專利名稱：氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑、橋梁、造船等焊接各種鋼結(jié)構(gòu)物用的氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲，涉及在高進(jìn)熱、高通道間溫度焊接時(shí)可充分保持良好電弧狀態(tài)、飛濺少等各種焊接作業(yè)性優(yōu)良的氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲。
背景技術(shù)：
以往，氣體保護(hù)電弧焊接用焊絲可分為實(shí)心金屬絲和管狀焊絲。
電弧焊接用實(shí)心金屬絲根據(jù)不同的使用目的，開發(fā)有多種經(jīng)調(diào)整組分的金屬絲，通常使用的是JIS Z3312及其它規(guī)格化的產(chǎn)品。電弧焊接用管狀焊絲又可分為兩種，即、以充填統(tǒng)稱為熔渣系的熔渣組分為主的焊絲和以充填統(tǒng)稱為金屬系的金屬組分為主的焊絲，開發(fā)有多種可適應(yīng)各種目的的管狀焊絲，并實(shí)現(xiàn)了JIS Z3313及其它標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格化。
然而，實(shí)心金屬絲是金屬焊絲，為進(jìn)一步改善焊接作業(yè)，即使想要使其含有微量的電弧穩(wěn)定劑，也是無法實(shí)現(xiàn)的。
另一方面，管狀焊絲則通過對(duì)充填在金屬絲中的充填焊劑的改良，可提高焊接作業(yè)性，焊接性良好的金屬絲多數(shù)已實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。這種金屬絲的焊劑充填率基本上均在10％～20％。很少見到有充填率5％的低充填率金屬絲的技術(shù)方案公開，但在該焊劑組分系中，存在著焊接熔渣和鋼筋混凝土產(chǎn)生量過多等問題，目前的現(xiàn)狀是這類低充填率金屬絲尚未實(shí)用化。管狀焊絲的現(xiàn)狀是與實(shí)心金屬絲相近的焊接作業(yè)性的具有以金屬粉為主組分的金屬系管狀焊絲在電弧穩(wěn)定性以及生產(chǎn)性方面存在問題。
如上所述，希望能開發(fā)一種可使該金屬絲有長(zhǎng)有短、吸取了實(shí)心金屬絲和管狀焊絲雙方優(yōu)點(diǎn)的氣體保護(hù)電弧焊接用的細(xì)徑焊絲。
特公昭51-1695號(hào)公報(bào)中公開的是一種焊劑充填率低，例如在焊絲剖面積率5～25％范圍內(nèi)充填有焊劑的管狀焊絲。該發(fā)明的焊劑雖然只有5％的焊絲剖面率，但充填焊劑作為電弧穩(wěn)定劑，是以石墨為必需組分，由Ti、Al、Mg等組成，其配合比為2～10％，并包含20～90％脫氧劑，是一種不含有實(shí)質(zhì)性金屬氧化物的充填焊劑的金屬絲。然而，含有石墨的電弧穩(wěn)定劑因該石墨與金屬絲中或附在絲表面的氧之間的CO反應(yīng)是造成電弧不穩(wěn)定的主要因素，使電弧變粗，焊接作業(yè)差，增加飛濺的產(chǎn)生量。另外，在焊接金屬中，C量的比例過大，不容易調(diào)整焊接金屬的物理性能。
在日本專利公開公報(bào)平6-218577號(hào)公報(bào)中，公開的管狀焊絲是一種焊劑充填率為5～30％，對(duì)Mn和S的含量及其Mn/S之比作了限定，充填有包含40～60％鐵粉、40～60％由Mn、Ti鐵合金粉組成的脫氧劑的焊劑。這是一種屬于金屬系的管狀焊絲。充填率5％、10％的金屬絲在使用含有這種金屬粉的充填焊劑時(shí)，不能獲得充分穩(wěn)定的電弧，無法實(shí)現(xiàn)作為管狀焊絲的優(yōu)良焊接作業(yè)性及其良好的焊接效果。
發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明目的在于，提供一種兼有實(shí)心金屬絲的高焊接性、低飛濺產(chǎn)生量以及管狀焊絲穩(wěn)定的焊接作業(yè)性等優(yōu)點(diǎn)的氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲。
本發(fā)明者通過使Si、Mn組成的脫氧劑包含含有Na2O和TiO2的合成物或含有Na2O、SiO2和TiO2的合成物的電弧穩(wěn)定劑，促進(jìn)焊接時(shí)的熔滴脫離，使熔滴細(xì)?；?，增加移行次數(shù)，解決了電弧穩(wěn)定化的問題。針對(duì)管狀焊絲存在的焊接效率差、焊接深度淺和飛濺產(chǎn)生量多等問題，通過降低焊劑充填率至3～10％來解決。這樣就找到了一種作為全新的電弧焊接用管狀焊絲的極其有效的方法，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。
本發(fā)明涉及氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲，具體涉及一種在鋼制外皮充填焊劑的金屬絲，該焊絲的特征是，(1)對(duì)應(yīng)于總質(zhì)量的金屬絲，包含Si0.3～1.8％(金屬絲的總質(zhì)量％、以下相同)、Mn0.8～4.0％、1種或2種作為電弧穩(wěn)定劑的含有Na2O和TiO2的合成物或含有Na2O、SiO2和TiO2的合成物0.15～2.0％，焊劑充填率為3～10質(zhì)量％。
