CN103537819A - 一种气体保护焊用非镀铜实芯焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种气体保护焊用非镀铜实芯焊丝，包括焊丝基体和表面处理层；焊丝基体由盘圆拉拔而成；表面处理层包括焊丝拉拔过程中残余的钾基固体拉丝润滑剂和高压静电涂油，钾基固体拉丝润滑剂的残余量为5～10mg/m2，高压静电涂油的量为5～15mg/m2。其制备方法包括：(1)将盘圆依次进行剥壳、除锈、清洗、涂石灰、烘干；(2)采用粗拉减径和精拉减径对盘圆进行拉丝减径，达到成品焊丝的尺寸要求；(3)清除焊丝表面的润滑剂；(4)对焊丝进行高压静电涂油；(5)将焊丝进行精密缠绕、包装。本发明的非镀铜实芯焊丝表面处理均匀，送丝稳定，导电性、耐锈性强，起弧及再起弧成功率高；其制备方法无废酸、废碱、镀铜废液、硼废物排放，水消耗量小，大大降低了环境污染。

Description

一种气体保护焊用非镀铜实芯焊丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种气体保护焊用非镀铜实芯焊丝及其制备方法，属于焊丝技术领域。
背景技术
目前，CO2气体保护焊丝已发展成为消耗量最大的单一焊材品种之一，2012年已达150万吨。传统的CO2气体保护焊丝采用化学镀铜或电镀铜的方式生产，制造过程中的废酸、废碱、镀铜废液、含硼废物等的处理和水消耗过大，环保和成本的压力很大。同时传统的镀铜CO2气体保护焊丝焊接工艺性能也存在许多缺陷，例如电弧不稳、飞溅多、送丝不畅、自动化焊接时再引弧故障率较高、焊缝成形较差等。
由于镀铜焊丝及其制造过程存在上述缺点，非镀铜焊丝及其生产技术的研究越来越引起焊丝行业的关注。专利文献CN1788921A公开了一种无镀铜实芯焊丝及其制备方法。其无镀铜实心焊丝是将无镀铜实心焊丝原料或半成品表面的粗糙度处理到一定程度，然后用草酸水浸泡，经水冲洗，干燥后，浸渍于载体润滑剂中，再经过烧结，经固体润滑剂润滑拉拔而成。该专利文献中选择特有的载体润滑剂来提高焊丝的防锈性。
专利文献CN101362980A公开了用于非镀铜实芯焊丝生产的润滑剂及其焊丝生产工艺，该润滑剂有石墨和草酸亚铁混合而成，该非镀铜实心焊丝的生产工艺主要包括：将焊接用钢丝拉拔成成品焊丝，在拉拔成品焊丝的最后两道或三道模具的模盒中加入由石墨和草酸亚铁混合而成的润滑剂；在加入润滑剂的前1道或2道模具的模盒中，加入水溶性干式拉丝润滑剂与硬脂酸三乙醇胺的混合物。制备得到焊接时送丝顺畅，飞溅小，金属熔覆性能好的非镀铜实芯焊丝。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气体保护焊用非镀铜实芯焊丝，该焊丝表面处理均匀，送丝稳定，导电性、耐锈性强，起弧及再起弧成功率高。
本发明的另一目的在于提供一种所述气体保护焊用非镀铜实芯焊丝的制备方法，该方法无废酸、废碱、镀铜废液、硼废物排放，水消耗量小。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种气体保护焊用非镀铜实芯焊丝，包括焊丝基体和表面处理层；所述焊丝基体由盘圆拉拔而成；所述表面处理层包括焊丝拉拔过程中残余的钾基固体拉丝润滑剂和高压静电涂油，其中钾基固体拉丝润滑剂的残余量为5～10mg/m2，高压静电涂油的量为5～15mg/m2。
本发明的气体保护焊用非镀铜实芯焊丝的直径为0.6～1.6mm。其中的焊丝基体主要是采用Φ5.5mm的圆钢盘条拉拔而成。本发明中所谓的钾基固体拉丝润滑剂即固体拉丝润滑剂中的金属皂为硬脂酸钾。
所述高压静电涂油按重量百分比计由以下物质混合而成：1.5％～2.5％的纳米二硫化钨或纳米二硫化钼，0.5％～1.5％的纳米级石墨粉，余量为精炼棕榈油。其中纳米二硫化钨或纳米二硫化钼的粒径优选为40～70nm；纳米石墨粉的粒径优选为30～60nm；精炼棕榈油作为载体，在使用之前将上述物质成分搅拌混合均匀即可。
一种所述气体保护焊用非镀铜实芯焊丝的制备方法，包括以下步骤：
(1)盘圆前处理：将盘圆依次进行剥壳、除锈、15～25MPa压力水反向清洗、涂石灰、烘干；
(2)拉丝减径：采用粗拉减径和精拉减径对盘圆进行拉丝减径，在拉拔过程中加入钾基固体拉丝润滑剂，达到成品焊丝的尺寸要求；
(3)润滑剂清除：清除焊丝表面的润滑剂，控制润滑剂的残余量为5～10mg/m2；
(4)高压静电涂油：对焊丝进行高压静电涂油，控制涂油量为5～15mg/m2；
(5)精密缠绕和包装：将焊丝进行精密缠绕、包装。
在将处理后的盘圆拉拔成焊丝的过程中，采用6道次直线式拉丝机进行粗拉减径，第一道次拉拔采用带有压力模的固定模拉拔，后5道次均采用辊模拉拔；第一道次电机功率不小于37kW，其余道次电机功率不小于30kW。所述压力模盒带有润滑剂旋转搅拌器，所述压力模的模具材质为硬质合金，规格(直径)为5.95mm；所述固定模的规格(直径)为4.7mm。
粗拉后的焊丝采用8道次直线拉丝机进行精拉减径，电机功率不小于15kW，前七道采用辊模拉拔，最后一道次拉拔采用带润滑剂旋转搅拌器的旋转模盒，模具为固定模，材质为天然金刚石。所述辊模的材质为硬质合金。
本发明的优点在于：
本发明的非镀铜实芯焊丝表面处理均匀，送丝稳定，导电性、耐锈性强，起弧及再起弧成功率高达100％；对比质量优异的镀铜气体保护实芯焊丝飞溅率减少80％以上，熔滴过渡频率增加30％～80％，焊缝成型更好。该焊丝的制备方法无废酸、废碱、镀铜废液、硼废物排放，水消耗量小；与镀铜焊丝的生产相比总体污染排放量减少95％以上，大大降低了环境污染。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步详细说明，但所列举的实施例并不用于限制本发明。
本发明的气体保护焊用非镀铜实芯焊丝的生产工艺流程为：盘圆前处理→粗拉减径→精拉减径→润滑剂清除→高压静电涂油→精密缠绕和包装。各工艺步骤中涉及的具体工艺参数为：
1、盘圆前处理：(1)盘圆高架放线；(2)无动力三向120°弯曲剥壳，剥壳轮直径为90mm～100mm；(3)剥壳后盘圆进行三向120°旋转钢刷除锈；(4)除锈后盘圆采用15MPa～25MPa压力水反向吹洗；(5)涂石灰；(6)烘干。
2、粗拉减径：处理后的盘圆采用6道次直线拉丝机拉拔，第一道次拉拔采用带有压力模的固定模拉拔，压力模带有润滑剂旋转搅拌器，该压力模的模具材质为硬质合金，规格为5.95mm；固定模的规格为4.7mm；后5道次均采用辊模拉拔，辊模材质为硬质合金。第一道次电机功率不小于37kW，其余道次电机功率不小于30kW；采用工字轮收线，润滑剂采用钾基固体拉丝润滑剂。
3、精拉减径：粗拉减径后的焊丝采用8道次直线拉丝机进行精拉减径，电机功率不小于15kW，前七道采用辊模拉拔，最后一道次拉拔采用带润滑剂旋转搅拌器的旋转模盒，模具为固定模，材质为天然金刚石。
4、润滑剂清除：经精拉减径的焊丝出线后紧接着采用专利文献ZL201020505702.2(发明名称：钢丝和药芯焊丝表面除尘设备)中的设备清除焊丝表面的润滑剂，控制残余润滑剂量在5～10mg/m2的范围内。
5、高压静电涂油：焊丝表面清除润滑剂后采用高压静电涂油机进行高压静电涂油，调整涂油参数使焊丝表面涂油量为5～15mg/m2。所用油按重量百分比计由以下物质混合而成：1.5％～2.5％的纳米二硫化钨或纳米二硫化钼，0.5％～1.5％的纳米级石墨粉，余量为精炼棕榈油。其中的精炼棕榈油作为载体，使用前将以上物质搅拌均匀。
6、精密缠绕和包装：将经高压静电涂油后的焊丝进行精密缠绕，包装。
其中，精拉减径处理后的焊丝出线后紧接着第4、第5工序，然后采用工字轮收线。高压静电涂油后的焊丝如果不能直接进入第6道工序进行精密缠绕，需要采用塑料伸缩膜进行表面缠裹，防止吸收灰尘、水分等杂物。
实施例1
选择Φ5.5mm的圆钢盘条，经盘圆前处理后经过6道次直线拉丝机粗拉减径，第一道次拉拔采用带有压力模的固定模拉拔，压力模盒带有润滑剂旋转搅拌器，压力模的模具材质为硬质合金，规格为5.95mm；固定模的规格为4.7mm。后5道次采用辊模拉拔，辊模材质为硬质合金。5道辊模减径工艺为：4.2mm、3.6mm、3.1mm、2.7mm、2.5mm，第一道次电机功率为37kW，其余道次电机功率为30kW。采用工字轮收线，润滑剂采用钾基固体拉丝润滑剂。
粗拉减径后的焊丝采用8道次直线拉丝机进行精拉减径，电机功率为15kW，采用第一至第六道拉丝罐和最后一道拉丝罐，第七道次拉丝罐不用。前六道采用辊模拉拔，拉拔工艺为2.2mm、1.87mm、1.68mm、1.52mm、1.37mm、1.24mm，最后一道次拉拔采用带润滑剂旋转搅拌器的旋转模盒，模具为固定模，材质为天然金刚石，模具规格为1.17mm。
经精拉减径的焊丝出线后紧接着采用专利文献ZL201020505702.2(发明名称：钢丝和药芯焊丝表面除尘设备)中的设备清除焊丝表面的润滑剂，控制残余润滑剂量在5.0～5.5mg/m2的范围内。
焊丝表面清除润滑剂后采用高压静电涂油机进行高压静电涂油，调整涂油参数使焊丝表面涂油量为6.5mg/m2。所用油按重量百分比计由以下物质均匀混合而成：2.2％的纳米二硫化钼，1.3％的纳米级石墨粉，余量为精炼棕榈油。将经高压静电涂油后的焊丝进行精密缠绕，包装。
所得的非镀铜实芯焊丝的规格为1.2mm，经分析其化学成分如表1所示，型号为GB/T8110ER50-G。采用该焊丝进行焊接试验，其送丝稳定性及起弧成功率与镀铜焊丝进行对比，焊接参数如表2所示，送丝稳定性试验结果如表3所示，机器人焊接每5000次起弧失败次数如表4所示，飞溅率测试对比如表5所示，焊接后的熔敷金属的力学性能分析如表6所示，相比镀铜焊丝污染排放数据对比如表7所示。
表1 焊丝的化学成份(wt％)
C Si Mn S P Cu Ti+Zr Fe
0.076 0.83 1.72 0.008 0.012 0.028 0.16 余量
表2 焊丝的试验焊接参数
焊接电流 340～360A 焊接电压 30～32V
送丝速度 185～195mm/s 保护气体及流量 100％CO2、20～25L/min
焊丝伸出长度 20～22mm 焊接位置 平焊
极性 直流反接 焊接速度 50～60mm/s
表3 送丝稳定性试验结果
Figure BDA00003857682700051
表4 机器人焊接每5000次起弧失败次数(单位：次)
焊丝编号 A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4
5000次起弧失败次数 0 0 0 0 3 5 0 2
其中，A1～A4为实施例1制备的焊丝；B1～B4为市售型号为GB ER50-G的镀铜焊丝。
表5 飞溅率及熔滴过渡次数对比测试
对比焊丝 本发明焊丝 镀铜焊丝
飞溅率(wt％) 0.28 1.46
