專利名稱：用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于自動(dòng)或半自動(dòng)氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲及其制造方法，本發(fā)明的用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)(baked)藥芯焊絲經(jīng)過燒結(jié)(baking)處理，耐銹性(rust resistance)良好，即使長(zhǎng)時(shí)間焊接也不會(huì)生銹，燒結(jié)層的粘接力強(qiáng)大，提高了送絲性。
背景技術(shù)：
前述用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲的制造方法包括下列工序把裁減后的帶鋼彎曲成U字形后充填焊劑，拉拔加工成一定尺寸后進(jìn)行燒結(jié)處理，為了提高焊接時(shí)焊絲的送絲性而在燒結(jié)處理過的焊絲表面涂覆包含油、蠟、MoS2及石墨等物的表面處理劑。
為了在拉拔過程中順利地拉拔而使用拉拔潤(rùn)滑劑，拉拔加工成一定尺寸后拉拔潤(rùn)滑劑還會(huì)殘留在焊絲上。為了消除拉拔后殘留在焊絲表面上的拉拔潤(rùn)滑劑里的有機(jī)物質(zhì)而進(jìn)行燒結(jié)處理。如果不清除有機(jī)物質(zhì)而直接進(jìn)行焊接，就會(huì)增加蟲孔(warm hole)之類的焊接缺陷和擴(kuò)散性氫的數(shù)量，進(jìn)而對(duì)焊接后的熔附金屬物性造成嚴(yán)重影響。
此時(shí)可以采取兩種燒結(jié)處理方法，在氧化氛圍進(jìn)行燒結(jié)而生成氧化膜的方法以及在還原氛圍進(jìn)行燒結(jié)而不生成氧化膜的方法。
其中，把燒結(jié)氛圍控制在還原氛圍后進(jìn)行燒結(jié)處理的傳統(tǒng)技術(shù)可以日本的特開平04-081297號(hào)為例。前述方法由于需要人為地在燒結(jié)氛圍添加氫或氮等元素，因此其生產(chǎn)成本相對(duì)較高。
把燒結(jié)氛圍控制在氧化氛圍后進(jìn)行燒結(jié)處理的技術(shù)，首先使燒結(jié)爐內(nèi)的氛圍氧氣與有機(jī)物質(zhì)燃燒后生成氧氣，然后使其與帶鋼外皮進(jìn)行反應(yīng)而生成氧化膜，因此前述氧化膜的生成結(jié)果會(huì)隨著溫度與氛圍氣體而不同。
也就是說，在屬于高溫氧化的570℃以上溫度進(jìn)行時(shí)可以生成FeO、Fe2O3、Fe3O4相，在屬于低溫氧化的570℃以下溫度進(jìn)行時(shí)可以生成Fe2O3、Fe3O4相。
藥芯焊絲的燒結(jié)工序通常在一般有機(jī)物質(zhì)分解溫度300℃～570℃的范圍內(nèi)進(jìn)行。如果燒結(jié)溫度過高，充填在藥芯焊絲內(nèi)部的焊劑金屬粉末被氧化而在焊接時(shí)無法熔附或發(fā)揮脫氧作用。
在氧化時(shí)生成的相中，F(xiàn)e3O4的耐銹性優(yōu)于Fe2O3，因此為了制造耐銹性良好的藥芯焊絲就需要提高氧化膜的Fe3O4比率。但組成氧化膜的Fe2O3與Fe3O4是電阻非常高的絕緣體，因此氧化膜在焊接時(shí)阻止了銅制導(dǎo)電嘴(contact tip)到焊絲的通電，使得焊絲熔融不規(guī)則，電弧不穩(wěn)定，增加飛濺量并造成送絲性的不穩(wěn)現(xiàn)象。如果氧化膜不夠細(xì)密，導(dǎo)電嘴內(nèi)部會(huì)因?yàn)楹附z與導(dǎo)電嘴之間的摩擦而使微細(xì)氧化膜成分脫落，脫落的微細(xì)氧化膜成分將積累在導(dǎo)電嘴內(nèi)部并造成導(dǎo)電嘴阻塞的現(xiàn)象。
因此為了制造送絲性與耐銹性良好的用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲，需要生成Fe3O4含量偏高、細(xì)密超薄的氧化膜。
關(guān)于前述氧化膜的傳統(tǒng)技術(shù)可以舉例英國(guó)專利第1460964號(hào)。
前述技術(shù)的實(shí)心焊絲制造方法針對(duì)沒有充填焊劑的金屬桿(Rod)進(jìn)行拉拔工序后，對(duì)拉拔潤(rùn)滑劑進(jìn)行濕式脫脂，然后為了防止生銹而進(jìn)行涂覆工序，其特征為以生成較薄的氧化膜替代了涂覆Cu、Zn及Ag的生產(chǎn)方式。
前述傳統(tǒng)技術(shù)的特征為細(xì)密超薄氧化膜，這點(diǎn)與本發(fā)明人的意見相同。但實(shí)心焊絲與藥芯焊絲在制造技術(shù)上具有根本性的差異，例如，實(shí)心焊絲針對(duì)金屬桿進(jìn)行拉拔加工，藥芯焊絲則在帶鋼內(nèi)部充填焊劑后進(jìn)行拉拔加工，不僅在拉拔機(jī)制上差異較大，而且拉拔工序后清除拉拔潤(rùn)滑劑時(shí)也有所不同，實(shí)心焊絲可以采取濕式清除法，然而藥芯焊絲采取濕式清除法清除拉拔潤(rùn)滑劑時(shí)，水分將浸入藥芯焊絲的接縫(Joint)內(nèi)部而使焊劑吸濕，在焊接時(shí)對(duì)熔附金屬造成重大影響，因此不采取濕式處理而進(jìn)行燒結(jié)處理。因此傳統(tǒng)技術(shù)與本發(fā)明在產(chǎn)品、燒結(jié)工序及拉拔工序上具有非常大的不同。
關(guān)于燒結(jié)藥芯焊絲的傳統(tǒng)技術(shù)可以日本的特開所57-127597號(hào)為例，根據(jù)前述專利的說明，CO2含量達(dá)70％以上時(shí)，在250℃與550℃的溫度燒結(jié)處理3小時(shí)就能得到送絲性與耐銹性良好的細(xì)密超薄氧化膜。
前述發(fā)明的細(xì)密超薄氧化膜具有良好的耐銹性與送絲性，但是除了燒結(jié)處理氛圍、溫度及時(shí)間以外，焊絲的表面粗糙度也會(huì)對(duì)氧化膜的特性造成較大的影響。也就是說，進(jìn)行拉拔工序后，拉拔焊絲將包含通過拉拔模與帶鋼外皮之間的摩擦而生成的加工表面、及不具備由拉拔潤(rùn)滑劑生成的加工表面的凹凸表面。其中，凹凸表面的比表面積大于加工表面，可以接觸氧化氛圍氣體的面積也比較大，氧化膜的成長(zhǎng)速度也比加工表面快。因此加工表面與凹凸表面成為造成氧化膜不均勻的因子，對(duì)耐銹性與送絲性造成較大的影響。根據(jù)前述傳統(tǒng)技術(shù)使用具有較多凹凸表面的焊絲而生成氧化膜后測(cè)試其送絲性與耐銹性時(shí)，發(fā)現(xiàn)沒有生成細(xì)密超薄的氧化膜。
而且，如果把氧化膜的成長(zhǎng)控制在一定厚度以下，那么就不需要CO2氛圍達(dá)到70％以上，在一般的空氣氛圍下也能得到細(xì)密的氧化膜?？偠灾瑸榱双@得細(xì)密的氧化膜，氧化膜厚度能不能控制在一定數(shù)值以下、拉拔后的焊絲表面具有什么特性是最重要的兩個(gè)關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)技術(shù)的前述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲，本發(fā)明將焊絲的表面粗糙度與氧化膜厚度限定在一定范圍內(nèi)，生成均勻細(xì)密的氧化膜，焊接時(shí)不會(huì)在導(dǎo)電嘴內(nèi)部積累微細(xì)氧化膜，送絲性與耐銹性良好。
本發(fā)明提供一種用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲，本發(fā)明具有良好的送絲性與耐銹性，經(jīng)過燒結(jié)(Baking)處理的藥芯焊絲的表面由平坦的加工表面、凹凸表面及相對(duì)于加工表面為負(fù)方向(朝向焊絲中心)且沿著表面圓周方向形成的凹陷組成了混合表面，前述平坦加工表面的氧化膜厚度在0.10～0.90μm范圍內(nèi)，圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)(dr)對(duì)圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度(di)之比(dr/di)處于1.015～1.615的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲的前述氧化膜由Fe2O3相與Fe3O4相組成。
本發(fā)明用于氣體保護(hù)電弧焊且具有良好送絲性與耐銹性的燒結(jié)藥芯焊絲的制造方法，對(duì)帶鋼外皮進(jìn)行制管、充填焊劑、拉拔、燒結(jié)及表面處理劑涂覆工序制成，其特征為前述帶鋼外皮的表面粗糙度以Ra值為準(zhǔn)控制在0.20～1.43μm的范圍內(nèi)，前述制管工序的拉拔速度控制在20～150m/min的范圍內(nèi)，第二階段拉拔速度則控制在100～1800m/min的范圍內(nèi)，在一般大氣氛圍下的300～570℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行前述燒結(jié)工序20分鐘到12小時(shí)。
如前所述，進(jìn)行燒結(jié)處理時(shí)把焊絲的表面粗糙度與氧化膜厚度控制在特定范圍內(nèi)，提高了耐銹性優(yōu)異的Fe3O4相比率，焊絲各部位(加工表面、凹凸及凹陷表面)的偏差較小，生成的氧化膜較薄而細(xì)密，因此焊接時(shí)不會(huì)在導(dǎo)電嘴內(nèi)部積累微細(xì)氧化膜。
