Способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы и электросварной стальной трубы с высоким содержанием si или высоким содержанием cr

Способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы и электросварной стальной трубы с высоким содержанием si или высоким содержанием cr

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, используемой, в основном, для нефтепроводов и газопроводов, труб нефтяных скважин и стальных труб для ядерной энергетики, геотермального применения, химических установок, механических конструкций и трубопроводов общего назначения, и конкретнее относится к способу производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, пригодной при использовании стального листа в качестве материала стальной трубы, содержащего большие количества Cr, Si и других элементов, легко образующих окислы, и электросварной стальной трубы с высоким содержанием Si или высоким содержанием Cr.

Уровень техники

Фиг. 4 - схематическое изображение, показывающее обычный способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы. Как видно из Фиг.4, при обычном способе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, как правило, стальной лист 101 в форме полосы непрерывно перемещают в направлении 110, одновременно придавая ему форму трубы большим количеством роликов (не показаны); стыкуемые торцевые поверхности 104 расплавляют индукционным нагревом с помощью высокочастотной катушки 102 или непосредственного контактного нагрева с помощью токоподводящего наконечника и используют прижимные ролики 103 для применения осадки так, чтобы образовать сварной шов 105 на стыкуемых торцевых поверхностях 104 и тем самым получить электросварную стальную трубу сваркой сопротивлением.

В таком обычном процессе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы стыкуемые торцевые поверхности 104 подвергаются воздействию атмосферы во время сварки сопротивлением, поэтому на поверхностях образуются окислы. Иногда они остаются не сжатыми, в результате чего в зоне шва образуются дефекты сварки, носящие название «пенетраторы», причиной которых являются окислы. В частности, при использовании хромистой стали с содержанием Cr 2-11% по массе, нержавеющей стали с содержанием Cr 12% по массе и более, ферритно-мартенситной многослойной конструкционной стали (двухфазная сталь; объемное процентное содержание мартенсита во второй фазе 5% и более) и ферритно-аустенитной многослойной конструкционной стали (многослойная конструкционная сталь, тип TRIP; низколегированная высокопрочная сталь, использующая пластичность, вызванную мартенситным превращением остаточного аустенита с объемным процентным содержанием 5% и более) или другого такого стального листа, содержащего большие количества Cr, Si или другие элементы, легко образующие окислы, в зоне шва легко образуются пенетраторы. Такие дефекты сварки становятся причиной понижения низкотемпературной вязкости, коррозионной стойкости и способности поддаваться обработке в холодном состоянии стальной трубы, поэтому в прошлом в процессе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы во время сварки сопротивлением использовали защиту инертным газом, чтобы уменьшить количество кислорода в атмосфере зоны шва и уменьшить образование пенетраторов. Однако при использовании защиты инертным газом из-за захвата воздуха и т.д. при сварке сопротивлением трудно создать стабильную атмосферу зоны шва с низким содержанием кислорода. С другой стороны, чтобы стабильно поддерживать низкое содержание кислорода в зоне шва при сварке сопротивлением, необходимо громоздкое защитное устройство, и производительность значительно снижается.

Далее изобретатели предложили способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, содержащий продувку при 1400°С и выше, восстанавливающую пламя при высокотемпературном горении или неокисляющую высокотемпературную плазму на стыкуемых торцевых поверхностях за счет заданной скорости потока во время сварки сопротивлением электросварной стальной трубы, чтобы сдерживать образование окислов на стыкуемых торцевых поверхностях и содействовать удалению окислов (см. публикацию японского патента (А) №2004-298961). Уровень техники, описываемый в этой публикации японского патента (А) №2004-298961, обеспечивает уменьшение пенетраторов в зоне шва при сварке сопротивлением по сравнению с обычным способом без снижения производительности. Однако этот способ имеет проблему, которая состоит в том, что при попытке дополнительно уменьшить пенетраторы в зоне шва за счет повышения расхода пламени высокотемпературного горения или плазмы, чтобы повысить сдвигающее усилие термальной жидкости, захват воздуха вблизи зоны шва становится заметным и, наоборот, пенетраторы увеличиваются. Следовательно, при уровне технике, описанном в публикации японского патента (А) №2004-298961, нет возможности значительно уменьшить образование пенетраторов.

