值，但從其與焊珠寬度變動幅度的關係來看，焊接缺陷數未滿0.5個的機率可說是充分地高。針對此概念，能夠參照後述之使用圖3的說明而理解。

在被認為是式(1)的最佳條件下，即在接近以係數C=1.0時所求得頻率數91Hz之100Hz的條件下，缺陷數成為0.2個/m。又，在遠遠超過式(1)上限之5,000Hz頻率數的脈衝焊接中，幾乎不認為有產生效果。

f=(50/(t^0.5))^C．．．(1)

此處，f：脈衝頻率數(Hz)

t：鋼帶厚度(mm)

C：係數(0.8~1.4)。

此處，若將表3所示之結果整理成以圖式顯示，則如以下般。圖1係顯示焊珠寬度變動幅度所造成之脈衝頻率數的影響之圖。圖2係顯示焊珠缺陷數所造成之脈衝頻率數的影響之圖。

如圖1及圖2所示，能夠了解到，與使用直流焊接電流進行TIG焊接的情況相比，使用電流波形為脈衝波形之脈衝TIG焊接的情況係使得焊珠寬度的變動幅度及焊接缺陷數下降。又，能夠了解到，若使脈衝頻率數變化，則在脈衝頻率數100Hz附近成為最佳的效果。接著，藉由使脈衝頻率數在40Hz~300Hz的範圍，能夠使焊接缺陷的個數成為0.5個/m以下。

如此一來，確認到藉由使脈衝頻率數變化，能夠降低焊珠寬度的變動幅度及焊接缺陷數。

此處，因為焊珠寬度係根據鋼材的厚度變化，就焊珠寬度的變動幅度而言，若在普通地體現焊珠寬度變動幅度的同時，一併針對焊珠寬度的變動幅度與焊接缺陷數之關係進行調查，則能夠明白以下事項。圖3係顯示焊珠寬度的變動比例與焊接缺陷數之關係之圖。

如圖3所示，吾人認為焊珠寬度變動幅度與焊接缺陷數之間具有相關關係，若將焊珠寬度變動幅度控制在5%以內，則吾人明白能夠將焊接缺陷數抑制在0.5個/m以下，而能夠製造焊接鋼管的良品。

為了調查焊接缺陷的數量，如前述般，需要將評價材切斷並藉由光學顯微鏡觀察，且必須評價產生於焊珠之凹洞的深度，因而需要大量勞力。因此，在以下的實施例中，基於上述之焊珠寬度變動幅度與焊接缺陷數的關係，並藉由針對焊珠寬度變動幅度進行調查來評價焊接鋼管。

(實施例2)

如表1所示，將厚度不同之三種28重量%Cr-3.8重量%Mo系高純度鐵素體系不鏽鋼(鋼材A~C)滾筒成形後，藉由使用Ar作為保護氣體之TIG焊接，製造φ25.4mm的焊接鋼管，並調查TIG焊接的焊接條件與焊珠的寬度變動之關係。具體而言，於鋼材板厚變化時，針對本發明製造方法的效果進行調查。

將結果顯示於表4~6。針對各鋼材A~C，將相對於外部的平均焊珠寬度為5%以下的寬度變動(最大寬度與最小寬度的差值)視為合格。

於使用Ar作為保護氣體的情況下，例如，於不被厚度0.6mm時式(1)的結果(係數C=0.8時頻率數為28Hz，係數C=1.4時頻率數為342Hz)所涵蓋的頻率數(25Hz與350Hz)中，焊珠寬度的變動超過作為焊珠寬度平均值的3mm之5%，即超過0.15mm，相對於此，在頻率數為40Hz~300Hz的條件下，焊珠寬度的變動幅度係成為0.15mm以下(即5%以下的變動比例)。

f=(50/(t^0.5))^C．．．(1)

此處，f：脈衝頻率數(Hz)

t：鋼帶厚度(mm)

C：係數(0.8~1.4)

以下(i)~(iii)係各自顯示鋼材A~C的結果。

(i)藉由使用厚度1.0mm的鋼材A，並在表4所示之焊接條件下使用Ar作為保護氣體，且進行TIG焊接而得之焊接鋼管的外部平均焊珠寬度係約4.6mm。在脈衝頻率數40Hz~300Hz的條件下，焊珠寬度的變動比例係5%以下。

[表4]鋼材A

(ii)藉由使用厚度0.6mm的鋼材B，並在表5所示之條件下使用Ar作為保護氣體，且進行TIG焊接而得之焊接鋼管的外部平均焊珠寬度係約3.0mm。在脈衝頻率數40Hz~300Hz的條件下，焊珠寬度的變動比例係5%以下。

(iii)藉由使用厚度0.3mm的鋼材C，並在表6所示之條件下進行TIG焊接而得之焊接鋼管的外部平均焊珠寬度係約1.5mm。在脈衝頻率數40Hz~300Hz的條件下，焊珠寬度的變動比例係5%以下。

在表4~6的任一者，於未附加脈衝於焊接電流之直流TIG焊接的情況下，焊珠寬度的變動比例係10%前後，產生很多焊接缺陷。又，脈衝頻率數在本發明條件範圍以外的情況下，焊珠寬度的變動比例係大於5%，此時，亦產生很多焊接缺陷，而無法獲得焊接鋼管的良品。

