等离子体保护电阻焊钢管的制造方法技术

在对油井管等高级钢管适用电阻焊钢管时，为了其品质、特别是灰斑的降低，彻底地重新研究了等离子体保护焊接中的等离子体工作气体的成分。其结果发现了在以往认识中被忽视的未添加氢或微量添加氢的效果，得到了最佳的等离子体工作气体的组成。即，本发明专利技术的等离子体保护电阻焊钢管的制造方法的特征在于，其在将钢板成形加工成管状并对其对接端面进行焊接时，对向等离子体枪的阴极与阳极之间供给的等离子体工作气体施加电压而生成等离子体，并利用该等离子体将焊接部附近保护，上述等离子体工作气体的成分中以体积％计N2为70％～90％，剩余部分为Ar及不可避免的杂质。该方法的特征还在于，在上述等离子体工作气体中进一步包含1体积％以下的H2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】等离子体保护电阻焊钢管的制造方法
本专利技术涉及将钢板成形加工为管状并对其对接端面进行焊接而制成钢管的电阻焊钢管的制造方法。
技术介绍
通常，电阻焊钢管通过利用许多辊组将由钢板构成的带状卷材连续地成形为管状，并对该管状的钢板进行利用工作线圈的感应加热、或利用接触片的直接通电加热而将钢板端部加热至规定温度使其熔融，同时一边利用挤压辊加压一边进行焊接(电阻焊)来制造。一直以来，在对含有容易生成氧化物的元素(Cr、Al、Ti、Si等)的钢板进行焊接来制造电阻焊钢管时，往往会在其焊接部产生称为灰斑(penetrator)的起因于氧化物的焊接缺陷。若产生该灰斑，则成为使韧性值(特别是低温韧性值)、耐蚀性及冷加工性降低的原因。作为其对策，报道了：在进行电阻焊时，通过以规定流速对钢板对接端面吹送1400℃以上的还原性高温燃烧焰或非氧化性高温等离子体，从而能够使氧化物减少，进而使氧化物排出(专利文献1)。通过所谓的非氧化性等离子体对焊接部进行保护的等离子体保护焊接已经被公开。但是，即使单是等离子体保护焊接，若等离子体为紊流，则变得容易卷入大气中的氧，灰斑的抑制效果显著差。因此，为了使等离子体变成层流，提倡级联(cascade)型的等离子体枪(也称为等离子体炬)(专利文献2)。级联型等离子体枪是对在阴极与阳极间施加电压而生成的等离子体进一步吹送阳极气体而使其等离子体化、并将其喷射的等离子体枪。此外，为了使等离子体中的气氛成为还原性气氛，提倡在等离子体工作气体中混入氢(H2)(专利文献1、2)。氢(H2)通过热传导系数的增加作用，对于焊接线能量的增加也有效果(专利文献2)。进而，本专利技术人深入进行了容易得到层流等离子体的等离子体枪的开发。其结果是，通过将在阴极与阳极间作为电极间嵌入物的级联制成阶段性地扩径的内部形状，获得了长的层流等离子体(专利文献3)。关于等离子体工作气体，如上述那样在以往的等离子体保护焊接中，从获得非氧化性(或还原性)气氛、热传导率大且增加线能量的方面出发，使等离子体工作气体中含有氢(H2)，为了获得该效果，提倡必须含有2体积％以上(专利文献2)。另一方面，氢会阻碍等离子体的稳定性。即，若增加氢含量，则容易变成紊流。因此，提倡将等离子体工作气体中的氢含量设为40％以下(专利文献1)、50％以下(专利文献2)。此外，还提出了在等离子体工作气体中除氢(H2)以外还添加氮(N2)、氦(He)而使热传导率提高。这种情况下，为了确保等离子体的稳定性，提倡将Ar含量设为50体积％以上，并将氮(N2)、氦(He)设为低于50％(专利文献1、2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2004-298961号公报专利文献2：国际申请公开公报WO2008-108450号公报专利文献3：未公开国际申请PCT/RU2011/000109号
技术实现思路
专利技术所要解决的课题目前，作为管线管或油井管、汽车用钢管用途，使用无缝钢管等高品质钢管，但从成本的观点、易制造性的观点出发，作为其替代品，电阻焊钢管的需求提高。为此，进一步要求以灰斑为代表的缺陷的降低。因此，本专利技术人为了进一步提高利用等离子体保护焊接的电阻焊钢管中的缺陷降低效果，进行了等离子体工作气体的再评价。特别是着眼于对等离子体性状的影响强的氢。已知氢不仅具有非氧化性(还原性)效果，而且由于热传导率大，所以若在等离子体工作气体中含有氢则发挥辅助热源作用。因此，电阻焊时的总的线能量位移至低输入功率侧是添加氢的效果。另一方面，由于电阻焊钢管制造时的操作条件的变动、例如被焊接材滚动等，会发生焊接部从等离子体脱离而变得得不到保护效果的情况。这样的话，电阻焊变成没有保护的(无保护)状态，所以焊接部的缺陷显著增加。由于因添加氢的辅助热源效果而焊接线能量位移至低线能量侧，所以产生线能量不足所特有的缺陷，该缺陷增加量变成近100倍。由于无法避免电阻焊钢管制造中的操作变动，所以为了得到高品质的电阻焊钢管，要求对该操作变动的适应性高的焊接方法、即稳定的保护方法。此外还获知，由于即使被等离子体保护，也变成以不稳定的(容易变成紊流)尾焰部进行保护，所以容易带入大气中的氧，造成氧化物缺陷的增加。