CN101633084A - 一种用于二氧化碳气体保护焊的镀铝焊丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于二氧化碳气体保护焊的镀铝焊丝及其制备方法，通过热镀的方法将铝镁钛合金层镀在焊丝的表面。制备的焊丝由于其表面镀层含有铝、镁、钛等金属元素，可以在保证导电性的前提下，减小飞溅，提高焊接质量；在制备方法中采用热镀方法镀层，可避免传统镀铜工艺带来的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于二氧化碳气体保护焊的焊丝及其制备方法，更具体地讲，涉及一种焊丝表面没有镀铜的焊丝及其制备方法。
背景技术
随着自动焊接系统的引入，用于二氧化碳气体保护弧焊的焊丝已经广泛地应用于很多领域，例如钢结构、汽车、船舶和建筑。对于用于二氧化碳气体保护弧焊的焊丝，通常使用所谓的镀铜实心焊丝，其中铜镀在焊丝表面。镀铜焊丝在使用和制备中存在以下问题：
(1)镀铜层比焊丝表面软，由于焊丝与焊嘴之间的摩擦，镀铜不可避免地从焊丝表面剥离，从而使焊接不稳定。
(2)铜的熔点低，在焊接过程的超高温下容易蒸发，从而产生大量的烟。
(3)在焊接过程中，由于焊丝与焊嘴之间的摩擦，铜粉从焊丝表面脱落并在焊嘴上积累，会造成焊嘴堵塞，从而导致焊接不稳定，产生大量的飞溅。
(4)焊丝表面镀铜会产生大量废液，造成环境的污染。
尽管镀铜焊丝有上述缺点，但是焊丝表面镀铜可以提高导电性、焊丝可喂入性以及耐蚀性。考虑到上述缺点，需要开发能满足各种特性的具有镀铜焊丝优势特性的非镀铜焊丝。日本特许公报2682814(电弧焊焊丝)，日本公开特许公报平11-147174(钢材用非电镀焊丝)，提出了在焊丝表面使用至少一种润滑粉末，如MoS2、WS2和C，或者润滑油涂层，用于提高焊丝的可喂入性。日本公开特许公报2000-117483公开了一种焊丝，在焊丝表面沿圆周方向具有预定波长的波状粗糙部分，因为将能谱测量中的峰值强度控制在所需的数值，其起弧性能优异。日本公开特许公报2000-317679公开了一种电弧焊的非电镀焊丝以及电弧焊方法，其中使用水溶性的高分子物质将预定数量的粒度较小的绝缘无机物粉末和导电无机物粉末粘结在焊丝表面，从而减少了烟或飞溅的数量。中国专利“一种表面涂有石墨涂料的二氧化碳气体保护实芯焊丝”(申请号200510012638.8，公开日2005年12月21日)公开了一种将焊丝进行石墨基涂料的涂敷或者喷涂处理，以提高焊缝质量。中国专利“一种用于气体保护焊的焊丝”(申请号200320129174.5，授权公告日2004年12月29日)公开了一种在金属丝表面设置有纵向沟槽或者小坑，活化剂设置在纵向沟槽或者小坑中，此时，活化剂非均匀地分布在金属丝的表面，导致焊接过程的不稳定和焊接质量的下降。
上述焊丝已经改进为非镀铜焊丝，但并没有满足焊丝所需的所有特性。特别是，为了提高非镀铜焊丝的性能在焊丝表面涂覆细粉末的情况下，涂覆在焊丝表面的粉末不可避免地造成烟的产生。而且，由于难以将涂覆的粉末控制在适当的水平，涂覆在焊丝表面的粉末不均匀，从而增大了飞溅数量。
发明内容
本发明旨在克服现有镀铜焊丝的不足，在保证导电率的前提下，提供一种能够减小飞溅，提高焊接稳定性和焊接质量，同时避免大量污染的二氧化碳气体保护焊的镀铝焊丝及其制备方法。
本发明的一种用于二氧化碳气体保护焊的镀铝焊丝，包括金属丝，金属丝的表面均匀完整地设置有铝镁钛合金镀层。
所述铝镁钛合金镀层按质量分数由30-60％的铝、10-40％的镁、10-30％的钛和0-2％的防氧化物质组成。
所述防氧化物质为锰或者硅或者由质量分数60-70％的锰和质量分数30-40％的硅组成的锰硅合金。
所述铝镁钛合金镀层通过热镀、化学镀或者电镀的方式镀在金属丝的表面。
本发明一种制备用于二氧化碳气体保护焊的镀铝焊丝的方法，按照下述步骤进行：
