專利名稱：送給性良好的電弧焊接用焊絲及其拉絲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電弧焊接用焊絲，特別是關(guān)于使焊絲產(chǎn)成品殘存應(yīng)力分布均勻化、送給性良好的電弧焊接用焊絲及其拉絲方法。
電弧焊接用焊絲，因用于焊接機(jī)械裝置，焊絲作為焊填金屬添加，就纏繞成線軸和桶形包裝，焊接時通過送給輥及焊槍電纜送給，其因電弧熱而熔化，與母材一起熔合，所以為了進(jìn)行穩(wěn)定的焊接，確保良好的送給性是很重要的。另外，近來因?yàn)橐蠛附幼鳂I(yè)自動化、高效率化，實(shí)際要求以快速的送給速度進(jìn)行穩(wěn)定的焊絲送給，對于提高焊絲送給性的要求更高。
一般，包括電弧焊接用焊絲在內(nèi)的各種焊絲，由最初的原線(ROD)到形成產(chǎn)成品焊絲，要通過各種尺寸的拉模，從粗徑到細(xì)徑階段性地減縮斷面，拉絲成最終成品線。
關(guān)于拉絲工藝，與焊絲送給性有關(guān)的因素，包括將產(chǎn)成品線拉絲出符合要求線徑的減縮斷面率、調(diào)整拉絲進(jìn)度、焊絲拉伸強(qiáng)度和拉伸率偏差的內(nèi)應(yīng)力分布均勻性、焊絲的直行性等。其中，焊絲內(nèi)應(yīng)力分布均勻性對于焊絲的送給性來說是最重要的因素。
目前，為了加強(qiáng)對焊絲送給性的拉絲工藝的控制，一般僅單純考慮將粗徑變成細(xì)徑式的減縮斷面率，或考慮通過調(diào)整焊絲拉伸強(qiáng)度和拉伸率偏差的內(nèi)應(yīng)力分布均勻化。
但是，對于拉絲工藝來說，焊絲的多次拉伸(拉絲)，焊絲外部即與拉模接觸的表面比心部組織更致密，從而形成硬化，這種硬化不僅不可能多次進(jìn)行焊絲拉伸，而且焊絲外部與心部的殘存應(yīng)力分布更不均勻。因此，目前通過單純減縮斷面率、調(diào)整拉絲進(jìn)度和拉絲線拉伸強(qiáng)度的控制，使產(chǎn)成品線的外部與內(nèi)部的殘存應(yīng)力分布均勻是有限度的。
另外，隨著連續(xù)進(jìn)行焊絲拉絲的焊絲表面硬化，引起與焊絲接觸的拉模磨損，增加焊絲表面損傷，給產(chǎn)成品線的質(zhì)量帶來不良影響，結(jié)果是在焊接時妨礙焊絲的順利送給。
隨著表面硬化的焊絲與拉模之間的接觸造成拉模磨損，其原因在于與焊絲的接觸面積不均勻，因此造成產(chǎn)成品線縱向殘存應(yīng)力分布很不均勻。因此，焊接時焊絲通過送給輥及焊槍電纜送給，負(fù)荷集中于局部，是焊絲不能傳送，成為嚴(yán)重扭曲、纏繞成團(tuán)的原因。
本發(fā)明的目的是提供一種送給性良好的電弧焊接用焊絲及其拉絲方法，通過控制拉絲工藝的焊絲斷面的硬度偏差和焊絲縱向硬度偏差，使焊絲內(nèi)應(yīng)力分布均勻，提高電弧焊接用焊絲的送給性。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是將焊絲與拉模接觸所形成的接觸面積控制在一定范圍，通過減少焊絲的硬度偏差，提供焊絲殘存應(yīng)力分布均勻的電焊用焊絲。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是以通常的拉絲過程將焊絲最終階段分成二個階段，其第一階段是通過調(diào)整焊絲與拉模之間的接觸角度，減少焊絲斷面上的心部與表面之間的硬度偏差；第二階段通過縱向調(diào)整矯正焊絲的模腰部，減少焊絲縱向硬度偏差，提供可減少焊絲內(nèi)部硬度偏差的電弧焊接用焊絲的拉絲方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的采用Hv硬度計測定電弧焊接用焊絲硬度，焊絲斷面心部與表面之間的硬度差在18以下，在以焊絲任意200mm間距測定縱向硬度差在15以下。
再有，上述焊絲的硬度偏差，可通過焊絲與拉模接觸面積的控制進(jìn)行調(diào)整；通過按以下公式定義的接觸面積比特定在3-3.5范圍內(nèi)，調(diào)整焊絲的硬度偏差。
接觸面積比＝減縮斷面接觸比(減縮斷面接觸面積/引入線斷面積)＋矯正接觸比(矯正接觸面積/引出線斷面積)。
為了達(dá)到上述進(jìn)一步的目的的技術(shù)方案，本發(fā)明提供了將電弧焊接用焊絲拉出符合要求線徑的拉絲方法，焊絲最終拉絲分二階段進(jìn)行，二個階段拉絲中，由第一階段為了通過調(diào)整焊絲與拉模之間的接觸角度減少焊絲斷面心部與表面之間的硬度偏差階段、第二階段通過縱向調(diào)整矯正焊絲的模腰部減少焊絲縱向硬度偏差階段。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。


圖1a是焊絲通過送給輥時的縱向視圖。
圖1b是焊絲通過送給輥時的橫向視圖。
圖2是焊絲通過拉模時的減縮斷面接觸部與矯正接觸部視圖。
圖3是將拉絲工藝產(chǎn)成品階段的拉絲分成二個階段實(shí)施的示意圖。
圖4是適用于本發(fā)明實(shí)施例的焊絲送給性試驗(yàn)方法決定焊絲(W)與拉模(D)的接觸面積，主要是i)實(shí)施焊絲(W)實(shí)際減縮斷面的拉模(D)與焊絲(W)之間的接觸面積；ii)焊絲直行性和伴隨焊絲直行性的焊絲(W)與模腰部(200)的接觸面積。通過上述模腰部(200)矯正焊絲線徑，提高直行性。
首先，觀察前者的情況，焊絲(W)實(shí)際減縮斷面部位(減縮斷面接觸部)的接觸面積過少時，焊絲(圓形)斷面上的內(nèi)部(心部)和外部(表面)之間的殘存應(yīng)力差增大，焊絲一側(cè)外部與另一側(cè)外部之間的硬度差增大，焊接時焊絲通過送給輥時耐受不了所受到的連續(xù)局部負(fù)荷(參考圖1a和圖1b)，焊絲扭曲導(dǎo)致焊槍頂端晃動，成為電弧不穩(wěn)定的原因。另外，接觸面積過大時，由于局部加工硬化現(xiàn)象給焊絲質(zhì)量帶來不良影響，嚴(yán)重時焊絲內(nèi)部(心部)和外部之間的應(yīng)力偏差增大，從而不能進(jìn)行拉絲。
接著觀察后者的情況，被拉絲的焊絲(W)和模腰部(200)接觸面積過少時，焊絲縱向的內(nèi)部應(yīng)力偏差增大，使焊絲送給不順利，這是因?yàn)楹附z通過送給輥時焊絲承受不了所受到的連續(xù)性且是局部的負(fù)荷，產(chǎn)生扭曲或纏繞而脫離送給輥(1)，或焊絲(W)直行性不足，焊接時通過送給輥或通過電纜后焊絲易變形，這是因?yàn)楹附z通過焊槍頂端后不可能還具有直行性，從而導(dǎo)致焊接缺陷(蛇行焊蠶)。
目前，調(diào)整這種內(nèi)應(yīng)力偏差的方法是通過減縮斷面率控制產(chǎn)成品線的拉伸強(qiáng)度和延伸率的偏差，但這種方法在控制產(chǎn)成品線的微細(xì)內(nèi)應(yīng)力上，即送給焊絲時承受負(fù)荷的外部表面應(yīng)力、傳遞這種來自表面負(fù)荷的心部應(yīng)力上有限。
因而，本發(fā)明者等，如圖2所示那樣焊絲通過模腰時，將減縮斷面的接觸部位稱為減縮斷面接觸部(20)，將其面積稱為減縮斷面接觸面積；將矯正焊絲線徑的接觸部位稱為矯正接觸部(200)，將其面積稱為矯正接觸面積；通過調(diào)整將上述減縮斷面接觸面積和矯正接觸面積合計一起的面積，發(fā)現(xiàn)可使焊絲內(nèi)部應(yīng)力分布均勻，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
另外，發(fā)現(xiàn)這種產(chǎn)成品線的殘存應(yīng)力分布與焊絲斷面上的心部和表面的硬度偏差、焊絲縱向硬度偏差密切相關(guān)。即發(fā)現(xiàn)與提高焊絲送給性有關(guān)的焊絲本身物理特性，認(rèn)識到是隨著焊絲斷面與縱向的硬度差減少的內(nèi)部應(yīng)力均勻性，同時通過將焊絲與模腰的接觸面積控制到一定范圍實(shí)現(xiàn)焊絲硬度偏差的減少。對接觸面積的控制重要的是控制拉絲工藝的最終拉絲階段。
拉絲工藝一般是采用多道工序拉出焊絲(原線)，由最初的粗徑慢慢地細(xì)徑化，但對于多階段的拉絲過程來說，殘存于焊絲的內(nèi)應(yīng)力完全反映在最終拉絲階段之前的焊絲上。因此，控制殘存于焊絲的內(nèi)應(yīng)力，必須在最終拉絲階段進(jìn)行調(diào)整。
具體來說，如圖3所示，最終拉絲階段分成二階段，在第一階段，縮小焊絲(W)和模腰(D)的接觸角度，減少焊絲斷面上的硬度偏差，防止由于焊接時焊絲扭曲引起焊槍頂端晃動；在第二階段，加長拉模模腰縱向長度，即矯正焊絲的模腰部(200)縱向長度，減少焊絲縱向硬度偏差，防止焊絲通過電纜時彎曲、扭曲產(chǎn)生焊接缺陷(蛇行焊蠶)。
本發(fā)明的特征是在最終拉絲階段，為了控制焊絲通過二個拉模時形成的接觸面積，將二個拉模的減縮斷面接觸比與矯正接觸面積比值合計起來，將其定義為接觸面積比，將這個值控制在一定范圍，具體為3～3.5，在這個范圍內(nèi)可減少焊絲的斷面及縱向的硬度偏差，拉絲時焊絲的殘存應(yīng)力明顯減少。
以下，舉實(shí)施例說明本發(fā)明。
為了弄清焊絲的斷面及縱向的硬度偏差與焊接性的關(guān)系，完成了對拉絲時大多數(shù)受到加工硬化的不銹鋼焊接用焊絲的焊接性評價。
表1
焊絲的減少斷面是5.5mm→1.2mm，適用鋼種是AWS ER309、JIS Y309。
送給性試驗(yàn)，如圖4那樣，成二圈形態(tài)，在焊接條件190A-200V下實(shí)施。拉絲工藝按1次拉絲→熱處理→2次拉絲→熱處理→3次拉絲(最終拉絲)的順序進(jìn)行；最終拉絲階段，將拉絲分成二階段完成，變更(最終拉絲工藝的)各拉絲階段的接觸面積比，用Vickers硬度試驗(yàn)儀(Vickers hardness tester，以下簡稱Hv)測定硬度。
關(guān)于拉絲工藝，在1次拉絲后及最終拉絲前進(jìn)行熱處理，1次拉絲后的熱處理，是因用不銹鋼時大多數(shù)受到加工硬化，為了繼續(xù)拉絲，進(jìn)行熱處理解除拉絲線的加工硬化；最終拉絲前的熱處理是為了使產(chǎn)成品線的內(nèi)部殘存應(yīng)力最小化，而且使之均勻化。這在緩和焊絲通過拉模時的應(yīng)力上也是重要的，引入線(引入焊絲)的殘存應(yīng)力分布也是重要原因。另外，最終拉絲前的熱處理，1次拉絲后應(yīng)力有某種程度的解除，但經(jīng)過連續(xù)2次拉絲內(nèi)部殘存應(yīng)力分布不均勻，難以獲得送給性良好的殘存應(yīng)力分布，所以最終拉絲前的熱處理成為最重要的工藝。
硬度偏差，斷面硬度偏差時是測定焊絲心部和表面的硬度求其差；縱向硬度偏差時是以焊絲任意200mm間距連續(xù)5次測定硬度，求其差、求算術(shù)平均值(三種試料的算術(shù)平均值)。
如上述那樣，最終拉絲(即3次拉絲)的拉絲分成二階段，第一階段，通過調(diào)整減縮斷面接觸比，即調(diào)整焊絲與拉模的接觸角度限定減縮斷面接觸面積；第二階段，矯正接觸比，即限定矯正拉絲線徑階段的矯正接觸面積，減少焊絲斷面上的硬度偏差及縱向硬度偏差，使焊絲殘存應(yīng)力分布均勻。即在第一階段縮小焊絲與拉模接觸角度，減少焊絲斷面上的硬度偏差，防止焊接時由于焊絲扭曲造成焊槍頂端晃動；在第二階段，加長拉模模腰縱向長度，即加長矯正焊絲的模腰部的縱向長度，減少焊絲縱向硬度偏差，防止焊絲通過電纜時由于折曲或扭曲造成焊接缺陷(蛇行焊蠶)。上述中，第一拉絲階段如果焊絲與拉模的接觸角度大，隨著第二階段模腰部縱向長度影響接觸面積比的程度，要求接觸面積比在3至3.5范圍內(nèi)，如為兩者也要求是約1/3(1至1.17)到1/2(1.5至1.75)。
如上述表1所示，硬度偏差斷面心部與表面的差即斷面硬度偏差在18以下，縱向情況在15以下時呈現(xiàn)最穩(wěn)定的送給負(fù)荷。圓斷面與縱向的硬度偏差在控制范圍內(nèi)的實(shí)施例1、2、4場合，隨著送給負(fù)荷減低不僅送給性良好，而且呈現(xiàn)穩(wěn)定的電弧。但是，實(shí)施例3、5場合，圓斷面或縱向無論那一方的硬度偏差值均沒有包含在控制范圍內(nèi)，呈現(xiàn)送給負(fù)荷增高的傾向。這是因?yàn)榻佑|面積比由減縮斷面接觸比與矯正接觸比組成，不僅僅是接觸面積比的總和，如果不能同時將減縮斷面接觸比與矯正接觸比控制在一定范圍內(nèi)，就不能確保穩(wěn)定的送給性。
一般，經(jīng)過焊絲二圈焊接試驗(yàn)，送給負(fù)荷在2.1左右時電弧不穩(wěn)定，數(shù)值在2.1以上時能焊接，用不穩(wěn)定電弧連續(xù)進(jìn)行焊接稱為不能適用水平。如以上說明那樣，用Hv硬度計測定電弧焊接用焊絲的硬度焊絲斷面心部與表面的硬度差在18以下；以焊絲的任意200mm間距測定縱向硬度差時，通過管理在15以下，使焊絲殘存應(yīng)力分布均勻，可提高焊絲的送給性。
另外，本發(fā)明通過將焊絲與拉模接觸產(chǎn)生的接觸面積控制在硬度范圍，減少焊絲的硬度偏差，提供焊絲殘存應(yīng)力分布均勻的電弧焊接用焊絲，具體方法上提供將拉絲工藝最終階段的拉絲分二階段進(jìn)行的拉絲方法。
圖中符號說明1輥筒3焊槍20 減縮斷面接觸部200 矯正接觸部(模腰部)W焊絲D拉絲模具P負(fù)荷
權(quán)利要求
1.一種送給性良好的電弧焊接用焊絲，其特征在于采用Hv硬度計測定電弧焊接用焊絲硬度，焊絲斷面心部與表面之間的硬度差在18以下，在以焊絲任意200mm間距測定縱向硬度差時，在15以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的送給性良好的電弧焊接用焊絲，其特征在于所述焊絲斷面心部與表面之間的硬度差及焊絲縱向硬度差，是按下列公式定義的接觸面積比特定在3至3.5范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整的接觸面積比＝減縮斷面接觸比(減縮斷面接觸面積/引入線斷面積)＋矯正接觸比(矯正接觸面積/引出線斷面積)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的送給性良好的電弧焊接用焊絲的拉絲方法，其特征在于所述焊絲最終拉絲分二階段進(jìn)行第一階段是通過調(diào)整焊絲與拉模之間的接觸角度，減少焊絲斷面心部與表面之間的硬度差的階段；第二階段是通過縱向調(diào)整矯正焊絲的模腰部，減少焊絲縱向硬度差的階段；
全文摘要
一種送給性良好的電弧焊接用焊絲,其特點(diǎn)是采用Hv硬度計測定電弧焊接用焊絲硬度,焊絲斷面心部與表面之間的硬度差在18以下,在以焊絲任意200mm間距測定縱向硬度差時,在15以下。為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明提供了將電弧焊接用焊絲以最終拉絲分二階段進(jìn)行,拉出符合要求線徑焊絲的拉絲方法。通過控制拉絲工藝的焊絲斷面的硬度偏差和焊絲縱向硬度偏差,使焊絲內(nèi)應(yīng)力分布均勻,提高電弧焊接用焊絲的送給件。
文檔編號B23K35/40GK1332056SQ01121078
公開日2002年1月23日 申請日期2001年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月28日
發(fā)明者李義德, 李在炯 申請人:株式會社Kiswel