專利名稱：用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于例如汽車薄鋼板等厚0.6～10mm的例如低碳薄鋼板和高強(qiáng)度薄鋼板的氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲。
背景技術(shù)：
氣體保護(hù)電弧焊焊接的結(jié)構(gòu)必須具有較高的質(zhì)量，其生產(chǎn)必須提供更徹底的勞動節(jié)約和更高的效率。在汽車工業(yè)中，例如使用焊接機(jī)器人的焊接完全自動化被推到了前臺，在目前的商業(yè)生產(chǎn)線中以約1.0m/分鐘的速度進(jìn)行焊接。需要在更高的速度下更高效率地焊接。
薄鋼板結(jié)構(gòu)具有與全球環(huán)境問題相一致的重要技術(shù)機(jī)會。在它們中，在汽車工業(yè)中，為了降低重量，從而改進(jìn)燃料效率，迫切需要降低使用高強(qiáng)度薄鋼板的規(guī)格(降低尺寸)。但是，盡管焊接接頭上的荷載應(yīng)力增加，但因為與普通賤金屬相比，焊接接頭的疲勞強(qiáng)度沒有增加，與常規(guī)低碳鋼相等，所以得到的焊接制品不能表現(xiàn)出高強(qiáng)度薄鋼板材料的原始疲勞強(qiáng)度。
當(dāng)為了進(jìn)一步改進(jìn)焊接效率使用常規(guī)填料金屬材料以超過1.3m/分鐘的高速度進(jìn)行焊接時，將形成例如底切焊珠和鼓包焊珠等不規(guī)則焊珠。另外，由于工件的擠壓精度變化，所以搭接填角焊點(diǎn)的焊縫根部間隙(rootopening)經(jīng)常變化，如果在大于1.9mm的根部間隙上進(jìn)行高速的焊接，將發(fā)生例如燒透和穿孔等焊接缺陷。因此，強(qiáng)烈需要甚至在高速焊接時也能穩(wěn)定地產(chǎn)生焊珠和產(chǎn)生能跨接根部間隙的寬焊珠的焊接材料。
在日本未審查專利申請公開(JP-A)第05-305476號公報中可以找到用于具有6mm或更小厚度的薄鋼板的氣體保護(hù)電弧焊的常規(guī)實芯焊絲。該實芯焊絲將改進(jìn)以1.0m/分鐘或更高的高速度焊接6mm厚的薄片的焊接加工性和焊接質(zhì)量，含有0.02～0.10質(zhì)量％的碳(C)、0.8～1.2質(zhì)量％的硅(Si)、1.0～1.8質(zhì)量％的錳(Mn)、0.020質(zhì)量％或更低的磷(P)、0.020～0.100質(zhì)量％的硫(S)、0.005質(zhì)量％或更低的鋁(Al)、0.0070質(zhì)量％或更低的氧(O)和0.00790質(zhì)量％或更低的氮(N)，余量為鐵(Fe)和不可避免的雜質(zhì)，其中Mn與Si的比(Mn/Si)為1.2～1.8。該技術(shù)通過加入大量的硫以調(diào)節(jié)熔融金屬的表面張力來改進(jìn)高速焊接中的焊珠形成性。
使用常規(guī)的焊接材料高速焊接作基礎(chǔ)金屬的薄鋼板經(jīng)常產(chǎn)生凸焊道，甚至不引發(fā)不規(guī)則焊珠。由于焊接的焊邊處的應(yīng)力集中，這樣的凸焊道常常導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度降低。因此，必須以比常規(guī)技術(shù)低的焊接速度進(jìn)行焊接。因此，為了使高強(qiáng)度鋼更廣泛地應(yīng)用在這些結(jié)構(gòu)中，需要提供可以提供高疲勞強(qiáng)度的焊接結(jié)構(gòu)和維持滿意的焊接效率的焊接材料。
給焊接接頭賦予壓縮應(yīng)力的焊接材料通常用來改進(jìn)接點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度。具體地，可以通過降低馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度(此后稱為“馬氏點(diǎn)(Ms點(diǎn))”)降低殘余應(yīng)力，以便在低溫就可以利用轉(zhuǎn)變膨脹。例如，JP-A第11-138290號公報提出一種利用具有C、Cr、Ni、Si、Mn、Mo和Nb含量的典型的預(yù)定組成將馬氏點(diǎn)控制在250℃～170℃的焊接材料。
但是，上述常規(guī)技術(shù)具有下列缺點(diǎn)。JP-A第05-305476號公報中描述的加到實芯焊絲中的硫(S)是一種采取一定的量就顯著地改變界面張力和熔融金屬的流動性以及可以實現(xiàn)高速焊接的元素。但是，硫促使熱裂紋。在使用化合0.02％或更多的硫的填充金屬材料的焊接金屬中，該趨勢(促使熱裂紋)是明顯的。尤其是，當(dāng)在大于1.0mm的變化的根部間隙上以1.0m/分鐘或更高的高速度進(jìn)行焊接時，更經(jīng)常地發(fā)生熱裂紋。
由于隨著硫量的增加，硫化物變粗，所以硫不僅引起熱裂紋，而且減低材料的強(qiáng)度和韌性。根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)G 4804含硫高速切削鋼材料，一種切削鋼，通過含有大量的硫(SUM 24L，含有0.26～0.35質(zhì)量％的硫)，具有改進(jìn)的切削性。但是，在需要一定水平的強(qiáng)度、韌性和其它機(jī)械性的焊接金屬中，硫含量一般最小化到0.03％或更低，這是因為硫的存在對它們很有害。因此，JP-A第05-305476號公報中描述的實芯焊絲比通常的焊絲表現(xiàn)出稍微更高的熱裂紋敏感性和更低的強(qiáng)度和韌性。
JP-A第11-138290號公報中描述的焊接材料含有大量的昂貴的合金金屬，例如Cr和Ni，當(dāng)用作實芯焊絲時表現(xiàn)出差的壓延性，是很貴(高成本)的焊接材料。因為該焊接材料具有高的粘度，所以該焊接材料不能應(yīng)用于薄鋼板焊接所需要的高速焊接上。它也能防止增加飛濺(焊渣)的熔滴過渡。這樣，該材料對實際焊絲具有差的應(yīng)用性。

發(fā)明內(nèi)容
在上述情況下，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲，甚至在1.0m/分鐘或更高的高速焊接中也能穩(wěn)定地形成焊珠，并且在具有0.6～10mm厚度的薄鋼板的焊接中，能產(chǎn)生具有低的熱裂紋敏感性和優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和韌性的焊接接頭。
具體地，本發(fā)明的第一方面提供一種用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲，以所述實芯焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，含有0.03～0.15質(zhì)量％的碳(C)、0.50～1.50質(zhì)量％的硅(Si)、1.00～3.00質(zhì)量％的錳(Mn)、0.020～0.150質(zhì)量％的硫(S)、和選自由0.01～0.20質(zhì)量％的鈦(Ti)、0.01～0.20質(zhì)量％的鋯(Zr)、0.01～0.05質(zhì)量％的鑭(La)和0.01～0.05質(zhì)量％的鈰(Ce)組成的組中的至少一種；余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中磷(P)作為不可避免的雜質(zhì)的含量為0.025質(zhì)量％或更低，并且根據(jù)下列方程式1確定的“A”值為100或更大；方程式1A=[Mn]+20×[Ti]+25×[Zr]+50×[La]+50×[Ce][S]]]>其中[Mn]、[Ti]、[Zr]、[La]、[Ce]和[S]分別表示焊絲的Mn、Ti、Zr、La、Ce和S含量(質(zhì)量％)。
以所述實芯焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，本發(fā)明的實芯焊絲具有0.020～0.150質(zhì)量％的特定硫(S)含量，這使得熔融金屬很少流向背部，更多地流向?qū)挾确较?。所述實芯焊絲也具有1.00～3.00質(zhì)量％的錳(Mn)含量。這使MnS結(jié)晶，從而所述實芯焊絲具有升高的共晶溫度和降低的熱裂紋敏感性。另外，實芯焊絲含有合適量的選自由傾向于形成硫化物的Ti、Zr、La和Ce組成的組中的至少一種。這導(dǎo)致形成含有這些元素的硫化物，具有高的熔點(diǎn)，使硫分散在基質(zhì)相中。從而防止在晶界形成硫化物。另外，在實芯焊絲中，根據(jù)方程式1確定的“A”值設(shè)定為100或更大，從而可以在高速焊接中穩(wěn)定地形成焊珠，甚至在高強(qiáng)度薄鋼板的焊接中，也能得到具有降低的熱裂紋敏感性和優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度的焊接接頭。
實芯焊絲可具有1.50質(zhì)量％或更高的錳(Mn)含量。這可以顯著地降低熱裂紋敏感性。
實芯焊絲還具有0.040質(zhì)量％或更高的硫(S)含量。這能夠在高速焊接中更穩(wěn)定地形成焊珠，改進(jìn)疲勞強(qiáng)度。
本發(fā)明在第二方面進(jìn)一步提供一種用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲，以所述實芯焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，含有0.02～0.15質(zhì)量％的碳(C)、0.50～1.50質(zhì)量％的硅(Si)、1.00～3.00質(zhì)量％的錳(Mn)、0.020～0.150質(zhì)量％的硫(S)、0.005～0.5質(zhì)量％的鈮(Nb)、和選自由0.005～0.5質(zhì)量％的釩(V)、0.010～0.5質(zhì)量％的鋁(Al)、0.005～0.5質(zhì)量％的鉻(Cr)、0.005～0.5質(zhì)量％的鎳(Ni)、和0.0010～0.0100質(zhì)量％的硼(B)組成的組中的至少一種；余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中磷(P)作為不可避免的雜質(zhì)的含量為0.025質(zhì)量％或更低。
因為硫和其它合金元素的含量被合適地調(diào)節(jié)，所以本發(fā)明的實芯焊絲甚至在高速焊接中也能穩(wěn)定地形成焊珠，在高強(qiáng)度薄鋼板的焊接中能產(chǎn)生具有降低的熱裂紋敏感性和優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和韌性的焊接接頭。
另外，本發(fā)明在第三方面提供一種進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊的方法，包括使用上述用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲焊接具有0.6～10mm厚度的高強(qiáng)度薄鋼板的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，甚至在高速焊接中也能穩(wěn)定地形成焊珠，甚至在具有0.6～10mm厚度的高強(qiáng)度薄鋼板的焊接中也能得到具有降低的熱裂紋敏感性和優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和韌性的焊接接點(diǎn)。
本發(fā)明能形成焊渣少的具有優(yōu)異的電沉積涂布性的寬的合適的焊珠。該優(yōu)點(diǎn)在具有0.6～10mm厚度的薄鋼板以1.0m/分鐘或更高的高速進(jìn)行焊接中特別顯著。因此，在薄鋼板的高速焊接中可以形成具有穩(wěn)定形狀的焊珠，可以得到具有優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度的焊接接頭。另外，可以降低熱裂紋敏感性，可以確保合適的強(qiáng)度和韌性。
從參照附圖的優(yōu)選方案的下列描述中將明顯看到本發(fā)明的其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是搭腳焊接接頭的焊接的焊邊的圖；和圖2A是表示測試片取樣位置的截面圖，圖2B是表示怎樣制備魚骨形抗裂試驗的測試片的平面圖。
具體實施例方式
在為了達(dá)到所述目的的詳細(xì)研究之后，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在具有0.6～10mm厚度的薄鋼板的焊接中發(fā)生下列現(xiàn)象不規(guī)則焊珠的形成，硫誘導(dǎo)的熱裂紋和焊接金屬的疲勞強(qiáng)度、強(qiáng)度和韌性的降低。
規(guī)則焊珠的熔融焊池表面上的熔融金屬從高溫部分被向背部抽吸到低溫部分，抽吸強(qiáng)度與溫度差產(chǎn)生的表面張力梯度和熔融焊池的長度成比例。在1.0m/分鐘或更高的高速焊接中，熔融焊池在焊接線方向上延長，熔融金屬的流動速率顯著地變高。這是產(chǎn)生例如底切焊珠和鼓包焊珠等不規(guī)則焊珠的因素之一。
焊接金屬的固化溫度的原始范圍相當(dāng)?shù)卣巧踔廖⒘康牧蛞财鸺訉捁袒瘻囟确秶淖饔?。在本階段，隨著基質(zhì)相的固化，硫富集在枝晶陣列(dendritic array)中的殘余熔體中，由于殘余熔體的共晶固化，在基質(zhì)相固化的最后階段結(jié)晶出硫化物。Fe-FeS的共晶溫度比鐵的熔點(diǎn)低許多。在固化的最后階段中，在晶界處離析出這種低熔點(diǎn)液相和化合物，產(chǎn)生熱裂紋。
隨著硫含量的增加，硫不僅產(chǎn)生熱裂紋，而且使硫化物變粗，從而降低材料的延伸率和韌性。例如根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)G 4804的含硫高速切削鋼等鋼，一種切削鋼，通過含有大量的硫具有改進(jìn)的切削性(SUM 24L，含有0.26～0.35質(zhì)量％的硫)。但是，在需要一定水平的延伸率、韌性和其它機(jī)械性能的焊接金屬中，硫含量一般最小化到0.03％或更低，這是因為硫的存在對它們很有害。
另外，高強(qiáng)度鋼的焊接接頭的疲勞極限可以比普通鋼作基礎(chǔ)金屬的疲勞極限低。這主要是由焊接焊邊發(fā)生的局部應(yīng)力集中產(chǎn)生的。圖1是搭腳焊接接頭的焊接焊邊的圖。在圖1所示的接頭中，基礎(chǔ)金屬(下面的片)1a與另一種基礎(chǔ)金屬(上面的片)1b在斜向下方向上焊接。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中隨著基礎(chǔ)金屬1a的表面與焊珠2的表面相交的部分的形狀即焊接焊邊的形狀明顯地變化，通過使焊邊直徑ρ大于0.3mm可以增加焊接接頭的疲勞強(qiáng)度。但是，在高強(qiáng)度薄鋼板的高速焊接中，因為焊珠容易變凸，所以焊邊直徑ρ變小，不能充分地表現(xiàn)出高強(qiáng)度薄鋼板的原始疲勞強(qiáng)度。
硫(S)是降低熔融金屬的表面張力和改變由于溫度差產(chǎn)生的表面張力梯度的元素。因此，本發(fā)明人通過調(diào)節(jié)和規(guī)定硫和其它元素的含量，已經(jīng)成功地使熔融金屬很少流向背部方向而較多地流向?qū)挾确较?。這樣，他們找到了甚至在高速焊接中也能產(chǎn)生對底切和鼓包有防止作用的焊珠的組合物。具體地，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，通過將硫含量設(shè)定在0.020～0.150質(zhì)量％，能夠使熔融金屬很少流向背部方向而較多地流向?qū)挾确较颉Ｔ诟邚?qiáng)度薄鋼板的高速焊接中，這能使圖1所示的焊邊直徑ρ為0.3mm或更大和改進(jìn)焊接接頭的疲勞強(qiáng)度。
如上述，硫的加入增加熱裂紋敏感性。通過提高共晶溫度可以降低硫誘導(dǎo)的熱裂紋敏感性。這可以通過加入合適量的對硫具有高親合力的元素形成具有高熔點(diǎn)的化合物，從而將硫分散在基質(zhì)相中來實現(xiàn)。具體地，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，將錳(Mn)含量設(shè)定在1.00～3.00質(zhì)量％，結(jié)晶出MnS，從而提高共晶溫度。通過加入合適量的Ti、Zr、La和Ce中的至少一種可以將硫進(jìn)一步分散在基質(zhì)相中，這是因為這些元素起形成硫化物，從而形成含硫的高熔點(diǎn)化合物的作用。這基本上可以防止在晶界處形成硫化物。
另外，通過調(diào)節(jié)合金組分的含量使根據(jù)如下方程式2確定的“A”值為100或更大，甚至在高強(qiáng)度薄鋼板的焊接中也可以得到焊珠的穩(wěn)定形狀，熱裂紋敏感性降低，可得到疲勞強(qiáng)度優(yōu)異的焊接接頭方程式2
A=[Mn]+20×[Ti]+25×[Zr]+50×[La]+50×[Ce][S]]]>其中，[Mn]、[Ti]、[Zr]、[La]、[Ce]和[S]分別表示焊絲的Mn、Ti、Zr、La、Ce和S含量(質(zhì)量％)。
考慮到這些發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人實現(xiàn)了作為本發(fā)明第一方案的用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲。這種實芯焊絲甚至在具有0.6～10mm厚度的高強(qiáng)度薄鋼板的氣體保護(hù)電弧焊的高速焊接中也能產(chǎn)生具有穩(wěn)定形狀的焊珠和形成具有低的熱裂紋敏感性和優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度的焊接接頭。
如上述，隨著硫含量的增加，熱裂紋敏感性增加。首先通過防止形成主要產(chǎn)生熱裂紋的低熔點(diǎn)化合物FeS，降低熱裂紋敏感性。根據(jù)該技術(shù)，通過加入對硫具有親合力的元素以升高共晶溫度，從而將形成的硫化物分散在基質(zhì)相中，阻止形成低熔點(diǎn)化合物FeS。作為第二種解決方案，通過加入具有高的淬硬性的元素以均勻地分散FeS，從而防止離析來降低熱裂紋敏感性，這是因為作為固化結(jié)果形成的晶粒的尺寸被降低，從而晶界的表面積增加。基于這些，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)必須表現(xiàn)出這些元素的有效含量來降低熱裂紋敏感性。
考慮到這些發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人實現(xiàn)了作為本發(fā)明第二方案的用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲。這種實芯焊絲甚至在高速焊接中也能產(chǎn)生形狀穩(wěn)定的焊珠，在高強(qiáng)度薄鋼板的焊接中能產(chǎn)生具有低的熱裂紋敏感性和表現(xiàn)出優(yōu)異的疲勞性、抗張強(qiáng)度和韌性的焊接接頭。
(1)使硫含量為0.020～0.150質(zhì)量％，能使熔融金屬在背面方向上流動較少，在寬度方向上流動較多。
(2)將Mn含量設(shè)定為1.00～3.00質(zhì)量％，使MnS結(jié)晶出，提高共晶溫度，從而降低裂紋敏感性。
(3)通過混入下列中的至少一種0.005～0.50質(zhì)量％的鈮(Nb)、0.005～0.5質(zhì)量％的釩(V)、0.010～0.5質(zhì)量％的鋁(Al)、0.005～0.5質(zhì)量％的鉻(Cr)、0.005～0.5質(zhì)量％的鎳(Ni)和0.001～0.010質(zhì)量％的硼(B)，增加淬硬性，使晶粒更細(xì)?；烊牒线m量的這些元素，使作為固化結(jié)果形成的結(jié)構(gòu)更細(xì)，從而增加晶界的表面積。防止FeS液相離析，使其分散，這降低了熱裂紋敏感性。在晶界上和在枝晶陣列中形成FeS液相，導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。因為這些元素使晶界更細(xì)，從而改進(jìn)韌性和減輕焊接時膨脹和收縮產(chǎn)生的FeS液相固化時的應(yīng)力集中，所以這些元素也起到降低熱裂紋敏感性的作用。
(4)在(3)中列出的其它元素防止形成焊渣。即，它們促進(jìn)形成合適的焊珠，焊珠的焊渣較少。從而，合適量的這些元素可以降低熱裂紋敏感性和確保合適的強(qiáng)度和韌性，不損害這樣元素的優(yōu)點(diǎn)。
規(guī)定本發(fā)明的焊絲的組成的原因解釋如下。首先描述作為本發(fā)明第一方案的用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲的組成。
碳含量0.03～0.15質(zhì)量％碳(C)是確保焊接金屬的強(qiáng)度所需要和有效地加速脫氧的元素。但是，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，如果碳含量小于0.03質(zhì)量％，焊接金屬具有不充分的強(qiáng)度。相反，如果碳含量超過0.15質(zhì)量％，焊接金屬具有降低的韌性和增加的熱裂紋敏感性。因此，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，碳含量設(shè)定為0.03～0.15質(zhì)量％。
硅含量0.50～1.50質(zhì)量％硅(Si)是高度地促進(jìn)脫氧、改進(jìn)鋼強(qiáng)度所需要的和起改進(jìn)焊珠的一致性的作用的元素。但是，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，如果硅含量小于0.50質(zhì)量％，不能得到這些優(yōu)點(diǎn)。相反，如果硅含量超過1.50質(zhì)量％，液滴的釋放性和焊接金屬的韌性受損害。因此，這里以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，將硅含量設(shè)定在0.50～1.50質(zhì)量％。
錳含量1.00～3.00質(zhì)量％錳(Mn)是如硅一樣有效地促進(jìn)脫氧和起改進(jìn)焊接金屬的機(jī)械性能作用的元素。它還起使MnS結(jié)晶出和提高共晶溫度，從而降低熱裂紋敏感性的作用。但是，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，如果錳含量小于1.00質(zhì)量％，熱裂紋敏感性增加。相反，如果焊接金屬的錳含量過分地高，超過3.00質(zhì)量％，韌性減低。從而，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，將錳含量設(shè)定在1.00～3.00質(zhì)量％。優(yōu)選設(shè)定在1.50質(zhì)量％或更高。
硫含量0.020～0.150質(zhì)量％硫(S)起降低熔融金屬的表面張力的作用，當(dāng)加入合適的量時，起改進(jìn)焊接焊邊處的焊珠與基礎(chǔ)金屬之間的一致性和改進(jìn)焊接接頭的疲勞強(qiáng)度的作用。但是，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，如果硫含量小于0.020質(zhì)量％，不能得到這些優(yōu)點(diǎn)。相反，如果硫含量超過0.150質(zhì)量％時，即使調(diào)節(jié)其它元素的含量，也將發(fā)生熱裂紋。因此，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，硫含量設(shè)定為0.020～0.150質(zhì)量％。優(yōu)選設(shè)定在0.040質(zhì)量％或更高，更優(yōu)選設(shè)定在0.060質(zhì)量％或更高。
“選自由0.01～0.20質(zhì)量％的鈦(Ti)、0.01～0.20質(zhì)量％的鋯(Zr)、0.01～0.05質(zhì)量％的鑭(La)和0.01～0.05質(zhì)量％的鈰(Ce)組成的組中的至少一種”鈦(Ti)、鋯(Zr)、鑭(La)和鈰(Ce)是容易結(jié)合硫，從而形成高熔融硫化物的元素。加入這些元素中的至少一種可以將硫分散在基質(zhì)相中。但是，甚至當(dāng)將這些元素中的兩種或更多種加到該實芯焊絲中時，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，如果每種元素的含量小于0.01質(zhì)量％，也不能得到這些優(yōu)點(diǎn)。相反，如果鈦含量或鋯含量超過0.20質(zhì)量％，液滴變粗，熔滴過渡受干擾，過分地形成焊渣，從而損害焊接加工性。因此，如果加入，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，Ti和/或Zr的含量設(shè)定在0.01～0.20質(zhì)量％。如果鑭或鈰的含量超過0.05質(zhì)量％，硫化物變粗，煉鋼產(chǎn)量降低，從而增加成本。因此，如果加入，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，La和/或Ce的含量設(shè)定在0.01～0.05質(zhì)量％。
磷含量0.025質(zhì)量％或更低磷(P)作為不可避免的雜質(zhì)污染鋼。它是增加熱裂紋敏感性的元素，優(yōu)選降低其含量。但是，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，0.025質(zhì)量％或更低含量的磷是微不足道的。因此，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，將P含量控制在0.025質(zhì)量％或更低。
“A”100或更大根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)下列方程式3確定的“A”值規(guī)定為100或更大。在方程式3中，[Mn]、[Ti]、[Zr]、[La]、[Ce]和[S]分別表示焊絲的Mn、Ti、Zr、La、Ce和S含量(質(zhì)量％)。如果“A”值小于100，熱裂紋敏感性增加。相反，以焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，通過調(diào)節(jié)Mn、Ti、Zr、La、Ce和S含量使“A”值為100或更大，可以結(jié)晶出MnS，從而提高共晶溫度，在固化的最后階段防止在晶界處離析出低熔融液相和化合物。另外，可以形成含有Ti、Zr、La和Ce中至少一種的高熔融硫化物。因此，可以顯著地降低熱裂紋敏感性。根據(jù)抗裂試驗的結(jié)果規(guī)定下列方程式3的系數(shù)，這些系數(shù)可能顯著地受形成各個元素的硫化物的趨勢影響。
方程式3
除了磷(P)，本發(fā)明的實芯焊絲含有的不可避免的雜質(zhì)包括例如Cu、Al、Ni、Cr、Mo和B。
下面解釋規(guī)定作為本發(fā)明第二方案的用于氣體保護(hù)電弧焊的焊絲的組成的原因。
碳含量0.02～0.15質(zhì)量％碳(C)是確保焊接金屬的強(qiáng)度所需要的元素，并且作為脫氧元素是有效的。如果碳含量小于0.02質(zhì)量％，焊接金屬的強(qiáng)度不充分。相反，如果碳含量超過0.15質(zhì)量％，焊接金屬的韌性降低，熱裂紋敏感性增加。加入過量的碳會損害液滴可釋放性和產(chǎn)生大量的濺射。這導(dǎo)致?lián)p害的焊接加工性和大量的焊渣。因此，這里將碳含量設(shè)定為0.02～0.15質(zhì)量％。
硅含量0.50～1.50質(zhì)量％硅(Si)也是高度地促進(jìn)脫氧、改進(jìn)鋼強(qiáng)度和改進(jìn)焊珠的一致性的元素。如果硅含量小于0.50質(zhì)量％，這些優(yōu)點(diǎn)是不充分的，焊珠具有差的一致性，具有損壞的焊邊形狀，常常導(dǎo)致應(yīng)力集中和疲勞強(qiáng)度降低。硅含量優(yōu)選為0.60％或更大。相反，如果硅含量超過1.50質(zhì)量％，熔融焊池具有過高的粘度(流阻)，這在高速焊接中常常導(dǎo)致鼓包焊珠(humping bead)。過量的硅損壞液滴可釋放性并且產(chǎn)生大量的濺射。這導(dǎo)致差的焊接加工性和大量的焊渣。硅含量更優(yōu)選為1.20質(zhì)量％或更低。
錳含量1.00～3.00質(zhì)量％錳(Mn)是如硅一樣作為脫氧元素有用的和起改進(jìn)焊接金屬的機(jī)械性能作用的元素。作為MnS結(jié)晶的結(jié)果，它還起提高共晶溫度，從而降低熱裂紋敏感性的作用。如果錳含量小于1.00質(zhì)量％，熱裂紋敏感性增加，焊接金屬具有不充分的強(qiáng)度。相反，如果錳含量超過3.00質(zhì)量％，熔融焊池具有過高的粘度(流阻)，在高速焊接中常常導(dǎo)致鼓包焊珠和大量的焊渣。因此，將錳含量設(shè)定在1.00～3.00質(zhì)量％。更優(yōu)選在1.00～2.00質(zhì)量％的范圍中。
磷含量0.025質(zhì)量％或更低磷(P)是增加熱裂紋敏感性的元素。因為即使加入合金化元素也不能形成高熔融磷化合物，所以優(yōu)選將磷含量最小化。但是0.025質(zhì)量％含量的磷是微不足道的。
硫含量0.020～0.150質(zhì)量％硫(S)起降低熔融金屬的表面張力的作用，當(dāng)加入合適的量時，起改進(jìn)焊接焊邊處的焊珠與基礎(chǔ)金屬之間的一致性和改進(jìn)焊接接頭的疲勞強(qiáng)度的作用。但是，在不加入下列特定的元素的情況下，大量的硫會使在晶粒中和在晶界處形成的硫化物變粗，從而降低焊接金屬的強(qiáng)度和韌性。加入0.020質(zhì)量％或更高含量的硫可以得到上述優(yōu)點(diǎn)。相反，如果硫含量超過0.150質(zhì)量％，即使調(diào)節(jié)其它元素的含量，也將發(fā)生熱裂紋，強(qiáng)度和韌性明顯地降低。因此，硫含量設(shè)定為0.020～0.150質(zhì)量％。更優(yōu)選設(shè)定在0.040～0.150質(zhì)量％，進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)定在0.050～0.150質(zhì)量％。
鈮含量0.005～0.50質(zhì)量％鈮(Nb)對硫具有親合力，容易形成硫化物。合適含量的鈮起防止產(chǎn)生熱裂紋的FeS形成的作用。另外，因為鈮是改進(jìn)淬硬性從而使晶粒更細(xì)的元素，所以它起降低熱裂紋敏感性和確保合適的強(qiáng)度和韌性的作用。但是，如果鈮含量小于0.005質(zhì)量％，不能得到這些優(yōu)點(diǎn)，并且熱裂紋敏感性增加。鈮含量更優(yōu)選為0.02質(zhì)量％或更多。相反，如果鈮含量超過0.50質(zhì)量％，這些優(yōu)點(diǎn)也不再增加，固化時在晶界處和在枝晶陣列中發(fā)生離析，反而使熱裂紋敏感性增加。過量的鈮增加實芯焊絲的生產(chǎn)成本，增加熔融焊池的粘度(流阻)，產(chǎn)生鼓包焊珠，在高速焊接中增加濺射。
“選自由0.005～0.5質(zhì)量％的釩(V)、0.010～0.5質(zhì)量％的鋁(Al)、0.005～0.5質(zhì)量％的鉻(Cr)和0.005～0.5質(zhì)量％的鎳(Ni)組成的組中的至少一種”釩(V)、鋁(Al)、鉻(Cr)和鎳(Ni)是增加淬硬性和起使焊接形成的焊接金屬的晶粒更細(xì)，確保合適的強(qiáng)度和韌性以及降低熱裂紋敏感性的作用的元素。為了表現(xiàn)出這些優(yōu)點(diǎn)，V、Cr和Ni的各個含量必須為0.005質(zhì)量％或更高，Al含量必須為0.010質(zhì)量％或更高。更優(yōu)選地，V、Cr和Ni的各個含量必須為0.02質(zhì)量％或更高，Al含量必須為0.030質(zhì)量％或更高。相反，這些元素各自超過0.5質(zhì)量％的含量增加實芯焊絲的生產(chǎn)成本，增加熔融焊池的粘度(流阻)，這在高速焊接中產(chǎn)生鼓包焊珠和濺射量增加。
硼含量0.001～0.010質(zhì)量％硼(B)是增加淬硬性和起使焊接形成的焊接金屬的晶粒更細(xì)、確保合適的強(qiáng)度和韌性以及降低熱裂紋敏感性的作用的元素。為了表現(xiàn)出這些優(yōu)點(diǎn)，硼含量必須為0.001質(zhì)量％。相反，因為如果硼含量超過0.010質(zhì)量％，熱裂紋敏感性增加，所以硼含量的上限設(shè)定為0.010質(zhì)量％或更低。因此，硼含量設(shè)定為0.001～0.010質(zhì)量％。
本發(fā)明的焊接方法根據(jù)本發(fā)明第一和第二方案的實芯焊絲用于具有0.6～10mm厚度的薄鋼板的氣體保護(hù)電弧焊。優(yōu)選的焊接方法和焊接條件如下。這里的氣體保護(hù)電弧焊方法可以是任意焊接方法，例如CO2焊接、金屬活性氣體(MAG)焊接、金屬惰性氣體(MIG)焊接和鎢惰性氣體(TIG)焊接?？梢缘湫偷馗鶕?jù)處理機(jī)類型、工件的厚度和形狀設(shè)定例如輸出功率或電流和焊接速度等焊接條件。MAG脈沖焊接、MIG脈沖焊接或TIG脈沖焊接更有效。根據(jù)焊接的部分，目的焊接接頭可以是任意合適的接頭，例如對接接頭(butt joint)或搭接接頭(lap joint)。本發(fā)明可以適用于任何接頭。
脈沖焊接機(jī)在薄鋼板的焊接中，這里優(yōu)選使用脈沖焊接機(jī)以確保高速焊接性和電弧穩(wěn)定性和降低發(fā)煙。脈沖條件可以是但不局限于350～600A的峰電流、30～100A的基電流，一個峰(從脈沖上升的開始經(jīng)恒定的峰至脈沖下降的末端)為0.8～5.0毫秒。在本發(fā)明中可以在這些條件下進(jìn)行焊接。
0.6～10mm厚的薄鋼板如果薄鋼板的厚度小于0.6mm，因為電弧力使薄鋼板發(fā)生穿透和燒熔，所以難以進(jìn)行規(guī)則的反極性電弧焊接。相反，如果厚度超過10mm，因為由于熱膨脹和熱收縮而約束力增加，從而過分大的應(yīng)力施加在焊接金屬上以及熔融焊池更迅速地冷卻，所以熱裂紋的危險增加。另外，在使用本發(fā)明的焊絲的焊接中形成的熔融焊池具有低的粘度(流阻)，當(dāng)在大焊角長度單道中進(jìn)行T形水平角焊時，上焊角下垂。因此，焊接的薄鋼板厚度優(yōu)選為0.6～10mm。以焊接的薄鋼板的強(qiáng)度計，本發(fā)明可以應(yīng)用于寬范圍的薄鋼板，從規(guī)則的低碳薄鋼板至高強(qiáng)度薄鋼板。不特別地限定薄鋼板的強(qiáng)度上限。
測試?yán)?參照幾個實施例，對比本發(fā)明范圍外的對比例，更詳細(xì)地解釋本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。首先描述與本發(fā)明第一方案的實芯焊絲相關(guān)的測試?yán)?。
在測試?yán)?中，使用具有下表1的組成的實芯焊絲進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊。評價高速焊接的焊珠形成性、焊接金屬的機(jī)械性能、焊邊直徑ρ、熱裂紋敏感性和焊接加工性。表1中的實芯焊絲的組成的余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)。
表1

表2

下面描述評價性能的方法。
