激光焊接鋼管及其方法技術

一種激光焊接鋼管包括：一種基本上由０．０１－０．５ｗｔ％的Ｃ、１ｗｔ％或更少的Ｓｉ、０．０５－２ｗｔ％的Ｍｎ和６ｗｔ％或更少的Ｃｒ組成的鋼管；具有含有碳和氧的熔化和凝固金屬組織的焊接區。在該熔化和凝固金屬組織中的碳含量（Ｃｗｔ％）和氧含量（Ｏｗｔ％）滿足以下關系式：當鋼管含有低于０．２ｗｔ％的Ｃ時，（Ｃｗｔ％）×（Ｏｗｔ％）≤０．００６，當鋼管含有０．２ｗｔ％或更多的Ｃ時（Ｏｗｔ％）≤０．０３。制造方法包括：使用擠壓輥對開口管加壓將邊緣部分彼此對接在一起；通過激光光束照射加熱和熔化兩個邊緣部分對已對接的兩個邊緣部分進行焊接。（*該技術在2016年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種激光焊接鋼管及其制造方法。在制造鋼管的常規方法中，連續成形鋼帶以制備帶有邊緣部分的敞口管，然后加熱和焊接彼此相對的邊緣部分。用常規方法制造的鋼管通常被稱為電縫(electroseamed)鋼管，它們被廣泛地用于機械結構、各類工廠的管道、總管和部件。這種電縫鋼管包括普通碳鋼管、低合金鋼管和不銹鋼管。然而，大多數電縫鋼管是普通碳鋼管和低合金鋼管。制造方法中焊接部分的加熱是通過高頻加熱或電阻加熱進行。這些加熱方法同制造焊接鋼管的其它方法比較具有生產率高的優點。盡管如此，電縫焊接法可能先天地在焊接部位引起一些細小缺陷，所以認為該方法不能用于具有高可靠性要求的產品。例如，在電縫鋼管的生產和應用中限制使用含有大量合金元素的不銹鋼電縫鋼管。這種限制的最大原因是，該電縫焊接法使焊接部分處于普通熔焊和加壓焊之間的居中狀態，該焊接部分不能在其中形成清潔熔池，以致在焊接過程中生成的各種夾雜物如氧化物很難從鋼組織內部被排出。為了克服這種電縫焊接的缺點，應用了各種技術。其中，在未經審查的日本專利公報NO.56-168981中公開了一種方法，該方法用于改進由于上述焊接部分未完全熔化而引起的缺點。按照該公開技術，通過高頻加熱對開口管上彼此相向的邊緣部分進行預熱，隨后在擠壓輥附近用激光束熔化邊緣部分的接點進行加壓焊接。在這種方法中，常規電縫焊接法和激光加熱法的結合保證了邊緣部分最終被熔化焊接在一些。因此，可以預料成為電縫焊接法問題的夾雜物引起的缺陷將會明顯減少。此外，預熱可以消除在高速激光焊接中經常產生的不完全的焊接熔深?？梢哉J為在未經審查的日本專利公報NO.56-168981中公開的上述技術，是一種用于高速制造鋼管又不產生缺陷的基本技術。然而，為了將該技術用于工業生產線，還存在許多有待解決的問題。其中最大的問題是確定能滿足焊接的輻照能數量。激光焊接在提高焊接速度(提高生產率)和降低缺陷率之間還存在著矛盾關系。也就是，通過增大輻照能數量或降低制管速度來提高從鋼水池中去除已產生的夾雜物的可能性，從而提供一種較少夾雜物的焊接部分。然而，這種狀態會降低生產率。有關氣孔也存在著類似關系。也就是，在熔化過程中產生的氣泡穿過熔池浮升起來，如同在夾雜物的行為中觀察到的那樣，最后氣泡從熔池排出。如果激光輻照能量強，則鋼的冷卻速度變慢，預料有足夠的時間保證直到相當數量的氣泡浮升到熔池表面。與此相反，如果激光輻照能量較少，則熔池迅速凝固，在足夠數量的氣泡從鋼中逸出以前鋼水就凝固了，最終會出現含有大量氣孔的焊接部分。激光照射加熱是將能量集中于狹窄范圍上的一種方法，因此，在鋼管制造過程中，高溫熔池和接近正常溫度的鋼彼此緊靠。結果，激光照射形成的熔池由于將熱量傳導給周圍的低溫鋼而迅速冷卻。所以，即使當激光照射提高熱輸入，也可能留下上述缺陷。此外，焊接部分附近的應變大，剩余壓力也大。因此，同消耗的電能比較激光焊接不必要地流失了大量的能量。大輸出的激光發生器也是昂貴的。上述未經審查的日本專利公報NO.56-168981中公開的技術中敘述了在激光照射之前采用預熱方法來解決上述激光焊接的各種問題，或者能量成本和快速冷卻問題。同激光照射相比，通過高頻加熱的預熱法具有可在開口管邊緣部分附近進行大面積加熱的作用。該加熱方法每單位輸入能量的加熱效率高。要求焊接管確保無缺陷狀態并且生產效率高成本低。也就是，應該確定最佳預熱條件和最佳激光加熱條件，同時保證鋼管特性和滿足經濟性要求。因此，如果經濟性(生產率)要求最佳化排第一，從而增加通過預熱的熱輸入并使來自激光照射的熱輸入減至最小而讓己熔化的部分僅靠激光照射而存在，則根本不會得令人滿意的鋼管。例如，在空氣中進行上述預加熱時，各種氧化物會沉積在鋼的表面上，這些氧化物也會沉積在開口管的彼此相向的邊緣部分上，在激光照射下該邊緣部分被熔化，則鋼中的氧濃度增加形成開口管的熱軋鋼帶是用完全脫氧的鋼制備。