本發(fā)明提供的用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲，其耐銹性及送絲性優(yōu)于傳統(tǒng)的用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲。


圖1是僅存在加工表面的焊絲表面的SEM顯微照片，圖2是不存在加工表面的焊絲表面的SEM顯微照片，圖3是存在加工表面和相對(duì)于加工表面為負(fù)方向(朝向焊絲中心)凹陷的表面表面的焊絲表面SEM顯微照片，圖4是僅存在加工表面的焊絲表面上所形成的氧化膜SEM顯微照片，圖5是不存在加工表面的焊絲表面上所形成的氧化膜SEM顯微照片，圖6與圖7是使用前述視頻分析系統(tǒng)測(cè)量圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)時(shí)的前后SEM顯微照片，
圖8是利用視頻分析系統(tǒng)計(jì)算圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度(di)時(shí)所使用的弦長(zhǎng)測(cè)量用圖像的SEM顯微照片，圖9是弦長(zhǎng)(l)、焊絲半徑(r)、圓內(nèi)角(θ)及圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度(di)之間關(guān)系的曲線圖。
圖10是在570℃以下的溫度進(jìn)行燒結(jié)處理后生成的氧化膜的XRD相分析圖，圖11是各種燒結(jié)條件下的氧化膜光學(xué)顯微鏡照片，圖11a的燒結(jié)條件為300℃下進(jìn)行燒結(jié)處理1小時(shí)30分鐘、圖11b的燒結(jié)條件為500℃下進(jìn)行燒結(jié)處理3小時(shí)、圖11c的燒結(jié)條件為650℃下進(jìn)行燒結(jié)處理1小時(shí)。
具體實(shí)施例方式
藥芯焊絲被拉拔后的焊絲表面是一種包含了只存在加工表面的平坦表面、不存在加工表面的不規(guī)則表面(凹凸)、相對(duì)于加工表面為負(fù)方向(朝向焊絲中心)并沿著圓周方向形成凹陷的混合型表面。
加工表面指的是，使用掃描電子顯微鏡放大1000倍在相對(duì)于焊絲長(zhǎng)度成90°方向觀察焊絲橫截面圖像時(shí)，拉拔時(shí)通過拉拔模的加工處理而在焊絲表面沿著圓周方向形成的平面部分。圖1到圖3分別顯示了僅具有前述加工表面的平面部分、不規(guī)則表面及凹陷部的SEM顯微照片。
如前所述，凹凸表面的比表面積高于加工表面，氧化膜的成長(zhǎng)速度較塊，圖4與圖5顯示了僅有加工表面時(shí)的氧化膜與沒有加工表面時(shí)的氧化膜，氧化膜厚度隨著表面粗糙度而不同。
比表面積的增加會(huì)加快氧化膜的成長(zhǎng)速度，加工表面與不規(guī)則表面的氧化膜厚度差異也會(huì)變大。不規(guī)則表面的比率越高，氧化膜的不均勻性也越高，膜的細(xì)密性越差，進(jìn)而降低了送絲性與耐銹性。
由于不規(guī)則表面的氧化膜的厚度大于加工部位的厚度而降低了細(xì)密性，焊接時(shí)微細(xì)氧化膜成分將積累在導(dǎo)電嘴內(nèi)部并造成導(dǎo)電嘴阻塞的現(xiàn)象。由于不規(guī)則表面不存在加工表面，無法在導(dǎo)電嘴與焊絲之間維持穩(wěn)定的接觸，焊接時(shí)將在送絲導(dǎo)管(feeding cable)內(nèi)部引起較大的摩擦力而增加進(jìn)給負(fù)荷，進(jìn)而降低了送絲性。
經(jīng)過本發(fā)明人針對(duì)表面形狀與氧化膜的成長(zhǎng)關(guān)系進(jìn)行的研究結(jié)果，當(dāng)圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)(dr)對(duì)圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度(di)之比(dr/di)在1.015～1.615范圍時(shí)，可以得到焊絲各部位之間偏差較小的氧化膜，其送絲性優(yōu)異。
圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)指的是，在相對(duì)于焊絲長(zhǎng)度方向成90°的橫截面上利用掃描電子顯微鏡放大1000倍，然后使用視頻分析系統(tǒng)測(cè)出的相當(dāng)于測(cè)量區(qū)的圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)(也就是說，焊絲表面上凹陷部位的周長(zhǎng)和加工表面長(zhǎng)度之合)；圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度指的是，使用焊絲實(shí)際直徑并通過理論計(jì)算出來的前述圖像中相當(dāng)于測(cè)量區(qū)的弧長(zhǎng)。
圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)(dr)對(duì)圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度(di)之比(dr/di)的求法如下。
首先使用視頻分析系統(tǒng)(Image Analyzing System/Image-Pro Plus 4.5，MediaCybernetics)在1000倍率下測(cè)量焊絲的圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)(dr)。此時(shí)，視頻分析系統(tǒng)算出來的圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)相當(dāng)于焊絲表面上的凹凸與凹陷部位的周長(zhǎng)加上加工表面的長(zhǎng)度。
圖6與圖7是使用前述視頻分析系統(tǒng)測(cè)量圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)時(shí)的前后圖像。
然后，為了計(jì)算圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度(di)而使用視頻分析系統(tǒng)在1000倍率的情形下測(cè)量焊絲的弦長(zhǎng)(l)。圖8為其圖像。
求得弦長(zhǎng)(l)后，如圖9所示，可以使用三角函數(shù)計(jì)算出焊絲半徑(r)與弦長(zhǎng)(l)所構(gòu)成的內(nèi)角(θ弧度值)，求得前述內(nèi)角值后，再通過焊絲的半徑(r)x圓內(nèi)角(θ)的乘法運(yùn)算而求得圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度(di)。因此只要測(cè)出焊絲的實(shí)際直徑并得出半徑(r)值后，即可算出圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度(di)。為了使dr/di測(cè)量值具有客觀性，我們測(cè)量了任意4個(gè)面后取其平均值。
如果計(jì)算出來的圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)(dr)對(duì)圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度(di)之比(dr/di)低于1.015，將減少為了提高燒結(jié)處理后的送絲性而粘附在焊絲表面上的進(jìn)給潤(rùn)滑劑的維持力，進(jìn)而降低焊絲的送絲性；如果其值超過1.615時(shí)，焊絲進(jìn)給時(shí)導(dǎo)電嘴與送絲導(dǎo)管之間的摩擦抵抗力將增加，對(duì)送絲性造成不良影響，焊絲表面氧化膜部位之間的特性偏差較大，進(jìn)而使氧化膜的細(xì)密性、送絲性及耐銹性不良。
本發(fā)明人為了使表面粗糙度因素dr/di值維持在1.015～1.615的范圍內(nèi)進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示需要滿足下列條件。
在彎曲成U字形后充填焊劑之前，首先需要把帶鋼外皮的粗糙度控制在0.20～1.43μm(以Ra值為準(zhǔn))的范圍內(nèi)。
如果前述帶鋼外皮的粗糙度超過1.43μm，即使妥善控制了制管、制管拉拔及第二階段拉拔等后續(xù)的工序，拉拔完畢后焊絲的表面依然太粗糙而使dr/di值超出本發(fā)明的限定范圍；如果低于0.20μm，將降低制管拉拔時(shí)的拉拔潤(rùn)滑劑維持能力，進(jìn)入制管拉拔與第二階段拉拔工序后，拉拔模與帶鋼外皮之間的摩擦應(yīng)力將大幅增加并造成焊絲折斷并使dr/di值超出1.615。
而且需要妥善地調(diào)節(jié)制管拉拔工序及制管拉拔的第二階段拉拔工序。
為了得到較好的dr/di值，制管后的制管拉拔速度應(yīng)該維持在20到150m/min的范圍內(nèi)。如果超過150m/min，將在通過制管輥輪成形為U字或○字型的帶鋼時(shí)造成帶鋼表面粗糙度的不均勻現(xiàn)象，使得焊劑無法均勻地充填帶鋼內(nèi)部的空隙，造成各部位的空隙偏差，前述的帶鋼表面粗糙度不均勻和各部位空隙偏差現(xiàn)象將在第二階段拉拔工序中使拉拔模與帶鋼外皮之間的摩擦應(yīng)力不均勻地傳達(dá)給焊絲并造成凹凸表面。