(2)如上述(1)記載的氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲，充填焊劑除了含有Na2O和TiO2的合成物或含有Na2O、SiO2和TiO2的合成物之外，還含有以Na2O換算值計(jì)在0.3％以下的Na2O源及/或以TiO2換算值計(jì)在1.5％以下的TiO2源。
(3)如上述(1)記載的管狀焊絲，對(duì)應(yīng)于金屬絲的總質(zhì)量％，還含有C0.02～0.15％、Ti0.02～0.3％、B0.001～0.01％。
(4)如上述(3)記載的管狀焊絲，對(duì)應(yīng)于金屬絲的總質(zhì)量％，還含有1種或2種以上作為合金化劑的MO0.7％以下、Ni1.75％以下、Cr1.0％以下。
根據(jù)不同需要，還可使充填焊劑中含有鐵粉。
又，可制成在鋼制外皮上無接縫或有接縫的所述氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲。
上述氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲可在鋼制外皮表面鍍銅或不鍍銅的狀態(tài)下使用。
具體實(shí)施例方式
下面說明本發(fā)明的管狀焊絲組分等限定的理由。
關(guān)于Si0.3～1.8％方面，Si用作脫氧劑，具有降低焊接金屬中的氧量的作用。對(duì)應(yīng)于總質(zhì)量的金屬絲，含量不足0.3％時(shí)，脫氧力不充分，焊接金屬上會(huì)產(chǎn)生氣泡。一旦超出1.8％，就會(huì)增大溶滴，失去緩解飛濺現(xiàn)象的效果，并使添入焊接金屬中的Si量過剩，結(jié)晶體粗大化而降低韌性。添加Si時(shí)，無論是鋼制外皮或充填焊劑中的某一方還是雙方，均不會(huì)影響其效果。
關(guān)于Mn0.8～4.0％方面，Mn可促進(jìn)熔接金屬的脫氧，并提高熔化金屬的流動(dòng)性，改善焊接焊道的形狀。通過在焊接金屬中的原材料有效利用，可調(diào)整焊接金屬的機(jī)械性質(zhì)，具有提高拉伸強(qiáng)度的效果。為獲得這些效果，必須添加0.8％以上。若超過4.0％，則熔滴增大，失去緩解飛濺現(xiàn)象的效果，并會(huì)使熔接金屬中的Mn量過大，導(dǎo)致熔接金屬強(qiáng)度過大，容易發(fā)生開裂。添加Mn時(shí)，無論是鋼制外皮或充填焊劑中的某一方還是雙方，均不會(huì)影響其效果。
可在金屬Si、金屬M(fèi)n或Fe-Si、Fe-Si-Mn、Fe-Mn等鐵合金的狀態(tài)下，向充填焊劑中添加Si。Si、Mn各自的換算值就是充填焊劑中的含量。
對(duì)應(yīng)于金屬絲的總質(zhì)量％，Si和Mn的添加量如上所述，但在添加Si和Mn時(shí)，無論是外皮或充填焊劑中的某一方還是雙方，均不會(huì)影響其效果，焊接時(shí)的脫氧力和焊接金屬中的原材料有效利用率也不會(huì)差別很大。但是，若在外皮中添加了較多的Si或Mn，則會(huì)按此量的比例使外皮電阻比增大，焊接時(shí)的金屬絲送進(jìn)速度比在充填焊劑中添加的場(chǎng)合快。在鋼制外皮中含有Si和Mn時(shí)，最好作出如下限制。
即，Si以在1.2％以下為宜。其理由是若在外皮中添加的Si量相對(duì)外皮重量超過1.2％，因硬度增大或加工時(shí)容易硬化，加工性差，成形困難。并在伸線加工時(shí)容易發(fā)生斷線，降低材料有效利用率。因此，為確保生產(chǎn)性，外皮中的Si量最好在1.2％以下。
Mn以在2.5％以下為宜。其理由是若在外皮中添加的Mn量相對(duì)外皮重量超過2.5％，則硬度增大或加工時(shí)容易硬化，加工性差，成形困難，并在伸線加工時(shí)容易發(fā)生斷線，降低材料有效利用率。因此，為確保生產(chǎn)性，外皮中的Mn量最好在2.5％以下。
Si和Mn合計(jì)的含量以在3％以下為宜。其理由是若在外皮中添加的Si和Mn合計(jì)量相對(duì)外皮重量超過3.0％，則硬度增大或加工時(shí)容易硬化，加工性差，成形困難，并在伸線時(shí)容易發(fā)生斷線，明顯降低材料有效利用率。因此，為確保生產(chǎn)性，外皮中的Si和Mn合計(jì)量最好在3.0％以下。
下面說明穩(wěn)定劑的添加量及其效果。
關(guān)于1種或2種以上含有Na2O和TiO2的合成物、含有Na2O、SiO2和TiO2的合成物0.15％～2.0％方面，在不足0.15％時(shí)，與實(shí)心金屬絲的焊接一樣，熔滴增大，并使尺寸的偏移增大，電弧狀態(tài)不穩(wěn)定，飛濺產(chǎn)生量增加，不能改善實(shí)心金屬絲的上述焊接作業(yè)性。反之，若超過2.0％，則電弧長(zhǎng)度會(huì)超出所需長(zhǎng)度，結(jié)果是增加飛濺產(chǎn)生量，還會(huì)使鋼筋混凝土產(chǎn)生量增加?？刂圃?.15～2.0％時(shí)，焊接中的電弧狀態(tài)非常良好，熔滴小，飛濺產(chǎn)生量極少。
作為含有Na2O和TiO2的合成物或還含有SiO2的三組分系合成物，即使是將Na2O和TiO2的比例作出各種變化的合成物也可獲得同樣的效果，它們都包括在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思中。含有Na2O和TiO2的合成物代表例是鈦酸鈉(mNa2O·nTiO2)，例如，該合成物可通過按所需比例將氫氧化鈉和金紅石混合后經(jīng)高溫處理而獲得。最好是按照Na2O為10～50％、TiO2為50～90％范圍內(nèi)的比例制成合成物。在含有SiO2時(shí)，SiO2以30％以下為宜。例如，可列舉出以13Na2O-80TiO2、20Na2O-73TiO2、42No2O-53TiO2、Na2O-TiO2、Na2O-3TiO2、Na2O-6TiO2或13Na2O-25SiO2-58TiO2為主要組分的合成物等，但并不限定于此，Na2O與TiO2之比可作任意調(diào)整。另外，13Na2O-25SiO2-58TiO2(鈦酸硅酸鈉)等含有SiO2的合成物的熔渣流動(dòng)性比鈦酸鈉大，能均勻地覆蓋在焊道表面，使焊道形成性良好。