(1)将焊丝原料盘条剥壳去锈，沾涂硼酸盐涂层，烘干，经过第一次拉拔，使盘条的直径缩小至2.8～3.5mm，收线；
(2)将步骤(1)处理后的盘条进行热碱洗脱脂，并依次经过活化槽和预热炉处理，其中活化槽中设置有由质量分数6％的氟化钾水溶液和质量分数4％的氯化钠水溶液组成的助镀剂，预热炉的烘干温度为300-500℃；
(3)将经过步骤(2)烘干后的盘条浸入镀铝液中进行热镀；
(4)将热镀后的盘条进行第二次拉拔至0.8-1.6mm的直径，收线。
所述步骤(3)中的热镀工艺中，热镀温度为650-720℃，浸镀时间为3～20s。
所述镀铝液按质量分数由30-60％的铝、10-40％的镁、10-30％的钛和0-2％的防氧化物质组成。
所述防氧化物质为锰或者硅或者由质量分数60-70％的锰和质量分数30-40％的硅组成的锰硅合金。
本发明将铝、镁、钛金属镀在焊丝的表面，具有如下有益效果：(1)与现有镀铜焊丝相比，热镀铝的生产过程污染显著减少，焊丝防锈性能提高；(2)在焊丝表面热镀合金金属层，在保证导电性的同时，降低焊丝焊接的飞溅，提高焊接质量；(3)在焊丝表面同时镀上防氧化物质，如锰和硅，可以在保证导电性的同时，进一步保证脱氧性能，降低焊丝焊接的飞溅和提高焊接质量；(4)在焊丝表面热镀合金金属层，保证送丝性能，同时细化焊缝晶粒(如图3所示)，使焊丝熔敷金属力学性能提高；(5)带有铝合金涂层的焊丝拉拔性能得以提高，减少断丝率。
附图说明
图1是焊丝热镀装置示意图。
1.导向轮；2.镀铝炉；3.沉没辊；4.活化槽；5.预热炉；6.放线轮；7.收线装置。
图2是本发明的镀层焊丝的结构示意图。
8.金属丝；9.铝镁钛合金镀层。
图3是CO2气体保护焊时含铝镀层焊丝的熔敷金属中心区域晶粒尺寸对比图。
a为普通镀铜焊丝；b为本发明的镀层焊丝。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
由于目前常用CO2气体保护焊的焊丝规格一般为直径0.8-1.6mm，焊丝原料盘条的直径一般为6.5-5.5mm，故需要采用拉拔工艺将直径缩短。本发明的制备方法采用两次拉拔工艺，将原料盘条的直径缩短至焊丝规格的要求，所用拉拔工艺采用与现有普通焊丝拉拔工艺基本相同，包括剥壳去锈、沾涂硼酸盐涂层、烘干和热碱洗脱脂。在完成第一次拉拔后，对盘条进行热镀处理，所用热镀铝工艺与现有热镀铝工艺基本相同，经历助镀处理→烘干→热浸镀→收线，在镀层后通过导向轮1和收线装置7进行第二次拉拔，带有铝涂层的焊丝拉拔性能得以提高，减少断丝率，使焊丝满足规格要求，如图1所示。
实施例1
(1)将焊丝原料盘条剥壳去锈，沾涂硼酸盐涂层，烘干，经过第一次拉拔，使盘条的直径缩小至3.5mm，收线；
(2)将步骤(1)处理后的盘条进行热碱洗脱脂，并依次经过活化槽和预热炉处理，其中活化槽中有由质量分数6％的氟化钾水溶液和质量分数4％的氯化钠水溶液组成的助镀剂，预热炉的烘干温度为300℃；
(3)将经过步骤(2)烘干后的盘条浸入镀铝液中进行热镀，其中所述镀铝液由30g铝、40g镁和30g钛组成，热镀温度为720℃，浸镀时间为3s；
(4)将热镀后的盘条进行第二次拉拔至1.6mm的直径，收线。
实施例2
(1)将焊丝原料盘条剥壳去锈，沾涂硼酸盐涂层，烘干，经过第一次拉拔，使盘条的直径缩小至2.8mm，收线；
(2)将步骤(1)处理后的盘条进行热碱洗脱脂，并依次经过活化槽和预热炉处理，其中活化槽中有由质量分数6％的氟化钾水溶液和质量分数4％的氯化钠水溶液组成的助镀剂，预热炉的烘干温度为500℃；
(3)将经过步骤(2)烘干后的盘条浸入镀铝液中进行热镀，其中镀铝液由60g铝、10g镁和30g钛组成，热镀温度为650℃，浸镀时间为20s；
(4)将热镀后的盘条进行第二次拉拔至0.8mm的直径，收线。
实施例3
