专利名称：焊接管制造用阻抗器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是焊接管制造用阻抗器，详细地说，涉及的是将带状的制管钢板成形为连续的管状，并使成为焊接部的钢板边缘形成直线状或螺线状，将成形后的钢板边缘通过高频感应焊接法或高频电阻焊接法进行加热·焊接时，为了提高焊接热效率在管内装入使用的焊接管制造用阻抗器。
背景技术：
焊接制管工序、例如高频感应焊接制管工序中，如图7(a)所示，从带状成形为管状的制管钢板1被工作线圈2中流过电流所产生的感应电流加热，由焊接滚筒3加压，使其在相对的两个钢板边缘处形成V收敛点(焊接点)并在此被焊接。
以提高焊接热效率为目的、装入管内使用的阻抗器由绝缘材料的壳体4以及磁性材料的磁芯5构成，并被心轴6连入。为了维持磁芯5在焊接中的性能，通过从心轴6供给的冷却水对其进行冷却。使用阻抗器的目的，是通过工作线圈2中流过的高频电流激磁磁芯5抑制感应电流流向管内面侧，这样，使焊接电流经由钢板边缘、集中在焊接点，从而提高焊接热效率。
因此，作为阻抗器的磁芯，第1导磁率要高，饱和磁通量密度要大；第2为了防止使用时的发热，电阻率要大、铁损要小，而且要能够加工成易于冷却的形状。第3即使使用时由于发热温度上升，还要求具有电磁特性变化小、居里温度高的性能。
现在做为磁芯多使用如图7(b)所示的、将铁氧体粉末50克进行烧结得到的氧化物磁性材料即铁氧体磁芯5A。另外，51是粘合剂。
但是，高频焊接时，由于焊接电流高，特别是制管的直径尺寸如果变小，铁氧磁芯的截面积也变小，相对于强磁场，磁通量密度易于达到饱和，焊接热效率降低。而且，铁氧磁芯的缺点是，使用中由于铁损引起发热，饱和磁通量密度下降大。同时，由于又硬又脆，还有使用中容易断裂的缺点。
由于这些缺点，使用铁氧体磁芯的阻抗器存在管焊接时焊接热效率不能提高到足够高的水平、且寿命短的问题。
为了弥补这些缺点，如图8(a)所示那样，将饱和磁通量密度高的硅钢等金属磁性材料加工成薄而窄的板71，用绝缘粘接剂72层状粘合，成为金属磁性材料叠层体7，将多个这样的叠层体7收入到绝缘壳体4中形成磁芯的阻抗器已经公知。
而且，从抑制阻抗器发热的观点出发，众所周知的技术有使极细直径的金属磁性线材叠层集束的技术(特公平7-14557号公报)或将厚度为0.1mm以下的极薄的金属磁性材料通过绝缘材料叠层为截面积50mm2以下的叠层体，用它作为磁芯的技术(特公昭61-31959号公报)。
上述的现有技术，主要着眼点都放在在确保某种程序焊接效率的同时，减少发热量。
可是，随着近年对钢管需求的增加，更高地提高钢管的生产率成为当务之急。因此，有必要提高制管速度。上述现有的阻抗器中，在提高制管速度时，不能使电流充分集中在焊接点。为了实现高速制管，虽然可以采用增大高频电源电容的方法，但是使用这一方法不仅制造成本变高，还浪费了能源。
另外，焊接管的制管尺寸有多种，由于适用于每个制管尺寸的阻抗器的尺寸是不同的，所以生产线中，与制管尺寸的变化相对应，需要交换成与此适合的尺寸的阻抗器，交换下来的阻抗器要保管到下一次的使用机会。该保管期间，会被形成磁芯的磁性金属残留在绝缘壳体内的冷却水腐蚀，阻抗器不耐再使用的情形并不少见。
发明内容
鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的是提供一种使焊接效率能够飞越性地提高、而且寿命长、具有良好的耐腐蚀性的焊接管制造用阻抗器以及焊接管的制造方法。
本发明者们对提高以钢板叠层体的集合体为磁芯的阻抗器的耐腐蚀性、焊接效率以及寿命的方法专心地进行了实验·研究。结果发现，通过使用于叠层体的钢板中的Cr量(含有量的意思，以下相同)为1.5％以上，例如如图2所示那样，磁芯的耐腐蚀性能够显著提高并可反复使用。
而且，还得出下述见解，将钢板的Cr量定在1.5％以上，Si量在2.5％以上，(C+N)量在100ppm以下，例如在图3中，焊接效率(用制管速度评价)显著提高。
而且，知道了将钢板的电阻率设在60μΩ·cm以上，磁芯的感应电流会有效降低，焦耳热产生量减少，由该热引起的磁芯的恶化进行变缓，结果例如图4所示，那样呈显出长时间的寿命。