另一方面，以往作为等离子体工作气体的主要气体成分的Ar具有使等离子体稳定性提高的效果，但由于是稀有气体所以昂贵，削减等离子体工作气体的成本的要求变强。从以上的情况出发，本专利技术的目的在于：对于等离子体保护焊接，彻底地重新研究等离子体工作气体的成分，提供用于实现缺陷数的进一步降低的等离子体保护焊接方法。本专利技术特别是以对等离子体工作气体中的氢的添加效果进行再评价、得到最佳的气体组成为课题。用于解决课题的方法本专利技术人为了消除氢对等离子体稳定性所具有的不良影响，着眼于未添加氢或微量添加氢的区域进行了分析。以往氢为2％以下被视为没有氢添加效果，但发现，通过宁可不添加氢，具有以下的优点。另外，将气体中的氢等的含量仅表示为％，但只要没有特别说明，其表示体积％。(a)由未添加氢或微量添加氢带来的缺陷降低在Ar-N2-H2系等离子体工作气体的情况下，氢由于热传导率大所以具有辅助热源作用，缺陷数变成极小的适宜的电阻焊线能量水平位移至低输入功率侧。另一方面，在利用没有添加氢的Ar-N2系等离子体工作气体的等离子体保护的情况下，适宜的线能量与添加氢的情况相比变大。确认了该适宜的线能量下的缺陷数与添加氢时的缺陷数没什么差异。此外还确认了没有保护的焊接中的适宜的线能量为与没有添加氢的Ar-N2系气体时相同的水平。因此发现即使是因电阻焊钢管的操作上的干扰而使得保护从焊接部脱离而变成无保护状态的情况，缺陷数的增加与添加氢的Ar-N2-H2系相比也变少。进而还发现，若增加氢添加量，则电阻焊的适宜的线能量向低热量侧位移，所以为了与无保护时的适宜的线能量一致，可以通过氢的微量添加来调整。由专利技术人的实验发现了通过含有1％以下的氢，能够将因操作上的干扰而变成无保护状态时的缺陷数的增大抑制到最小限度。(b)由未添加氢或微量添加氢带来的等离子体稳定化如上述那样，氢会阻碍等离子体稳定化。以往认为若为50％以下则对等离子体没什么影响。但是，本专利技术人细致地分析了氢添加的效果，发现若不进行氢(H2)添加，则等离子体的稳定性显著提高，层流的火焰变长。特别是在氢的微量(0～1％)添加区域中该效果大，若H2含量超过1％，则等离子体的退化变得显著，火焰长度变短。就近年来的长火焰化的层流等离子体而言，该退化更加成为问题。因此发现，为了得到稳定的等离子体，颠覆以往的本领域技术人员间的常识，制成不含有H2的气体体系、或者即使含有也以1％为限。(c)由氢添加量的减少带来的噪声水平的降低发现在Ar-N2-H2系等离子体工作气体的情况下，若使氢添加量减少则噪声水平也降低。发现特别是氢添加量达到1％以下时噪声水平极端地降低(80dB以下)。这会带来作业环境的显著改善。(d)由氢添加量的减少带来的等离子体枪寿命的提高在Ar-N2-H2系等离子体工作气体的情况下，如上述那样由于氢的热传导率大，所以对应于氢添加量的增加，等离子体工作气体所接触的等离子体枪受到的热负荷也增加。这会导致等离子体枪的寿命降低。相反，发现了若减少氢添加量，则等离子体枪的热负荷减少，会带来等离子体枪的寿命延长。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子体保护电阻焊钢管的制造方法，其特征在于，其是在将钢板成形加工成管状并对其对接端面进行焊接时，对向等离子体枪的阴极与阳极之间供给的等离子体工作气体施加电压而生成等离子体，并利用该等离子体将焊接部附近保护的等离子体保护电阻焊钢管的制造方法，所述等离子体工作气体的成分中，以体积％计N2为70％以上且90％以下，剩余部分为Ar及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种等离子体保护电阻焊钢管的制造方法，其特征在于，其是在将钢板成形加工成管状并对其对接端面进行焊接时，对向等离子体枪的阴极与阳极之间供给的等离子体工作气体施加电压而生成等离子体，并利用该等离子体将焊接部附近保护的等离子体保护电阻焊钢管的制造方法，所述等离子体工作气体的成分中，以体积％计N2为70％以上且90％以下，剩余部分为Ar及不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的等离子体保护电阻焊钢管的制造方法，其特征在于，所述等离子体工作气体进一步含有1体积％以下的H2。3.根据权利要求1所述的等离子体保护电阻焊钢管的制造方法，其特征在于，所述等离子体为层流。4.根据权利要求2所述的等离子体保护电阻焊钢管的制造方法，其特征在于，所述等离子体为层流。5.根据权利要求1～4中任一项所述的等离子体保护电阻焊钢管的制造方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：滨谷秀树，渡边史德，塚越一基，水桥伸雄，浅野拓也，三浦孝雄，本吉卓，山本和人，田中王治，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP