專利名稱：焊接管制造用阻抗器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及的是焊接管制造用阻抗器，詳細地說，涉及的是將帶狀的制管鋼板成形為連續(xù)的管狀，并使成為焊接部的鋼板邊緣形成直線狀或螺線狀，將成形后的鋼板邊緣通過高頻感應焊接法或高頻電阻焊接法進行加熱·焊接時，為了提高焊接熱效率在管內(nèi)裝入使用的焊接管制造用阻抗器。
背景技術(shù)：
焊接制管工序、例如高頻感應焊接制管工序中，如圖7(a)所示，從帶狀成形為管狀的制管鋼板1被工作線圈2中流過電流所產(chǎn)生的感應電流加熱，由焊接滾筒3加壓，使其在相對的兩個鋼板邊緣處形成V收斂點(焊接點)并在此被焊接。
以提高焊接熱效率為目的、裝入管內(nèi)使用的阻抗器由絕緣材料的殼體4以及磁性材料的磁芯5構(gòu)成，并被心軸6連入。為了維持磁芯5在焊接中的性能，通過從心軸6供給的冷卻水對其進行冷卻。使用阻抗器的目的，是通過工作線圈2中流過的高頻電流激磁磁芯5抑制感應電流流向管內(nèi)面?zhèn)?，這樣，使焊接電流經(jīng)由鋼板邊緣、集中在焊接點，從而提高焊接熱效率。
因此，作為阻抗器的磁芯，第1導磁率要高，飽和磁通量密度要大；第2為了防止使用時的發(fā)熱，電阻率要大、鐵損要小，而且要能夠加工成易于冷卻的形狀。第3即使使用時由于發(fā)熱溫度上升，還要求具有電磁特性變化小、居里溫度高的性能。
現(xiàn)在做為磁芯多使用如圖7(b)所示的、將鐵氧體粉末50克進行燒結(jié)得到的氧化物磁性材料即鐵氧體磁芯5A。另外，51是粘合劑。
但是，高頻焊接時，由于焊接電流高，特別是制管的直徑尺寸如果變小，鐵氧磁芯的截面積也變小，相對于強磁場，磁通量密度易于達到飽和，焊接熱效率降低。而且，鐵氧磁芯的缺點是，使用中由于鐵損引起發(fā)熱，飽和磁通量密度下降大。同時，由于又硬又脆，還有使用中容易斷裂的缺點。
由于這些缺點，使用鐵氧體磁芯的阻抗器存在管焊接時焊接熱效率不能提高到足夠高的水平、且壽命短的問題。
為了彌補這些缺點，如圖8(a)所示那樣，將飽和磁通量密度高的硅鋼等金屬磁性材料加工成薄而窄的板71，用絕緣粘接劑72層狀粘合，成為金屬磁性材料疊層體7，將多個這樣的疊層體7收入到絕緣殼體4中形成磁芯的阻抗器已經(jīng)公知。
而且，從抑制阻抗器發(fā)熱的觀點出發(fā)，眾所周知的技術(shù)有使極細直徑的金屬磁性線材疊層集束的技術(shù)(特公平7-14557號公報)或?qū)⒑穸葹?.1mm以下的極薄的金屬磁性材料通過絕緣材料疊層為截面積50mm2以下的疊層體，用它作為磁芯的技術(shù)(特公昭61-31959號公報)。
上述的現(xiàn)有技術(shù)，主要著眼點都放在在確保某種程序焊接效率的同時，減少發(fā)熱量。
可是，隨著近年對鋼管需求的增加，更高地提高鋼管的生產(chǎn)率成為當務之急。因此，有必要提高制管速度。上述現(xiàn)有的阻抗器中，在提高制管速度時，不能使電流充分集中在焊接點。為了實現(xiàn)高速制管，雖然可以采用增大高頻電源電容的方法，但是使用這一方法不僅制造成本變高，還浪費了能源。
另外，焊接管的制管尺寸有多種，由于適用于每個制管尺寸的阻抗器的尺寸是不同的，所以生產(chǎn)線中，與制管尺寸的變化相對應，需要交換成與此適合的尺寸的阻抗器，交換下來的阻抗器要保管到下一次的使用機會。該保管期間，會被形成磁芯的磁性金屬殘留在絕緣殼體內(nèi)的冷卻水腐蝕，阻抗器不耐再使用的情形并不少見。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的是提供一種使焊接效率能夠飛越性地提高、而且壽命長、具有良好的耐腐蝕性的焊接管制造用阻抗器以及焊接管的制造方法。