熔滴过渡次数(次/min) 83 47
注：飞溅率为飞溅颗粒重量与所焊接焊丝消耗重量百分比。
表6 熔敷金属力学性能
表7 每吨焊丝生产过程污染物排放量
对比焊丝 本发明焊丝 镀铜焊丝
废液排放，m3 0.2 4.3
废液中酸、碱、硫酸铜，kg 0 70
从表1～7中的数据可以看出，本发明的非镀铜实芯焊丝焊接送丝顺畅，焊接电弧稳定，飞溅减少约80％，熔滴过渡频率增加76％，焊缝成形美观，起弧及再起弧成功率高达100％，特别适合机器人焊接，焊丝生产时污染排放与镀铜焊丝相比减少95％以上，且酸、碱、硫酸铜为零排放，由于焊丝铜含量极低，相比镀铜焊丝中一般0.2％左右的含铜量，焊接烟尘几乎不含铜。另外，本发明的非镀铜实芯焊丝成品表面平滑，颜色一致，耐大气腐蚀能力强，包装完整可存放2年无锈蚀，拆开包装可保证2周无锈蚀。经过钢结构、桥梁、机械设备等行业应用，可以取代镀铜焊丝。

Claims (10)

1.一种气体保护焊用非镀铜实芯焊丝，包括焊丝基体和表面处理层；其特征在于：所述焊丝基体由盘圆拉拔而成；所述表面处理层包括焊丝拉拔过程中残余的钾基固体拉丝润滑剂和高压静电涂油，其中钾基固体拉丝润滑剂的残余量为5～10mg/m2，高压静电涂油的量为5～15mg/m2。
2.根据权利要求1所述的气体保护焊用非镀铜实芯焊丝，其特征在于：所述焊丝的直径为0.6～1.6mm。
3.根据权利要求1所述的气体保护焊用非镀铜实芯焊丝，其特征在于：所述高压静电涂油按重量百分比计由以下物质混合而成：1.5％～2.5％的纳米二硫化钨或纳米二硫化钼，0.5％～1.5％的纳米级石墨粉，余量为精炼棕榈油。
4.根据权利要求3所述的气体保护焊用非镀铜实芯焊丝，其特征在于：所述纳米二硫化钨或纳米二硫化钼的粒径为40～70nm。
5.根据权利要求3所述的气体保护焊用非镀铜实芯焊丝，其特征在于：所述纳米石墨粉的粒径为30～60nm。
6.一种权利要求1所述的气体保护焊用非镀铜实芯焊丝的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)盘圆前处理：将盘圆依次进行剥壳、除锈、15～25MPa压力水反向清洗、涂石灰、烘干；
(2)拉丝减径：采用粗拉减径和精拉减径对盘圆进行拉丝减径，在拉拔过程中加入钾基固体拉丝润滑剂，达到成品焊丝的尺寸要求；
(3)润滑剂清除：清除焊丝表面的润滑剂，控制润滑剂的残余量为5～10mg/m2；
(4)高压静电涂油：对焊丝进行高压静电涂油，控制涂油量为5～15mg/m2；
(5)精密缠绕和包装：将焊丝进行精密缠绕、包装。
7.根据权利要求6所述的气体保护焊用非镀铜实芯焊丝的制备方法，其特征在于：所述粗拉减径采用6道次直线式拉丝机，第一道次拉拔采用带有压力模的固定模拉拔，后5道次均采用辊模拉拔；第一道次电机功率不小于37kW，其余道次电机功率不小于30kW。
8.根据权利要求7所述的气体保护焊用非镀铜实芯焊丝的制备方法，其特征在于：所述压力模盒带有润滑剂旋转搅拌器，所述压力模的模具材质为硬质合金，规格为5.95mm；所述固定模的规格为4.7mm。
9.根据权利要求6所述的气体保护焊用非镀铜实芯焊丝的制备方法，其特征在于：所述精拉减径采用8道次直线拉丝机，电机功率不小于15kW，前七道采用辊模拉拔，最后一道次拉拔采用带润滑剂旋转搅拌器的旋转模盒，模具为固定模，材质为天然金刚石。
10.根据权利要求6～9中任一项所述的气体保护焊用非镀铜实芯焊丝的制备方法，其特征在于：所述辊模的材质为硬质合金。
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