即使妥善地控制了制管拉拔工序，充填焊劑使帶鋼內(nèi)部空隙均勻分布，也無法避免殘留一部分空隙偏差，前述偏差將在第二階段拉拔工序中逐漸減少。然而，第二階段拉拔速度越快，表面粗糙度受到的影響也跟著越大，因此我們需要控制第二階段的拉拔速度。
前述第二階段拉拔速度應(yīng)該維持在100～1800m/min的范圍內(nèi)，超過1800m/min時(shí)，由于焊絲面積的減少而阻止了帶鋼內(nèi)部的空隙差異變少的效果，使拉拔模與帶鋼外皮之間的摩擦應(yīng)力不均勻地傳達(dá)給焊絲并造成凹凸表面，對(duì)焊絲的表面粗糙度造成不利影響。
制管拉拔速度低于20m/min，而且第二階段拉拔速度低于100m/min時(shí)，不僅dr/di值將低于1.015，而且減弱了燒結(jié)處理后進(jìn)行表面處理工序時(shí)的潤(rùn)滑劑維持能力，進(jìn)而降低了送絲性。
只存在加工表面的平坦表面的氧化膜厚度應(yīng)該維持在0.10～0.90μm的范圍內(nèi)，其厚度低于0.10μm時(shí)，無法充分地清除拉拔潤(rùn)滑劑的有機(jī)物質(zhì)，對(duì)焊接金屬的物性造成不良影響，氧化膜無法均勻地分布在焊絲表面上，一部分表面上則沒有形成氧化膜，進(jìn)而降低了耐銹性；超過0.90μm時(shí)，體積的膨脹影響了氧化膜的細(xì)密性，造成送絲性與耐銹性不良。
<實(shí)施例>
下面參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例。
實(shí)施例1本實(shí)施例表明了帶鋼外皮的粗糙度、制管拉拔速度、第二階段拉拔速度及表面粗糙度之間的相關(guān)關(guān)系，表1顯示了其數(shù)值。
表1



如上表所示，帶鋼的表面粗糙度在0.20μm～1.43μm范圍內(nèi)、制管拉拔速度在20m/min～150m/min范圍內(nèi)、或者第二階段拉拔速度在100m/min～1800m/min范圍內(nèi)時(shí)(Nos.1，2，4，5，7，8，9，11，13)，dr/di值被限定在1.015～1.615的范圍。帶鋼的表面粗糙度越大，制管拉拔速度越快，第二階段拉拔速度越塊，dr/di值就越接近1.615；帶鋼的表面粗糙度越低、制管拉拔速度越慢、或者第二階段拉拔速度越慢，dr/di值就越接近1.015。
只要帶鋼的表面粗糙度、制管拉拔速度及第二階段拉拔速度中的任一項(xiàng)不能符合本發(fā)明的限定范圍，dr/di值就會(huì)超出本發(fā)明的限定范圍。在上表中，帶鋼表面粗糙度不符合條件的No.3與10、制管拉拔速度不符合條件的No.6及第二階段拉拔速度不符合條件的No.12與14很好地說明了這個(gè)論點(diǎn)。
實(shí)施例2本實(shí)施例表明了各種燒結(jié)工序條件下的氧化膜形狀與特性。
本發(fā)明人使用前述表面粗糙度因素dr/di值為1.015～1.615的焊絲(Nos.1，2，4，5，7，8，9，11，13)在570℃以下的大氣氛圍調(diào)整溫度與時(shí)間并進(jìn)行了燒結(jié)處理，然后使用XRD進(jìn)行了氧化膜的相分析，其結(jié)果如圖10所示。
相分析的XRD使用了Philips公司的X′Pert型號(hào)，測(cè)量條件采取了OmegaScan方式，Omega角度為1°。測(cè)量電壓及電流為40kv與30mA，測(cè)量角度2θ在20～80°范圍內(nèi)，Step Size為0.02°，Time per Step為0.4°/s。
如圖10所示的XRD測(cè)量結(jié)果，氧化膜是由Fe2O3與Fe3O4組成的。這個(gè)結(jié)果與傳統(tǒng)技術(shù)的相關(guān)說明中提到的低溫氧化所生成的相是一致的。
實(shí)驗(yàn)還測(cè)出了Fe相，這是因?yàn)檠趸ぬ《B帶檢測(cè)出帶鋼外皮中沒有氧化的相的信號(hào)。
為了了解燒結(jié)工序條件的影響，在大氣氛圍下以調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度與燒結(jié)時(shí)間的方式生成氧化膜后使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察，圖11a的燒結(jié)條件為300℃下進(jìn)行燒結(jié)處理1小時(shí)30分鐘、圖11b的燒結(jié)條件為500℃下進(jìn)行燒結(jié)處理3小時(shí)、圖11c的燒結(jié)條件為650℃下進(jìn)行燒結(jié)處理1小時(shí)的氧化膜。