焊接金屬的機(jī)械性根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)Z 3121中規(guī)定的用于對接焊接接頭的抗張試驗方法和JIS Z 3121中規(guī)定的用于焊接接頭的沖擊試驗方法確定焊接金屬的機(jī)械性。在這些測試中，具有560N/mm2或更高的抗張強(qiáng)度和在-20℃的測試溫度下在卻貝氏沖擊試驗中具有100J或更高的吸收能量的樣品評價為“良好”，具有小于560N/mm2的抗張強(qiáng)度或在-20℃的測試溫度下在卻貝氏沖擊試驗中具有小于100J的吸收能量的樣品評價為“不合格”。
高速焊接的焊珠形成性如下評價高速焊接的焊珠形成性。具有表2的組成和2.3mm厚度的高強(qiáng)度薄鋼板的搭接接頭樣品在1.0mm的焊邊開口上用200～300A的焊接電流和1.3～1.5m/分鐘的焊接速度，使用80體積％的Ar和20體積％的CO2的混合氣作保護(hù)氣，進(jìn)行MAG脈沖焊接。沒有表現(xiàn)出底切、鼓包焊珠、燒穿和穿透以及能在全部焊接中搭接縫隙的樣品評價為“良好”，具有例如底切、鼓包焊珠、燒穿或穿透等缺陷的樣品評價為“不合格”。
焊接加工性使用高速攝像機(jī)觀察電弧穩(wěn)定性和熔滴過渡的規(guī)則性，確定離散的濺射的數(shù)量，評價焊接加工性。在該程序中，使用80體積％的Ar和20體積％的CO2的混合氣作保護(hù)氣，在200～300A的焊接電流下進(jìn)行無脈沖MAG焊接。提供穩(wěn)定的電弧、具有高規(guī)則的熔滴過渡和產(chǎn)生少量濺射的樣品評價為“良好”，電弧穩(wěn)定性、熔滴過渡規(guī)則性和濺射數(shù)量中至少一項是差的樣品評價為“不合格”。
焊接金屬的熱裂紋敏感性用魚骨形抗裂試驗和弧坑裂紋試驗的結(jié)果評價焊接金屬的熱裂紋敏感性。首先描述進(jìn)行魚骨形抗裂試驗的方法。圖2A是表示取樣測試片的位置的截面圖，圖2B是表示怎樣制備魚骨形抗裂試驗的測試片的平面圖。參照圖2A，兩層具有20mm的厚度和包含SM490A低碳鋼作基礎(chǔ)金屬的高強(qiáng)度薄鋼板11使用包含SM490A低碳鋼的襯墊金屬13，以45°的斜角進(jìn)行對接焊接。將得到的焊接接頭機(jī)械地切割成5mm的厚度，從而得到用于魚骨形抗裂試驗的測試片14，它具有175mm的寬度、250mm的長度和5mm的厚度。
如圖2B所示，在測試片14的長邊的兩端以規(guī)則的間隔形成狹縫15。狹縫15具有變化的長度，從短邊增加到另一邊，施加在熔融金屬上的熱變形(熱應(yīng)力)隨切口的長度連續(xù)地變化。具體地，在狹縫15具有小長度的短邊，熱變形大，在狹縫15具有大長度的另一短邊，熱變形小。將測試片14放在具有750mm的寬度、500mm的長度和25mm的厚度的銅板16上，在下表3的條件下進(jìn)行TIG焊接，其中測試板盒移動。在該程序中，在切口具有較短長度的板端施加靜態(tài)電弧約5秒鐘，從而充分地熔融板端和使板端熱變形，在板端感應(yīng)出冷卻過程時收縮/固化變形產(chǎn)生的固化裂紋(熱裂紋)。接著，在焊接方向17上從發(fā)生裂紋的板端到切口具有較長長度的另一端進(jìn)行焊接。根據(jù)裂紋從測試片14的板端開始延長多遠(yuǎn)(多長)評價耐熱裂紋性。裂紋的長度對應(yīng)著熱變形，即熱裂紋敏感性。具體地，在焊接后進(jìn)行顏色檢查，測定在焊珠12中形成的裂紋長度，確定裂紋長度與測試片長度的比(裂紋比)。裂紋比為5％或更小的樣品評價為“良好”，裂紋比超過5％的樣品評價為“不合格”。
表3

在使用SM490A低碳金屬的弧坑裂紋試驗中，使用80體積％Ar和20體積％CO2的混合氣作保護(hù)氣，在200～300A的焊接電流下，在深5mm和傾斜90°斜角的V形凹槽上，在相同條件下用無脈沖MAG焊接斷續(xù)地形成約70mm長的三條焊接焊珠。確定每個焊口表面上的裂紋總長度。確定裂紋長度與焊口的長度或直徑的比值，使用三個焊口的比值的平均值作為指數(shù)。平均裂紋比值為15％或更小的樣品評價為“良好”，平均裂紋比值超過15％的樣品評價為“不合格”。
焊邊直徑ρ為了方便起見，作為焊接接頭的疲勞強(qiáng)度的指數(shù)測定焊邊直徑ρ，因為隨著焊邊直徑ρ增加，應(yīng)力集中被減緩，疲勞強(qiáng)度得到改善。具體地，使用80體積％Ar和20體積％CO2的混合氣作保護(hù)氣，在200～300A的平均焊接電流和1.3～1.5m/分鐘的焊接速度下，根據(jù)自動搭腳焊接，具有表2的組成和2.9mm厚度的高強(qiáng)度薄鋼板的搭接進(jìn)行MAG脈沖焊接。然后測定圖1所示的焊邊直徑ρ。焊邊直徑ρ為0.3mm或更大的樣品評價為“良好”，焊邊直徑ρ小于0.3mm的樣品評價為“不合格”。上述評價的結(jié)果表示在下表4中。
表4

表4表明根據(jù)本發(fā)明的實施例1～20的實芯焊絲在所有的評價中都具有優(yōu)異的結(jié)果。相反，在本發(fā)明范圍之外的對比例21～40的實芯焊絲在高速焊接的焊珠形成性、焊接金屬的機(jī)械性能、焊邊直徑ρ、熱裂紋敏感性和焊接加工性中的至少一個上是差的。具體地，因為對比例21的實芯焊絲具有小于本發(fā)明規(guī)定范圍的碳含量，所以它表現(xiàn)出不充分的焊接金屬強(qiáng)度。由于對比例22的實芯焊絲的碳含量超過本發(fā)明規(guī)定的范圍，所以它表現(xiàn)出不充分的焊接金屬的韌性。另外，因為該實芯焊絲具有小于本發(fā)明規(guī)定范圍的“A”值，所以它具有增加的熱裂紋敏感性。
因為對比例23的實芯焊絲具有小于本發(fā)明規(guī)定范圍的硅含量，所以焊接金屬表現(xiàn)出不充分的的強(qiáng)度。該實芯焊絲在高速焊接中也表現(xiàn)出差的焊珠形成性和具有小的焊邊直徑ρ。相反，對比例24的實芯焊絲具有超過本發(fā)明規(guī)定范圍的硅含量，從而表現(xiàn)出不充分的焊接金屬的韌性、粗的液滴和增加的濺射。對比例25的實芯焊絲具有小于本發(fā)明規(guī)定范圍的錳含量和小于本發(fā)明規(guī)定范圍的“A”值，從而表現(xiàn)出不充分的焊接金屬的強(qiáng)度和增加的熱裂紋敏感性。相反，對比例26的實芯焊絲具有超過本發(fā)明規(guī)定范圍的錳含量，從而表現(xiàn)出不充分的焊接金屬的韌性。
對比例27的實芯焊絲具有超過本發(fā)明規(guī)定范圍的磷含量，從而表現(xiàn)出增加的熱裂紋敏感性。盡管對比例28的實芯焊絲具有低的熱裂紋敏感性，但是它具有小于本發(fā)明規(guī)定范圍的硫含量，從而表現(xiàn)出高速焊接中的差的焊珠形成性和小的焊邊直徑ρ。相反，即使對比例29的實芯焊絲中的其它元素的含量在本發(fā)明規(guī)定范圍內(nèi)，但是它具有超過本發(fā)明規(guī)定范圍的硫含量和小于本發(fā)明規(guī)定范圍的“A”值，從而表現(xiàn)出高的熱裂紋敏感性。對比例30、32、34和35的各個實芯焊絲都具有小于本發(fā)明規(guī)定范圍的“A”值，從而表現(xiàn)出高的熱裂紋敏感性。
