埋弧焊方法、通过该焊接方法形成的焊接接头以及具有该焊接接头的钢管的制作方法
【专利摘要】本发明提供埋弧焊方法、通过该焊接方法形成的焊接接头以及具有该焊接接头的钢管。埋弧焊方法是当通过埋弧焊进行对焊时，在焊接了钢板的下表面侧后焊接上表面侧的焊接方法，在该焊接方法中，下表面侧焊接金属的熔融边界线与上表面侧焊接金属的熔融边界线在会合点相交，在从该会合点朝钢板的上表面的方向5mm的位置通过且平行于上表面的第一平行线、与上表面侧焊接金属的熔融边界线在第一交点相交，将上述会合点和上述第一交点连结的上表面侧边界直线、与垂直于第一平行线的线构成的角θ1在15°以上，并且，在从会合点朝钢板的下表面的方向5mm的位置通过且平行于下表面的第二平行线、与下表面侧焊接金属的熔融边界线在第二交点相交，将上述会合点和上述第二交点连结的下表面侧边界直线、与垂直于第二平行线的线构成的角θ2在15°以上，并且使钢板的下表面侧的焊接线能量与上表面侧的焊接线能量的合计线能量Q(kJ/cm)、和钢板的板厚t(mm)之间满足Q≤1.3×t1.37的关系，由此稳定地得到高韧性的焊接热影响部。
【专利说明】埋弧焊方法、通过该焊接方法形成的焊接接头以及具有该 焊接接头的钢管
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钢板的埋弧焊方法。
[0002] 另外，本发明涉及通过上述埋弧焊方法形成的焊接接头以及具有该焊接接头的钢 管。
【背景技术】
[0003] 在焊接钢板时使用的埋弧焊能够供给大电流而增加熔深以及焊丝熔敷量，因此作 为高效率的焊接技术广泛普及。尤其是在通过埋弧焊对厚钢板进行对焊的情况下，能够采 用多电极，分别用一条焊道焊接厚钢板的下表面侧与上表面侧（所谓的双面单层堆焊）。
[0004] 在该双面单层堆焊中，为了使下表面侧的焊接金属与上表面侧的焊接金属充分重 叠，不产生未熔融部，需要确保熔深，因此一般情况下供给1000A以上的大电流来进行焊接 (例如专利文献1、2)。
[0005] 另外，为了抑制咬边等表面缺陷，需要形成宽度较大的焊珠（bead)，因此也进行增 加电压等焊接条件的调整。
[0006] 然而，若电流、电压增加，则导致焊接线能量的增大，产生焊接热影响部的韧性恶 化的问题。针对这样的问题，为了提高焊接热影响部的韧性，研宄改善钢板的特性的技术 (例如专利文献3、4、5)、在焊接施工中使用细径焊丝的技术（例如专利文献6、7)、控制焊珠 形状的技术（例如专利文献8、9)等。
[0007] 但是，上述专利文献3?9公开的技术难以稳定地提高焊接热影响部的韧性。
[0008] 换句话说，在焊接了钢板的下表面侧时的焊接热影响部（尤其是粗粒域）因上表 面侧的焊接而被再次加热，因此产生被称为局部脆化区域的韧性恶化区域，脆化区域的尺 寸、形状根据焊接热影响部的形状而变化，因此韧性产生差别。
[0009] 专利文献1 :日本特开平11-138266号公报
[0010] 专利文献2 :日本特开平10-109171号公报
[0011] 专利文献3 :日本特开2002-146471号公报
[0012] 专利文献4 :日本特开2004-52104号公报
[0013] 专利文献5 :日本特开2009-91653号公报
[0014] 专利文献6 :日本特开2006-272377号公报
[0015] 专利文献7 :日本特开2009-241128号公报
[0016] 专利文献8 :日本特开2010-274275号公报
[0017] 专利文献9 :日本特开2010-274276号公报
【发明内容】
[0018] 本发明是为了解决上述的问题而开发的，因此目的在于提供能够在通过埋弧焊对 钢板进行对焊时，稳定地得到高韧性的焊接热影响部的埋弧焊方法。