下面說明在電弧穩(wěn)定劑中以Na2O換算值計(jì)添加0.3％以下的Na2O源的理由。該Na2O是一種含有Na2O和TiO2的合成物或含有Na2O、SiO2和TiO2的合成物以外的添加物，可減小焊接中的電弧長(zhǎng)度變動(dòng)，具有增加熔滴移行次數(shù)，即，促進(jìn)溶滴細(xì)?；男Ч?。然而，若超過0.3％，則會(huì)減少熔滴移行次數(shù)，具有只能使電弧長(zhǎng)度增長(zhǎng)的傾向，結(jié)果是使飛濺發(fā)量增加。作為Na2O源可采用碳酸鈉、鈉玻璃等。
下面說明TiO2添加量在1.5％以下的理由。該TiO2是一種含有Na2O和TiO2的合成物或含有Na2O、SiO2和TiO2的合成物以外的添加物，作為電弧穩(wěn)定劑，通過擴(kuò)大在熔滴前端的電弧產(chǎn)生面積，使熔滴移行穩(wěn)定，具有促進(jìn)向下的電磁捏縮效果。若超過1.5％，則會(huì)使向下的電磁捏縮效果過大，使熔滴移行不穩(wěn)定，又會(huì)使向焊接金屬的復(fù)原Ti量的材料有效利用率過剩，影響焊接金屬的性能。作為TiO2源可采用金紅石、高鈦渣、鈦鐵礦等。
在充填焊劑中添加鐵粉的目的在于提高焊接速度及/或調(diào)整充填率等。最佳的添加量是對(duì)應(yīng)于總質(zhì)量的金屬絲，使鐵粉含量在5％以下。該鐵組分是作為脫氧劑的Si和Mn的原材料的鐵合金的鐵組分及鐵粉的合計(jì)值。由于添加在充填焊劑中的Si和Mn源使用的是金屬Si、金屬M(fèi)n或Si-Mn合金，因此，也可使用因向充填焊劑中添加Si和Mn而造成的鐵組分喪失。
以上是構(gòu)成本發(fā)明的基本組分，與通常的氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲一樣，含有Al、Mg、Zr等脫氧劑的目的在于，防止因焊接金屬脫氧不足而產(chǎn)生氣泡及/或用于調(diào)整機(jī)械性質(zhì)。然而，若含量過剩，則會(huì)使焊接熔渣燒結(jié)造成的熔渣剝離性不良、焊道外觀不良或焊接金屬強(qiáng)度過大，降低耐開裂性。另外，脫氧劑除了在焊接金屬中作為具有材料有效利用率的合金劑發(fā)揮作用之外，還會(huì)氧化后形成熔渣，對(duì)熔化熔渣的組成及其生成量也產(chǎn)生影響，有時(shí)會(huì)影響本發(fā)明的目的和效果，因此，最好是適當(dāng)限制種類和含量。
本發(fā)明在以調(diào)整焊接金屬的機(jī)械性質(zhì)為其目的，可在不影響本發(fā)明基本的技術(shù)構(gòu)思的范圍內(nèi)，在作為適合于被焊接鋼板的焊接用金屬絲的充填焊劑或鋼制外皮中添加C、Ti及B，或者根據(jù)需要添加1種或2種以上Mo、Ni、Cr的合金組分，Bi、S等熔渣剝離劑等。若從生產(chǎn)效率上考慮，這些合金組分最好是添加在充填焊劑中。
即，若添加C0.02～0.15％，因C是為強(qiáng)化固熔而調(diào)整焊接金屬強(qiáng)度的最重要元素之一，也與韌性關(guān)系極大。因此，若C的添加量不足0.02％，則在高進(jìn)熱、高通道間溫度焊接時(shí)，不能確保所需的強(qiáng)度。添加量超過0.15％時(shí)，焊接金屬的組織形成馬氏體化，強(qiáng)度過大，韌性也差，使飛濺產(chǎn)生量增多，焊接作業(yè)性差。
若添加Ti0.02～0.3％，因Ti具有使焊接金屬的組織微細(xì)化的作用，是用于改善焊接金屬強(qiáng)度和韌性的必不可少的素。因此，在本發(fā)明的高進(jìn)熱、高通道間溫度下的焊接時(shí)，若Ti添加量不足0.02％，則組織不能微細(xì)化，不能確保所需的韌性。在添加量超過0.3％時(shí)，因提高了焊接金屬的強(qiáng)度而降低韌性，強(qiáng)度也過大。
若添加B0.01～0.01％，因B是一種和Ti同時(shí)添加以獲得焊接金屬的高韌性的必不可少的元素，因此，同時(shí)添加Ti和B，若B添加量不足0.001％(10ppm)，則不能形成微細(xì)組織，不能提高韌性。在添加量超過0.01％(100ppm)時(shí)，就會(huì)使焊接金屬硬度上升造成強(qiáng)度過大，引起韌性劣化。
若添加0.7％以下的Mo，Mo是一種可使焊接金屬組織微細(xì)化、在高進(jìn)熱和高通道間溫度下進(jìn)行焊接時(shí)可確保強(qiáng)度的重要元素。但過剩添加會(huì)引起焊接金屬的強(qiáng)度過大，使韌性劣化，因此，將上限定為0.7％。
若添加1.75％以下的Ni，Ni具有通過固熔強(qiáng)化使焊接金屬強(qiáng)度提高、并可提高耐腐性和韌性的作用。超過1.75％的添加會(huì)使強(qiáng)度過大，成為高溫開裂的原因。
若添加1.0％以下的Cr，與Mo一樣，因Cr是一種在高進(jìn)熱、高通道間溫度下的焊接時(shí)可確保強(qiáng)度的重要元素，具有可提高焊接金屬的耐熱性、耐腐性和耐候性的作用。超過1.0％的添加會(huì)造成焊接金屬強(qiáng)度過高，降低韌性，因此，將上限定為1.0％。