По этой причине изобретатели занялись дальнейшими исследованиями и предложили способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, содержащий продувку инертного газа при заданном угле стыка на стыкуемых торцевых поверхностях на всем протяжении, по меньшей мере, от сварной точки до верхней стороны сварки, где температура становится равной 650°С или более, и продувку неокисляющей высокотемпературной плазмы в неокисляющейся атмосфере при температуре 1400°С или более при расходе 30-270 м/с на стыкуемых торцевых поверхностях на всем протяжении, по меньшей мере, от сварной точки до положения у верхней стороны сварки точно на 1/5 расстояния подачи энергии (расстояние подачи энергии: расстояние от высокочастотной катушки или наконечника подачи энергии до точки сварки) (см. публикацию японского патента (А) №2006-026691). С помощью способа производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, описанного в этой публикации японского патента (А) №2006-026691, можно уменьшить дефекты сварки, вызванные образованием окислов в зоне шва, и дефекты непровара, вызванные недостаточным местным подводом тепла, без снижения производительности и, кроме того, без изменения заданных условий во время нарушения условий сварки.

Кроме того, изобретение, относящееся к плазменной горелке, определяющей направление боковой подачи газа для повышения эффективности технологического процесса и точности высокотемпературных работ, таких как плазменная сварка, резка, газоплазменное напыление и нагрев, раскрывается в публикации японского патента (А) №2004-243374.

Раскрытие изобретения

Способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, описанный в вышеуказанной публикации японского патента (А) №2006-026691, использует турбулентный поток плазмы (плазма, зажигаемая от плазменной пушки), поэтому существовала проблема, которая состояла в том, что даже при окружении ее защитным газом для блокирования воздуха воздух все равно захватывался. Например, даже при использовании угла зажигания скорости потока защитного газа, предложенного в публикации японского патента (А) №2004-243374, концентрация кислорода в струе плазмы иногда не могла быть достаточно уменьшена. По этой причине при использовании способа производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, описанного в публикации японского патента (А) №2006-026691, иногда количество окислов зоны сварного шва нельзя стабильно уменьшить и количество дефектов превышает заданное значение. Кроме того, способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, описанный в публикации японского патента (А) №2006-026691, использует турбулентную высокоскоростную струю плазмы, поэтому также имеется проблема сильного шума струи плазмы, вызванного сваркой стыкуемых частей.

По этой причине настоящее изобретение было выполнено с учетом вышеуказанных проблемных моментов и его задача состоит в том, чтобы предложить способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, дающий возможность выявлять дефекты сварки, вызванные окислами, которые должны быть стабильно уменьшены, и, кроме того, дающий возможность уменьшить шум струи плазмы, возникающий во время сварки, и предложить электросварную стальную трубу с высоким содержанием Si или высоким содержанием Cr.

Для решения вышеуказанных проблем суть настоящего изобретения заключается в следующем:

(1) Способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, содержащий придание стальному листу формы трубы и сварку сопротивлением стыкуемых торцевых поверхностей; вышеуказанный способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы характеризуется использованием плазменной пушки каскадного типа, которая подает напряжение в катодный газ между катодом и анодом для производства плазменного газа и продувает анодный газ для подачи плазмы в качестве рабочего плазменного газа для продувки восстанавливающей высокотемпературной ламинарной плазмы или восстанавливающей высокотемпературной квазиламинарной плазмы при наличии восстанавливающей способности за счет регулировки компонентов вышеуказанного плазменного рабочего газа, чтобы обеспечить содержание газа H₂ от 2% по объему до менее 50% по объему и иметь баланс газа Ar и газов постоянных примесей или баланс смешанного газа из газа Ar + газ N₂, газ Не или обоих и постоянных примесей, по меньшей мере, на стыкуемых торцевых поверхностях в области верхней стороны сварки относительно сварной точки вышеуказанной сварки сопротивлением, где температура становится равной 650°С или более.

