CN108698154A - 多电极埋弧焊方法 - Google Patents
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Abstract
在通过5个电极或6个电极进行的多电极埋弧焊中，提供一种通过供给大电流，能够得到深的熔深及高熔敷量，且通过抑制磁力的干涉，能够从各电极产生稳定的电弧，防止焊接缺陷，进而得到良好的形状的焊缝，而且能够实现焊接速度的增加的多电极埋弧焊方法。在利用多个电极进行板厚为15～45mm的厚钢板的对焊的多电极埋弧焊方法中，适当地设定电极间的距离、焊接电流的电流密度、电极的角度。
Description
技术领域
本发明涉及厚钢板的多电极埋弧焊，涉及不仅适合于平坦的厚钢板，而且也适合于将厚钢板成形为管状的UOE钢管或螺旋钢管等大径钢管的缝焊的多电极埋弧焊。
背景技术
在平坦的厚钢板的对焊、将成形为管状的厚钢板的端部对接而进行的UOE钢管或螺旋钢管等的大径钢管的缝焊中，沿焊接的行进方向将2电极以上配置成一列而进行焊接的埋弧焊(以下，称为多电极埋弧焊)不断普及。并且，从大径钢管的生产性提高的观点出发，使用3个电极或4个电极，供给超过1000A的大电流作为焊接电流，由此使焊接速度增加的技术正被实用化。
另外，正在研讨进一步增加电极而实现焊接速度的进一步增加的技术。例如专利文献1、2公开了通过5个电极进行埋弧焊的技术，专利文献3公开了通过6个电极进行埋弧焊的技术。
另一方面，在大径钢管的缝焊中，存在焊接部特别是热影响部的韧性劣化的问题，为了提高焊接部的韧性而需要降低焊接输入热量。然而，如果降低焊接输入热量，则产生未焊透或熔敷量不足的危险性升高，因此容易产生未熔融部，其结果是，存在焊缝容易产生焊接缺陷(例如未焊满等)的问题。
此外，在多电极埋弧焊中，产生从向多个电极的焊丝分别供给的焊接电流产生的磁力相互干涉而电弧变得不稳定的现象(所谓磁吹)。并且，这样的磁力的干涉成为原因，产生焊缝不整或熔渣卷入等焊接缺陷。因此，研讨了通过控制交流的焊接电流并向各电极供给来抑制磁力的干涉的技术。
然而，在多电极埋弧焊中，为了避免由各电极形成的熔融金属分离而将各个电极配置在相互接近的位置，因此在特别大电流的焊接中，即使调整向各个电极供给的焊接电流，相互相邻的电极的磁力的干涉变强的情况也不可避免。况且由于电极的增加，不仅是相互相邻的电极，而且多个电极的磁力复杂地干涉。此外，在5个电极以上的多电极埋弧焊中，难以控制焊接金属的熔深形状，特别是在熔深中央附近，熔深宽度有时会变窄。这样的熔深形状可能会引起焊接金属的梨型破裂，希望将其避免。
在通过3个电极或4个电极进行的多电极埋弧焊的情况下，为了得到能够抑制磁力的复杂的干涉的焊接条件，到目前为止进行了各种研究。
然而，在通过5个电极或6个电极进行的多电极埋弧焊中，磁力的干涉变得更加复杂，因此用于抑制该磁力的干涉的焊接技术的研究还未进展。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4828488号公报
专利文献2：日本特开2014-73523号公报
专利文献3：日本特开平5-50235号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于消除现有技术的问题点，提供一种在利用5个电极或6个电极进行的多电极埋弧焊中，通过供给大电流而能够得到深的熔深及高熔敷量，并通过抑制磁力的干涉而从各电极产生稳定的电弧，防止焊接缺陷，进而能够得到良好的形状的焊缝，而且能够实现焊接速度的增加的多电极埋弧焊方法。
用于解决课题的方案
本发明者通过5个电极或6个电极进行厚钢板的多电极埋弧焊，调查了得到的焊缝的形状或焊接缺陷的有无。并且，发现了如下情况：通过适当地调整各电极的配置及供给的焊接电流，优选适当地调整附加的电弧电压而使电弧稳定，防止焊接缺陷，能得到良好的形状的焊缝。
本发明基于这样的见解而作出。
即，本发明提供一种多电极埋弧焊方法，是利用多个电极进行板厚为15～45mm的厚钢板的对焊的多电极埋弧焊方法，其中，在焊接的行进方向的排头配置第一电极，与第一电极相邻地在后方配置第二电极，与第二电极相邻地在后方配置第三电极，与第三电极相邻地在后方配置第四电极，与第四电极相邻地在后方配置第五电极，第一电极的焊丝和第二电极的焊丝的与厚钢板的表面相接的位置间的距离L12(mm)、第二电极的焊丝和第三电极的焊丝的与厚钢板的表面相接的位置间的距离L23(mm)、及第三电极的焊丝和第四电极的焊丝的与厚钢板的表面相接的位置间的距离L34(mm)、及第四电极的焊丝和第五电极的焊丝的与厚钢板的表面相接的位置间的距离L45(mm)满足下述的(1)～(4)式，且第一电极的电流密度J1(A/mm2)、第二电极的电流密度J2(A/mm2)、第三电极的电流密度J3(A/mm2)、第四电极的电流密度J4(A/mm2)、及第五电极的电流密度J5(A/mm2)满足下述的(6)～(9)式，并且第一电极～第五电极的焊接电流的总和为4000～6000A，将第一电极的焊丝相对于厚钢板垂直地配置或将第一电极的焊丝相对于厚钢板具有后掠角地倾斜配置，向第二电极～第五电极供给交流的焊接电流。
12mm≤L12≤25mm…(1)
12mm≤L23≤25mm…(2)
12mm≤L34≤25mm…(3)
12mm≤L45≤25mm…(4)
0.40≤J2/J1≤0.95…(6)
0.60≤J3/J2≤0.95…(7)
0.60≤J4/J3≤1.00…(8)
0.60≤J5/J4≤1.00…(9)
在本发明的多电极埋弧焊方法中，优选的是，除了第一电极～第五电极之外，与第五电极相邻地在后方配置第六电极，第五电极的焊丝和第六电极的焊丝的与厚钢板的表面相接的位置间的距离L56(mm)满足下述的(5)式，且第六电极的电流密度J6(A/mm2)满足下述的(10)式，并且第一电极～第六电极的焊接电流的总和为4000～6000A，向第六电极供给交流的焊接电流。而且，优选反极性地向第一电极供给直流电流。此外，优选第一电极的电弧电压E1(V)和第二电极的电弧电压E2(V)满足下述的(12)式。
12mm≤L56≤25mm…(5)
0.60≤J6/J5≤1.00…(10)
0≤E2-E1≤3…(12)
发明效果
根据本发明，在利用5个电极或6个电极进行的多电极埋弧焊中，通过供给大电流能够得到深的熔深及高熔敷量，且通过抑制磁力的干涉，能够从各电极产生稳定的电弧，防止焊接缺陷，进而得到良好的形状的焊缝，而且能够增加焊接速度，在产业上起到格外的效果。
附图说明
图1是示意性地表示使焊丝倾斜的例子的侧视图。
图2是示意性地表示熔深缩颈的例子的焊接部的剖视图。
具体实施方式
本发明的多电极埋弧焊方法是沿焊接的行进方向将5个或6个电极配置成一列来进行埋弧焊的技术。在使用5个电极的情况下，将在焊接的行进方向的排头配置的电极作为第一电极，将在其后方配置的电极依次作为第二电极、第三电极、第四电极，第五电极成为最后尾。在使用6个电极的情况下，由于在第五电极的后方配置第六电极，因此第六电极成为最后尾。
这样，通过增加使用的电极，能够使焊接速度比以往增加。
并且，为了防止与焊接速度的增加相伴的未焊透或熔敷量不足的发生而将向各电极供给的焊接电流的总和设为4000A以上。而且，为了防止由于供给过大的焊接电流而产生的焊缝形状的恶化，将向各电极供给的焊接电流的总和设为6000A以下。即，在使用5个电极的情况下，将向第一电极～第五电极供给的焊接电流的总和设为4000～6000A，在使用6个电极的情况下，将向第一电极～第六电极供给的焊接电流的总和设为4000～6000A。