根據(jù)焊接金屬的不同機(jī)械性質(zhì)，為了改善物性值，這些Mo、Ni、Cr合金組分可單獨(dú)或復(fù)合添加。在加工性允許的范圍內(nèi)，考慮到材料的有效利用率，如果在鋼制外皮的組分中含有這些合金組分，可獲得同樣的目的和效果。
圖3(a)和圖3(b)表示本發(fā)明的管狀焊接剖面形狀。圖3(a)是將充填焊劑2振動(dòng)充填在鋼制的管狀鋼制外皮1中，然后縮經(jīng)制成單絲，再進(jìn)行伸線加工制成0.8～2.0mm的規(guī)定直徑。另外，在帶鋼成形工序中，依次成形為U字形、充填焊劑、O字形，接著，進(jìn)行焊接、縮經(jīng)制成單絲，然后經(jīng)過伸線加工制成焊絲，由此可制造在鋼制外皮上無接縫的氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲。因在該鋼制外皮上無接縫，故不會(huì)從大氣的水分中吸濕，可獲得良好的焊接金屬性能。
圖3(b)所示的具有接縫3的鋼制外皮1中充填焊劑2的焊絲是在帶鋼成形工序中，依次成形為U字形、充填焊劑、O字形，接著，進(jìn)行縮經(jīng)制成單絲，然后伸線加工。由于該焊絲的充填率較低，因此擴(kuò)大了外皮接縫的接觸面積，加大充填焊劑與大氣的阻斷效果，極少從大氣的水分中吸濕。鋼制外皮的接縫形狀不限于圖示，也可是斜縫，可進(jìn)一步提高與外氣的阻斷效果。
通過在鋼制外皮表面上鍍銅，可提高外皮表面的防銹性，又可改善焊絲送進(jìn)性和通電性。另外，在金屬絲表面未經(jīng)電鍍的焊絲則可在金屬絲表面適當(dāng)涂附防銹劑和潤(rùn)滑劑，以確保防銹性和金屬絲送進(jìn)性。
本發(fā)明管狀焊絲的充填焊劑的充填率定為3～10％。若充填率不足3％，則難以進(jìn)行焊劑充填和成形，生產(chǎn)性差。充填率超過10％時(shí)，就會(huì)增加熔渣產(chǎn)生量和飛濺產(chǎn)生量，不能改善金屬絲的性能，使制造焊絲時(shí)的伸線性差而造成斷線，生產(chǎn)性差。為進(jìn)一步提高生產(chǎn)性、低熔渣化和作業(yè)性，充填率最好是3.5～7.0％。
為提高焊接時(shí)的電流密度，以獲得高焊接率，本發(fā)明管狀焊絲的直徑最好是0.8～2.0mm。制成焊劑低充填率的細(xì)經(jīng)焊絲后，可擴(kuò)大焊接電流范圍，例如在使用1.2mm直徑的焊絲時(shí)，可達(dá)到120～550A，可大幅度提高作業(yè)效率。
使用本發(fā)明管狀焊絲的電弧焊接時(shí)的密封氣體使用了CO2，可獲得充分的焊接作業(yè)性，但從焊接作業(yè)環(huán)境方面考慮，也可使用可使鋼筋混凝土產(chǎn)生量減少的Ar-CO2混合氣體。
下面說明本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲的制造例。
本發(fā)明管狀焊絲的制造方法是采用一種在鋼制外皮上無接縫的金屬絲，將鋼制的管子線以線圈狀配置在振動(dòng)裝置上，將充填焊劑進(jìn)行振動(dòng)充填后，經(jīng)過縮經(jīng)制成單絲，再進(jìn)行伸線加工制成具有0.8～2.0mm的規(guī)定直徑的成品。另一種制造方法是將帶鋼在成形工序中，依次成形為U字形、充填焊劑、O字形，然后焊接制成管子狀，經(jīng)過縮經(jīng)制成單絲，再進(jìn)行伸線加工制成焊絲。
對(duì)于在鋼制外皮上具有接縫的焊絲，其制造方法是將帶鋼在成形工序中，依次形成U字形、充填焊劑、O字形，然后經(jīng)過縮經(jīng)制成單絲，接著，進(jìn)行伸線加工制成焊絲。在這些制造方法的伸線工序過程中，通常要進(jìn)行退火工序。
為弄清本發(fā)明管狀焊絲的性能，事先準(zhǔn)備以脫氧劑Si0.5％、Mn1.5％為基質(zhì)、作為電弧穩(wěn)定劑的Na2O和TiO2構(gòu)成的合成物(13Na2O-80TiO2)含量分別為0.15％、0.5％、1.0％、1.3％、1.8％的在本發(fā)明范圍內(nèi)的5種充填焊劑，以及將上述合成物的含量設(shè)定為未達(dá)到本發(fā)明范圍下限的0％、0.05％的充填焊劑和超過本發(fā)明范圍上限的2.2％、3.0％的4種充填焊劑。按照焊劑充填率5％的要求，將上述焊劑充填在表1所示的外皮金屬絲W為P1的管子(化學(xué)組分C0.05％、Si0.01％、Mn0.30％、P0.01％、S0.01％)中，伸線加工至外徑為1.2mm，作為試驗(yàn)用管狀焊絲。在焊接電流300A、電弧電壓33V、焊接速度30cm/min、焊絲伸出長(zhǎng)度20mm、密封氣體二氧化碳?xì)怏w、流量25L/min的焊接條件下用該焊絲進(jìn)行焊接，觀察焊接中的熔滴移行次數(shù)及其飛濺的產(chǎn)生量。
在觀察熔滴移行次數(shù)方面，一邊進(jìn)行自動(dòng)焊接一邊用高速攝影機(jī)對(duì)焊接部位攝影，將其結(jié)果進(jìn)行慢速重放，將熔滴在焊絲前端發(fā)生直至脫離作為1個(gè)周期進(jìn)行次數(shù)測(cè)定。焊接部位的攝影條件是攝影幅數(shù)1000幅/秒、快門速度1/3000秒，將其結(jié)果慢速重設(shè)，將熔滴在焊絲前端產(chǎn)生直至脫離作為1個(gè)周期進(jìn)行次數(shù)和時(shí)間測(cè)定，求出標(biāo)準(zhǔn)偏差、

圖1表示這一調(diào)查結(jié)果。