本發(fā)明者們對提高以鋼板疊層體的集合體為磁芯的阻抗器的耐腐蝕性、焊接效率以及壽命的方法專心地進行了實驗·研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過使用于疊層體的鋼板中的Cr量(含有量的意思，以下相同)為1.5％以上，例如如圖2所示那樣，磁芯的耐腐蝕性能夠顯著提高并可反復使用。
而且，還得出下述見解，將鋼板的Cr量定在1.5％以上，Si量在2.5％以上，(C+N)量在100ppm以下，例如在圖3中，焊接效率(用制管速度評價)顯著提高。
而且，知道了將鋼板的電阻率設在60μΩ·cm以上，磁芯的感應電流會有效降低，焦耳熱產(chǎn)生量減少，由該熱引起的磁芯的惡化進行變緩，結(jié)果例如圖4所示，那樣呈顯出長時間的壽命。
另外，還得出了以下見解目前在疊層鋼板時，使用的是由環(huán)氧系樹脂構(gòu)成的粘接劑，但這樣的粘接劑不僅使磁芯的耐腐蝕性惡化，而且促進鋼板發(fā)熱、降低壽命。
本發(fā)明是基于上述見解進一步反復研究完成的，其主旨如下(1)將在板厚0.3mm以下的鋼板表面形成有絕緣覆膜而成的覆膜鋼板的疊層體收放到絕緣殼體內(nèi)而成的焊接管制造用阻抗器中，其特征是，上述鋼板所具有的組成是含有Cr1.5-20％、Si2.5-10％、C、N兩種合計100ppm以下，或者還含有Al、Mn、P中的一種或2種以上，其中的Al在5％以下、Mn、P各1％以下，剩下的部分是Fe以及不可避免的不純物。
(2)阻抗器的特征還在于，(1)記載的阻抗器中，上述鋼板具有60μΩ·cm以上的電阻率。
(3)阻抗器的特征還在于，(1)或(2)記載的阻抗器中，上述疊層體是將上述覆膜鋼板直接重疊疊層而成的。
(4)阻抗器的特征還在于，(1)～(3)中任一項記載的阻抗器中，上述疊層體以3％以上的填充率收放在絕緣殼體內(nèi)。


圖1表示本發(fā)明的阻抗器結(jié)構(gòu)例的斷面圖。
圖2表示阻抗器能夠反復使用的次數(shù)與阻抗器的磁芯中所使用的鋼板的Cr量之間的關系圖。
圖3表示在使用阻抗器下的制管速度與阻抗器的磁芯中所使用的鋼板的Si量之間的關系圖。
圖4表示阻抗器的壽命與阻抗器的磁芯中所使用的鋼板的電阻率的關系圖。
圖5表示固定本發(fā)明涉及的疊層體的形狀的優(yōu)選方法的說明圖。
圖6是對本發(fā)明涉及的、疊層體與管的內(nèi)面之間距離的優(yōu)選關系的要點說明圖。
圖7(a)表示使用阻抗器進行高頻率感應焊接制管工序生產(chǎn)線的模式圖，圖7(b)表示現(xiàn)有的鐵氧體磁芯的圖(a)中AA向斷面圖。
圖8(a)表示現(xiàn)有的金屬磁性材料疊層體的模式圖，圖8(b)是表示現(xiàn)有的金屬磁性材料疊層體的圖8(a)中AA斷面圖。
符號說明1制管鋼板(焊接管的材料)2工作線圈3焊接滾筒4殼體(絕緣殼體)5磁芯5A鐵氧體磁芯6心軸7金屬磁性材料疊層體8覆膜鋼板9桿10層積體11結(jié)束子(線、帶子等)20管21管內(nèi)疊層體的含與管中心線最近的部分的假想圓71板72絕緣粘接劑具體實施方式