5～6个电极配置成一列配置，但是如果相互相邻的电极的间隔(相邻配置的电极的间隔)过小，则装配于电极的电极彼此，特别是接触片彼此接触，电弧发生紊乱，因此存在焊接缺陷的产生或焊缝形状的恶化等各种问题。另一方面，如果相互相邻的电极的间隔过大，则通过各电极形成的熔融金属分离，焊接变得不稳定。
因此，第一电极的焊丝和第二电极的焊丝的与厚钢板的表面相接的位置间的距离L12(mm)、第二电极的焊丝和第三电极的焊丝的与厚钢板的表面相接的位置间的距离L23(mm)、第三电极的焊丝和第四电极的焊丝的与厚钢板的表面相接的位置间的距离L34(mm)、第四电极的焊丝和第五电极的焊丝的与厚钢板的表面相接的位置间的距离L45(mm)、第五电极的焊丝和第六电极的焊丝的与厚钢板的表面相接的位置间的距离L56(mm)分别以满足下述的(1)～(5)式的方式配置。
12mm≤L12≤25mm…(1)
12mm≤L23≤25mm…(2)
12mm≤L34≤25mm…(3)
12mm≤L45≤25mm…(4)
12mm≤L56≤25mm…(5)
即，使用5个电极的情况下，以满足(1)～(4)式的方式配置，在使用6个电极的情况下，以满足(1)～(5)式的方式配置。
向各电极供给的焊接电流的电流密度会给电弧压力造成影响。因此，为了良好地确保电弧压力而适当地维持相互相邻的电极的电流密度之比。具体而言，以第一电极的电流密度J1(A/mm2)、第二电极的电流密度J2(A/mm2)、第三电极的电流密度J3(A/mm2)、第四电极的电流密度J4(A/mm2)、第五电极的电流密度J5(A/mm2)、第六电极的电流密度J6(A/mm2)分别满足下述的(6)～(10)式的方式供给焊接电流。
0.40≤J2/J1≤0.95…(6)
0.60≤J3/J2≤0.95…(7)
0.60≤J4/J3≤1.00…(8)
0.60≤J5/J4≤1.00…(9)
0.60≤J6/J5≤1.00…(10)
即，在使用5个电极的情况下，以满足(6)～(9)式的方式供给焊接电流，在使用6个电极的情况下，以满足(6)～(10)式的方式供给焊接电流，由此能够良好地确保电弧压力，其结果是，能够进行焊接缺陷的防止及具有良好的形状的焊缝的形成。需要说明的是，第n电极的电流密度Jn(A/mm2)是通过下述的(11)式算出的值。
Jn＝In÷〔π×(Dn 2÷4)〕…(11)
In：向第n电极供给的焊接电流(A)
Dn：第n电极的焊丝的直径(mm)
n：1～6的整数
在5～6个电极中，向第一电极可以供给直流和交流中的任一焊接电流，但是为了使熔深深度增大而优选供给直流的焊接电流(直流电流)。并且，优选将焊丝设为+(正)极、将厚钢板设为-(负)极来供给焊接电流(所谓反极性)。通过以反极性供给直流的焊接电流，能促进厚钢板的熔融，因此使熔深深度增大的效果进一步提高。
在基于第一电极的熔深变深的同时，通过该大焊接电流而熔融金属的向后方的流动变强，第二电极以后的电弧容易紊乱，但是通过以满足上述的(6)～(10)式的方式供给焊接电流，能够使电弧稳定。
此外，在第二电极以后，通过供给交流的焊接电流来防止磁力的干涉。这样，能够防止焊接缺陷并形成具有良好的形状的焊缝。需要说明的是，在交流的情况下，“电流”是指“实际有效电流”，“电压”是指“实际有效电压”。
另外，如果第二电极的电弧电压比第一电极的电弧电压低，则第二电极的电弧电压变得不稳定，但是如果第二电极的电弧电压过高，则通过第一电极形成的熔深与通过第二电极以后形成的熔深分离，在熔深中央部附近生成缩颈。为了避免这种情况，优选以使第一电极的电弧电压E1(V)和第二电极的电弧电压E2(V)满足下述的(12)式的方式进行设定。更优选为(13)式的范围。
0≤E2-E1≤3…(12)
0≤E2-E1≤2…(13)
如图1所示，第一电极的焊丝优选相对于厚钢板垂直或相对于厚钢板具有后掠角α地倾斜配置。其理由是为了得到深的熔深。需要说明的是，第一电极的后掠角α优选为0～15°的范围内。
另外，第二电极以后的焊丝可以相对于厚钢板垂直配置，也可以倾斜配置。
图1(a)是以焊丝3的前端位于比电极片2靠行进方向的后方的方式倾斜的例子，与厚钢板1垂直的线和焊丝3所成的角α称为后掠角。图1(b)是以焊丝3的前端位于比电极片2靠行进方向的前方的方式倾斜的例子，与厚钢板1垂直的线和焊丝3所成的角β称为前进角。图1中的箭头W表示焊接的行进方向。
另外，在本发明中，即使是板厚为15mm以上的厚钢板，也能够防止焊接缺陷并得到良好的形状的焊缝，而且能够以高焊接速度进行焊接。但是，如果板厚超过45mm，则坡口宽，因此熔融金属未充分扩展，坡口容易残留。因此，本发明适用于板厚为15～45mm的厚钢板。
本发明如果适用于特别是焊接速度的提高成为大的课题的板厚为30mm以上的厚钢板，则能得到巨大的效果。
在各电极中使用的焊丝的焊丝直径(焊丝的直径)优选为3.2～4.8mm的范围内。而且，焊剂可以使用熔融型焊剂以及烧结型焊剂中的任一者。
此外，本发明是不仅适合于将成形为管状的厚钢板的端部进行对接而进行的UOE钢管或螺旋钢管等大径钢管的缝焊，而且适合于平坦的厚钢板的对焊的焊接方法。而且，能够适用于各种形状的坡口，而且，能够适用于单面焊接及双面焊接。
实施例
对于板厚为19.1mm，38.1mm的厚钢板形成单面Y坡口，进行多电极埋弧焊(1焊道)而制成了焊接接头。厚钢板的板厚和坡口形状如表1所示。而且，焊接条件如表2、3、4所示。电极中，将在行进方向的排头配置的电极设为第一电极，将在其后方配置的电极依次设为第二电极、第三电极、第四电极、第五电极、第六电极。需要说明的是，向第一电极供给的焊接电流的种类记载于表4，向第一电极以外的电极供给了交流的焊接电流。表2的“焊接输入热量”通过将关于各电极求出的“焊接电流×电弧电压”的总和除以“焊接速度”来求出。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
通过目视观察得到的焊接接头的正常部，调查了焊接缺陷的有无。此外，遍及焊接接头的正常部的长度1000mm而测定焊缝的宽度，求出了其最大值与最小值之差。
接下来，从焊接接头的正常部选取各3个的截面宏观试料，测定从厚钢板的表面至熔深的前端的距离，作为熔深深度而评价了3个截面的平均值。而且，同样地通过截面宏观试料的观察而确认了熔深缩颈的有无。在此，如图2所示，熔深缩颈表示熔深中央附近的熔深宽度M中央小于比其靠熔深前端侧的熔深宽度M底的情况。
上述的结果如表5所示。表5中的*3是焊缝宽度的最大值与最小值之差超过了2.5mm的焊接接头，可知焊接不稳定。表5中的*2是熔深深度小于板厚的0.65倍且熔深变浅的焊接接头。
[表5]
*2熔深深度小于板厚的0.65倍
*3焊缝宽度的最大值和最小值超过2.5mm
从表5可知，适用了本发明的例子的发明例(记号1、2、5、6、11、13、14、16、17、18、21、23、24、25)都是通过得到深的熔深及高熔敷速度，能够以1200mm/分钟以上的快的焊接速度防止焊接缺陷并得到良好的形状的焊缝。
发明例中，除了记号18、25之外，由于第一电极的电弧电压E1(V)和第二电极的电弧电压E2(V)满足(12)式，因此是熔深缩颈未发生的例子。
发明例中，记号6、16是第一电极使用细径(3.2mm)的焊丝而制成了板厚38.1mm的厚钢板的焊接接头的例子，记号18是第一电极使用细径(3.2mm)的焊丝而制成了板厚19.1mm的厚钢板的焊接接头的例子。上述的发明例通过使用细径的焊丝而电流密度上升，其结果是，得到了比相同板厚的其他的发明例深的熔深。
另外，记号2、16是向第一电极供给直流的焊接电流而制成了板厚38.1mm的厚钢板的焊接接头的例子，记号18、21、24是向第一电极供给直流的焊接电流而制成了板厚19.1mm的厚钢板的焊接接头的例子。上述的发明例通过将直流的焊接电流向第一电极供给而熔深比相同板厚的其他的发明例变深。
另一方面，作为比较例的记号3、4、20由于通过4个电极制成了焊接接头，因此，由于以与发明例相同的焊接速度进行焊接而产生未焊满或产生未焊透。
记号7、8、9、10、19由于焊接电流的电流密度不满足(6)～(10)式，因此电弧紊乱，焊缝的宽度较大地变动。
记号12由于焊接电流的总和超过6000A，因此焊缝的宽度较大地变动。
记号22由于焊接电流的总和小于4000A，因此产生未焊透，且由于电流密度不满足(9)式，因此焊缝的宽度较大地变动。
标号说明
1 厚钢板
2 电极片
3 焊丝
4 焊接金属。
Claims (4)
1.一种多电极埋弧焊方法，是利用多个电极进行板厚为15～45mm的厚钢板的对焊的多电极埋弧焊方法，所述多电极埋弧焊方法的特征在于，
在焊接的行进方向的排头配置第一电极，与所述第一电极相邻地在后方配置第二电极，与所述第二电极相邻地在后方配置第三电极，与所述第三电极相邻地在后方配置第四电极，与所述第四电极相邻地在后方配置第五电极，所述第一电极的焊丝和所述第二电极的焊丝的与所述厚钢板的表面相接的位置间的距离L12(mm)、所述第二电极的焊丝和所述第三电极的焊丝的与所述厚钢板的表面相接的位置间的距离L23(mm)、所述第三电极的焊丝和所述第四电极的焊丝的与所述厚钢板的表面相接的位置间的距离L34(mm)、及所述第四电极的焊丝和所述第五电极的焊丝的与所述厚钢板的表面相接的位置间的距离L45(mm)满足下述的(1)～(4)式，且所述第一电极的电流密度J1(A/mm2)、所述第二电极的电流密度J2(A/mm2)、所述第三电极的电流密度J3(A/mm2)、所述第四电极的电流密度J4(A/mm2)、及所述第五电极的电流密度J5(A/mm2)满足下述的(6)～(9)式，并且所述第一电极～所述第五电极的焊接电流的总和为4000～6000A，将所述第一电极的焊丝相对于所述厚钢板垂直地配置或将所述第一电极的焊丝相对于所述厚钢板具有后掠角地倾斜配置，向所述第二电极～所述第五电极供给交流的焊接电流，
12mm≤L12≤25mm…(1)
12mm≤L23≤25mm…(2)
12mm≤L34≤25mm…(3)
12mm≤L45≤25mm…(4)
0.40≤J2/J1≤0.95…(6)
0.60≤J3/J2≤0.95…(7)
0.60≤J4/J3≤1.00…(8)
0.60≤J5/J4≤1.00…(9)。
2.根据权利要求1所述的多电极埋弧焊方法，其特征在于，
除了所述第一电极～所述第五电极之外，与所述第五电极相邻地在后方配置第六电极，所述第五电极的焊丝和所述第六电极的焊丝的与所述厚钢板的表面相接的位置间的距离L56(mm)满足下述的(5)式，且所述第六电极的电流密度J6(A/mm2)满足下述的(10)式，并且所述第一电极～所述第六电极的焊接电流的总和为4000～6000A，向所述第六电极供给交流的焊接电流，
12mm≤L56≤25mm…(5)
0.60≤J6/J5≤1.00…(10)。
3.根据权利要求1或2所述的多电极埋弧焊方法，其特征在于，
反极性地向所述第一电极供给直流电流。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的多电极埋弧焊方法，其特征在于，
所述第一电极的电弧电压E1(V)和所述第二电极的电弧电压E2(V)满足下述的(12)式，
0≤E2-E1≤3…(12)。
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