如圖1所示，在使用含有本發(fā)明范圍內(nèi)的充填焊劑(含有Na2O和TiO2的合成物0.15～2.0％)的管狀焊絲時(shí)，熔滴移行次數(shù)為40次/秒以上，從熔滴移行周期來看，其標(biāo)準(zhǔn)偏差在7以下，結(jié)果良好。但是，在使用將含有上述Na2O和TiO2的合成物設(shè)定為低于本發(fā)明范圍下限的焊絲時(shí)，其結(jié)果不好，熔滴移行次數(shù)減少，熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差大。另外，設(shè)定為超過本發(fā)明范圍上限的焊絲也同樣是熔滴移行次數(shù)減少，熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差大。
在觀察飛濺發(fā)生時(shí)，連續(xù)進(jìn)行1分鐘自動(dòng)焊接，對(duì)1根焊絲進(jìn)行3次焊接中產(chǎn)生的飛濺收集，計(jì)算其平均值。
圖2表示觀察飛濺產(chǎn)生量的結(jié)果。如圖2所示，當(dāng)合成物的含量處于本發(fā)明范圍內(nèi)(0.15～2.0％)時(shí)，飛濺產(chǎn)生量較少，在1g/min以下，結(jié)果良好。但是，在使用設(shè)定為低于本發(fā)明范圍下限的比較例焊絲時(shí)，含有上述Na2O和TiO2的合成物效果不好，飛濺產(chǎn)生量增加。另外，在使用設(shè)定為超過本發(fā)明范圍上限的比較例焊絲時(shí)，會(huì)過度促進(jìn)電弧環(huán)境中的電離，增加電弧的長(zhǎng)度，故使熔滴移行不穩(wěn)定，結(jié)果是增加飛濺產(chǎn)生量。
從以上結(jié)果可以看出，若含有Na2O和TiO2或Na2O、SiO2和TiO2的合成物中的1種或2種處于本發(fā)明范圍內(nèi)(0.15～2.0％)，則熔滴少，可穩(wěn)定移行，飛濺產(chǎn)生量少。但是，在用不符合本發(fā)明范圍下限值和上限值的焊劑作試驗(yàn)的比較例焊絲時(shí)，熔滴大，在不穩(wěn)定的狀態(tài)下移行，飛濺量增加。
(實(shí)施例1)下面對(duì)實(shí)施例和比較例作概括性說明。
表1所示為本發(fā)明及其比較例采用的軟鋼管及其帶鋼的組分。在鋼制外皮上無接縫的焊絲采用了表1中的外皮標(biāo)記為P1的軟鋼管，在鋼制外皮上有接縫的焊絲使用的是表1中的外皮標(biāo)記為H的鋼帶，在充填由表2組成的焊劑后，經(jīng)過軋制和拉模伸線、軟化及脫氫處理進(jìn)行中間退火，除了焊絲8、9、22和23以外，實(shí)施電鍍處理，制成在鋼制外皮上無接縫的金屬絲直徑為1.27mm的管狀焊絲。
表1

表2

備注(1)Si和Mn包括Fe-Si48，F(xiàn)e-Si21-Mn62，F(xiàn)e-Mn75(只在W4，5，12，13，14，15，22中使用)合金的計(jì)算值(2)其它組分余分包括水玻璃的固形部分、微量組分(C.P.S)原料中的雜物等。
(3)水玻璃中W1，2，3，5，10，11，12，13，15，18為硅酸鹽，其它采用硅酸鈉。
表2所示的W1～W14為實(shí)施例。W15以后為比較例。
表2所示的本發(fā)明例和比較例的焊接條件是焊接電流300A、電弧電壓33V、焊接速度30cm/min、焊絲伸出長(zhǎng)度20mm、二氧化碳?xì)怏w流量25L/min。觀察飛濺產(chǎn)生量、熔滴移行次數(shù)、熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差以及熔渣狀態(tài)。對(duì)于飛濺產(chǎn)生量，進(jìn)行1分鐘焊接，收集該焊接中發(fā)生的飛濺量，對(duì)1根焊絲進(jìn)行3次，計(jì)算收集量平均值。
對(duì)于熔滴移行次數(shù)和熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差，用高速攝影機(jī)對(duì)焊接中的電弧現(xiàn)象進(jìn)行攝影，計(jì)測(cè)1秒鐘間的熔滴移行次數(shù)、熔滴直經(jīng)和電弧寬度，對(duì)1根焊絲進(jìn)行3次，計(jì)算其平均值。對(duì)于熔渣狀態(tài)，采用目視和小錘子敲擊的方法來調(diào)查在焊接后的焊道表面上生成的熔渣產(chǎn)生量及其剝離性。按照J(rèn)IS Z3111作成拉伸試驗(yàn)片(Z2201 A1號(hào))和沖擊試驗(yàn)片(Z2242 4號(hào))，測(cè)定焊接金屬的機(jī)械性能。
表3為焊接試驗(yàn)的結(jié)果。
表3

注1熔渣產(chǎn)生量越少越好，“一”表示幾乎沒有熔渣的金屬面，“※”表示在整個(gè)焊道上無熔渣的金屬面。注2熔渣剝離性良好表示用小錐敲打容易剝落，稍許不良表示用小錐子敲打不會(huì)剝落，不良表示燒結(jié)狀態(tài)。
W1～W14所示的本發(fā)明焊絲在熔滴移行次數(shù)和熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差方面均良好，可進(jìn)行穩(wěn)定的焊接，結(jié)果是飛濺產(chǎn)生量少。在焊道表面生成的熔渣雖比實(shí)心金屬絲稍多一點(diǎn)，但產(chǎn)生量少，在焊道表面上生成整體性均勻的薄層，并且，在其剝離性方面，若用錘子輕輕敲打即可容易剝落，獲得了良好的結(jié)果。