(2) Способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, как указано в (1), характеризующийся назначением расстояния L от переднего конца катода вышеуказанной плазменной пушки до формуемого положения анода 8 мм или более и не более 10 внутренних диаметров D анода, назначением напряжения, прикладываемого между катодом и анодом плазменной пушки, выше 120 В и применением условий продувки плазмы, удовлетворяющих следующей формуле <1>, где расход в стандартном состоянии вышеуказанного плазменного рабочего газа - G_i (л/мин), относительный молекулярный вес вышеуказанного плазменного рабочего газа - М_i, внутренний диаметр анода - D (м) и коэффициент вязкости при 7000 K - µ_{ave, T=7000} (кг/м/с), чтобы образовать вышеупомянутую ламинарную или квазиламинарную плазму:

(3) Способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, как указано в (1) или (2), характеризующийся тем, что вышеуказанная плазменная пушка имеет внутренний диаметр D анода от 16 мм до 30 мм.

(4) Способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, как указано в любом из пп. с (1) по (3), характеризующийся обеспечением передней или передней наружной окружности анода вышеуказанной плазменной пушки с выпускными отверстиями в положениях на расстоянии от центральной оси 1,5-3,5 внутреннего радиуса вышеуказанного анода и с ориентациями, обращенными к осесимметричным направлениям в диапазоне 10-30° от центрального осевого направления плазмы к наружной стороне, и выпуском из выпускных отверстий «бокового» защитного газа, содержащего один или несколько инертных газов, выбранных из группы, содержащей газ Ar, газ N₂ и газ Не и газы постоянных примесей при расходе газа, равного 1-3 расходам газа вышеуказанной плазмы.

(5) Способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, как указано в любом из пп. с (1) по (4), характеризующийся использованием одного или обоих газа СН₄ и газа С₂Н₂, заменяющего часть или весь газ Н₂, образующий вышеупомянутый плазменный рабочий газ.

(6) Способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, как указано в любом из пп. с (1) по (5), характеризующийся подачей пудры борида со средним размером частиц от 1 мкм до 10 мкм в вышеупомянутую восстанавливающую высокотемпературную ламинарную плазму или восстанавливающую высокотемпературную квазиламинарную плазму.

(7) Способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, как указано в любом из пп. с (1) по (6), характеризующийся образованием переднего конца вышеупомянутого катода полусферической формы и образованием радиуса кривизны этого переднего конца полусферической формы, равного 1/2 или менее внутреннего диаметра анода.

(8) Способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, как указано в любом из пп. с (1) по (7), характеризующийся использованием импедера в вышеупомянутом способе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы и использованием для материала корпуса импедера, используемого для этого импедера, керамики, имеющей электрическое сопротивление при 300°С 10¹-10¹³ Ωсм на основе JIS C2141 и характеристику температурного удара, найденную с помощью способа закалки водой 500°С и более.

(9) Способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, как указано в любом из пп. с (1) по (8), характеризующийся назначением расстояния между передним концом вышеупомянутой плазменной пушки и поверхностью стальной трубы от 150 мм до 300 мм.

(10) Электросварная стальная труба, изготавливаемая способом производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы, как указано в любом из пп. с (1) по (9), характеризующаяся тем, что вышеуказанный стальной лист состоит из содержащего Si стального листа, содержащего в % по массе Si 0,5-2,0%, или содержащего Cr стального листа, содержащего Cr 0,5-26%, и что уровень дефектности зоны сварного шва при сварке сопротивлением составляет 0,01% и менее.

Краткое описание чертежей

Фиг.1(а) - боковой вид, схематически показывающий способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего изобретения.

Фиг.1(b) - вид сверху, схематично показывающий способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего изобретения.

Фиг.2 - сечение, схематично показывающее конфигурацию плазменной пушки, показанной на Фиг.1(а) и Фиг.1(b).

Фиг.3 - график, концептуально объясняющий эффект увеличения внутреннего диаметра анода плазменной пушки, используемой в настоящем изобретении, и образование плазмы в ламинарном потоке.

Фиг.4 - вид в перспективе, схематично показывающий обычный способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы.

