制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法
【專利摘要】提供一種制造電阻焊接管的方法，其中，使橫向邊緣形狀在即將進行電阻焊接之前成為合適的形狀，從而確保在電阻焊接期間去除過燒，因此能獲得具有極佳焊縫特性的電阻焊接管。將翅片成形中的翅片形狀被轉(zhuǎn)印到帶材的橫向邊緣，從而將帶材的橫向邊緣成形為預定的漸縮形。
【專利說明】制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法
[0001]本申請是申請日為2006年11月9日、申請?zhí)枮?00680040746.9 (國際申請?zhí)枮镻CT/JP2006/322790)、發(fā)明名稱為“制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種制造諸如用于油井的管線管的需要具有焊接韌性的管或諸如用于油井的套管的需要具有焊接強度的管的方法。
【背景技術】
[0003]一般而言，管可大致分為焊接管和無縫管。作為一種焊接管的電阻焊接管是通過滾軋成形等使片材彎成圓形、然后使各邊緣對接并進行焊接而制造的。在焊接管中，焊接的韌性和強度通常比母帶材的韌性和強度差。在使用管的任何情形中，問題是要針對每種應用確保一定的韌性和強度。
[0004]例如，因為用于運輸原油或天然氣的管線通常被鋪設在較冷的地帶，故而主要要考慮低溫下的韌性。而且，對于用以保護油井中的用來開采原油的套管而言，要著重考慮的是強度。
[0005]通常，考慮到母帶材在管制造之后的特性而對要成為電阻焊接管的母帶材的熱軋片(帶材)進行成分設計，或?qū)ζ溥M行熱處理，從而確保母帶材的諸如韌性和強度的特性。
[0006]然而，因為焊縫的特性在很大程度上要受到焊接方法而不是母帶材的成分設計或熱處理的影響，故而重要的是改進焊接技術。
[0007]被稱為過燒的氧化物是電阻焊接有缺陷的原因，這些過燒產(chǎn)生在焊接片材的邊緣上。在許多情況下，過燒不會在電阻焊接過程中隨著熔化鋼而被排離上述邊緣，而是殘留在上述邊緣上，殘留下來的過燒使韌性降低，導致強度不夠。
[0008]因此，為了從焊接部分去除過燒，迄今已經(jīng)針對從在焊接中待焊接的帶材的橫向邊緣主動排出熔化鋼的技術進行了認真研究。例如，專利文獻I或?qū)＠墨I2描述了研究帶材的每一邊緣的形狀的示例。在該示例中，要在進行電阻焊接之前，對通常通過切開或邊緣刨削而成形為大致矩形的帶材的橫向邊緣的形狀進行處理，使得橫向邊緣的經(jīng)處理之后的形狀可改善焊接過程中的熔化鋼的排出。以下是概述。
[0009]S卩，在圖1中示出了電阻焊接管的基本生產(chǎn)線。該電阻焊接管生產(chǎn)線具有以下的結構，即，從開卷機I展開帶材10 ;然后通過軋平機2使帶材重新變平坦；隨后通過滾軋成形機4逐漸使帶材10變?yōu)閳A形；接著利用電阻焊接機對圓形帶材10的左右兩個橫向邊緣進行電阻焊接，從而將帶材成形為管30，該電阻焊接機包括感應加熱部分5和擠壓輥(電阻焊接部分)6 ;然后通過焊縫切削刀7切削管30的焊縫部分；隨后通過定徑機8調(diào)節(jié)切割后管30的外徑；接著通過切管機9將管切割為預定的長度。滾軋成形機4具有預定數(shù)量的翅片成形(finpass forming)臺架3,所述翅片成形臺架3在最后階段約束已經(jīng)成圓了的帶材邊緣，使其成形為大致圓形，臺架3內(nèi)包括第一臺架3a和第二臺架3b。[0010]在專利文獻I中所述的技術中，如示出了橫截面圖的圖5A和示出了其局部詳圖的圖5B所示，在翅片成形第一臺架3a中，使得被成形為管形的帶材10的橫向邊緣的一部分與翅片孔形輥的翅片接觸，從而如圖5C所示在將要成為管的內(nèi)表面?zhèn)忍幍倪吘壍臋M向邊緣上成形為漸縮形，而且如示出了橫截面圖的圖以及示出了其局部詳圖的圖5E所示，在翅片成形第二臺架3b中，使帶材10的橫向邊緣的另一部分接觸翅片，從而如圖5F所示在將要成為管的外表面?zhèn)忍幍臋M向邊緣上成形為漸縮形，從而形成X形凹槽。翅片成形第一臺架3a和翅片成形第二臺架3b中的每一個臺架的翅片的角度通常是一個角度。
[0011]在專利文獻2所描述的技術中，如示出了橫截面圖的圖6A所示，在翅片成形的上游側設置立輥11，并且采用立輥11來縮減被成形為管形的帶材10的橫向邊緣，從而如圖6B所示在帶材10的橫向邊緣上一體地成形為漸縮形，并且如示出了橫截面圖的圖6C以及示出了其局部詳圖的圖6D所示，在翅片成形臺架3中，使得帶材10的橫向邊緣的一部分接觸翅片孔形輥的翅片，從而如圖6E所示使將要成為管的外表面?zhèn)忍幍倪吘壍臋M向邊緣成形為豎直表面。專利文獻3至5描述對帶材邊緣的形狀進行研究的示例。即，要在滾軋成形前使通常通過切開或邊緣刨削而成形為大致矩形的帶材邊緣成為漸縮形，使得處理后的邊緣形狀可改進熔化鋼在電阻焊接過程中的排出。
[0012]專利文獻I JP-A-57-031485
[0013]專利文獻2 JP-A-63-317212
[0014]專利文獻3 JP-A-2001-170779
[0015]專利文獻4 JP-A-2OOl-259733
[0016]專利文獻5 JP-A-2003-164909