圖1是表示本發(fā)明的阻抗器結(jié)構(gòu)例的斷面圖。圖1中，10是疊層覆膜鋼板8形成的疊層體，將多個該疊層體10收放在絕緣殼體4內(nèi)，形成磁芯。疊層體10如圖所示，保持平衡且大致均等地配置在桿9的周圍較好。作為它們的配置方式，這里列舉了放射狀(圖1(a))，平行狀(圖1(b))。
本發(fā)明中對鋼板(除去覆膜鋼板的覆膜的部分)的組成做了如上的限定，其理由在下面闡述。另外，涉及組成的％指的是質(zhì)量％，ppm指的是質(zhì)量ppm。
Cr1.5-20％Cr是能夠提高耐腐蝕性和韌性的元素，因為其效果在Cr量1.5％以上才能表現(xiàn)出來，另外，Cr量如果超過20％，即使增加含量效果已飽和，所以將其定為1.5-20％。
Si2.5-10％Si是提高電磁特性的元素，本發(fā)明中由于Si為2.5％以上時焊接效率明顯提高(圖3)。另一方面，如果Si超過10％，則過于堅硬軋制困難，鋼板的制造成本會變高。
C、N合計100ppm以下。
C、N與Cr、Si結(jié)合形成碳化物、氮化物，會降低Cr的耐腐蝕性提高、Si的電磁特性提高的效果。這樣的負面作用當(C+N)的量超過100ppm時變得明顯。另外，對下限沒有進行限定，但在現(xiàn)在的制造技術(shù)中大約為1ppm。
Al、Mn、P中的一種或2種以上Al在5％以下，Mn、P各在1％以下。
Al是提高電磁特性的元素，優(yōu)選含有量是0.005％以上。但是，如果Al的含量超過5％，則鋼的韌性會惡化，所以Al的含量定在5％以下。
Mn、P是對提高電磁特性有幫助的元素。雖然根據(jù)需要含有一些，但由于其含有量超過1％的話，成本會上升，所以將1％定為上限。
除了上述成分以外，剩下的為Fe以及不可避免的不純物。而且不可避免的不純物中，0從保證韌性的觀點出發(fā)定在50ppm以下，S也從保證韌性的觀點出發(fā)定在20ppm以下較好。
本發(fā)明中，在上述鋼板組成的要件上，還要加上電阻率在60μΩ·cm以上的要件。電阻率不到60μΩ·cm時，使用時焦耳熱產(chǎn)生量大、壽命短，但隨著電阻率從60μΩ·cm向80μΩ·cm增加，壽命急劇延長，電阻率超過80μΩ·cm，壽命穩(wěn)定在較高水平上(圖4)。因此，將電阻率定在壽命顯著延長的60μΩ·cm以上的范圍。更為優(yōu)選的是定在壽命穩(wěn)定在較高水平上的80μΩ·cm以上的范圍。另外，在電阻率上無需特別設置上限設置。
另外，由于鋼板的板厚如果超過0.3mm，則焊接效率提高的效果會降低，所以將鋼板的板厚限制在0.3mm以下。
另外，為了使疊層體內(nèi)的鋼板之間具有充分的絕緣性，優(yōu)選地在疊層的鋼板的表面上涂敷具有800℃以上的耐熱性的絕緣材料，對形成絕緣覆膜的覆膜鋼板進行疊層。如果絕緣覆膜的厚度過薄的話，疊層體內(nèi)鋼板之間的絕緣將不充分絕緣，磁芯的壽命會變短。
作為絕緣材料，較好的是能使用無機系的物質(zhì)(磷酸鎂、氧化鋁、鈣等)。由于有機系的物質(zhì)(環(huán)氧樹脂、丙烯基、異丁烯基等)，有可能會使耐腐蝕性惡化、促進發(fā)熱，所以使用它們時要注意。
另外，疊層板時，雖然一般使用由環(huán)氧系樹脂等構(gòu)成的粘接劑來固定疊層體的形狀，但如上所述使用該固定方法并不好。于是，本發(fā)明中較好的是，直接重合疊層上述覆膜鋼板而不在板間使用粘接劑。這時，疊層體的形狀固定方法例如如圖5所示，用線、帶子等結(jié)束子11結(jié)束由覆膜鋼板直接重疊形成的疊層體10的端部的方法較好。結(jié)束子的材質(zhì)希望的是使用具有良好絕緣性、耐熱性的物質(zhì)(例如陶瓷、耐熱性樹脂等)。