(1)将焊丝原料盘条剥壳去锈，沾涂硼酸盐涂层，烘干，经过第一次拉拔，使盘条的直径缩小至3.0mm，收线；
(2)将步骤(1)处理后的盘条进行热碱洗脱脂，并依次经过活化槽和预热炉处理，其中活化槽中设置有由质量分数6％的氟化钾水溶液和质量分数4％的氯化钠水溶液组成的助镀剂，预热炉的烘干温度为400℃；
(3)将经过步骤(2)烘干后的盘条浸入镀铝液中进行热镀，其中镀铝液由60g铝、20g镁和20g钛组成，热镀温度为680℃，浸镀时间为5s；
(4)将热镀后的盘条进行第二次拉拔至1.5mm的直径，收线。
实施例4
(1)将焊丝原料盘条剥壳去锈，沾涂硼酸盐涂层，烘干，经过第一次拉拔，使盘条的直径缩小至3.2mm，收线；
(2)将步骤(1)处理后的盘条进行热碱洗脱脂，并依次经过活化槽和预热炉处理，其中活化槽中设置有由质量分数6％的氟化钾水溶液和质量分数4％的氯化钠水溶液组成的助镀剂，预热炉的烘干温度为450℃；
(3)将经过步骤(2)烘干后的盘条浸入镀铝液中进行热镀，其中镀铝液由40g铝、40g镁和20g钛组成，热镀温度为700℃，浸镀时间为15s；
(4)将热镀后的盘条进行第二次拉拔至1.2mm的直径，收线。
实施例5
(1)将焊丝原料盘条剥壳去锈，沾涂硼酸盐涂层，烘干，经过第一次拉拔，使盘条的直径缩小至2.8mm，收线；
(2)将步骤(1)处理后的盘条进行热碱洗脱脂，并依次经过活化槽和预热炉处理，其中活化槽中设置有由质量分数6％的氟化钾水溶液和质量分数4％的氯化钠水溶液组成的助镀剂，预热炉的烘干温度为350℃；
(3)将经过步骤(2)烘干后的盘条浸入镀铝液中进行热镀，其中镀铝液由50g铝、40g镁和10g钛组成，热镀温度为680℃，浸镀时间为15s；
(4)将热镀后的盘条进行第二次拉拔至1.2mm的直径，收线。
实施例6
(1)将焊丝原料盘条剥壳去锈，沾涂硼酸盐涂层，烘干，经过第一次拉拔，使盘条的直径缩小至3.5mm，收线；
(2)将步骤(1)处理后的盘条进行热碱洗脱脂，并依次经过活化槽和预热炉处理，其中活化槽中设置有由质量分数6％的氟化钾水溶液和质量分数4％的氯化钠水溶液组成的助镀剂，预热炉的烘干温度为500℃；
(3)将经过步骤(2)烘干后的盘条浸入镀铝液中进行热镀，所述镀铝液由60g铝、20g镁、18g钛和2g锰组成，热镀温度为720℃，浸镀时间为15s；
(4)将热镀后的盘条进行第二次拉拔至1.6mm的直径，收线。
实施例7
(1)将焊丝原料盘条剥壳去锈，沾涂硼酸盐涂层，烘干，经过第一次拉拔，使盘条的直径缩小至2.8mm，收线；
(2)将步骤(1)处理后的盘条进行热碱洗脱脂，并依次经过活化槽和预热炉处理，其中活化槽中设置有由质量分数6％的氟化钾水溶液和质量分数4％的氯化钠水溶液组成的助镀剂，预热炉的烘干温度为300℃；
(3)将经过步骤(2)烘干后的盘条浸入镀铝液中进行热镀，其中镀铝液由50g铝、28g镁、20g钛和2g硅组成，热镀温度为650℃，浸镀时间为10s；
(4)将热镀后的盘条进行第二次拉拔至1.0mm的直径，收线。
实施例8
(1)将焊丝原料盘条剥壳去锈，沾涂硼酸盐涂层，烘干，经过第一次拉拔，使盘条的直径缩小至3.0mm，收线；
(2)将步骤(1)处理后的盘条进行热碱洗脱脂，并依次经过活化槽和预热炉处理，其中活化槽中设置有由质量分数6％的氟化钾水溶液和质量分数4％的氯化钠水溶液组成的助镀剂，预热炉的烘干温度为400℃；
(3)将经过步骤(2)烘干后的盘条浸入镀铝液中进行热镀，其中镀铝液由50g铝、28g镁、20g钛、1.4g锰和0.6g硅组成，热镀温度为700℃，浸镀时间为20s；
(4)将热镀后的盘条进行第二次拉拔至1.2mm的直径，收线。
实施例9
(1)将焊丝原料盘条剥壳去锈，沾涂硼酸盐涂层，烘干，经过第一次拉拔，使盘条的直径缩小至2.8mm，收线；