在焊接操作期間，焊接部分附近用氬或其它惰性氣體屏蔽激光光束的通道，所以在焊接過程進入鋼熔池中的大氣成分(尤其是氧)的數量不會太大。由激光照射形成的熔池中發生的化學反應討論如下如前所述，在鋼表面上存在著在空氣中預熱期間所產生的氧化膜。當鋼熔化時，鋼中的碳同氧化膜中的氧進行反應產生引起泡沫的CO和CO2。然后該泡沫將導致產生飛沫和氣泡的反應，這將造成氣孔缺陷。減少鋼中的碳將造成鋼強度下降，這也是一個問題。為了防止產生CO和CO2氣體的各種反應，應該防止O或者C進入熔池。甚至當熔池中的氧量大時，較少量的C也會使產生CO和CO2氣體的反應難以進行。然而，碳是保證鋼的強度的最普通元素。因此，簡單地減少C的數量是不可接受的，因而上述措施是不適用的。結果，要用另一種替代措施來減少氧含量。然而，在工業基礎上無法創造一種減少氧量的方法。從而，目前的狀態是，即使對于通過激光照射使各種夾雜物減至最少而生產的焊接鋼管，氣孔缺陷的存在作為不可避免的現象仍然是允許的。本專利技術的目的是提供一種具有較少缺陷焊接區的焊接鋼管及其制造方法。為了實現上述目的，本專利技術提供一種具有焊接區的激光焊接鋼管，該鋼管包括以下部分鋼管主要由0.01-0.5wt％的C、1wt％或更少的Si、0.05-2wt％的Mn和6wt％或更少的Cr組成。所述焊接區具有熔化和凝固的金屬組織；以及所述熔化和凝固的金屬組織含有碳和氧，在熔化和凝固的金屬組織中的碳含量(Cwt％)和氧含量(Owt％)滿足以下關系式當鋼管包含的C量低于0.2wt％時，(Cwt％)×(Owt％)≤0.006，當鋼管包含的C量為0.2wt％或更大時，(Owt％)≤0.03。在熔化和凝固的金屬組織中的碳含量(Cwt％)和氧含量(Owt％)優選滿足以下關系式當鋼管中包含的C量低于0.2wt％時，(Cwt％)×(Owt％)≤0.004，當鋼管中包含的C量為0.2wt％或更大時，(Owt％)≤0.02。此外，本專利技術還提供一種制造激光焊接鋼管的方法，該方法包括以下工序(a)使用成型輥由熱軋鋼帶生產具有彼此相向的兩個邊緣部分的開口管；(b)對開口管的兩個邊緣部分進行預熱；(c)通過擠壓輥對開口管加壓將兩個邊緣部分彼此對接起來；(d)用激光光束速照射加熱和熔化兩個邊緣部分以焊接已對接的兩邊緣部分，在焊接期間形成的熔化和凝固的金屬組織包含碳和氧；以及(e)控制工序(d)的條件，使該熔化和凝固的金屬組織中包含的碳含量(Cwt％)和氧含量(Owt％)滿足以下關系式當鋼管中包含的C量低于0.2wt％時，(Cwt％)×(Owt％)≤0.006，當鋼管中包含的C量為0.2wt％或更大時，(Owt％)≤0.03。在熔化和凝固的金屬組織中包含的碳含量(Cwt％)和氧含量(Owt％)優選滿足以下關系式當鋼管中包含的C量低于0.2wt％時，(Cwt％)×(Owt％)≤0.004，當鋼管中包含的C量為0.2wt％或更大時，(Owt％)≤0.02。優選熱軋鋼帶主要由0.01-0.5wt％的C、1wt％或更少的Si、0.05-2wt％的Mn和6wt％或更少的Cr組成。附圖簡單說明如下附圖說明圖1(A)是用于完成本專利技術的制管設備示意圖。圖1(B)是制管設備的擠壓輥示意圖。圖2是表示實施方案1的熔化和凝固的金屬組織中C含量與O含量同焊接區中缺陷率本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有焊接區的激光焊接鋼管，它包括：一種基本上由和６ｗｔ％或更組成的鋼管；所述焊接區具有已熔化和凝固的金屬組織；和所述已熔化和凝固的金屬組織含有碳和氧，在該已熔化和凝固的金屬組織中的碳含量（Ｃｗｔ％）和氧含量（Ｏｗｔ％）滿足以下關系式：當鋼管含有低于０．２ｗｔ％的Ｃ時（Ｃｗｔ％）×（Ｏｗｔ％）≤０．００６，當鋼管含有０．２ｗｔ％或更多的Ｃ時（Ｏｗｔ％）≤０．０３。２．根據權利要求１的激光焊接鋼管，其中，在已熔化和凝固的金屬組織中的碳含量（Ｃｗｔ％）和氧含量（Ｏｗｔ％）滿足以下關系式：，當鋼管含有低于０．２ｗｔ％的Ｃ時，（Ｃｗｔ％）×（Ｏｗｔ％）≤０．００４，當鋼管含有０．２ｗｔ％或更多的Ｃ時（Ｏｗｔ％）≤０．０２。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：小野守章，鹽崎毅，大村雅紀，長浜裕，佐藤昭夫，巖崎謙一，關根幸夫，
申請(專利權)人：日本鋼管株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]