Осуществление изобретения

Ниже будут приведены подробные пояснения к осуществлению изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Прежде всего, в отношении способа производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего изобретения, описанного в (1), в качестве примера будут приведены пояснения к случаю использования высокочастотной катушки для нагрева стального листа. Фиг 1(а) - боковой вид, показывающий способ производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего варианта выполнения, в то время как Фиг.1(b) - вид сверху на то же самое. Как видно из Фиг.1(а) и Фиг 1(b), в способе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего варианта выполнения стальной лист 1, например, толщиной 1-22 мм или около этого непрерывно перемещают в направлении 10, одновременно придавая ему форму трубы большим количеством роликов (не показаны); стыкуемые торцевые поверхности 4 расплавляют индукционным нагревом с помощью высокочастотной катушки 2 и используют прижимные ролики 3 для применения осадки так, чтобы образовать сварной шов 7 на стыкуемых торцевых поверхностях 4.

В то же время способ использует плазменную пушку 20 каскадного типа, которая прикладывает напряжение к катодному газу между катодом и анодом для производства плазменного газа и продувает анодный газ для подачи плазмы в качестве рабочего плазменного газа для продувки восстанавливающей высокотемпературной ламинарной плазмы или восстанавливающей высокотемпературной квазиламинарной плазмы 5 при наличии восстанавливающей способности за счет регулировки компонентов вышеуказанного плазменного рабочего газа, чтобы обеспечить содержание газа Н₂ от 2% по объему до менее 50% по объему и иметь баланс газа Ar и газов постоянных примесей или баланс смешанного газа из газа Ar + газ N₂, газ Не или обоих и постоянных примесей, по меньшей мере, на стыкуемых торцевых поверхностях 4а в области 6 верхней стороны сварки относительно сварной точки 9 вышеуказанной сварки сопротивлением, где температура становится равной 650°С или более.

Область 6 у стыкуемых торцевых поверхностей 4 у передней стороны сварки от точки сварки 9, где температура нагрева достигает 650°С или более, спрыскивается охлаждающей водой высокочастотной катушки 2, прижимных роликов 3, импедера 8 и т.д. или подвергается воздействию атмосферы пара, поэтому становится заметным образование дефектов сварки, т.е. пенетраторов, из-за окислов, образуемых реакцией окисления вместе с температурными условиями нагрева. Следовательно, в этом способе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего варианта выполнения восстанавливающую высокотемпературную ламинарную плазму или восстанавливающую высокотемпературную квазиламинарную плазму 5 продувают по этой области 6, чтобы подготовить стыкуемые торцевые поверхности 4а во время сварки сопротивлением в восстановительной атмосфере, содействовать удалению окислов со стыкуемых торцевых поверхностей и сдерживать образование пенетраторов из-за окислов и других дефектов сварки.

Пример плазменной пушки каскадного типа настоящего изобретения показан на Фиг.2. В качестве плазменной пушки 20 плазменная горелка каскадного типа снабжена изолятором 26, чтобы окружать передний конец катода 21 во внутренней (боковая сторона катода 21) части анода 22, и, кроме того, снабжена каналами 23 катодного газа, каналами 24 анодного газа и каналами 25 «бокового» защитного газа внутри анода 22. Кроме того, у внутренней поверхности анода 22 этой плазменной пушки 20 у верхней стороны плазмы в поперечном направлении изолятора 26 образованы отверстия 23а подачи катодного газа, соединенные с каналами 23 катодного газа, в то время как отверстия 24а подачи анодного газа, соединенные с каналами 24 анодного газа, образованы у нижней стороны. Кроме того, передний конец анода 22 образован с отверстиями 25а подачи «бокового» защитного газа, соединенными с каналами 25 «бокового» защитного газа.

Кроме того, согласно необходимости передний конец анода 22 образован с отверстием 27а подачи газа для подачи пудры, соединенным с каналом 27 газа подачи пудры.

Следовательно, в этом способе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего варианта выполнения напряжение прикладывают между катодом 21 и анодом 22 в катодном газе, подаваемом от отверстий 23а подачи катодного газа к катоду 21, чтобы сгенерировать плазменный газ, и анодный газ выпускают у нижней стороны плазмы от переднего конца 21а катода к плазме 5, чтобы выпустить высокотемпературную (псевдо) ламинарную плазму 5 в качестве рабочего плазменного газа, состоящего из катодного газа и анодного газа. Анодный газ можно выпускать к плазме 5 у нижней стороны плазмы от переднего конца 21а, чтобы заставить анодную точку двигаться к нижней стороне плазмы внутренней стенки анода.

В результате расстояние между передним концом 21а катода и точкой анода увеличивается, поэтому напряжение повышается и струя (псевдо) ламинарной плазмы образуется более легко. Получение рабочего плазменного газа, содержащего катодный газ и анодный газ, включает участие водорода для восстановления высокотемпературной (псевдо) ламинарной плазмы 5. Согласно необходимости, при подаче «бокового» защитного газа 11 от передней стороны анода 22, чтобы окружить плазму 5, можно успешно предотвратить попадание кислорода в эту высокотемпературную (псевдо) ламинарную плазму 5, поэтому это является предпочтительным. Кроме того, согласно необходимости, можно и предпочтительно подавать пудру борида от передней стороны анода 22 к высокотемпературной (псевдо) ламинарной плазме 5, чтобы получить более высокую восстанавливающую способность, чем у водорода.

В этом способе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего варианта выполнения получают ламинарную или квазиламинарную струю плазмы, поэтому в сравнении с уровнем техники, описанным в вышеуказанной публикации японского патента (А) №2006-026691, можно значительно уменьшить захват воздуха. В результате можно уменьшить количество окислов зоны сварки и уменьшить уровень дефектности из-за окислов (уровень дефектности сварного шва) до 0,01% или менее и также можно уменьшить шум струи плазмы, возникающий во время сварки.

Обратите внимание, что «дефектность сварного шва» относится здесь к площади пенетраторов (дефекты сварки из-за окислов) по отношению к площади шва. Кроме того, «квазиламинарная» означает состояние, при котором ядро плазмы струи плазмы является ламинарным и несколько мм наружной стороны плазмы являются турбулентными. Будет ли струя плазмы турбулентной или (псевдо) ламинарной далее от внутренней поверхности стальной трубы (сторона внутри трубы от стыкуемых торцевых поверхностей 4 стальной трубы), не является проблемой.

Газ Н₂, включенный в рабочий плазменный газ, используемый в способе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего варианта выполнения, имеет эффект повышения коэффициента теплопередачи и создания атмосферы ее восстановления для сдерживания реакции окисления у стыкуемых торцевых поверхностей 4а. Однако, если содержание газа H₂ в рабочем плазменном газе составляет меньше 2% по объему, вышеуказанный эффект не может быть получен. С другой стороны, если содержание газа H₂ в рабочем плазменном газе составляет 50% по объему и более, плазма становится нестабильной. Соответственно, содержание газа H₂ в рабочем плазменном газе составляет от 2% по объему до менее 50% по объему.

Далее, компоненты этого рабочего плазменного газа помимо газа H₂ включают газ Ar плюс газ N₂, газ Не или оба и газы постоянных примесей. Для обеспечения стабильности плазмы газ Ar предпочтительно является основным компонентом, но, добавляя допустимые количества газа N₂ и/или газа Не, можно улучшить коэффициент теплопередачи плазмы и повысить возможность нагрева стыкуемых торцевых поверхностей 4а стального листа 1. Однако, если содержание газа Ar в рабочем плазменном газе составляет 50% по объему или менее, плазма иногда становится нестабильной, поэтому при добавлении газа N₂ и газа Не в рабочий плазменный газ предпочтительно, чтобы содержание газа Ar в рабочем плазменном газе превышало 50% по объему, т.е. чтобы содержание газа N₂, газа Не и газа Н₂ в рабочем плазменном газе в сумме составляло менее 50% по объему.

Вышеуказанную восстанавливающую высокотемпературную ламинарную плазму или восстанавливающую высокотемпературную квазиламинарную плазму 5 можно получать, используя, например, широко применяемые в промышленности устройства возбуждения плазмы постоянного тока для плазменного напыления. Полученная таким образом плазма имеет более высокую температуру газа даже по сравнению с пламенем горения, производимым обычной газовой горелкой т.д., имеет в области высоких температур дебаевский радиус 60 мм и более и имеет диаметр плазмы 5 мм и более, поэтому является источником тепла, имеющим возможность отслеживания высококачественного шва во время сварки сопротивлением, и имеет возможность относительно легко определять изменения в положении шва.