相對於此，藉由脈衝頻率數係40Hz~300Hz的TIG焊接，吾人明白，此與鋼材的板厚無關，而能夠將焊接缺陷的數量抑制在0.5個/m以下，並製造焊接鋼管的良品。

(實施例3)

將Cr含有量為約14~30重量%之各種不鏽鋼鋼帶(表2的鋼材D~G)滾筒成形後，藉由使用Ar作為保護氣體之TIG焊接，製造φ25.4mm的TIG焊接鋼管。接著，調查TIG焊接的焊接條件與焊珠的寬度變動之關係。

以下顯示鋼材D~G各自的結果。

使用厚度0.3mm、0.6mm、1.0mm的鋼材D，藉由在表7所示之焊接條件下，使用Ar作為保護氣體進行TIG焊接。針對厚度0.3mm、0.6mm、1.0mm的各鋼材所獲得之焊接鋼管，其外部的平均焊珠寬度係各自為1.6mm、3.2mm、4.8mm。不管是在何種情況下，在脈衝頻率數40Hz~300Hz的條件下，焊珠寬度的變動比例係5%以下。

又，使用厚度0.6mm、1.0mm的鋼材E及鋼材F，藉由在表8及表9所示之各焊接條件下，使用Ar作為保護氣體進行TIG焊接。不管是在何種情況下，在脈衝頻率數40Hz~300Hz的條件下，焊珠寬度的變動比例係5%以下。

又，使用厚度0.3mm、0.6mm的鋼材G，藉由在表10所示之各焊接條件下，使用Ar作為保護氣體進行TIG焊接。不管是在何種情況下，在脈衝頻率數40Hz~300Hz的條件下，焊珠寬度的變動比例係5%以下。

即使在表7~表10中任一者所示之情況下，在未附加脈衝於焊接電流之直流TIG焊接的情況下，焊珠寬度的變動比例係10%前後，產生很多焊接缺陷。又，脈衝頻率數在本發明條件範圍以外的情況下，焊珠寬度的變動比例係大於5%，此時，亦產生很多焊接缺陷，而無法獲得焊接鋼管的良品

相對於此，藉由脈衝頻率數係40Hz~300Hz的TIG焊接，吾人明白，在Cr含有量約14~30重量%的各種鋼帶中，能夠將焊接缺陷的數量抑制在0.5個/m以下，並製造焊接鋼管的良品。

(比較例)

接著，作為比較例，將Cr含有量未滿11重量%(10.72重量%)之不鏽鋼鋼帶(表2的鋼材H)滾筒成形後，藉由使用Ar作為保護氣體之TIG焊接，製造φ25.4mm的TIG焊接鋼管。接著，調查TIG焊接的焊接條件與焊珠的寬度變動之關係。將此結果顯示於表11。

如本比較例所示，若Cr含有量未滿11重量%，則無法將焊珠寬度的變動幅度控制在5%以內。此係被認為，因為其熔點低，且藉由在施加脈衝時激烈地攪拌熔融池並引起波瀾，而使焊珠寬度產生變動。又，雖然並未顯示於此，即使於Cr含有量為35重量%以上的情況，亦無法將焊珠寬度的變動幅度控制在5%以內。此係被認為，因為其熔點高，且藉由焊接時的些微振動使熔融池變動，並以此狀態產生凝固。

Claims

一種焊接品質優異之TIG焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，其係藉由將不鏽鋼鋼帶朝寬度方向進行彎曲加工且將其兩端緣部對焊之TIG焊接，來製造焊接不鏽鋼鋼管的製造方法，其特徵在於：前述不鏽鋼鋼帶為鐵素體系不鏽鋼，且使用不添加H₂之惰性氣體作為保護氣體，並使用脈衝(pulse)頻率數為40Hz~300Hz的脈衝波形作為焊接電源之電流波形。
如請求項1所述之製造方法，其中，前述不鏽鋼鋼帶的組成係包含11~35重量%的Cr。
如請求項1或2所述之製造方法，其中，在每1m長度的前述焊接不鏽鋼鋼管中，形成於前述焊接不鏽鋼鋼管表面的焊珠所具有之焊接缺陷數係0.5個以下。
如請求項1或2所述之製造方法，其中，在形成於前述焊接不鏽鋼鋼管表面的焊珠中，其相對於焊接方向之垂直方向的寬度為X_B，該寬度的標準值為X_C，且以下述(1)式所表示之變動比例為5%以下：(變動比例)=(|X_B-X_C|/X_C)．．．(1)。
一種TIG焊接不鏽鋼鋼管，其係將不鏽鋼鋼帶朝寬度方向進行彎曲加工且將其兩端緣部以TIG焊接而成之具有TIG焊接部的TIG焊接不鏽鋼鋼管，其特徵在於：前述不鏽鋼鋼帶的組成係包含11~35重量%的Cr，且前述不鏽鋼鋼帶為鐵素體系不鏽鋼，並在每1m長度的前述TIG焊接部中，前述TIG焊接部的焊珠所具有之焊接缺陷數係0.5個以下。
如請求項5所述之TIG焊接不鏽鋼鋼管，其中，前述焊珠中相對於焊接方向之垂直方向的寬度為X_B，該寬度的標準值為X_C，且以下述(1)式所表示之變動比例為5%以下：(變動比例)=(|X_B-X_C|/X_C)．．．(1)。
一種TIG焊接不鏽鋼部件，其特徵在於：其係包含如請求項5或6所述之TIG焊接不鏽鋼鋼管。