對比例31的實芯焊絲具有超過本發(fā)明規(guī)定范圍的鈦含量，從而表現(xiàn)出粗的液滴、增加的濺射和增加的焊渣。同樣，對比例33的實芯焊絲具有超過本發(fā)明規(guī)定范圍的鋯含量，從而表現(xiàn)出粗的液滴、增加的濺射和增加的焊渣。對比例36、37和38的實芯焊絲不含有Ti、Zr、La和Ce中的任何一個，每個都具有小于本發(fā)明規(guī)定范圍的“A”值，從而表現(xiàn)出高的熱裂紋敏感性。對比例39和40的實芯焊絲不含有Ti、Zr、La和Ce，具有超過本發(fā)明規(guī)定范圍的硫含量，從而表現(xiàn)出高的熱裂紋敏感性。
試驗例2下面解釋本發(fā)明第二方案相關(guān)的試驗例2。在本試驗例中，使用具有下表5所示組成的焊絲焊接薄鋼板。評價高速焊接的焊珠形成性、焊接金屬的機(jī)械性能、焊邊直徑ρ、涂布性、熱裂紋敏感性和焊接加工性。表5的實芯焊絲的余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
表5

表6

接著描述評價性能的方法。
焊接金屬的機(jī)械性能根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS Z 3121中規(guī)定的用于對接焊接接頭的抗張試驗方法和JIS Z 3128中規(guī)定的用于焊接接頭的沖擊試驗方法確定焊接金屬的機(jī)械性能。在這些測試中，具有560N/mm2或更高的抗張強(qiáng)度和在-20℃的測試溫度下在Charpy沖擊試驗中具有100J或更高的吸收能量的樣品評價為“良好”，具有小于560N/mm2的抗張強(qiáng)度或在-20℃的測試溫度下在Charpy沖擊試驗中具有小于100J的吸收能量的樣品評價為“不合格”。
高速焊接的焊珠形成性如下評價高速焊接的焊珠形成性。具有表6的組成和2.9mm厚度的高強(qiáng)度薄鋼板的樣品搭接接頭在1.0mm的焊邊開口上在250A的焊接電流和1.5m/分鐘的焊接速度下，使用80體積％Ar和20體積％CO2的混合氣作保護(hù)氣，進(jìn)行MAG脈沖焊接。沒有表現(xiàn)出諸如底切(undercut)、鼓包焊珠、燒穿和穿透等缺陷并且能在整個焊接中搭接縫隙的樣品評價為“良好”，具有缺陷的樣品評價為“不合格”。
焊接加工性使用高速攝像機(jī)觀察電弧穩(wěn)定性和熔滴過渡(droplet transfer)的規(guī)則性，確定離散的濺射的數(shù)量，評價焊接加工性。在該程序中，使用80體積％Ar和20體積％CO2的混合氣作保護(hù)氣，在250A的焊接電流和1.0m/分鐘的焊接速度下進(jìn)行無脈沖的MAG焊接。提供穩(wěn)定的電弧、具有高的熔滴過渡規(guī)則性和產(chǎn)生少量濺射的樣品評價為“良好”，電弧穩(wěn)定性、熔滴過渡規(guī)則性和濺射數(shù)量中至少一項差的樣品評價為“不合格”。
涂布性在焊接后的電沉積涂布步驟中，按照因焊渣剝離導(dǎo)致的涂層分層的危險評價涂布性?；诤附雍笤诤钢楸砻嫔闲纬傻暮冈娣e確定該危險。在該程序中，使用80體積％Ar和20體積％CO2的混合氣作保護(hù)氣，在250A的焊接電流和1.0m/分鐘的焊接速度下進(jìn)行無脈沖的MAG焊接。焊渣面積與焊珠表面面積的比值小于10％的樣品評價為“良好”，該比值為10％或更大的樣品評價為“不合格”。
魚骨形抗裂試驗用魚骨形抗裂試驗和后面提及的弧坑裂紋試驗的結(jié)果評價焊接金屬的熱裂紋敏感性。
測試片取樣的位置如圖2A所示。參照圖2A，兩層作基礎(chǔ)金屬11的具有20mm厚度的低碳鋼SM490A使用包含低碳鋼SM490A的襯墊金屬13，以45°的斜角進(jìn)行對接焊接。將得到的焊接接頭機(jī)械地切割成5mm的厚度，從而得到用于魚骨形抗裂試驗的測試片14，它具有175mm的寬度、250mm的長度和5mm的厚度。
接著，如圖2B所示，在測試片14的兩長邊的兩端以規(guī)則的間隔形成狹縫15。狹縫15具有變化的長度，從短邊到另一邊增加，以便施加在熔融金屬上的熱變形(熱應(yīng)力)隨狹縫的長度變化。具體地，在狹縫15具有小長度的短邊，熱變形大，在狹縫15具有大長度的另一短邊，熱變形小。將測試片14放在具有750mm的寬度、500mm的長度和25mm的厚度的銅板16上，在下表7的條件下進(jìn)行TIG焊接，其中測試板盒移動。在該程序中，通過在狹縫具有較短長度的板端施加靜態(tài)電弧約5秒鐘從而充分地熔融板端和使板端熱變形，在板端感應(yīng)出冷卻過程時收縮/固化變形產(chǎn)生的固化裂紋(熱裂紋)。接著，在焊接方向17上從發(fā)生裂紋的板端到狹縫具有較長長度的另一端進(jìn)行焊接。根據(jù)裂紋從測試片14的板端開始延長多遠(yuǎn)(多長)來評價耐熱裂紋性。裂紋的長度對應(yīng)著熱變形，即熱裂紋敏感性。具體地，在焊接后進(jìn)行顏色檢查，測定在焊珠12中形成的裂紋長度，確定裂紋長度與測試片長度的比值(裂紋比)。裂紋比為5％或更小的樣品評價為“良好”，裂紋比超過5％的樣品評價為“不合格”。
表7

弧坑裂紋試驗使用SM490A薄鋼板，在深5mm和傾斜90°斜角的V形凹槽上在相同條件下用MAG焊接，斷續(xù)地形成約70mm長的三條焊接焊珠。確定每個焊口表面上的裂紋總長度。確定裂紋長度與焊口的長度或直徑的比值，使用三個焊口的該比值的平均值作為指數(shù)。平均裂紋比為15％或更小的樣品評價為“良好”，平均裂紋比超過15％的樣品評價為“不合格”。
焊邊直徑ρ為了方便起見，測定焊邊直徑ρ作為焊接接頭的疲勞強(qiáng)度的指數(shù)，因為隨著焊邊直徑ρ增加，應(yīng)力集中被減緩，疲勞強(qiáng)度得到改善。具體地，使用80體積％Ar和20體積％CO2的混合氣作保護(hù)氣，在250A的焊接電流和1.5m/分鐘的焊接速度下，根據(jù)水平搭腳焊接，對具有表6的組成和2.9mm厚度的高強(qiáng)度薄鋼板的搭接(lap joint)進(jìn)行MAG脈沖焊接。然后測定圖1所示的焊邊直徑ρ。焊邊直徑ρ為0.3mm或更大的樣品評價為“良好”，焊邊直徑ρ小于0.3mm的樣品評價為“不合格”。上述評價的結(jié)果表示在下表8中。
表8

這些結(jié)果表明實施例1～25的實芯焊絲具有本發(fā)明規(guī)定范圍內(nèi)的組成，在所有的評價上都是優(yōu)異的。相反，對比例26～50的實芯焊絲具有本發(fā)明規(guī)定范圍外的組成，在高速焊接的焊珠形成性、焊接金屬的機(jī)械性能、焊邊直徑ρ、熱裂紋敏感性、涂布性和焊接加工性中的至少一項上是差的。
具體地，表8表明具有本發(fā)明規(guī)定范圍內(nèi)的組成的實施例1～25的實芯焊絲在所有的評價上都是優(yōu)異的。相反，對比例26～50的實芯焊絲具有本發(fā)明規(guī)定范圍外的組成，在高速焊接的焊珠形成性、焊接金屬的機(jī)械性能、焊邊直徑ρ、涂布性、熱裂紋敏感性和焊接加工性中的至少一項上是差的。