Кроме того, для достаточного обеспечения вышеуказанных эффектов предпочтительно, чтобы температура восстанавливающей высокотемпературной ламинарной плазмы или восстанавливающей высокотемпературной квазиламинарной плазмы 5 составляла 1400°С или более. В частности, в процессе производства электросварных стальных труб сваркой сопротивлением легко получить температуру плавления сложных окислов Mn-Si-O 1250-1410°С, в то время как температура плавления окислов Cr составляет 2300°С, поэтому для расплавления этих окислов температура восстанавливающей высокотемпературной ламинарной плазмы или восстанавливающей высокотемпературной квазиламинарной плазмы 5 наиболее предпочтительно составляет 2400°С или более.

С другой стороны, чем выше температура восстанавливающей высокотемпературной ламинарной плазмы или восстанавливающей высокотемпературной квазиламинарной плазмы 5, тем большее требуется воздействие для расплавления и удаления уже образовавшихся окислов со стыкуемых торцевых поверхностей в состоянии высокой температуры, поэтому дефекты сварки уменьшаются. Следовательно, верхнее ограничение температуры восстанавливающей высокотемпературной ламинарной плазмы или восстанавливающей высокотемпературной квазиламинарной плазмы 5 не должно устанавливаться конкретно.

Далее в этом способе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего изобретения, описанном в (2), предпочтительно установить расстояние L от переднего конца 21а катода плазменной пушки 20 до формуемого положения анода 8 мм или более и не более 10 внутренних диаметров D анода, назначить напряжение, прикладываемое между катодом 21 и анодом 22 плазменной пушки, выше 120 В и применить условия продувки плазмы, удовлетворяющие следующей формуле <1>, где расход в стандартном состоянии вышеуказанного рабочего плазменного газа - G_i (л/мин), относительный молекулярный вес вышеуказанного рабочего плазменного газа - М_i, внутренний диаметр анода - D (м) и коэффициент вязкости при 7000 K - µ_{ave, T=7000} (кг/м/с), чтобы образовать вышеупомянутую ламинарную или квазиламинарную плазму.

Обратите внимание, что в формуле <1> в пересчетах единиц измерения G_i, М_i, D_i и µ принимается, что {4×(∑G_iM_i)}/{π×D×µ_ave,T=7000} умножаются на (1/22,4)×((1/60):

В этом способе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего варианта выполнения восстанавливающую высокотемпературную ламинарную плазму или восстанавливающую высокотемпературную квазиламинарную плазму 5 продувают, по меньшей мере, по стыкуемым торцевым поверхностям 4а в области 6 у нижней стороны сварки от сварной точки 9, где температура достигает 650°С и более, но если в это время условия отклоняются от вышеуказанной формулы <1>, т.е. когда {4×(∑G_iM_i)}/{π×D×µ_ave,T=7000} равно 400 или более, струя плазмы становится турбулентной, поэтому атмосфера легко захватывается и количество окислов в зоне сварного шва легко увеличивается. В результате больше не имеется возможности стабильно уменьшать дефекты сварки из-за окислов и шум струи плазмы, возникающий во время сварки, становится сильнее.

Далее, если {4×(∑G_iM_i)}/{π×D×µ_ave,T=7000} равно 150 или менее, скорость потока газа будет недостаточной и нельзя удалить воду вблизи точки сварки, поэтому становится совершенно невозможно стабильно уменьшать дефекты сварки из-за окислов. Следовательно, при продувке восстанавливающей высокотемпературной ламинарной плазмы или восстанавливающей высокотемпературной квазиламинарной плазмы 5 предпочтительно выполнять условия вышеуказанной формулы <1>.

Однако, даже при выполнении требований вышеуказанной формулы <1>, когда напряжение, прикладываемое к рабочему плазменному газу составляет 120 В или менее, скорость газа в радиальном направлении плазмы между точкой катода и точкой анода становится выше, поэтому струя плазмы легко диспергирует и легко становится турбулентной у переднего конца плазменной горелки. По этой причине напряжение, прикладываемое к рабочему плазменному газу, устанавливается выше 120 В.