[0017]然而，發(fā)明人研究了專利文獻I中描述的方法，結果發(fā)現(xiàn)即使極大地改變翅片成形中的鐓鍛量，僅使帶材10的邊緣的一部分接觸翅片孔形輥的翅片也相當難。其原因在于，因為在先前的成形處理中，帶材10的橫向邊緣稍微被加工硬化，從而帶材的整個橫向邊緣容易沿著翅片而變形，從而極好地填充翅片部分，因而將翅片的形狀轉(zhuǎn)印到帶材的橫向邊緣上。結果，在即將電阻焊接之前，帶材10的橫向邊緣沒有處于所需的形狀，并且在極端的情況下，橫向邊緣處在僅僅在一側呈傾斜的平坦形狀下。
[0018]而且，發(fā)明人研究了專利文獻2中所描述的方法，結果，確認了以下的情況。即，為了在滾軋成形中(在翅片成形臺架的上游側)利用立輥11在帶材10的整個橫向邊緣上形成漸縮形，因為需要用直徑從管外表面?zhèn)认蛑軆?nèi)表面?zhèn)戎饾u增加的立輥進行如專利文獻2中所述的成形，從而通過該立輥對將要成為管內(nèi)表面?zhèn)忍幍倪吘壍臋M向邊緣進行刨削，這可能成問題地引起稱為“須”的墊片。而且，因為在待滾軋成形的帶材10的橫截面方向上施加有向外打開管狀帶材10的大反作用力，從而有必要降低立輥11和帶材10的橫向邊緣之間的壓力。結果，如在專利文獻I中的那樣，帶材在立輥的作用下通過橫向邊緣的縮減而幾乎不被加工硬化，并且即使在隨后的翅片成形中鐓鍛量減少，帶材也會充分填充翅片部分，因此困難的是，如專利文獻2所述的那樣將帶材10的橫向邊緣成形，因此漸縮形完全消失，并且邊緣變得平坦。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]針對以上情況而作出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供制造電阻焊接管的方法，其中在即將進行電阻焊接之前，可使橫向邊緣的形狀被成形為合適的形狀，因而在電阻焊接過程中充分排出熔化鋼，從而可靠地去除過燒，因而能獲得具有極佳焊縫特性的電阻
焊接管。
[0020]如上所述，在專利文獻I或2中所述的現(xiàn)有技術中，帶材的橫向邊緣的一部分被壓靠在翅片成形輥的翅片上，從而將帶材的橫向邊緣成形為漸縮形。然而，根據(jù)研究，發(fā)明人認識到，即使翅片成形輥在圓周方向上沒有完全填充帶材，但是在將帶材加載到翅片孔形輥內(nèi)時，橫向邊緣被翅片強擠壓，從而翅片部分被極好地填充橫向邊緣。即發(fā)明人認識到，在將帶材加載到翅片成形輥內(nèi)時，帶材的與翅片接觸的橫向邊緣部分以及帶材的處在與橫向邊緣部分相對約180度位置處的橫向中央部分(管形帶材的下面部的一部分)處于梁偏轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，從而施加有大的帶材反作用力，該反作用力用于使管形帶材的橫截面彎曲為弓形形狀，因此，即使帶材不填充翅片孔形輥，也會在圓周方向在帶材的橫向邊緣上施加有大的壓縮力，結果，帶材的橫向邊緣被翅片強擠壓，因此翅片的形狀被直接轉(zhuǎn)印到帶材的橫向邊緣。
[0021]因此，發(fā)明人注意到這樣的現(xiàn)象，S卩，帶材的橫向邊緣在翅片成形中被翅片強擠壓，并設想了通過主動地利用這一現(xiàn)象而在帶材的橫向邊緣上形成預定漸縮形的方法。即，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在翅片被成形為具有兩個或更多階段的漸縮形時，即使鐓鍛量在翅片成形中是小的，帶材的橫向邊緣也能被成形為所需的漸縮形，因此在即將進行電阻焊接之前帶材的橫向邊緣能被成形為合適的漸縮形。
[0022]而且，專利文獻5公開了有利于調(diào)節(jié)接觸壓力的各種斜切形狀。然而，沒有對過燒隨著熔化鋼排出這一點以及通過這樣的過燒排出而改進焊縫特性(特別是低溫韌性)的這一點進行任何描述。因此，完全不清楚的是，其中公開的各種斜切形狀中哪一種形狀可改進焊縫的特性(特別是低溫韌性)。
[0023]本發(fā)明基于以上考慮，并具有以下特征。
[0024]1.一種制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于:在其中對帶材進行成形、并且使得邊緣對接、并且通過電阻焊接進行焊接以形成管的過程中，在進行所述電阻焊接之前將所述帶材的上面?zhèn)然蛳旅鎮(zhèn)热我庖粋忍幍倪吘壔蛩鰩Р牡纳舷聝擅鎮(zhèn)忍幍倪吘壋尚螢闈u縮形。
[0025]2.一種制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于:在滾軋成形處理的翅片成形中，采用具有兩個或更多角度的翅片形狀來將所述形狀轉(zhuǎn)印到帶材邊緣上，以在所述邊緣上形成漸縮形。
[0026]3.根據(jù)以上I或2所述的制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于:在所述帶材的厚度方向上一側處的邊緣為圓形。
[0027]4.根據(jù)以上I至3所述的制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于:所述帶材的內(nèi)徑側處的邊緣在翅片成形的前一階段中被成形為漸縮形，并且所述帶材的外徑側處的邊緣在翅片成形的后一階段中被成形為漸縮形。