圖11(a)的表面呈綠色，表示Fe3O4相的比率較高，圖11(b)的表面呈紅色，表示Fe2O3相的比率較高，圖11(c)雖然成功地把表面粗糙度因素dr/di控制處于1.015～1.615的范圍內(nèi)，但是氧化膜不細(xì)密而隆起。
對(duì)于前述現(xiàn)象，我們可以如下說明。
由于焊絲表面是固體而氧氣供應(yīng)源是氣體，最先形成氧化膜的層中Fe比率遠(yuǎn)超過氧，因此會(huì)出現(xiàn)Fe3O4的含量較高的相。這以后的氧化膜成長(zhǎng)時(shí)氧氣通過最先形成的氧化膜擴(kuò)散并與Fe進(jìn)行反應(yīng)后成長(zhǎng)。此時(shí)氧與Fe反應(yīng)后生成Fe2O3或Fe3O4相，F(xiàn)e2O3與Fe3O4都會(huì)如下列表2所示的出現(xiàn)體積膨脹。
表2


前述的體積膨脹將在氧化膜與帶鋼外皮之間引起應(yīng)力，前述應(yīng)力會(huì)降低氧化膜的粘附能力，進(jìn)而影響耐銹性與送絲性。氧化膜越厚，應(yīng)力越大。
由此得知，圖11(b)與圖11(c)由于氧化膜過度成長(zhǎng)而提高了Fe2O3的比率，降低了氧化膜的粘附能力，進(jìn)而降低了耐銹性與送絲性。
實(shí)施例3本實(shí)施例表明了為了提高用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲的耐銹性與送絲性而需要的氧化膜厚度。
本發(fā)明的氧化膜測(cè)量方法如下。
1.以相對(duì)于長(zhǎng)度方向成90°的方向切斷焊絲。
2.使用樹脂支持切斷后的焊絲并使其沿著垂直方向豎立。
3.從200號(hào)～1500號(hào)沙布依次對(duì)被支持試片進(jìn)行拋光加工。
4.在研磨布上撒布鉆石玻璃(diamond paste)并按照6μm、3μm及1μm的順序進(jìn)行拋光。
5.利用超聲波把拋光完畢的焊絲清洗10分鐘左右。
6.在100℃以下的烘烤爐充分烘干已清洗完畢的試片。
7.使用掃描電子顯微鏡的后方散射電子觀察干燥焊絲的氧化膜厚度。
8.測(cè)量4次任一加工表面的厚度后取其平均值。
為了測(cè)量氧化膜厚度，在大氣氛圍下依次改變了溫度與時(shí)間。實(shí)驗(yàn)可以使用氣體爐與電爐，本實(shí)施例使用了電爐。
下列表3顯示了各種溫度與時(shí)間下的加工表面氧化膜厚度與加工表面氧化膜的均勻度。
表3



(上表中對(duì)氧化膜均勻度的判斷方法如下測(cè)量任意4個(gè)面的加工表面氧化膜厚度后，標(biāo)準(zhǔn)偏差低于20％時(shí)判斷為○，超過20％則判斷為×。)如表3所示，燒結(jié)溫度為300℃以上～570℃的Nos.2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12的潤(rùn)滑劑可以充分分解，增加燒結(jié)處理時(shí)間會(huì)使氧化膜厚度跟著增加，氧化膜的均勻度也會(huì)優(yōu)化。
但是，在200℃溫度下進(jìn)行燒結(jié)處理的No.1的加工表面氧化膜厚度非常薄，均勻度也不好。這是因?yàn)樵?00℃溫度下進(jìn)行燒結(jié)處理時(shí)，燒結(jié)溫度沒有達(dá)到潤(rùn)滑劑的有機(jī)物質(zhì)分解溫度，有機(jī)物質(zhì)沒有被分解，沒有分解的潤(rùn)滑劑遮蔽了焊絲表面與氧氣之間的接觸，阻止了氧化膜的生成與成長(zhǎng)。焊絲表面中沒有潤(rùn)滑劑的部位由于接觸氧氣而形成了氧化膜并成長(zhǎng)。這樣一來，造成了具有氧化膜的部位與沒有氧化膜的部位共存的現(xiàn)象，不僅降低了耐銹性，在表面均勻的加工表面也出現(xiàn)了氧化膜不均勻的現(xiàn)象。
Nos.13～15的燒結(jié)溫度達(dá)到了650℃，其氧化膜的生成與成長(zhǎng)速度非常快。針對(duì)焊絲表面上具有潤(rùn)滑劑的部位與沒有潤(rùn)滑劑的部位進(jìn)行比較時(shí)，焊絲表面的潤(rùn)滑劑可以吸收潛熱而分解，然后生成氧化膜并成長(zhǎng)，沒有潤(rùn)滑劑的焊絲表面由于溫度較高而使氧化膜快速生成并成長(zhǎng)。焊絲表面的潤(rùn)滑劑殘留與否對(duì)氧化膜的生成與成長(zhǎng)造成了時(shí)間上的差異，即使前述時(shí)間差異很小，也由于溫度高而加快了氧化反應(yīng)速度，因此即使在表面均勻的加工表面上也不能獲得均勻度良好的氧化膜。前述偏差在比較加工表面、凹凸及凹陷表面的氧化膜厚度時(shí)更加明顯，即使表面粗糙度因素值dr/di符合了本發(fā)明的限定范圍1.015～1.615，其送絲性與耐銹性也不好。