(2)将步骤(1)处理后的盘条进行热碱洗脱脂，并依次经过活化槽和预热炉处理，其中活化槽中设置有由质量分数6％的氟化钾水溶液和质量分数4％的氯化钠水溶液组成的助镀剂，预热炉的烘干温度为450℃；
(3)将经过步骤(2)烘干后的盘条浸入镀铝液中进行热镀，其中镀铝液由60g铝、20g镁、19g钛和1g锰组成，热镀温度为680℃，浸镀时间为3s；
(4)将热镀后的盘条进行第二次拉拔至0.8mm的直径，收线。
实施例10
(1)将焊丝原料盘条剥壳去锈，沾涂硼酸盐涂层，烘干，经过第一次拉拔，使盘条的直径缩小至3.2mm，收线；
(2)将步骤(1)处理后的盘条进行热碱洗脱脂，并依次经过活化槽和预热炉处理，其中活化槽中设置有由质量分数6％的氟化钾水溶液和质量分数4％的氯化钠水溶液组成的助镀剂，预热炉的烘干温度为350℃；
(3)将经过步骤(2)烘干后的盘条浸入镀铝液中进行热镀，其中镀铝液由50g铝、20g镁、20g钛、6g锰和4g硅组成，热镀温度为700℃，浸镀时间为8s；
(4)将热镀后的盘条进行第二次拉拔至1.6mm的直径，收线。
上述实施例制得的焊丝与现有镀铜焊丝相比，生产过程污水排放显著减少，焊丝拉拔断丝率减少50％以上，焊丝焊接飞溅率减小30％以上，防锈保存期提高3倍以上，CO2气体保护焊时熔敷金属晶粒有所细化，其中在焊丝表面同时镀上锰硅，可以在保证导电性的同时，进一步保证脱氧性能，降低焊丝焊接的飞溅，所属领域的技术人员可从发明内容中选择相应的组分和含量，以实现本发明的技术方案。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于二氧化碳气体保护焊的镀铝焊丝，包括金属丝，其特征在于，金属丝的表面均匀完整地设置有铝镁钛合金镀层。
2.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳气体保护焊的镀铝焊丝，其特征在于，所述铝镁钛合金镀层按质量分数由30-60％的铝、10-40％的镁、10-30％的钛和0-2％的防氧化物质组成。
3.根据权利要求2所述的一种用于二氧化碳气体保护焊的镀铝焊丝，其特征在于，所述防氧化物质为锰或者硅或者由质量分数60-70％的锰和质量分数30-40％的硅组成的锰硅合金。
4.根据权利要求1所述的一种用于二氧化碳气体保护焊的镀铝焊丝，其特征在于，所述铝镁钛合金镀层通过热镀、化学镀或者电镀的方式镀在金属丝的表面。
5.一种制备如权利要求1所述的镀铝焊丝的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：
(1)将焊丝原料盘条剥壳去锈，沾涂硼酸盐涂层，烘干，经过第一次拉拔，使盘条的直径缩小至2.8～3.5mm，收线；
(2)将步骤(1)处理后的盘条进行热碱洗脱脂，并依次经过活化槽和预热炉处理，其中活化槽中设置有由质量分数6％的氟化钾水溶液和质量分数4％的氯化钠水溶液组成的助镀剂，预热炉的烘干温度为300-500℃；
(3)将经过步骤(2)烘干后的盘条浸入镀铝液中进行热镀；
(4)将热镀后的盘条进行第二次拉拔至0.8-1.6mm的直径，收线。
6.根据权利要求5所述的一种制备镀铝焊丝的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的热镀工艺中，热镀温度为650-720℃，浸镀时间为3～20s。
7.根据权利要求5所述的一种制备镀铝焊丝的方法，其特征在于，所述镀铝液按质量分数由30-60％的铝、10-40％的镁、10-30％的钛和0-2％的防氧化物质组成。
8.根据权利要求7所述的一种制备镀铝焊丝的方法，其特征在于，所述防氧化物质为锰或者硅或者由质量分数60-70％的锰和质量分数30-40％的硅组成的锰硅合金。
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