[0028]5.根據(jù)以上I至4所述的制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于:在至少包括翅片端部臺架的翅片成形中將所述邊緣成形為漸縮形。
[0029]6.根據(jù)以上I至5所述的制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于:在翅片成形之后所述帶材的漸縮形中，從帶材邊緣的表面向著垂直方向的角度在25度到50度的范圍內(nèi)，并且在一側處從被成形為漸縮形的開始位置到結束位置的垂線長度為厚度的20%至45%。
[0030]7.根據(jù)以上I至6所述的制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于:在吹入非活性氣體或還原性氣體的同時進行電阻焊接。
[0031]8.根據(jù)部分I至7所述的制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于:在片材邊緣之間的對接角度為從一I度到+I度的情況下進行電阻焊接。
[0032]9.根據(jù)部分I至8所述的制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于:在由帶材邊緣成形的V字角為從2度到8度的情況下進行電阻焊接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是電阻焊接管的生產(chǎn)線的說明圖；
[0034]圖2A、2B和2C是用于圖示本發(fā)明的第一實施方式的圖；
[0035]圖3A、3B和3C是用于圖示本發(fā)明的第二實施方式的圖；
[0036]圖4A至4F是用于圖示本發(fā)明的第三實施方式的圖；
[0037]圖5A至5F是圖示現(xiàn)有技術(專利文獻I中描述的技術)的圖；
[0038]圖6A至6E是圖示另一現(xiàn)有技術(專利文獻2中描述的技術)的圖；
[0039]圖7為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示例的示意圖，其中在電阻焊接的加熱下將非氧化性氣體吹到帶材邊緣上；
[0040]圖8為示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的示例的示意圖，其中將處于電阻焊接的加熱下的帶材邊緣的外周保持在非氧化性氣體的氣氛下；
[0041]圖9為示出了在即將進行電阻焊接之前處于相對條件下的被成形為漸縮形的帶材的圖；
[0042]圖10為示出了在即將進行電阻焊接之前處于相對條件下的具有矩形邊緣的現(xiàn)有技術帶材的圖；
[0043]圖11為示出了即將開始電阻焊接之前的被成形為漸縮形的帶材的V形角的圖；以及
[0044]圖12為示出了即將開始電阻焊接之前的具有矩形邊緣的現(xiàn)有技術帶材的V形角的圖。
[0045]附圖標記
[0046]I開卷機
[0047]2軋平機
[0048]3翅片成形臺架
[0049]3a翅片成形第一臺架
[0050]3b翅片成形第二臺架
[0051]4滾軋成形機
[0052]5感應加熱設備
[0053]6擠壓輥(電阻焊接部分)
[0054]7焊縫切削刀
[0055]8定徑機[0056]9切管機
[0057]10 帶材
[0058]20呈管形的片材
[0059]30 管
[0060]40帶材10的前進方向(在焊接后成形為管30)
[0061]50接觸上面端
[0062]60氣體供應噴嘴
【具體實施方式】
[0063]現(xiàn)在根據(jù)附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[0064]圖1示出了本發(fā)明中使用的電阻焊接管的生產(chǎn)線。即，電阻焊接管的該生產(chǎn)線具有以下構造，其中，從開卷機I展開帶材10 ;然后通過軋平機2使帶材重新變平坦；隨后通過滾軋成形機4逐漸使帶材10變?yōu)閳A形；接著利用電阻焊接機對圓形帶材10的左右兩個橫向邊緣進行電阻焊接，從而帶材被成形為管30，該電阻焊接機包括感應加熱部分5和擠壓輥(電阻焊接部分)6 ;然后通過焊縫切削刀7切除管30的焊縫部分；隨后通過定徑機8調(diào)節(jié)切割后管30的外徑；接著通過切管機9將管切割為預定的長度。滾軋成形機4具有預定數(shù)量的翅片成形臺架3，所述翅片成形臺架將在上一階段已經(jīng)成圓的片材邊緣約束為大致圓形，該臺架3內(nèi)包括第一臺架3a和第二臺架3b。
[0065]在第一實施方式中，盡管如示出了橫截面圖的圖2A和示出了其局部詳圖的圖2B所示，翅片成形第一臺架3a的翅片具有通常的一階段漸縮形，但是第二階段臺架3b的翅片具有兩階段的漸縮形(第二階段的漸縮角度為α，并且第二階段的傾斜垂直長度為β)，并且這樣的形狀被轉(zhuǎn)印到帶材10的左右兩個橫向邊緣，從而如圖2C所示，在將要成為管的外表面?zhèn)鹊囊粋忍幍淖笥覂蓚€橫向邊緣被成形為具有預定的漸縮形(從橫向邊緣到將要成為管外表面的表面的傾斜角為α，并且橫向邊緣上的開始位置與將要成為管外表面的表面之間在厚度方向上的距離為β )。
