激光焊接钢管及其方法技术

一种激光焊接钢管包括：一种基本上由０．０１－０．５ｗｔ％的Ｃ、１ｗｔ％或更少的Ｓｉ、０．０５－２ｗｔ％的Ｍｎ和６ｗｔ％或更少的Ｃｒ组成的钢管；具有含有碳和氧的熔化和凝固金属组织的焊接区。在该熔化和凝固金属组织中的碳含量（Ｃｗｔ％）和氧含量（Ｏｗｔ％）满足以下关系式：当钢管含有低于０．２ｗｔ％的Ｃ时，（Ｃｗｔ％）×（Ｏｗｔ％）≤０．００６，当钢管含有０．２ｗｔ％或更多的Ｃ时（Ｏｗｔ％）≤０．０３。制造方法包括：使用挤压辊对开口管加压将边缘部分彼此对接在一起；通过激光光束照射加热和熔化两个边缘部分对已对接的两个边缘部分进行焊接。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种激光焊接钢管及其制造方法。在制造钢管的常规方法中，连续成形钢带以制备带有边缘部分的敞口管，然后加热和焊接彼此相对的边缘部分。用常规方法制造的钢管通常被称为电缝(electroseamed)钢管，它们被广泛地用于机械结构、各类工厂的管道、总管和部件。这种电缝钢管包括普通碳钢管、低合金钢管和不锈钢管。然而，大多数电缝钢管是普通碳钢管和低合金钢管。制造方法中焊接部分的加热是通过高频加热或电阻加热进行。这些加热方法同制造焊接钢管的其它方法比较具有生产率高的优点。尽管如此，电缝焊接法可能先天地在焊接部位引起一些细小缺陷，所以认为该方法不能用于具有高可靠性要求的产品。例如，在电缝钢管的生产和应用中限制使用含有大量合金元素的不锈钢电缝钢管。这种限制的最大原因是，该电缝焊接法使焊接部分处于普通熔焊和加压焊之间的居中状态，该焊接部分不能在其中形成清洁熔池，以致在焊接过程中生成的各种夹杂物如氧化物很难从钢组织内部被排出。为了克服这种电缝焊接的缺点，应用了各种技术。其中，在未经审查的日本专利公报NO.56-168981中公开了一种方法，该方法用于改进由于上述焊接部分未完全熔化而引起的缺点。按照该公开技术，通过高频加热对开口管上彼此相向的边缘部分进行预热，随后在挤压辊附近用激光束熔化边缘部分的接点进行加压焊接。在这种方法中，常规电缝焊接法和激光加热法的结合保证了边缘部分最终被熔化焊接在一些。因此，可以预料成为电缝焊接法问题的夹杂物引起的缺陷将会明显减少。此外，预热可以消除在高速激光焊接中经常产生的不完全的焊接熔深。可以认为在未经审查的日本专利公报NO.56-168981中公开的上述技术，是一种用于高速制造钢管又不产生缺陷的基本技术。然而，为了将该技术用于工业生产线，还存在许多有待解决的问题。其中最大的问题是确定能满足焊接的辐照能数量。激光焊接在提高焊接速度(提高生产率)和降低缺陷率之间还存在着矛盾关系。也就是，通过增大辐照能数量或降低制管速度来提高从钢水池中去除已产生的夹杂物的可能性，从而提供一种较少夹杂物的焊接部分。然而，这种状态会降低生产率。有关气孔也存在着类似关系。也就是，在熔化过程中产生的气泡穿过熔池浮升起来，如同在夹杂物的行为中观察到的那样，最后气泡从熔池排出。如果激光辐照能量强，则钢的冷却速度变慢，预料有足够的时间保证直到相当数量的气泡浮升到熔池表面。与此相反，如果激光辐照能量较少，则熔池迅速凝固，在足够数量的气泡从钢中逸出以前钢水就凝固了，最终会出现含有大量气孔的焊接部分。激光照射加热是将能量集中于狭窄范围上的一种方法，因此，在钢管制造过程中，高温熔池和接近正常温度的钢彼此紧靠。结果，激光照射形成的熔池由于将热量传导给周围的低温钢而迅速冷却。所以，即使当激光照射提高热输入，也可能留下上述缺陷。此外，焊接部分附近的应变大，剩余压力也大。因此，同消耗的电能比较激光焊接不必要地流失了大量的能量。大输出的激光发生器也是昂贵的。上述未经审查的日本专利公报NO.56-168981中公开的技术中叙述了在激光照射之前采用预热方法来解决上述激光焊接的各种问题，或者能量成本和快速冷却问题。同激光照射相比，通过高频加热的预热法具有可在开口管边缘部分附近进行大面积加热的作用。该加热方法每单位输入能量的加热效率高。要求焊接管确保无缺陷状态并且生产效率高成本低。也就是，应该确定最佳预热条件和最佳激光加热条件，同时保证钢管特性和满足经济性要求。因此，如果经济性(生产率)要求最佳化排第一，从而增加通过预热的热输入并使来自激光照射的热输入减至最小而让己熔化的部分仅靠激光照射而存在，则根本不会得令人满意的钢管。例如，在空气中进行上述预加热时，各种氧化物会沉积在钢的表面上，这些氧化物也会沉积在开口管的彼此相向的边缘部分上，在激光照射下该边缘部分被熔化，则钢中的氧浓度增加形成开口管的热轧钢带是用完全脱氧的钢制备。