對比例26～30的實芯焊絲不含有Cr、Ni、Nb、V、Al和B中的任何一種或者雖含有這些元素中的任何一種但它們各自的含量小于本發(fā)明規(guī)定的范圍，從而焊接金屬表現(xiàn)出增加的熱裂紋敏感性和不充分的強(qiáng)度和韌性。對比例31的實芯焊絲具有過分高的碳含量，從而表現(xiàn)出不充分的焊接金屬的韌性和增加的熱裂紋敏感性。它也表現(xiàn)出粗的液滴、增加的濺射和產(chǎn)生差的涂布性的大量焊渣。對比例32的實芯焊絲具有過分高的錳含量，從而表現(xiàn)出不充分的焊接金屬的韌性、高速焊接中產(chǎn)生鼓包焊珠和不能形成正常焊珠。它還產(chǎn)生大量的焊渣，表現(xiàn)出差的涂布性。對比例33的實芯焊絲具有過分高的硅含量，從而表現(xiàn)出不充分的焊接金屬的韌性、粗的液滴和增加的濺射。它也產(chǎn)生大量的焊渣，從而表現(xiàn)出差的涂布性。對比例34的實芯焊絲具有過分高的磷含量，表現(xiàn)出高的熱裂紋敏感性。
對比例35和36的實芯焊絲具有過分低的硫含量，盡管表現(xiàn)出低的熱裂紋敏感性，但是在高速焊接中表現(xiàn)出差的焊珠形成性和小的焊邊直徑。對比例37～40的實芯焊絲中Cr、Ni、V和Al中的至少一種含量過分高，從而是昂貴的，在高速焊接中產(chǎn)生鼓包焊珠。它們也表現(xiàn)出粗的液滴和大量的濺射。對比例41的實芯焊絲具有過分高的鈮含量，從而表現(xiàn)出高的熱裂紋敏感性，是昂貴的，在高速焊接中產(chǎn)生鼓包焊珠。它們也表現(xiàn)出粗的液滴和產(chǎn)生大量的濺射。對比例42的實芯焊絲具有過分高的硼含量，從而表現(xiàn)出高的熱裂紋敏感性。對比例43的實芯焊絲具有過分高的硼和釩含量，從而表現(xiàn)出高的熱裂紋敏感性，是昂貴的，在高速焊接中產(chǎn)生鼓包焊珠。它也表現(xiàn)出粗的液滴和大量的濺射。
對比例44的實芯焊絲具有過分高的硅含量和過分低的錳含量，從而表現(xiàn)出不充分的焊接金屬強(qiáng)度、粗的液滴和增加的濺射。在高速焊接中也導(dǎo)致產(chǎn)生鼓包焊珠和大量的焊渣，表現(xiàn)出差的涂布性和高的熱裂紋敏感性。對比例45的實芯焊絲具有過分高的硫含量，從而焊接金屬表現(xiàn)出不充分的強(qiáng)度和韌性以及高的熱裂紋敏感性。對比例46的實芯焊絲具有過分低的碳和錳含量，從而焊接金屬表現(xiàn)出不充分的強(qiáng)度和高的熱裂紋敏感性。對比例47的實芯焊絲具有過分高的碳含量和過分低的硅含量，從而焊接金屬具有不充分的韌性和增加的熱裂紋敏感性。它也表現(xiàn)出差的焊珠一致性、小的焊邊直徑、產(chǎn)生粗的液滴、增加的濺射和大量的焊渣，表現(xiàn)出差的涂布性。對比例48的實芯焊絲具有過分低的硅含量和過分高的磷含量，從而焊接金屬表現(xiàn)出不充分的強(qiáng)度、差的焊珠一致性、小的焊邊直徑和高的熱裂紋敏感性。
對比例49的實芯焊絲具有過分高的碳和錳含量，從而焊接金屬表現(xiàn)出過分的強(qiáng)度和差的韌性。在高速焊接中也產(chǎn)生鼓包焊珠，從而不能形成正常的焊珠，表現(xiàn)出粗的液滴、增加的濺射、大量的焊渣、差的涂布性和高的熱裂紋敏感性。對比例50的實芯焊絲具有過分低的碳含量和過分高的磷含量，從而表現(xiàn)出不充分的焊接金屬強(qiáng)度和高的熱裂紋敏感性。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲，所述實芯焊絲包含以所述焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，0.03～0.15質(zhì)量％的碳(C)；0.50～1.50質(zhì)量％的硅(Si)；1.00～3.00質(zhì)量％的錳(Mn)；0.020～0.150質(zhì)量％的硫(S)；和選自由0.01～0.20質(zhì)量％的鈦(Ti)、0.01～0.20質(zhì)量％的鋯(Zr)、0.01～0.05質(zhì)量％的鑭(La)、和0.01～0.05質(zhì)量％的鈰(Ce)組成的組中的至少一種；余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，作為不可避免的雜質(zhì)的磷(P)的含量為0.025質(zhì)量％或更低，并且其中根據(jù)下列方程式確定的“A”值為100或更大；A=[Mn]+20×[Ti]+25×[Zr]+50×[La]+50×[Ce][S]]]>其中[Mn]、[Ti]、[Zr]、[La]、[Ce]和[S]分別表示焊絲的Mn、Ti、Zr、La、Ce、和S含量(質(zhì)量％)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲，所述實芯焊絲具有1.50質(zhì)量％或更高的錳(Mn)含量。
3.如權(quán)利要求1所述的用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲，所述實芯焊絲具有0.040質(zhì)量％或更高的硫(S)含量。
4.一種用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲，所述實芯焊絲包含以所述焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，0.02～0.15質(zhì)量％的碳(C)；0.50～1.50質(zhì)量％的硅(Si)；1.00～3.00質(zhì)量％的錳(Mn)；0.020～0.150質(zhì)量％的硫(S)；0.005～0.5質(zhì)量％的鈮(Nb)；和選自由0.005～0.5質(zhì)量％的釩(V)、0.010～0.5質(zhì)量％的鋁(Al)、0.005～0.5質(zhì)量％的鉻(Cr)、0.005～0.5質(zhì)量％的鎳(Ni)、和0.0010～0.0100質(zhì)量％的硼(B)組成的組中的至少一種；余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中作為不可避免的雜質(zhì)的磷(P)的含量為0.025質(zhì)量％或更低。
5.一種進(jìn)行氣體保護(hù)電弧焊的方法，所述方法包括使用權(quán)利要求1的實芯焊絲焊接厚0.6～10mm的低碳鋼或高強(qiáng)度薄鋼板的步驟。
全文摘要
一種用于氣體保護(hù)電弧焊的實芯焊絲，以所述實芯焊絲的總質(zhì)量為基礎(chǔ)，含有0.03～0.15質(zhì)量％的碳、0.50～1.50質(zhì)量％的硅、1.00～3.00質(zhì)量％的錳、0.020～0.150質(zhì)量％的硫和選自由0.01～0.20質(zhì)量％的鈦、0.01～0.20質(zhì)量％的鋯、0.01～0.05質(zhì)量％的鑭和0.01～0.05質(zhì)量％的鈰組成的組中的至少一種；余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。在0.6～10mm厚的薄鋼板焊接中，這種實芯焊絲甚至可以在1.0m/分鐘或更高的高速焊接中也能穩(wěn)定地形成焊珠并得到具有低的熱裂紋敏感性和優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和韌性的焊接接頭。
文檔編號B23K9/16GK1880007SQ20061009253
公開日2006年12月20日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月15日
發(fā)明者中野利彥, 鈴木勵一, 山崎圭, 梅原悠 申請人:株式會社神戶制鋼所