反之，比較例的W15～W28與本發(fā)明例比較，則產(chǎn)生了問題，效果不好，詳見如下。
W15因不包含Na2O和TiO2的合成物，所以，電弧穩(wěn)定性不佳，作業(yè)性也較差，熔滴移行次數(shù)減少為26次/秒，飛濺產(chǎn)生量未減少。
W16的充填率不足2％，不能充填所需要的焊劑，而且，Si因低于本發(fā)明的下限，故不能獲得焊接金屬中的脫氧效果，在焊接金屬上的焊道局部產(chǎn)生了氣泡。作為電弧穩(wěn)定劑，因Na2O和TiO2的合成物低于本發(fā)明的下限，故降低了電弧穩(wěn)定劑的效果，熔滴移行次數(shù)減少，熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差值大，電弧狀態(tài)不穩(wěn)定，結(jié)果是飛濺產(chǎn)生量也增加。
W17的充填率提高至11％，作為電弧穩(wěn)定劑，雖添加了Na2O和TiO2的合成物，但電弧穩(wěn)定劑的效果過大，電弧長(zhǎng)度超過所需的長(zhǎng)度，故熔滴移行不穩(wěn)定，熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差值大，電弧狀態(tài)不穩(wěn)定，結(jié)果是飛濺產(chǎn)生量也多，沒有越出傳統(tǒng)的金屬絲范圍。另外，TiO2增多，熔渣量過多，作業(yè)性差。
W18雖然作為電弧穩(wěn)定劑，使用了本發(fā)明范圍內(nèi)的由Na2O和TiO2構(gòu)成的合成物，獲得了穩(wěn)定的電弧，但Si量高，焊接金屬的Si增加，機(jī)械性質(zhì)差。
W19中作為電弧穩(wěn)定劑所用的含有Na2O和TiO2的合成物超出了本發(fā)明范圍，故作為電弧穩(wěn)定劑的效果過大，電弧長(zhǎng)度超過所需長(zhǎng)度，不能穩(wěn)定進(jìn)行熔滴移行，熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差值大，電弧狀態(tài)不穩(wěn)定，結(jié)果是飛濺產(chǎn)生量也增加。
W20的Mn含量少，焊接金屬脫氧不足，稍許有氣泡，機(jī)械性強(qiáng)度不足。
W21因Na2O超過本發(fā)明范圍，故作為電弧穩(wěn)定劑的效果過大，電弧長(zhǎng)度超過所需長(zhǎng)度，不能穩(wěn)定進(jìn)行熔滴移行，電弧狀態(tài)不穩(wěn)定，結(jié)果是飛濺產(chǎn)生量也增加。
W22因Mn超過了本發(fā)明范圍，故不再有包含Na2O和TiO2的合成物的效果，熔滴增大，飛濺產(chǎn)生量增多，焊接金屬的Mn量增高，在機(jī)械性質(zhì)方面，拉伸強(qiáng)度大，沖擊韌性小。
W23雖然添加了包含Na2O、TiO2和SiO2的合成物，但電弧穩(wěn)定劑的效果過大，電弧長(zhǎng)度超過所需長(zhǎng)度，熔滴移行不穩(wěn)定，并且，熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差值大，電弧狀態(tài)不穩(wěn)定，飛濺產(chǎn)生量也增加。
W24的焊絲形狀有接縫，并未經(jīng)過電鍍，但與W23一樣，由Na2O、TiO2和SiO2組成的合成物添加量多，電弧穩(wěn)定劑的效果過大，電弧長(zhǎng)度超過所需長(zhǎng)度，故熔滴移行不穩(wěn)定，電弧狀態(tài)不穩(wěn)定，結(jié)果是飛濺產(chǎn)生量也增加。
W25由于未含有作為電弧穩(wěn)定劑的Na2O、TiO2和SiO2，因此，熔滴移行次數(shù)少，電弧始終不穩(wěn)定，飛濺產(chǎn)生量增加。
W26是一種JIS YGW12的實(shí)心金屬絲，W27是一種JIS YGW11的實(shí)心金屬絲，由于未含有作為電弧穩(wěn)定劑的由Na2O和TiO2組成的合成物，因此，熔滴移行次數(shù)少，電弧狀態(tài)更加不穩(wěn)定，不能減少飛濺產(chǎn)生量。
W28是傳統(tǒng)充填率的管六焊絲，雖然含有由Na2O和TiO2組成的合成物，但TiO2量多，熔渣產(chǎn)生量多，熔滴移行次數(shù)少，電弧狀態(tài)更加不穩(wěn)定，不能減少飛濺產(chǎn)生量。
(實(shí)施例2)下面用實(shí)施例來說明外皮的軟鋼帶、鋼帶的組分發(fā)生變化的焊絲。采用表1所示的管子及鋼帶，將表4所示的管子與鋼帶組合，充填焊劑，采用了與前述表2所示的焊絲相同的制造方法、焊接方法和測(cè)定方法。
表5表示焊接結(jié)果。
表4

表5

注1熔渣產(chǎn)生量越少越好，“一”表示幾乎沒有熔渣的金屬面，“※”表示在整個(gè)焊道上無熔渣的金屬面。注2熔渣剝離性良好表示用小錐敲打容易剝落，稍許不良表示用小錐子敲打不會(huì)剝落，不良表示燒結(jié)狀態(tài)。
WP1～WP3和WH1～WH4所示的本發(fā)明焊絲在熔滴移行次數(shù)和熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差方面均良好，可進(jìn)行穩(wěn)定的焊接，結(jié)果是飛濺產(chǎn)生量少。
在焊道表面生成的熔渣比實(shí)心金屬絲稍多一點(diǎn)，但產(chǎn)生量少，能均勻地在整個(gè)焊道表面生成簿薄的一層，并且，在剝離性方面，只要用錐子輕輕敲打，即可容易剝離，可獲得良好結(jié)果。
反之，比較例的WP4和WH5則不良，與本發(fā)明例相比，存在著問題，詳見如下。