另外，No.15的燒結(jié)溫度與時(shí)間控制不良，使得氧化膜的均勻度與厚度都不理想?？偠灾瑸榱耸辜庸け砻娴难趸ず穸确?.10～0.90μm的條件并形成均勻的氧化膜，應(yīng)該在300℃～570℃的溫度下進(jìn)行20分鐘～12小時(shí)的燒結(jié)處理。
如前所述，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)焊絲表面粗糙度與氧化膜厚度，即可提高燒結(jié)藥芯焊絲的送絲性與耐銹性。
實(shí)施例4本實(shí)施例表明了燒結(jié)藥芯焊絲的焊絲表面圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)(dr)對(duì)圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度(di)之比(dr/di)與加工表面部位的氧化膜厚度對(duì)于藥芯焊絲的送絲性與耐銹性所起的影響。
本發(fā)明實(shí)施例的焊絲使用了燒結(jié)焊絲，其規(guī)格為AWS規(guī)格的E71T-1、JIS規(guī)格的YFW-C50DR等級(jí)產(chǎn)品1.4Ф。此時(shí)焊絲表面粗糙度因素(dr/di)與加工表面的氧化膜厚度使用前述實(shí)施例1-3中的方法進(jìn)行測(cè)量，然后測(cè)其送絲性與耐銹性。在測(cè)量耐銹性的鹽水噴霧試驗(yàn)中，在試驗(yàn)條件下經(jīng)過20分鐘后觀察生銹與否，生銹時(shí)標(biāo)記其耐銹性為×，沒有生銹時(shí)標(biāo)記其耐銹性為○。焊絲使用1.4Ф的尺寸，鹽水噴霧條件如表4。
表4


把5m長(zhǎng)的新送絲導(dǎo)管繞著300mm的直徑纏繞2次(環(huán)形線圈)后，按照下列表5的焊接條件進(jìn)行了送絲性評(píng)估。
表5


送絲性的評(píng)估基準(zhǔn)如下焊接持續(xù)時(shí)間不足80sec，因?yàn)檫M(jìn)給不順暢而無法焊接時(shí)，判斷送絲性不良并標(biāo)記為×，可以持續(xù)焊接100sec以上時(shí)，其送絲性標(biāo)記為○，時(shí)間介于80～100sec之間時(shí)判斷為一般送絲性并標(biāo)記為△。
表6整理了本實(shí)施例的評(píng)估結(jié)果。
表6



如表6所示，對(duì)比例1與對(duì)比例9的焊絲表面粗糙度因素(dr/di)值超出了本發(fā)明的限定范圍，因此增加了焊絲進(jìn)給時(shí)的導(dǎo)電嘴與送絲導(dǎo)管之間的摩擦抵抗力，進(jìn)而降低了送絲性。
其中，對(duì)比例1的焊絲表面粗糙度因素(dr/di)值雖然超出了本發(fā)明的限定范圍，但是耐銹性依然良好，這是因?yàn)榧庸け砻娴难趸ず穸缺豢刂圃?.17μm，下面對(duì)前述現(xiàn)象進(jìn)一步說明。
加工表面的氧化膜厚度較薄，表示允許氧化膜成長(zhǎng)的條件較短，也表示加工表面與凹凸及凹陷部位的氧化膜厚度之間的差異較小。因此，雖然焊絲表面粗糙度造成了焊絲各部位(加工表面、凹凸及凹陷表面)氧化膜的厚度偏差，但是由于偏差小而沒有影響到耐銹性。
與此相反的是，對(duì)比例9的焊絲表面粗糙，氧化膜厚度為0.53μm，由于氧化膜已經(jīng)成長(zhǎng)了一定程度，造成焊絲各部位的氧化膜厚度與特性差異，因此在耐銹性試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了銹斑。
對(duì)比例2的加工表面氧化膜厚度太薄，焊絲表面上無法均勻地分布氧化膜，一部分表面上則沒有形成氧化膜，因此在耐銹性試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了銹斑。
對(duì)比例3的焊絲表面粗糙度因素(dr/di)值與加工表面氧化膜厚度都超出了本發(fā)明的上限值，因此焊絲表面氧化膜的各部位特性差異較大，氧化膜的細(xì)密性較差，導(dǎo)致送絲性與耐銹性不良。
對(duì)比例4的焊絲表面粗糙度因素(dr/di)值太高，進(jìn)給時(shí)導(dǎo)電嘴與送絲導(dǎo)管之間的摩擦增加，進(jìn)而影響了送絲性；由于加工表面的氧化膜厚度相對(duì)較薄，一部分表面上則沒有形成氧化膜，因此在耐銹性試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了銹斑。