在焊接操作期间，焊接部分附近用氩或其它惰性气体屏蔽激光光束的通道，所以在焊接过程进入钢熔池中的大气成分(尤其是氧)的数量不会太大。由激光照射形成的熔池中发生的化学反应讨论如下如前所述，在钢表面上存在着在空气中预热期间所产生的氧化膜。当钢熔化时，钢中的碳同氧化膜中的氧进行反应产生引起泡沫的CO和CO2。然后该泡沫将导致产生飞沫和气泡的反应，这将造成气孔缺陷。减少钢中的碳将造成钢强度下降，这也是一个问题。为了防止产生CO和CO2气体的各种反应，应该防止O或者C进入熔池。甚至当熔池中的氧量大时，较少量的C也会使产生CO和CO2气体的反应难以进行。然而，碳是保证钢的强度的最普通元素。因此，简单地减少C的数量是不可接受的，因而上述措施是不适用的。结果，要用另一种替代措施来减少氧含量。然而，在工业基础上无法创造一种减少氧量的方法。从而，目前的状态是，即使对于通过激光照射使各种夹杂物减至最少而生产的焊接钢管，气孔缺陷的存在作为不可避免的现象仍然是允许的。本专利技术的目的是提供一种具有较少缺陷焊接区的焊接钢管及其制造方法。为了实现上述目的，本专利技术提供一种具有焊接区的激光焊接钢管，该钢管包括以下部分钢管主要由0.01-0.5wt％的C、1wt％或更少的Si、0.05-2wt％的Mn和6wt％或更少的Cr组成。所述焊接区具有熔化和凝固的金属组织；以及所述熔化和凝固的金属组织含有碳和氧，在熔化和凝固的金属组织中的碳含量(Cwt％)和氧含量(Owt％)满足以下关系式当钢管包含的C量低于0.2wt％时，(Cwt％)×(Owt％)≤0.006，当钢管包含的C量为0.2wt％或更大时，(Owt％)≤0.03。在熔化和凝固的金属组织中的碳含量(Cwt％)和氧含量(Owt％)优选满足以下关系式当钢管中包含的C量低于0.2wt％时，(Cwt％)×(Owt％)≤0.004，当钢管中包含的C量为0.2wt％或更大时，(Owt％)≤0.02。此外，本专利技术还提供一种制造激光焊接钢管的方法，该方法包括以下工序(a)使用成型辊由热轧钢带生产具有彼此相向的两个边缘部分的开口管；(b)对开口管的两个边缘部分进行预热；(c)通过挤压辊对开口管加压将两个边缘部分彼此对接起来；(d)用激光光束速照射加热和熔化两个边缘部分以焊接已对接的两边缘部分，在焊接期间形成的熔化和凝固的金属组织包含碳和氧；以及(e)控制工序(d)的条件，使该熔化和凝固的金属组织中包含的碳含量(Cwt％)和氧含量(Owt％)满足以下关系式当钢管中包含的C量低于0.2wt％时，(Cwt％)×(Owt％)≤0.006，当钢管中包含的C量为0.2wt％或更大时，(Owt％)≤0.03。在熔化和凝固的金属组织中包含的碳含量(Cwt％)和氧含量(Owt％)优选满足以下关系式当钢管中包含的C量低于0.2wt％时，(Cwt％)×(Owt％)≤0.004，当钢管中包含的C量为0.2wt％或更大时，(Owt％)≤0.02。优选热轧钢带主要由0.01-0.5wt％的C、1wt％或更少的Si、0.05-2wt％的Mn和6wt％或更少的Cr组成。附图简单说明如下附图说明图1(A)是用于完成本专利技术的制管设备示意图。图1(B)是制管设备的挤压辊示意图。图2是表示实施方案1的熔化和凝固的金属组织中C含量与O含量同焊接区中缺陷率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有焊接区的激光焊接钢管，它包括：一种基本上由和６ｗｔ％或更组成的钢管；所述焊接区具有已熔化和凝固的金属组织；和所述已熔化和凝固的金属组织含有碳和氧，在该已熔化和凝固的金属组织中的碳含量（Ｃｗｔ％）和氧含量（Ｏｗｔ％）满足以下关系式：当钢管含有低于０．２ｗｔ％的Ｃ时（Ｃｗｔ％）×（Ｏｗｔ％）≤０．００６，当钢管含有０．２ｗｔ％或更多的Ｃ时（Ｏｗｔ％）≤０．０３。２．根据权利要求１的激光焊接钢管，其中，在已熔化和凝固的金属组织中的碳含量（Ｃｗｔ％）和氧含量（Ｏｗｔ％）满足以下关系式：，当钢管含有低于０．２ｗｔ％的Ｃ时，（Ｃｗｔ％）×（Ｏｗｔ％）≤０．００４，当钢管含有０．２ｗｔ％或更多的Ｃ时（Ｏｗｔ％）≤０．０２。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：小野守章，盐崎毅，大村雅纪，长浜裕，佐藤昭夫，岩崎谦一，关根幸夫，
申请(专利权)人：日本钢管株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]