WP4由于焊絲中的Si量對(duì)應(yīng)于金屬絲的總質(zhì)量為2.13％，超過本發(fā)明范圍，因此，熔滴大，熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差值大，電弧狀態(tài)不穩(wěn)定，結(jié)果是飛濺產(chǎn)生量也增加。另外，熔接金屬中的Si量過剩，機(jī)械性質(zhì)差。
WH5由于焊絲中的Mn量對(duì)應(yīng)于金屬絲的總質(zhì)量為4.32％，超過本發(fā)明范圍，因此，熔滴大，熔滴移行次數(shù)少，熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差值大，電弧狀態(tài)不穩(wěn)定，結(jié)果是飛濺產(chǎn)生量也增加。
(實(shí)施例3)本發(fā)明和比較例用的無接縫的焊絲用軟鋼管的組分使用了表6所示的P1、2、3，有接縫的焊絲用帶鋼使用了表6所示的H1、H2、H3，在充填由表7組成的焊劑后，經(jīng)過軋制和拉模伸線、軟化和脫氫處理的中間退火，除了金屬絲W7、W8、W14～W16和W26～W29之外，都實(shí)施了電鍍處理，制成在鋼制外皮上無接縫或有接縫的金屬絲直徑1.2mm的管狀焊絲。
表6

表7 注1C、Si和Mn表示鋼制外皮和充填焊劑金屬組分的合計(jì)值，Cu表示電鍍量的值。
2各組分的“-”或空白表示在充填焊劑中無混合。
3余分表示粘合劑SiO2等其它不可少的組分。
表7所示的金屬絲W1～W16是本發(fā)明的實(shí)施例，金屬絲W17～W30是比較例。
使用表8所示組分的鋼板(B1、B2)，以焊接電流400A、電弧電壓40V、焊接速度24cm/min、進(jìn)熱量40KJ、通道間溫度350℃以下作為焊接條件，在表9所示的坡口形狀(K1、K2)上進(jìn)行焊接，實(shí)施了焊接金屬性能試驗(yàn)。另外，飛濺產(chǎn)生量、熔滴移行次數(shù)、熔滴移行次數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差、熔渣狀態(tài)、焊接深度的測(cè)定是使用表8所示的鋼板B1的板厚20mm、寬度60mm、長(zhǎng)度400mm的試驗(yàn)片、在上述焊接條件下進(jìn)行了焊接。
飛濺產(chǎn)生量是連接焊接1分鐘，對(duì)1根金屬絲進(jìn)行3次在其焊接中發(fā)生的飛濺的收集作業(yè)，計(jì)算該收集量(g/min)的平均值。飛濺產(chǎn)生量以收集量在1.0g/min以下為宜。
在電弧焊接的熔滴移行次數(shù)、熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差方面，用高速攝影機(jī)對(duì)焊接中的電弧現(xiàn)象進(jìn)行了攝影，計(jì)測(cè)每秒期間的熔滴移行次數(shù)，對(duì)1根金屬絲進(jìn)行3次，計(jì)算它的平均值。熔滴移行次數(shù)以40次/秒以上為宜。
在熔渣狀態(tài)方面，用目視方法觀察焊接后在焊接焊道上生成的熔渣生成量，用小錐子敲打來調(diào)整剝離性。
焊接深度是進(jìn)行了下向焊道焊接，將該焊接焊道垂直方向切斷，該斷面經(jīng)研磨、腐蝕后觀察熔深狀態(tài)，計(jì)測(cè)從鋼板上面表面至焊接最下部之間的距離，將計(jì)測(cè)3次結(jié)果的平均值作為熔深進(jìn)行評(píng)價(jià)。焊接的深度以6mm以上為宜。
焊接金屬的機(jī)械性質(zhì)是作成拉伸試驗(yàn)片(JIS Z2201 A1號(hào))和沖擊試驗(yàn)片(JIS Z2242 4號(hào))進(jìn)行了試驗(yàn)。拉伸強(qiáng)度以采用鋼板B1時(shí)的490～590N/mm2、鋼板B2時(shí)的520～620N/mm2為宜，沖擊值在0℃時(shí)以47J以上為宜。
表10為焊接試驗(yàn)結(jié)果及其焊接作業(yè)性的評(píng)價(jià)結(jié)果。
表8

表9

表10

金屬絲W1～W16所示的本發(fā)明焊絲在熔滴移行次數(shù)和熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差方面均良好，可進(jìn)行穩(wěn)定的焊接，結(jié)果是飛濺產(chǎn)生量少。并且，在焊道表面上生成的熔渣比實(shí)心金屬絲稍多一點(diǎn)，但本身生成量少，能均勻地在整個(gè)焊道表面生成薄薄的一層。在剝離性方面，只要用錐子輕輕敲打，即可容易剝脫，可獲得良好結(jié)果。在熔深方面，也比傳統(tǒng)的管狀焊絲要深，可獲得與實(shí)心金屬絲一樣的深度，沒有焊接缺陷，結(jié)果非常良好。并且，拉伸強(qiáng)度和韌性也可獲得良好結(jié)果，能充分滿足要求。
反之，比較例的金屬絲W17～W30與本發(fā)明例相比，存在著問題，詳見如下。
金屬絲W17因作為電弧穩(wěn)定劑的含有Na2O和TiO2的合成物較少，因此，飛濺量多，焊接的熔滴移行次數(shù)也少，熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差值也大，電弧狀態(tài)也不穩(wěn)定。又因Ti多，故拉伸強(qiáng)度大，韌性差。
金屬絲W18因作為電弧穩(wěn)定劑的Na2O源的Na2O換算值較大，故電弧長(zhǎng)度增長(zhǎng)，飛濺量多，又因C少，故拉伸強(qiáng)度小。