另外，还得出了以下见解目前在叠层钢板时，使用的是由环氧系树脂构成的粘接剂，但这样的粘接剂不仅使磁芯的耐腐蚀性恶化，而且促进钢板发热、降低寿命。
本发明是基于上述见解进一步反复研究完成的，其主旨如下(1)将在板厚0.3mm以下的钢板表面形成有绝缘覆膜而成的覆膜钢板的叠层体收放到绝缘壳体内而成的焊接管制造用阻抗器中，其特征是，上述钢板所具有的组成是含有Cr1.5-20％、Si2.5-10％、C、N两种合计100ppm以下，或者还含有Al、Mn、P中的一种或2种以上，其中的Al在5％以下、Mn、P各1％以下，剩下的部分是Fe以及不可避免的不纯物。
(2)阻抗器的特征还在于，(1)记载的阻抗器中，上述钢板具有60μΩ·cm以上的电阻率。
(3)阻抗器的特征还在于，(1)或(2)记载的阻抗器中，上述叠层体是将上述覆膜钢板直接重叠叠层而成的。
(4)阻抗器的特征还在于，(1)～(3)中任一项记载的阻抗器中，上述叠层体以3％以上的填充率收放在绝缘壳体内。
图1表示本发明的阻抗器结构例的断面图。
图2表示阻抗器能够反复使用的次数与阻抗器的磁芯中所使用的钢板的Cr量之间的关系图。
图3表示在使用阻抗器下的制管速度与阻抗器的磁芯中所使用的钢板的Si量之间的关系图。
图4表示阻抗器的寿命与阻抗器的磁芯中所使用的钢板的电阻率的关系图。
图5表示固定本发明涉及的叠层体的形状的优选方法的说明图。
图6是对本发明涉及的、叠层体与管的内面之间距离的优选关系的要点说明图。
图7(a)表示使用阻抗器进行高频率感应焊接制管工序生产线的模式图，图7(b)表示现有的铁氧体磁芯的图(a)中AA向断面图。
图8(a)表示现有的金属磁性材料叠层体的模式图，图8(b)是表示现有的金属磁性材料叠层体的图8(a)中AA断面图。
符号说明1制管钢板(焊接管的材料)2工作线圈3焊接滚筒4壳体(绝缘壳体)5磁芯5A铁氧体磁芯6心轴7金属磁性材料叠层体8覆膜钢板9杆10层积体11结束子(线、带子等)20管21管内叠层体的含与管中心线最近的部分的假想圆71板72绝缘粘接剂具体实施方式
图1是表示本发明的阻抗器结构例的断面图。图1中，10是叠层覆膜钢板8形成的叠层体，将多个该叠层体10收放在绝缘壳体4内，形成磁芯。叠层体10如图所示，保持平衡且大致均等地配置在杆9的周围较好。作为它们的配置方式，这里列举了放射状(图1(a))，平行状(图1(b))。
本发明中对钢板(除去覆膜钢板的覆膜的部分)的组成做了如上的限定，其理由在下面阐述。另外，涉及组成的％指的是质量％，ppm指的是质量ppm。
Cr1.5-20％Cr是能够提高耐腐蚀性和韧性的元素，因为其效果在Cr量1.5％以上才能表现出来，另外，Cr量如果超过20％，即使增加含量效果已饱和，所以将其定为1.5-20％。
Si2.5-10％Si是提高电磁特性的元素，本发明中由于Si为2.5％以上时焊接效率明显提高(图3)。另一方面，如果Si超过10％，则过于坚硬轧制困难，钢板的制造成本会变高。
C、N合计100ppm以下。
C、N与Cr、Si结合形成碳化物、氮化物，会降低Cr的耐腐蚀性提高、Si的电磁特性提高的效果。这样的负面作用当(C+N)的量超过100ppm时变得明显。另外，对下限没有进行限定，但在现在的制造技术中大约为1ppm。
Al、Mn、P中的一种或2种以上Al在5％以下，Mn、P各在1％以下。
Al是提高电磁特性的元素，优选含有量是0.005％以上。但是，如果Al的含量超过5％，则钢的韧性会恶化，所以Al的含量定在5％以下。
Mn、P是对提高电磁特性有帮助的元素。虽然根据需要含有一些，但由于其含有量超过1％的话，成本会上升，所以将1％定为上限。
除了上述成分以外，剩下的为Fe以及不可避免的不纯物。而且不可避免的不纯物中，0从保证韧性的观点出发定在50ppm以下，S也从保证韧性的观点出发定在20ppm以下较好。
本发明中，在上述钢板组成的要件上，还要加上电阻率在60μΩ·cm以上的要件。电阻率不到60μΩ·cm时，使用时焦耳热产生量大、寿命短，但随着电阻率从60μΩ·cm向80μΩ·cm增加，寿命急剧延长，电阻率超过80μΩ·cm，寿命稳定在较高水平上(图4)。因此，将电阻率定在寿命显著延长的60μΩ·cm以上的范围。更为优选的是定在寿命稳定在较高水平上的80μΩ·cm以上的范围。另外，在电阻率上无需特别设置上限设置。