[0019] 另外，本发明的目的在于提供通过上述的埋弧焊方法形成的焊接接头、以及具有 该焊接接头的钢管。
[0020]
【发明者】在各种焊接条件下，进行在焊接了钢板的下表面侧后焊接上表面侧的埋弧 焊，并对焊接接头的焊接热影响部的韧性进行了调查。
[0021] 其结果，发现如下情况，即、将焊接线能量抑制在恒定量以下，并且在下表面侧与 上表面侧分别适当地对熔融后凝固形成的焊接金属与形成于未熔融的钢板的焊接热影响 部的边界线（以下，称为熔融边界线）的倾斜角度进行控制，从而能够稳定地得到韧性优越 的焊接热影响部。
[0022] 本发明是基于这样的见解而完成的。
[0023] 即，本发明的埋弧焊方法是当通过埋弧焊进行对焊时，在焊接了钢板的下表面侧 后焊接上表面侧的焊接方法，
[0024] 在上述埋弧焊方法中，
[0025] 下表面侧焊接金属的熔融边界线与上表面侧焊接金属的熔融边界线在会合点相 交，在从该会合点朝钢板的上表面的方向5mm的位置通过且平行于上表面的第一平行线、 与上表面侧焊接金属的熔融边界线在第一交点相交，当将上述会合点和上述第一交点连结 的上表面侧边界直线、与垂直于第一平行线的线构成的角设为Θ 1(° )时，该Θ 1满足下述 的（1)式，
[0026] 并且，在从会合点朝钢板的下表面的方向5mm的位置通过且平行于下表面的第二 平行线、与下表面侧焊接金属的熔融边界线在第二交点相交，当将上述会合点和上述第二 交点连结的下表面侧边界直线、与垂直于第二平行线的线构成的角设为Θ 2 (° )时，该Θ 2 满足下述的（2)式，并且
[0027] 钢板的下表面侧的焊接线能量与上表面侧的焊接线能量的合计线能量Q(kJ/cm)、 和钢板的板厚t (mm)之间满足下述的（3)式的关系，
[0028] 其中，
[0029] Θ 1 彡 15 ... (1)
[0030] Θ 2 彡 15 …（2)
[0031] Q^L 3 XtL 37 …（3)。
[0032] 另外，在本发明的埋弧焊方法中，优选，Θ 1与所述Θ 2满足下式（4):
[0033] Θ 1+ Θ 2 彡 50 ... (4)。
[0034] 而且，优选，钢板的上表面侧的焊接线能量比钢板的下表面侧的焊接线能量大，并 且分别用三个以上电极并且用一条焊道，进行钢板的下表面侧以及上表面侧的焊接。
[0035] 另外，本发明是通过上述的埋弧焊方法形成的焊接接头以及具有该焊接接头的钢 管。
[0036] 此外，在本发明中，将焊接的钢板的两面中的先焊接的一侧的面作为下表面，将之 后焊接的一侧的面作为上表面。
[0037] 根据本发明，在钢板的埋弧焊中能够稳定地得到韧性优越的焊接热影响部，因此 在工业上起到显著的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0038] 图1是示意性地表示通过本发明形成的焊接接头的例子的剖视图。
[0039] 图2是示意性地表示钢板的坡口形状的例子的剖视图。
[0040] 图3是示意性地表示夏比冲击试样的采取位置的剖视图。
【具体实施方式】
[0041] 图1是示意性地表示通过本发明形成的焊接接头的例子的剖视图。以下，参照图 1对本发明进行说明。
[0042] 首先，通过埋弧焊焊接钢板1的下表面侧，得到焊接金属2 (以下，称为下表面侧焊 接金属）。接下来，通过埋弧焊焊接钢板1的上表面侧，得到焊接金属3 (以下，称为上表面 侧焊接金属）。
[0043] 将在从下表面侧的熔融边界线4与上表面侧的熔融边界线5相交的点6 (以下，称 为会合点）朝钢板1的上表面的方向5mm的位置通过且与上表面平行的线7设为第一平行 线。将该第一平行线7与上表面侧的熔融边界线5相交的点8设为第一交点。而且，将连 结会合点6与第一交点8的直线9设为上表面侧边界直线，将该上表面侧边界直线9与垂 直于第一平行线7的线构成的角设为Θ1(° )。
[0044] 此外，会合点形成于两处位置，但优选作为基准的会合点采用靠近板厚中心的点。
[0045] 另外，将在从会合点6朝钢板1的下表面的方向5mm的位置通过且与下表面平行 的线10设为第二平行线。将该第二平行线10与下表面侧的熔融边界线4相交的点11设 为第二交点。而且，将连结会合点6与第二交点11的直线12设为下表面侧边界直线，将该 下表面侧边界直线12与垂直于第二平行线10的线构成的角设为Θ 2 (° )。
[0046] 使角度Θ1为15°以上，由此能够提高焊接热影响部的韧性。其理由可以考虑为 若上表面侧边界直线9接近水平，则裂纹的传播路径复杂化，裂纹发展时需要的传播能量 变高。
[0047] 因此，Θ1如以下的⑴式所示的那样，为15°以上。然而，为了形成Θ1超过 5Θ°那样的焊接部，需要大量的焊接线能量。因此，Θ1优选为15?50°的范围。更优选 为30?50。的范围。
[0048] θ 1 彡 15 ... (1)
[0049] 另外，使角度Θ 2为15°以上，由此提高焊接热影响部的韧性。其理由可以考虑为 与上述相同，若下表面侧边界直线12接近水平，则裂纹的传播路径复杂化，裂纹发展时需 要的传播能量变高。
[0050] 因此，θ 2也如以下的⑵式所示的那样，为15°以上。然而，对于形成Θ 2超过 50°那样的焊接部而言，需要大量的焊接线能量。因此，Θ 2优选为15?50°的范围。更 优选为30?50°的范围。
[0051] Θ 2 彡 15 …（2)
[0052] 此外，会合点6与第一平行线7以及第二平行线10的距离与用于评价韧性的夏比 冲击试验的试样的采取位置配合地，分别设定为5mm。
[0053] 而且，Θ1与Θ2的总和如以下的⑷式所示的那样，优选为50°以上。若使 Θ 1+ Θ 2为50°以上，则能够使通过下表面侧的焊接产生的焊接热影响部的韧性在上表面 侧的焊接中被再加热而恶化的区域的面积较小，结果使韧性提高。
[0054] θ 1+ θ 2 彡 50 ... (4)
[0055] 此外，在板厚为25. 4mm以上的厚钢板的焊接中，焊接金属的形状成为在板厚方向 进一步伸长的形状，因此角度Θ1以及角度Θ 2容易成为15°以下。因此，在这样的厚钢板 中，尤其能够期待韧性的提高。
[0056] 此处，应用本发明尤其有效的钢板的板厚为20?40mm左右。
[0057] 另外，焊接钢板1的下表面侧与上表面侧时的焊接线能量需要根据钢板1的板厚 设定。这是因为：对于板厚较大的钢板而言，尤其是板厚为25. 4mm以上的厚钢板，线能量增 大，容易使焊接热影响部的韧性恶化。因此，在钢板的下表面侧的焊接线能量与上表面侧的 焊接线能量的合计线能量Q(kj/cm)相对于钢板1的板厚t满足以下的（3)式的范围内，进 行焊接。
[0058] Q 彡 1.3 Xt1.37 ... (3)
[0059] 但是，在厚钢板的埋弧焊中，若Q不足t137kj/cm，则难以确保足够的熔深与熔敷 量。因此，在这样的厚钢板尤其是板厚为25. 4?38. Imm的厚钢板的埋弧焊中，优选Q在 t1·37?I. 3Xt 137kJ/cm 的范围内。
[0060] 此外，下表面侧与上表面侧的焊接线能量不必相同，优选使上表面侧的焊接线能 量比下表面侧的焊接线能量大。其理由是：通过将下表面侧的焊接的焊接线能量抑制为较 低，能够防止下表面侧的熔融边界线4附近的焊接热影响部的粗粒化，其结果，能够防止因 焊接上表面侧时的再加热而引起的韧性恶化。
[0061] 如以上说明的那样，不论坡口形状、焊接电流、焊接电压、焊接速度、电极数、电极 配置如何，均能够发挥通过钢板的埋弧焊稳定地得到焊接热影响部的优越的韧性的本发明 的效果。尤其是，优选本发明应用于对钢板的下表面侧与上表面侧均用三个以上电极并且 用一条焊道进行焊接的双面单层堆焊。
[0062] 此处，在用三个以上电极进行焊接的情况下，在钢板的下表面侧的焊接中，优选在 焊接行进方向的前端的电极（以下，称为第一电极）使用焊丝直径3. 2mm以上的焊丝，并使 焊接电压为33V以上。另一方面，在钢板的上表面侧的焊接中，优选在第一电极使用焊丝直 径3. 2mm以下的焊丝，并使焊接电压为33V以下。通过这样设定第一电极进行焊接，容易调 整下表面侧的熔融边界线4与上表面侧的熔融边界线5的倾斜角度，其结果，容易将角度 Θ 1、Θ 2控制在上述的范围内。
[0063] 此外，对于焊丝而言，在本发明也能够使用一般的埋弧焊中广泛使用的实心焊丝， 也能够使用内含了金属粉等填充材料的药芯焊丝。
[0064] 另外，本发明的埋弧焊方法能够适当地应用于UOE钢管、螺旋钢管、板卷钢管等大 径钢管的造管焊接（内外表面的双面焊接）。
[0065] 此外，UOE钢管是指如下钢管：使冲压成U字形的钢板彼此在两端对接以使成为O 字形，并在焊接内外表面之后，扩张为所希望的口径。
[0066] 此处，这些钢管的造管焊接一般按内表面、外表面的顺序进行，因此该内表面以及 外表面分别相当于本发明所述的下表面、上表面。
[0067] 实施例
[0068] 在具有表1所示的成分的两种钢板（板厚t :25. 4_，38. Imm)形成图2所示的形 状的坡口之后，进行下表面侧的埋弧焊（一条焊道），然后进行上表面侧的埋弧焊（一条焊 道）。
[0069] [表 1]
[0070] 表 1
[0071]
【权利要求】
1. 一种埋弧焊方法，其是当通过埋弧焊进行对焊时，在焊接了钢板的下表面侧后焊接 上表面侧的焊接方法， 所述埋弧焊方法的特征在于， 下表面侧焊接金属的熔融边界线与上表面侧焊接金属的熔融边界线在会合点相交，在 从该会合点朝所述钢板的上表面的方向5mm的位置通过且平行于该上表面的第一平行线、 与所述上表面侧焊接金属的熔融边界线在第一交点相交，当将所述会合点和所述第一交点 连结的上表面侧边界直线、与垂直于所述第一平行线的线构成的角设为Θ 1(° )时，该Θ 1 满足下述的（1)式， 并且，在从所述会合点朝所述钢板的下表面的方向5mm的位置通过且平行于该下表 面的第二平行线、与所述下表面侧焊接金属的熔融边界线在第二交点相交，当将所述会合 点和所述第二交点连结的下表面侧边界直线、与垂直于所述第二平行线的线构成的角设为 Θ 2 (° )时，该Θ 2满足下述的（2)式，并且 所述钢板的下表面侧的焊接线能量与上表面侧的焊接线能量的合计线能量Q(kJ/cm)、 和所述钢板的板厚t (mm)之间满足（3)式的关系， 其中， Θ 1 15 ...⑴ Θ 2 彡 15 ... (2) Q 彡 1.3Xt137 - (3) 〇
2. 根据权利要求1所述的埋弧焊方法，其特征在于， 所述Θ 1与所述Θ 2满足下式（4): Θ 1+ Θ 2 彡 50 …（4) 〇
3. 根据权利要求1或2所述的埋弧焊方法，其特征在于， 所述钢板的上表面侧的焊接线能量比所述钢板的下表面侧的焊接线能量大。
4. 根据权利要求1?3中任一项所述的埋弧焊方法，其特征在于， 分别用三个以上电极并且用一条焊道，进行所述钢板的下表面侧以及上表面侧的焊 接。
5. -种焊接接头，其特征在于， 通过权利要求1?4中任一项所述的埋弧焊方法形成。
6. -种钢管，其特征在于， 具有权利要求5所述的焊接接头。
【文档编号】B23K9/18GK104520049SQ201380041475
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年5月24日 优先权日:2012年8月9日
【发明者】上月涉平, 石神笃史, 早川直哉 申请人:杰富意钢铁株式会社