另外，將疊層體收放在絕緣殼體中，疊層體的填充率(定義絕緣殼體內(nèi)，磁芯的截面積與空間截面積的比率)在3％以上較好。如果填充率不滿3％，就不能期望會提高焊接效率。而且填充率越高焊接效率也越高，更好的是填充率在70％以上。
另外，使用本發(fā)明的阻抗器制造焊接管時，例如如圖6所示，對應所制造的管20的截面尺寸，阻抗器內(nèi)的疊層體10的全部收放在由距管內(nèi)面的最短距離為300mm以下的所有的點構(gòu)成的管內(nèi)區(qū)域內(nèi)，使用具有上述結(jié)構(gòu)的阻抗器較好。這樣，就能夠期待進一步提高焊接效率。
實施例將由0.07％的C-0.1％的Si-0.6％的Mn鋼構(gòu)成的厚度為5.0mm的焊接管材料即制管鋼板通過高頻感應焊接法(頻率為70kHZ，輸出功率為700kW)進行電焊，制造如表1所示的管內(nèi)徑的焊接管時，將如表1所示規(guī)格的阻抗器裝入管內(nèi)，邊向絕緣殼體內(nèi)通入冷卻水邊進行電焊，對制管速度(與焊接效率成比例)以及阻抗器的反復使用次數(shù)和壽命進行調(diào)查。
表1

※管內(nèi)面與管內(nèi)疊層體到管中心線最近部分的最短距離通過表1可以知道，本發(fā)明的實施例中，制管速度，反復耐用次數(shù)、壽命3個項目均良好。另一方面，比較例中這3項內(nèi)容中一項以上，特別是反復耐用次數(shù)和壽命要比實施例差。
工業(yè)上的可利用性依據(jù)本發(fā)明，在制造焊接管中，有阻抗器的壽命顯著延長、可反復使用次數(shù)飛越性提高，焊接效率提高的良好效果。
權(quán)利要求
1.一種焊接管制造用阻抗器，將在板厚為0.3mm以下的鋼板表面形成有絕緣覆膜而成的覆膜鋼板的疊層體收放到絕緣殼體內(nèi)而成，其特征是，上述鋼板的組成如下，含有Cr1.5-20％、Si2.5-10％、C、N兩種合計在100ppm以下，或者在上述基礎上還含有Al、Mn、P中的一種或2種以上，其中的Al在5％以下、Mn、P各在1％以下，剩下的部分是Fe以及不可避免的不純物。
2.如權(quán)利要求1所述的阻抗器，其特征是，上述鋼板具有60μΩ·cm以上的電阻率。
3.如權(quán)利要求1或2所述的阻抗器，其特征是，上述疊層體是將上述覆膜鋼板直接重疊疊層形成的。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項所述的阻抗器，其特征是，上述疊層體以填充率為3％以上收放在絕緣殼體內(nèi)。
全文摘要
將在板厚為0.3mm以下的鋼板表面上形成有絕緣覆膜而成的覆膜鋼板8的疊層體10收放到絕緣殼體內(nèi)4而成的焊接管制造用阻抗器中，其具有的特征是上述鋼板的組成如下，含有Cr1.5－20％、Si2.5－10％、C、N兩種合計在100ppm以下，或者在上述基礎上還含有Al、Mn、P中的一種或2種以上，其中的Al在5％以下、Mn、P各在1％以下，剩下的部分是Fe以及不可避免的不純物，以及較好的是具有60μΩ·cm以上的電阻率。
文檔編號B23K13/08GK1462219SQ01816134
公開日2003年12月17日 申請日期2001年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月2日
發(fā)明者豐岡高明, 岡部能知, 板谷元晶, 荒谷昌利, 近藤修 申請人:川崎制鐵株式會社