另外，由于钢板的板厚如果超过0.3mm，则焊接效率提高的效果会降低，所以将钢板的板厚限制在0.3mm以下。
另外，为了使叠层体内的钢板之间具有充分的绝缘性，优选地在叠层的钢板的表面上涂敷具有800℃以上的耐热性的绝缘材料，对形成绝缘覆膜的覆膜钢板进行叠层。如果绝缘覆膜的厚度过薄的话，叠层体内钢板之间的绝缘将不充分绝缘，磁芯的寿命会变短。
作为绝缘材料，较好的是能使用无机系的物质(磷酸镁、氧化铝、钙等)。由于有机系的物质(环氧树脂、丙烯基、异丁烯基等)，有可能会使耐腐蚀性恶化、促进发热，所以使用它们时要注意。
另外，叠层板时，虽然一般使用由环氧系树脂等构成的粘接剂来固定叠层体的形状，但如上所述使用该固定方法并不好。于是，本发明中较好的是，直接重合叠层上述覆膜钢板而不在板间使用粘接剂。这时，叠层体的形状固定方法例如如图5所示，用线、带子等结束子11结束由覆膜钢板直接重叠形成的叠层体10的端部的方法较好。结束子的材质希望的是使用具有良好绝缘性、耐热性的物质(例如陶瓷、耐热性树脂等)。
另外，将叠层体收放在绝缘壳体中，叠层体的填充率(定义绝缘壳体内，磁芯的截面积与空间截面积的比率)在3％以上较好。如果填充率不满3％，就不能期望会提高焊接效率。而且填充率越高焊接效率也越高，更好的是填充率在70％以上。
另外，使用本发明的阻抗器制造焊接管时，例如如图6所示，对应所制造的管20的截面尺寸，阻抗器内的叠层体10的全部收放在由距管内面的最短距离为300mm以下的所有的点构成的管内区域内，使用具有上述结构的阻抗器较好。这样，就能够期待进一步提高焊接效率。
实施例将由0.07％的C-0.1％的Si-0.6％的Mn钢构成的厚度为5.0mm的焊接管材料即制管钢板通过高频感应焊接法(频率为70kHZ，输出功率为700kW)进行电焊，制造如表1所示的管内径的焊接管时，将如表1所示规格的阻抗器装入管内，边向绝缘壳体内通入冷却水边进行电焊，对制管速度(与焊接效率成比例)以及阻抗器的反复使用次数和寿命进行调查。
表1
※管内面与管内叠层体到管中心线最近部分的最短距离通过表1可以知道，本发明的实施例中，制管速度，反复耐用次数、寿命3个项目均良好。另一方面，比较例中这3项内容中一项以上，特别是反复耐用次数和寿命要比实施例差。
工业上的可利用性依据本发明，在制造焊接管中，有阻抗器的寿命显著延长、可反复使用次数飞越性提高，焊接效率提高的良好效果。
权利要求
1.一种焊接管制造用阻抗器，将在板厚为0.3mm以下的钢板表面形成有绝缘覆膜而成的覆膜钢板的叠层体收放到绝缘壳体内而成，其特征是，上述钢板的组成如下，含有Cr1.5-20％、Si2.5-10％、C、N两种合计在100ppm以下，或者在上述基础上还含有Al、Mn、P中的一种或2种以上，其中的Al在5％以下、Mn、P各在1％以下，剩下的部分是Fe以及不可避免的不纯物。
2.如权利要求1所述的阻抗器，其特征是，上述钢板具有60μΩ·cm以上的电阻率。
3.如权利要求1或2所述的阻抗器，其特征是，上述叠层体是将上述覆膜钢板直接重叠叠层形成的。
4.如权利要求1～3中任一项所述的阻抗器，其特征是，上述叠层体以填充率为3％以上收放在绝缘壳体内。
全文摘要
将在板厚为0.3mm以下的钢板表面上形成有绝缘覆膜而成的覆膜钢板8的叠层体10收放到绝缘壳体内4而成的焊接管制造用阻抗器中，其具有的特征是上述钢板的组成如下，含有Cr1.5－20％、Si2.5－10％、C、N两种合计在100ppm以下，或者在上述基础上还含有Al、Mn、P中的一种或2种以上，其中的Al在5％以下、Mn、P各在1％以下，剩下的部分是Fe以及不可避免的不纯物，以及较好的是具有60μΩ·cm以上的电阻率。
文档编号B23K13/08GK1462219SQ01816134
公开日2003年12月17日 申请日期2001年8月2日 优先权日2001年8月2日
发明者丰冈高明, 冈部能知, 板谷元晶, 荒谷昌利, 近藤修 申请人:川崎制铁株式会社