Далее, плазменная пушка 20, используемая в этом способе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего варианта выполнения, предпочтительно имеет расстояние L от переднего конца 21а катода до формуемого положения анода 8 мм или более и не больше 10 внутренних диаметров D анода 22. Напряжение, прикладываемое к плазменной пушке 20, отличается согласно расстоянию L от переднего конца 21а катода до формуемого положения анода.

Напряжение, прикладываемое к плазменной пушки 20, отличается в зависимости от скорости потока и состава рабочего плазменного газа, но при использовании в качестве рабочего плазменного газа восстанавливающего газа, содержащего газ Н₂ в количестве от 2% по объему до менее 50% по объему, если расстояние L от переднего конца 21а катода до формуемого положения анода меньше 8 мм, далее становится невозможным прикладывать напряжение выше 120 В к плазменной пушке 20. С другой стороны, при использовании плазменной пушки каскадного типа и т.д., если расстояние L от переднего конца 21а катода до формуемого положения анода превышает 10 внутренних диаметров D анода 22, становится трудно поддерживать плазму 5. Следовательно, расстояние L предпочтительно должно быть 8 м≤<L≤10×D.

Далее, в этом способе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего изобретения, описанного в (3), когда расстояние подачи энергии во время сварки сопротивлением (расстояние подачи энергии: расстояние от высокочастотной катушки 2 или наконечника подачи энергии до точки сварки 9) превышает 100 мм, для обеспечения участка 12 защиты {участок стыкуемых торцевых поверхностей, защищаемых плазмой; при использовании «бокового» защитного газа, включая участок, защищаемый «боковым» защитным газом (см. Фиг.1 (а))} внутренний диаметр анода плазменной пушки 20 составляет предпочтительно 16 мм или более. Однако, если внутренний диаметр анода превышает 30 мм, плазма становится нестабильной, поэтому внутренний диаметр анода должен составлять 30 мм или менее.

Здесь эффект увеличения внутреннего диаметра анода плазменной пушки 20, используемой в настоящем изобретении и производящей (псевдо) ламинарную плазму, будет объяснен с помощью Фиг.3.

При обычной сварке сопротивлением электросварной стальной трубы без зажигания плазмы, если подводимое тепло меньше оптимального значения, образуются дефекты из-за недостаточного расплавления, а если выше, образуются оксиды (пенетраторы). Здесь, даже при оптимальном подводе тепла, происходит окисление из-за охлаждающей воды или атмосферы вокруг сварочной машины, поэтому при сварке стали, легко образующей окислы, нельзя заведомо сказать, что уровень дефектности будет достаточно низким (см. кривую А на фигуре). В противоположность этому при горении восстанавливающей турбулентной плазмы удаление воды и восстанавливающее действие или расплавление поверхностных окислов и т.д. с помощью струи плазмы уменьшает уровень дефектности из-за окислов (см. кривую В на фигуре). Однако, если диаметр плазмы небольшой, участок 12 защиты будет узким, поэтому, если положение горения плазмы отклоняется на 10 мм, эффект горения плазмы пропадает (см. кривую С на фигуре). Здесь при увеличении диаметра плазмы участок 12 защиты увеличивается, поэтому, даже если положение горения плазмы отклоняется на ±10 мм, эффект плазмы в уменьшении дефектов не снижается (см. кривую D на фигуре). Далее, при получении (псевдо) ламинарной плазмы восстанавливающая возможность плазмы будет высокой и защита возможна благодаря высокотемпературному пламени плазмы (струя плазмы становится длиннее за счет получения ламинарной плазмы), поэтому в условиях оптимального значения подводимого тепла при сварке сопротивлением уменьшается не только уровень дефектности, но также, даже если подводимое тепло немного отклоняется от оптимального диапазона, сочетание защитного эффекта и эффекта дополнительного источника тепла стабильно обеспечивает зону сварки высокого качества (см. кривую Е на фигуре).