金屬絲W19因作為電弧穩(wěn)定劑的含有Na2O和TiO2的合成物較多，故電弧長(zhǎng)度增長(zhǎng)，飛濺量多，又因Si少，故在焊接金屬上產(chǎn)生氣泡，拉伸試驗(yàn)時(shí)的延伸性差。
金屬絲W20因Na2O源的Na2O換算值較大，故電弧長(zhǎng)度增長(zhǎng)，飛濺量多，又因Si多，故韌性差。
金屬絲W21因TiO2源的TiO2換算值較大，故電弧長(zhǎng)度伸長(zhǎng)，飛濺量多，又因Mn少，故焊接金屬的流動(dòng)性差，焊道外觀不良，拉伸強(qiáng)度也差。
金屬絲W22因焊劑充填率小，故焊絲生產(chǎn)性不良，焊劑充填率不均勻，電弧不穩(wěn)定，飛濺產(chǎn)生量多，又因Ti少，故韌性差。
金屬絲W23因焊劑充填率大，故熔渣生成量和飛濺產(chǎn)生量多，熔渣剝離性差，焊接深度也淺，又因Mn多，故拉伸強(qiáng)度大，并在焊口部位出現(xiàn)高溫開裂。
金屬絲W24因C多，故飛濺量產(chǎn)生量多，拉伸強(qiáng)度大，韌性差。
金屬絲W25因B少，故韌性差。
金屬絲W26因B多，W27因Mo多，W29因Cr多，故均是拉伸強(qiáng)度大，韌性差。
金屬絲W28因Ni多，故拉伸強(qiáng)度大，并且，在焊口部位出現(xiàn)高溫開裂。
金屬絲W30是一種實(shí)心金屬絲，與本發(fā)明例相比，電弧狀態(tài)不穩(wěn)定，飛濺產(chǎn)生量多，熔滴移行次數(shù)和移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差值均大。
綜上所述，本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲的特征是，電弧極其穩(wěn)定，熔滴移行次數(shù)多，細(xì)?；菩校w濺少，在傳統(tǒng)的實(shí)心金屬絲和管狀焊絲所具有的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上又有所提高，焊接作業(yè)性及其焊接焊道形狀良好，容易添加調(diào)整合金組分，對(duì)焊接部位的高品質(zhì)化、高焊接效率以及不同板厚、材質(zhì)的焊接作業(yè)的高效率化能作出貢獻(xiàn)。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)單說明圖1表示充填焊劑中含有Na2O和TiO2的合成物對(duì)熔滴移行次數(shù)和熔滴移行周期的標(biāo)準(zhǔn)偏差產(chǎn)生的影響。
圖2表示充填焊劑中含有Na2O和TiO2的合成物對(duì)飛濺產(chǎn)生量產(chǎn)生的影響。
圖3為本發(fā)明的氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲的剖面，(a)是無接縫焊絲的剖面模式圖、(b)是有接縫焊絲的剖面模式圖。
對(duì)圖中符號(hào)的說明1表示鋼制外皮，2表示焊劑，3表示接縫。
權(quán)利要求
1.氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲，所述管狀焊絲是一種在鋼制外皮中充填焊劑的焊絲，其特征在于，對(duì)應(yīng)于總質(zhì)量的金屬絲，包含Si0.3～1.8％(金屬絲的總質(zhì)量％、以下相同)、Mn0.8～4.0％、1種或2種作為電弧穩(wěn)定劑的含有Na2O和TiO2的合成物或含有Na2O、SiO2和TiO2合成物0.15～2.0％，焊劑充填率為3～10質(zhì)量％。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲，其特征還在于，充填焊劑除了含有Na2O和TiO2的合成物或含有Na2O、SiO2和TiO2的合成物之外，還含有以Na2O換算值計(jì)在0.3％以下的Na2O源及/或以TiO2換算值計(jì)在1.5％以下的TiO2源。
3.如權(quán)利要求1所述的管狀焊絲，其特征還在于，對(duì)應(yīng)于金屬絲的總質(zhì)量％，還含有C0.02～0.15％、Ti0.02～0.3％、B0.001～0.01％。
4.如權(quán)利要求3所述的管狀焊絲，其特征還在于，對(duì)應(yīng)于金屬絲的總質(zhì)量％，還含有1種或2種以上作為合金化劑的Mo0.7％以下、Ni1.75％以下、Cr1.0％以下。
全文摘要
本發(fā)明提供了兼有實(shí)心金屬絲的高焊接性、低飛濺產(chǎn)生量以及管狀焊絲的穩(wěn)定的焊接作業(yè)性等優(yōu)點(diǎn)的氣體保護(hù)電弧焊接用管狀焊絲。所述焊絲是一種在鋼制外皮中充填焊劑的焊絲，其特征在于，對(duì)應(yīng)于總質(zhì)量的金屬絲，包含Si0.3～1.8％(金屬絲的總質(zhì)量％、以下相同)、Mn0.8～4.0％、1種或2種作為電弧穩(wěn)定劑的含有Na
文檔編號(hào)B23K35/02GK1408501SQ01140978
公開日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2001年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月24日
發(fā)明者加藤剛, 河本拓三, 三宅聰之, 鈴木雄二, 高山力也, 本江敦忠, 千葉利彥 申請(qǐng)人:日鐵溶接工業(yè)株式會(huì)社