[0066]使得帶材10的左右兩個橫向邊緣上成形的漸縮形為這樣，即，從帶材10的橫向邊緣到將要成為管外表面的表面的傾斜角α在25°至50°的范圍內(nèi)，并且橫向邊緣上的漸縮形開始位置和將要成為管外表面的表面之間帶材在厚度方向上的距離β為帶材厚度的20%至 40%。
[0067]這是因為，在傾斜角α小于25°時，熔化鋼不會充分地從帶材厚度上的中央部分排出，并且有缺陷地留下過燒，導致電阻焊接結束后韌性或強度降低，而在傾斜角α大于50°時，成問題的是，漸縮形仍在電阻焊接結束之后作為缺陷被殘留在成品管上。而且，在距離β小于厚度的20%時，熔化鋼不能充分地從厚度上的中央部分排出，從而趨于留下過燒，并且在距離β大于厚度的40%時，成問題的是，漸縮形仍在電阻焊接結束之后作為缺陷被殘留在成品管上。
[0068]如上所述，在本實施方式中，使得翅片成形端部臺架3b的翅片形狀為具有兩個角度的漸縮形，并且將翅片形狀轉(zhuǎn)印到帶材10的左右兩個橫向邊緣上，從而可在即將進行電阻焊接之前使帶材10的每個橫向邊緣的形狀成形為合適的漸縮形。結果，在電阻焊接過程中可充分地排出熔化鋼，并且能可靠地去除過燒，因此可獲得具有極佳焊縫特性的電阻焊接管。
[0069]以上，可通過改變所述兩階段漸縮形的形狀而使將要成為管內(nèi)周面?zhèn)鹊囊粋忍幍淖笥覂蓚€橫向邊緣被成形為預定的漸縮形。
[0070]在本發(fā)明的另一實施方式中，盡管翅片成形第一臺架3a的翅片具有通常的一階段漸縮形，但是如示出了橫截面圖的圖3A和示出了其局部詳圖的圖3B所示，第二臺架3b的翅片具有三階段漸縮形(第一階段傾斜垂直長度為I第二階段漸縮角為Y，第三階段漸縮角為α，并且第三階段傾斜垂直長度為β )，并且這樣的形狀被轉(zhuǎn)印到帶材10的左右兩個橫向邊緣，從而如圖3C所示，將要成為管外表面?zhèn)鹊囊粋忍幍淖笥覂蓚€橫向邊緣被成形為預定的漸縮形(從橫向邊緣到將要成為管外表面的表面的傾斜角為α，并且橫向邊緣上的開始位置與將要成為管外表面的表面之間在厚度方向上的距離為β )，并且將要成為管內(nèi)表面?zhèn)鹊囊粋忍幍淖笥覂蓚€橫向邊緣成形為具有預定的漸縮形(從橫向邊緣到將要成為管內(nèi)表面的表面的傾斜角為Y，橫向邊緣上的開始位置與將要成為管內(nèi)表面的表面之間在厚度方向上的距離為Φ)。然而，當所述三階段翅片的角度中的一個角度大于翅片輥在垂直方向上的角度時，通過翅片刨削帶材的橫向邊緣，這可導致稱為“須”的墊片，導致在翅片成形過程中產(chǎn)生缺陷，或者在電阻焊接中引起火花。因此，翅片的角度優(yōu)選不大于翅片輥在垂直方向上的角度。
[0071]使得帶材10的左右兩個橫向邊緣上成形的漸縮形為這樣，即，從帶材10的橫向邊緣到將要成為管外表面的表面的傾斜角α，以及從橫向邊緣到將要成為管內(nèi)表面的表面的傾斜角Y分別為25°至50°，并且橫向邊緣上的漸縮形開始位置和將要成為管外表面的表面之間在帶材厚度方向上的距離β，以及漸縮形開始位置和將要成為管內(nèi)表面的表面之間在帶材垂直方向上的距離Φ分別為帶材厚度的20%至40%。
[0072]這是因為，在傾斜角α或Y小于25°時，熔化鋼不會充分地從帶材厚度上的中央部分排出，并且有缺陷地留下過燒，導致電阻焊接結束后韌性或強度降低，并且在傾斜角α或Y大于50°時，成問題的是，漸縮形仍在電阻焊接之后作為缺陷被殘留在成品管上。而且，在漸縮形開始距離β或Φ小于厚度的20%時，熔化鋼不能充分地從帶材厚度上的中央部分排出，從而趨于留下過燒，并且在漸縮形開始距離β或Φ大于厚度的40%時，成問題的是，漸縮形仍在電阻焊接結束之后作為缺陷被殘留在成品管上。
[0073]如上所述，在本實施方式中，使得翅片成形端部臺架3b的翅片形狀成為具有三個角度的形狀，并且將翅片形狀轉(zhuǎn)印到帶材10的左右兩個橫向邊緣上，從而可在即將進行電阻焊接之前使帶材10的每個橫向邊緣的形狀被成形為合適的漸縮形。結果，在電阻焊接過程中可充分地排出熔化鋼，并且能可靠地去除過燒，因此可獲得具有極佳焊縫特性的電阻
焊接管。
[0074]在本發(fā)明的再一實施方式中，如示出了橫截面圖的圖4A以及示出了其局部詳圖的圖4B所示，在前一階段中的翅片成形第一臺架3a的翅片具有兩階段的漸縮形(第一階段的傾斜垂直長度δ和第一階段漸縮角Y)，并且將這一形狀轉(zhuǎn)印到帶材10的左右兩個橫向邊緣上，從而如圖4C所示，將要成為管內(nèi)表面?zhèn)鹊囊粋忍幍淖笥覂蓚€橫向邊緣成形為預定的漸縮形(從橫向邊緣到將要成為管內(nèi)表面的表面的傾斜角為Y，并且橫向邊緣上的開始位置和將要成為管的內(nèi)表面的表面之間在厚度方向上的距離為Φ )。此外，如示出了橫截面圖的圖4D以及示出了其局部詳圖的圖4Ε所示，在后一階段中的翅片成形第二臺架3b的翅片具有兩階段的漸縮形(第二階段漸縮角為α和第二階段傾斜垂直長度為β)，并且將這一形狀轉(zhuǎn)印到帶材10的左右兩個橫向邊緣上，從而如圖4F所示，將要成為管外表面?zhèn)鹊囊粋忍幍淖笥覂蓚€橫向邊緣成形為預定的漸縮形(從橫向邊緣到將要成為管外表面的表面的傾斜角為α，并且橫向邊緣上的開始位置和將要成為管的外表面的表面之間在厚度方向上的距離為β )。