Обратите внимание, что здесь, даже если подводимое тепло при сварке сопротивлением значительно отклоняется от оптимального значения, длина щели вблизи точки сварки (щель - фигурный зазор в расплавленном состоянии, образованный после точки сварки 9) становится больше и расплавленная часть оказывается снаружи участка защиты плазмы, поэтому начинают образовываться дефекты.

Диаметр плазмы (= диаметр анода) должен быть, по меньшей мере, толщиной листа, когда угол горения плазмы является горизонтальным направлением, но на практике плазма горит под углом 15°-30° от горизонтального направления, поэтому диаметр плазмы должен составлять, по меньшей мере, 80% толщины листа. Кроме того, для обеспечения участка 12 защиты предпочтительно сделать угол горения как можно малым, но на практике при угле горения менее 15° поверхность стальной трубы приходит в контакт. Здесь для обеспечения участка 12 защиты 1/3 или более от расстояния подачи энергии наиболее предпочтительно установить диаметр плазмы 16 мм или более. Обратите внимание, что угол горения 15° - это угол, при котором плазменная пушка и стальная труба физически сталкиваются друг с другом. Этот угол изменяется в зависимости конфигурации вокруг сварочной машины для сварки сопротивлением. Если угол горения становится равным 30° или более, участок 12 защиты будет недостаточным, поэтому это не является предпочтительным.

Из-за этого можно увеличить диапазон горения плазмы и предотвратить случайный контакт между рельефными формами плазменной пушки и соединения катушки.

Далее, в этом способе производства сваркой сопротивлением электросварной стальной трубы настоящего изобретения, описанном в (4), предпочтительно обеспечить переднюю или переднюю наружную окружность анода вышеуказанной плазменной пушки с выпускными отверстиями в положениях на расстояниях от центральной оси 1,5-3,5 внутренних радиуса вышеуказанного анода и с ориентациями, обращенными к осесимметричным направлениям в диапазоне 10-30° от центрального осевого направления плазмы к наружной стороне, и выпускать из выпускных отверстий «боковой» защитный газ, содержащий один или несколько инертных газов, выбранных из группы, содержащей газ Ar, газ N₂ и газ Не и газы постоянных примесей при расходе газа, равного 1-3 расходам газа вышеуказанной плазмы, в направлении области 6, где температура нагрева стального листа 1 достигает 650°С или более. За счет выпуска таким путем инертного газа к наружной окружности струи плазмы можно сдерживать захват атмосферы в плазму, снизить концентрацию кислорода в плазме и повысить парциальное давление водорода / парциальное давление воды. Обратите внимание, что парциальное давление водорода / парциальное давление воды можно рассчитать, например, определяя концентрацию водорода и концентрацию воды из температуры молекул водорода и молекул воды, найденной способом лазерной абсорбции и способом лазерно-индуцированной флуоресценции и т.д., и давления газа при условии теплового равновесия и атмосферного давления и используя соотношение этих значений. Выпуск «бокового» защитного газа 11 особенно эффективен при большом расстоянии подачи энергии.

Здесь, когда положение выпуска «бокового» защитного газа 11 меньше 1,5-кратного внутреннего диаметра анода плазменной пушки, холодный газ попадает в верхнюю сторону плазмы и температура плазмы падает. С другой стороны, если положение выпуска «бокового» защитного газа 11 превышает 35 внутренних диаметров анода плазменной пушки, эффект инертного газа, блокирующего атмосферу, больше не может быть достигнут. Далее, если расход «бокового» защитного газа 11 меньше 1-кратного расхода плазменного газа, эффект блокирования атмосферы больше не может быть достигнут. С другой стороны, если расход «бокового» защитного газа 11 больше 3-кратного расхода плазменного газа, температура плазмы значительно падает.

Обратите внимание, что направления выпуска «бокового» защитного газа 11 предпочтительно являются осесимметричными направлениям в диапазоне 10-30° от центрального осевого направления плазмы к наружной стороне. Если угол превышает 30°, эффект «боковой» защиты будет небольшим, и нельзя будет сдерживать диффузию атмосферного кислорода в плазму. С другой стороны, если угол меньше 10°, холодный «боковой» защитный газ 11 быстро охлаждает плазму.

Далее в этом способе производства сваркой сопротивлением электросварной стально