對(duì)比例5～7的焊絲表面粗糙度因素(dr/di)值太低，減少了為了提高燒結(jié)處理后的送絲性而粘附在焊絲表面上的進(jìn)給潤(rùn)滑劑的維持力，進(jìn)而降低了焊絲送絲性。對(duì)比例6的加工表面氧化膜厚度太厚，氧化膜的細(xì)密性不足，F(xiàn)e2O3的比率增加，造成耐銹性不良。對(duì)比例7由于加工表面的氧化膜厚度太薄，一部分表面上則沒有形成氧化膜，因此在耐銹性試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了銹斑。
對(duì)比例8與對(duì)比例10的焊絲表面粗糙度因素(dr/di)值雖然在本發(fā)明的限定范圍內(nèi)，但是加工表面的氧化膜厚度太厚，造成氧化膜的細(xì)密性不良，進(jìn)而使送絲導(dǎo)管與導(dǎo)電嘴內(nèi)部的氧化膜剝離并積累，造成焊絲送絲性不良，F(xiàn)e2O3的比率提高，造成耐銹性不良。
實(shí)施例1到實(shí)施例13的焊絲表面粗糙度因素(dr/di)值維持在1.015～1.615的范圍內(nèi)，加工表面的氧化膜厚度維持在0.10～0.90μm的范圍內(nèi)，因此生成氧化膜時(shí)耐銹性優(yōu)異的Fe3O4比率較高，焊絲各部位的氧化膜特性差異較小，可以生成細(xì)密的氧化膜，進(jìn)而提高了耐銹性與送絲性。
發(fā)明效果如前所述，進(jìn)行燒結(jié)處理時(shí)把焊絲的表面粗糙度與氧化膜厚度控制在特定范圍內(nèi)，提高了耐銹性優(yōu)異的Fe3O4相比率，焊絲各部位(加工表面、凹凸及凹陷表面)的偏差較小，生成的氧化膜較薄而細(xì)密，因此焊接時(shí)不會(huì)在導(dǎo)電嘴內(nèi)部積累微細(xì)氧化膜。
本發(fā)明提供的用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲，其耐銹性及送絲性優(yōu)于傳統(tǒng)的用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲，其中經(jīng)過燒結(jié)處理的藥芯焊絲表面由平坦的加工表面、凹凸表面、及相對(duì)于加工表面為負(fù)方向即朝向焊絲中心的方向且沿著表面圓周方向形成的凹陷組成了混合表面，其特征為所述平坦的加工表面的氧化膜厚度在0.10～0.90μm范圍內(nèi)；圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)dr對(duì)圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度di之比dr/di處于1.015～1.615的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲，其特征為所述氧化膜由Fe2O3和Fe3O4組成。
3.一種用于氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲的制造方法，包括對(duì)帶鋼外皮進(jìn)行制管、充填焊劑、拉拔、燒結(jié)及表面處理劑涂覆的工序，其特征為所述帶鋼外皮的表面粗糙度以Ra值為準(zhǔn)控制在0.20～1.43μm的范圍內(nèi)，所述制管工序的拉拔速度控制在20～150m/min的范圍內(nèi)，第二階段拉拔速度則控制在100～1800m/min的范圍內(nèi)，在一般大氣氛圍下的300～570℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行所述燒結(jié)工序20分鐘到12小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于自動(dòng)或半自動(dòng)氣體保護(hù)電弧焊的燒結(jié)藥芯焊絲及其制造方法。本發(fā)明的經(jīng)過燒結(jié)處理的藥芯焊絲的表面由平坦的加工表面、凹凸表面及相對(duì)于加工表面為負(fù)方向且沿著表面圓周方向形成的凹陷組成了混合表面，其中平坦加工表面的氧化膜厚度在0.10～0.90μm范圍內(nèi)，圓弧實(shí)際弧長(zhǎng)(dr)對(duì)圓弧表現(xiàn)長(zhǎng)度(di)之比(dr/di)處于1.015～1.615的范圍內(nèi)。本發(fā)明使得位于焊絲表面的氧化膜具有良好的細(xì)密性，進(jìn)而得到耐銹性良好的Fe
文檔編號(hào)B21C1/16GK1990160SQ20061014488
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者方煥喆 申請(qǐng)人:基斯韋爾株式會(huì)社