[0075]在通過翅片成形第一臺架3a使將要成為管的內(nèi)表面的一側處的每個橫向邊緣都成形為漸縮形時，被成形的部分在強壓力的作用下而被顯著地加工硬化，從而即使橫向邊緣進一步通過翅片成形端部臺架3b而被成形為漸縮形，通過第一臺架3a成形的漸縮形也相對不會被壓壞。因此，在翅片成形結束后，可在管的內(nèi)表面?zhèn)群屯獗砻鎮(zhèn)葍?nèi)將帶材的橫向邊緣成形為預定的漸縮形。
[0076]使得帶材10的左右兩個橫向邊緣上成形的漸縮形為這樣，即，從帶材10的橫向邊緣到將要成為管外表面的表面的傾斜角α，以及從橫向邊緣到將要成為管的內(nèi)表面的表面的傾斜角Y分別為25°至50°，并且橫向邊緣上的漸縮形開始位置和將要成為管的外表面的表面之間在帶材厚度方向上的距離β，以及漸縮形開始位置和將要成為管的內(nèi)表面的表面之間在帶材厚度方向上的距離Φ分別為帶材厚度的20%至40%。
[0077]這是因為，在傾斜角α或Y小于25°時，熔化鋼不會充分地從帶材厚度上的中央部分排出，并且有缺陷地留下過燒，導致電阻焊接結束后韌性或強度降低，并且在傾斜角α或Y大于50°時，成問題的是，漸縮形仍在電阻焊接之后作為缺陷被殘留在成品管上。而且，在漸縮形開始距離β或Φ小于厚度的20%時，熔化鋼不能充分地從厚度上的中央部分排出，并且趨于留下過燒，并且在距離β或Φ大于厚度的40%時，成問題的是，漸縮形仍在電阻焊接結束之后作為缺陷被殘留在成品管上。
[0078]如上所述，在本實施方式中，翅片成形是這樣進行的，S卩，使得前一階段的第一臺架3a的翅片形狀以及后一階段的第二臺架3b的翅片形狀成為包括兩個角度的形狀，并且將各個翅片形狀轉(zhuǎn)印到帶材10的左右兩個橫向邊緣上，從而在即將進行電阻焊接之前，帶材10的橫向邊緣能被成形為合適的漸縮形。結果，在電阻焊接過程中可充分地排出熔化鋼，并且能可靠地去除過燒，因此可獲得具有極佳焊縫特性的電阻焊接管。
[0079]在第一至第三實施方式中，帶材的位于管外表面?zhèn)群?或管內(nèi)表面?zhèn)忍幍臋M向邊緣通過翅片成形端部臺架(這里，第二臺架3b)成形為漸縮形的原因在于，因為電阻焊接是在其后馬上進行的，從而可在保持極佳漸縮形的情況下進行電阻焊接。然而，還可接受的是，通過翅片成形的開始臺架或翅片成形的中間臺架而不通過翅片成形的端部臺架將帶材的橫向邊緣成形為漸縮形。一旦帶材的橫向邊緣被成形為漸縮形，橫向邊緣就在強壓力下被顯著地加工硬化，從而即使橫向邊緣之后被進行翅片成形，漸縮形也相對難以被壓壞，因此，即使在翅片成形結束后，也仍然能保持其中橫向邊緣被成形為漸縮形的狀態(tài)。
[0080]而且，在本發(fā)明中，因為僅將翅片成形用作形成漸縮形的方式，從而不需要諸如立輥或刨削輥的設備，因此無需更換用于它們的輥或刨削石，因而能有效地制造具有極佳焊接質(zhì)量的電阻焊接管。
[0081]這里，在通過翅片成形而形成漸縮形的該方法中，有時難以在電阻焊接結束之后提聞焊接的朝性或強度。
[0082]通過詳細研究這一點的原因，在電阻焊接中在壓力焊接(鐓鍛)之前對帶材邊緣加熱的階段中，可能在帶材邊緣上形成氧化物，這些氧化物引起作為焊接缺陷的過燒。這些氧化物浮在焊接鋼的表面上，所述焊接鋼在每一帶材邊緣的熔化階段中被熔化并在壓力焊接的階段隨著熔化鋼部分排出。此時，如果帶材邊緣被成形為漸縮形，則熔化鋼容易被排出，此外，能有效排出過燒。
[0083]然而，因為作為過燒來源的帶材邊緣上的氧化物隨著電阻焊接的加熱而漸增地產(chǎn)生，從而在某些焊接條件下有時會產(chǎn)生以下情形:焊接之后的韌性或強度不能僅僅通過在帶材邊緣上形成漸縮形而被充分改進。
[0084]因此，發(fā)明人再次詳細觀察了電阻焊接的現(xiàn)象，結果注意到，氧化物的產(chǎn)生是過燒的原因。即，它們不僅研究了通過在帶材邊緣上形成漸縮形而排出過燒，而且還研究了防止作為過燒原因的氧化物的產(chǎn)生。
[0085]結果，發(fā)明人認識到，當在電阻焊接加熱的情況下(即，在壓力焊接之前對待壓力焊接的熔化邊緣進行加熱)向每個帶材邊緣吹非氧化性氣體時，可抑制氧化物的產(chǎn)生。這里，非氧化性氣體指的是非活性氣體(氮氣、氦氣、氬氣、氖氣、氙氣等，或通過將其中至少兩種加以混合而形成的混合氣體)，還原性氣體(氫氣、一氧化碳氣體、甲烷氣體、丙烷氣體等，或通過將其中至少兩種加以混合而形成的混合氣體)，或者將非活性氣體和還原性氣體加以混合而形成的混合氣體。
[0086]即，在本發(fā)明中，在進行電阻焊接之前，在先將每個帶材邊緣成形為漸縮形，從而加速過燒的排出，此外，在電阻焊接過程中的加熱情況下向帶材邊緣吹非氧化性氣體，從而抑制作為過燒原因的氧化物的產(chǎn)生。與現(xiàn)有技術的水平相比，這能確保改進焊接韌性和強度。然而，在只是吹非氧化性氣體時，抑制氧化物在帶材邊緣上產(chǎn)生的效果會因為周圍空氣被吸收而或多或少有所降低。因此，優(yōu)選的是防止周圍空氣被吸收。為此，優(yōu)選的是包圍電阻焊接加熱下的帶材邊緣，從而這種包圍物內(nèi)側保持在非氧化性氣體氣氛下。
[0087]在這些種類的非氧化性氣體中，更加優(yōu)選的是使用含有還原性氣體的氣體，這是因為能進一步增加抑制作為過燒原因的氧化物產(chǎn)生的效果，從而可更加顯著地改進焊接的韌性或強度。
[0088]在可用性和降低成本的方面，優(yōu)選采用以下氣體作為非氧化性氣體。
[0089]在單獨使用非活性氣體的情況下:(A)氮氣、氦氣以及氬氣中的任一種，或它們中至少兩種的混合氣體。
[0090]在單獨使用還原性氣體的情況下:(B)氫氣或一氧化碳氣體中的一種，或這兩種氣體的混合氣體。
[0091]在使用非活性氣體和還原性氣體的混合氣體的情況下:上述(A)和(B)的混合氣體。顯然，特別是在使用含有氫氣和/或一氧化碳氣體的氣體時，應該采取絕對的安全措施。
[0092]而且，為了處理該問題，發(fā)明人再次詳細地觀察了電阻焊接現(xiàn)象，結果注意到在電阻焊接過程中帶材寬度方向上的兩個邊緣之間的對接角(帶材寬度方向上的兩個邊緣的豎直表面之間的角度)。即，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，除了在每個帶材邊緣上形成漸縮形之外，豎直表面之間的對接角沒有被成形為漸縮形也在很大的程度上與過燒隨著熔化鋼的有效排出相關。
[0093]在電阻焊接中，當改變帶材邊緣(帶材的豎直邊緣)的豎直表面之間的對接角時，熔化鋼的排出模式被改變。即，在將該對接角設置為向著管外表面?zhèn)却蜷_時，被成形為漸縮形的每個帶材邊緣會使得優(yōu)先加熱管內(nèi)表面?zhèn)?，從而熔化鋼會首先在管?nèi)表面?zhèn)葍?nèi)產(chǎn)生，并且在電阻焊接過程中在每個帶材邊緣被逐漸地對接時，熔化鋼會逐步被排出到管外表面?zhèn)蒛。在將該對接角設置為向著管內(nèi)表面?zhèn)却蜷_時，被成形為漸縮形的每個帶材邊緣會使得優(yōu)先加熱管外表面?zhèn)?，從而熔化鋼會首先在管外表面?zhèn)葍?nèi)產(chǎn)生，并且在電阻焊接過程中在每個帶材邊緣被逐漸地對接時,熔化鋼會逐步被排出到管內(nèi)表面?zhèn)取?br> [0094]此時，例如，當假設向著管外表面打開的對接角為正并且向著內(nèi)表面?zhèn)却蜷_的對接角為負時，如果該對接角大，大于+ 1°或小于一 1°，則因為一側處的帶材邊緣被優(yōu)先熔化，從而將要流到相對側處的帶材邊緣的熔化鋼的量會顯著增加，熔化鋼不能在完成對接之前在焊接期間充分排出，因此電阻焊接結束時還有熔化鋼被限制在帶材內(nèi)。結果，聚集到熔化鋼內(nèi)或聚集到其表面上的過燒被留在帶材內(nèi)，導致電阻焊接的韌性或強度顯著下降。從以上可知，電阻焊接中的帶材的邊緣之間的豎直表面需要在±1° (- 1°至+1° )內(nèi)。
[0095]此時，當將每個帶材邊緣預先成形為漸縮形時，首先熔化的一個邊緣的熔化量將降低，降低的量對應于這種減小的體積，并且該邊緣沿著所述漸縮形熔化，從而熔化鋼進一步減少，因此可通過對接角度和漸縮形二者的效應充分地從電阻焊接排出過燒，導致韌性和強度的顯著改進。
[0096]以下將描述本發(fā)明的上述實施方式。
[0097]圖1為示出了在本發(fā)明的實施方式中使用的電阻焊接管的生產(chǎn)線的圖。該電阻焊接管的生產(chǎn)線具有這樣的基本構造，即其中，從開卷機I展開帶材10 ;然后通過軋平機2使帶材重新變平坦；隨后通過滾軋成形機4逐漸使帶材10變?yōu)閳A形；接著利用電阻焊接機對已經(jīng)成為圓形的帶材10的左右兩個橫向邊緣進行電阻焊接，從而將帶材成形為管30，該電阻焊接機包括感應加熱部分5和擠壓輥(電阻焊接部分)6 ;然后通過焊縫切削刀7切除管30的焊縫部分；隨后通過定徑機8調(diào)節(jié)切割后管30的外徑；接著通過切管機9將管30切割為預定的長度。
[0098]在該實施方式中，滾軋成形機4具有在最后階段中包括多個臺架(例如，三個臺架)的翅片成形臺架3，并且如上所述，每個臺架的翅片都被成形為合適的形狀，從而每個帶材邊緣的上面?zhèn)?管的內(nèi)表面?zhèn)?和/或每個帶材邊緣的下面?zhèn)?管的外表面?zhèn)?可被成形為預定的漸縮形。
[0099]例如，如示出了橫截面圖的圖2A和示出其局部詳圖的圖2B所示，翅片成形臺架3的可選臺架具有預定的兩階段漸縮形的翅片形狀(第二階段漸縮角為α，并且第二階段傾斜垂直長度為β )。這樣的翅片形狀被轉(zhuǎn)印到帶材10的橫向邊緣上，從而帶材10的下面?zhèn)蓛x管的外表面?zhèn)?處的左右兩個橫向邊緣被成形為漸縮角為α并且漸縮高度為β的漸縮形。
[0100]通過以上方式，如圖9所示，在外表面?zhèn)缺怀尚螢闈u縮角為α并且漸縮高度為β的漸縮形、并且在內(nèi)表面?zhèn)缺怀尚螢闈u縮角為Y并且漸縮高度為δ的漸縮形的管形帶材20被設置為使得帶材邊緣的豎直表面之間的對接角Θ為從一I。到+1°，用于電阻焊接。
[0101]因此，可以從電阻焊接充分地排出過燒，從而可獲得具有極佳韌性和強度的電阻
焊接管。
[0102]而且，為了處理以上問題，發(fā)明人再次詳細地觀察了電阻焊接現(xiàn)象，結果發(fā)明人注意到，在即將進行電阻焊接之前通過帶材寬度方向上的兩個邊緣在縱向方向上形成的V形(V字形)中的上面角。即，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，除了在每個帶材邊緣上形成漸縮形之外，該V字形也在相當大的程度上與過燒隨著熔化鋼的有效排出相關。
[0103]在電阻焊接中，在改變每個帶材邊緣成形的V字角時，熔化鋼的產(chǎn)生/排出模式被改變。即，在V字角較小時，帶材邊緣開始在遠離焊接部分的位置被加熱，并且在加熱點接近焊接部分時，帶材邊緣的溫度將逐漸上升，并且加熱逐漸從厚度上的上部和下部擴散到帶材邊緣厚度上的中央部位。在熔化鋼隨著該現(xiàn)象的推進而逐漸產(chǎn)生的同時，在帶材邊緣的厚度上的上部(管外表面?zhèn)?和厚度上的下部(管內(nèi)表面?zhèn)?處產(chǎn)生的熔化鋼到達焊接部分之前，就開始固化，因此難以將厚度上的中央部位內(nèi)的熔化鋼排出到外部。結果，隨著熔化鋼產(chǎn)生的過燒趨于被殘留在帶材內(nèi)，導致電阻焊接韌性或強度顯著降低。
[0104]因此，發(fā)明人對V字角作了認真研究，結果，發(fā)明人認識到，如果V字角為2°或以上，則可極佳地排出熔化鋼，改進焊接韌性或強度。
[0105]然而，如果V字角過分增大，則焊接部分不會被充分加熱，從而帶材邊緣的溫度難以升高，因此產(chǎn)生其中每個邊緣完全被稱為焊接氧化物的氧化物膜覆蓋而不產(chǎn)生熔化鋼的狀態(tài)，導致焊接的韌性或強度顯著降低。為了對其進行處理，發(fā)明人認識到，如果V字角為8°或更小，則可防止焊接氧化物。
[0106]此時，當將每個帶材邊緣預先成形為漸縮形時，首先熔化的一個邊緣的熔化量將降低，降低的量對應于這種減小的體積，并且熔化沿著所述漸縮形推進，從而熔化鋼被進一步減少，因此可通過V字角度和漸縮形二者的效應充分地從電阻焊接排出過燒，顯著改進韌性和強度。
[0107]以下將描述本發(fā)明的上述實施方式。
[0108]圖1為示出了在本發(fā)明的實施方式中使用的電阻焊接管的生產(chǎn)線的圖。該電阻焊接管的生產(chǎn)線具有這樣的基本構造，即其中，從開卷機I展開片材(帶材)10 ;然后通過軋平機2使帶材重新變平坦；隨后通過滾軋成形機4逐漸使帶材10變?yōu)閳A形；接著利用電阻焊接機對已經(jīng)成為圓形的帶材20的左右兩個橫向邊緣進行電阻焊接，從而將帶材成形為管30，該電阻焊接機包括感應加熱部分5和擠壓輥(電阻焊接部分)6 ;然后通過焊縫切削刀7切除管30的焊縫部分；隨后通過定徑機8調(diào)節(jié)切割后管30的外徑；接著通過切管機9將管30切割為預定的長度。
[0109]在該實施方式中，滾軋成形機4具有在最后階段包括多個臺架(例如，三個臺架)的翅片成形臺架3，并且如上所述，每個臺架的翅片都被成形為合適的形狀，從而每個帶材邊緣的上面?zhèn)?管的內(nèi)表面?zhèn)?和/或每個帶材邊緣的下面?zhèn)?管的外表面?zhèn)?可被成形為預定的漸縮形。
[0110]例如，如示出了橫截面圖的圖2A和示出其局部詳圖的圖2B所示，翅片成形臺架3的可選臺架具有預定的兩階段漸縮形的翅片形狀(第二階段漸縮角為α，并且第二階段傾斜垂直長度為β )。這樣的翅片形狀被轉(zhuǎn)印到帶材10的橫向邊緣上，從而帶材10的下面?zhèn)蓛x管的外表面?zhèn)?處的左右兩個橫向邊緣被成形為漸縮角為α并且漸縮高度為β的漸縮形。
[0111]通過以上方式，如圖11所示，在外表面?zhèn)缺怀尚螢闈u縮角為α并且漸縮高度為β的漸縮形、并且在內(nèi)表面?zhèn)缺怀尚螢闈u縮角為Y并且漸縮高度為δ的漸縮形的管形帶材20被設置為使得V字角Φ為2°到8°，用于電阻焊接。
[0112]因此，可以從電阻焊接充分地排出過燒，從而可獲得具有極佳韌性和強度的電阻
焊接管。
[0113]實施例
[0114]實施例1
[0115]以下將描述實施例1。
[0116]這里，米用寬度為1920mm、厚度為19.1mm的帶材(鋼帶)制造直徑為600mm的電阻焊接管。從已制造的電阻焊接管的焊接部分切下測試片，并對該測試片進行Charpy測試以評估管的性能。以這樣的方式針對管長度方向上的十個不同點中的每個點作一次Charpy測試片采樣，即，測試片的縱向方向平行于管圓周方向，并且凹口的縱向中心對應于焊接部分的厚度上的中心位置。將測試片成形為JIS52mm-V-凹口沖擊測試片，在_46°C下進行沖擊測試，并測量Charpy沖擊值和脆性斷裂表面率。125J或以上的Charpy沖擊值和35%或以下的脆性斷裂表面率被分別指定為容許的性能范圍。
[0117](本發(fā)明實施例1)
[0118]作為本發(fā)明實施例1，根據(jù)第一實施方式制造電阻焊接管。即，將要成為管外表面?zhèn)鹊囊粋忍幍膸Р臋M向邊緣通過翅片成形端部臺架被成形為漸縮形，該端部臺架的翅片具有兩個角度(翅片的第一角度相對于輥軸線的垂線為85° )。使得該漸縮形的傾斜角α相對于帶材的豎直邊緣為30°。
[0119](本發(fā)明實施例2)
[0120]作為本發(fā)明實施例2，根據(jù)第二實施方式制造電阻焊接管。即，在兩臺架翅片成形中，將要成為管外表面?zhèn)鹊囊粋忍幍膸Р臋M向邊緣、以及將要成為管內(nèi)表面?zhèn)鹊囊粋忍幍膸Р臋M向邊緣分別通過第一臺架被成形為漸縮形，該第一臺架的翅片具有三個角度(翅片的第二角度相對于輥軸線的垂線為40° )。使得將要成為管外表面?zhèn)鹊囊粋忍幍膬A斜角α和將要成為管內(nèi)表面?zhèn)鹊囊粋忍幍膬A斜角Y為25°。
[0121](本發(fā)明實施例3)
[0122]作為本發(fā)明實施例3，根據(jù)第三實施方式制造電阻焊接管。即，在三臺架翅片成形中，將要成為管內(nèi)表面?zhèn)鹊囊粋忍幍膸Р臋M向邊緣通過第一臺架被成形為漸縮形，該第一臺架的翅片具有兩個角度(翅片的第一角度相對于輥軸線的垂線為60° )，并且將要成為管外表面?zhèn)鹊囊粋忍幍膸Р臋M向邊緣通過第三臺架被成形為漸縮形，該第三臺架的翅片具有兩個角度(翅片的第一角度相對于輥軸線的垂線為85° )。使得將要成為管外表面?zhèn)鹊囊粋忍幍膬A斜角α為30°，并且將要成為管內(nèi)表面?zhèn)鹊囊粋忍幍膬A斜角Y為40°。
[0123](現(xiàn)有技術實施例1)
[0124]作為現(xiàn)有技術實施例1，根據(jù)專利文獻I中所述的方法制造電阻焊接管。即，在翅片具有一個角度的翅片成形第一臺架中，試圖調(diào)節(jié)翅片的鐓鍛量，從而使帶材的橫向邊緣在對應于幾乎一半厚度的邊緣部分上與翅片接觸，從而使將要成為管內(nèi)表面?zhèn)鹊囊粋忍幍臋M向邊緣被成形為漸縮形，并且在翅片具有一個角度的翅片成形第二臺架中，目的在于要使帶材的橫向邊緣在其余的對應于幾乎一半厚度的邊緣部分上與翅片接觸，從而使將要成為管外表面?zhèn)鹊囊粋忍幍臋M向邊緣被成形為漸縮形。使得漸縮形的傾斜角為20°。
[0125](現(xiàn)有技術實施例2)[0126]作為現(xiàn)有技術實施例2，根據(jù)專利文獻2中所述的方法制造電阻焊接管。即，試圖將立輥設置在翅片成形的上游側，并且采用該立輥來縮減帶材的橫向邊緣，從而將帶材的橫向邊緣整體上成形為漸縮形，并且在翅片具有一個角度的翅片成形臺架中，目的在于要使帶材的橫向邊緣在對應于幾乎一半厚度的邊緣部分上與翅片接觸，從而使將要成為管外表面?zhèn)鹊囊粋忍幍臋M向邊緣被成形為豎直表面。使得漸縮形的傾斜角為20°。
[0127](現(xiàn)有技術實施例3)
[0128]作為現(xiàn)有技術實施例3，在圖1所示的生產(chǎn)線中，預先將帶材的橫向邊緣磨光為矩形，并且采用翅片具有一個角度的翅片成形臺架來制造電阻焊接管。
[0129]測量根據(jù)以上制造的電阻焊接管的焊接部分的Charpy沖擊值和脆性斷裂表面率，測量的結果在表1中示出。而且，即將進行電阻焊接之前將帶材的橫向邊緣切割下來并采樣，觀察所述橫向邊緣的形狀，也描述了這些觀察的結果。
[0130]表1
【權利要求】
1.一種制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，在其中對帶材進行成形、并且使得邊緣對接、并且通過電阻焊接進行焊接以形成管的過程中，在進行所述電阻焊接之前，將所述帶材的上面?zhèn)然蛳旅鎮(zhèn)戎腥我庖粋€表面?zhèn)鹊倪吘壔蛩鰩Р牡纳舷聝擅鎮(zhèn)鹊倪吘壋尚螢闈u縮形，其特征在于， 在翅片成形之后所述帶材的漸縮形中，從帶材邊緣的表面向著垂直方向的角度在25度到50度的范圍內(nèi)，并且，在一側處從被成形為漸縮形的開始位置到結束位置的垂線長度為厚度的20%至45%， 在由帶材邊緣成形的V字角為從2度到8度的情況下進行電阻焊接。
2.一種制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于: 在輥軋成形過程的翅片成形中， 采用具有兩個或更多角度的翅片形狀來將所述形狀轉(zhuǎn)印到帶材邊緣上，以在所述邊緣上形成漸縮形。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于: 在所述帶材的厚度方向上一側處的邊緣為圓形。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于: 所述帶材的內(nèi)徑側處的邊緣在翅片成形的前一階段中被成形為漸縮形，并且， 所述帶材的外徑側處的邊緣在翅片成形的后一階段中被成形為漸縮形。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于: 在至少包括翅片端部臺架的翅片成形中將所述邊緣成形為漸縮形。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于: 在吹入非活性氣體或還原性氣體的同時進行電阻焊接。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的制造具有極佳焊縫特性的電阻焊接管的方法，其特征在于: 在片材邊緣之間的對接角度為從一I度到+I度的情況下進行電阻焊接。
【文檔編號】B23K11/00GK103752643SQ201310674189
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2006年11月9日 優(yōu)先權日:2005年12月16日
【發(fā)明者】劍持一仁, 岡部能知, 橫山泰康, 杉本祐二, 村上宗義, 鹽谷修, 松尾信行, 井上智弘, 巖崎謙一 申請人:杰富意鋼鐵株式會社