CN105665955B

CN105665955B - 缆式焊丝

Info

Publication number: CN105665955B
Application number: CN201610116881.2A
Authority: CN
Inventors: 时振; 时山奇
Original assignee: Suzhou Gravity Welding Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Gravitational Welding Engineering Technology Research Co ltd
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2017-11-14
Anticipated expiration: 2036-03-01
Also published as: CN105665955A

Abstract

本发明提供了一种缆式焊丝，包括中心焊丝和螺旋旋绕所述中心焊丝设置的n根外围焊丝，各所述外围焊丝的直径均为d，且各相邻所述外围焊丝相切设置，其特征在于，所述外围焊丝的捻距T＝K×m×d，其中K为所述外围焊丝的结构系数，m为捻距倍数，d为所述外围焊丝的直径，1≤K≤1.5，20≤m≤25。本发明提供的缆式焊丝在生产过程中不易产生断丝，且焊接时外围焊丝比较紧密，使得送丝过程更加稳定，从而提高了缆式焊丝的焊接性能。

Description

缆式焊丝

技术领域

本发明涉及焊丝技术领域，具体涉及一种缆式焊丝。

背景技术

缆式焊丝(又称多股绞合焊丝)由中心焊丝和以螺旋升角α缠绕于中心焊丝上的多根彼此相切且直径相同的外围焊丝所构成。缆式焊丝具有盘绕性好、送丝时刚直性好、焊接时的熔深熔宽大以及熔敷效率高等优点，其原因为：(1)利用缆式焊丝焊接(例如CO₂气保焊)时外围焊丝的小阳极区随缆式焊丝的送进而围绕中心焊丝阳极区旋转，并很快合成为一个统一的束状旋转弧柱区，该束状旋转焊接电弧有利于焊丝熔化、熔滴过渡，有利于熔池内流体产生强烈搅动作用，使得熔融金属中气体溢出和有益元素在熔池内均匀分布，从而减小焊缝缺陷，提高焊接质量；(2)缆式焊丝具有涡流型流体流动模式，焊接过程中熔池液态金属存在涡流型流动，液态金属的涡流运动使熔池中部凹陷，带动高温液态金属向熔池底部流动，有利于增加熔深。

缆式焊丝的焊接性能与外围焊丝的捻距T有关。所谓捻距T是指外围焊丝围绕中心焊丝旋转一周(360°)相应两点间的直线距离。目前，在生产实践中通常将缆式焊丝看成是单股钢丝绳，并参照单股钢丝绳的标准确定缆式焊丝的捻距T。即根据国标GB/20118-2008的规定，单股钢丝绳捻距T＝捻距倍数×绳径(或股径)，1×7的捻距倍数不大于10.5，一般生产厂采用6.5-7.0。对于单丝直径为1mm的1×7(即1+6)的单股钢丝绳，其绳径大致等于3，则捻距应小于31.5mm，一般生产厂实际捻距为20mm左右。

然而，缆式焊丝的结构和材质与钢丝绳有很大区别：首先，缆式焊丝的中心焊丝与外围焊丝的直径可以相同也可以不同，且当外围焊丝数大于6时，中心焊丝的直径则大于外围焊丝的直径，例如9根直径为1.53mm的外围焊丝，则中心焊丝的直径略大于2.94mm，而钢丝绳中没有这种结构；其次，钢丝绳的材质通常采用含碳量为0.5％-0.8％的优质碳素钢，即50、60、65号钢，而缆式焊丝的材质通常为低合金及微合金结构钢、耐腐蚀不锈钢或药芯。而且，对于缆式焊丝还需考虑焊丝熔化过程中的电弧特性及熔滴过度特点，因而在缆式焊丝的生产实践中参照单股钢丝绳的标准确定缆式焊丝的捻距T是不准确的。

因此，如何根据缆式焊丝的结构及材质提出具有合适捻距的缆式焊丝以提高缆式焊丝的生产质量和焊接性能，成为当前业内迫切需要解决的问题之一。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中缆式焊丝的生产质量和焊接性能较差的缺陷。

为此，本发明提供了一种缆式焊丝，包括中心焊丝和螺旋旋绕所述中心焊丝设置的n根外围焊丝，各所述外围焊丝的直径均为d，且各相邻所述外围焊丝相切设置，其特征在于，所述外围焊丝的捻距T＝K×m×d，其中K为所述外围焊丝的结构系数，m为捻距倍数，d为所述外围焊丝的直径，1≤K≤1.5，20≤m≤25。

作为优选，所述外围焊丝为实心焊丝时，1≤K≤1.1；所述外围焊丝为无缝药芯焊丝时，1.1≤K≤1.3；所述外围焊丝为有缝药芯焊丝时，1.2≤K≤1.5。

作为优选，所述外围焊丝为实心焊丝时，K＝1；所述外围焊丝为无缝药芯焊丝时，1.1≤K≤1.2；所述外围焊丝为有缝药芯焊丝时，1.2≤K≤1.3。

作为优选，所述外围焊丝的旋转方向与所述中心焊丝长度的垂直方向之间的夹角为螺旋升角α，且α＝arccos(nd/T)。

作为优选，所述中心焊丝的直径为f，且f＝d×[(1/sin²α+1/tg²(π/n))^1/2-1]，所述缆式焊丝的直径等于f+2d。

作为优选，60°≤α≤80°。

作为优选，65°≤α≤75°。

作为优选，m＝24。

作为优选，1.5mm≤d≤2.0mm。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明基于生产经验发现，缆式焊丝的捻距T与生产质量和焊接性能密切相关，即捻距T过小，在缆式焊丝的生产过程中易产生断丝；捻距T过大，外围焊丝的紧密度不够，使得焊接过程中送丝不稳定；同时，本发明通过大量理论和试验研究后发现，外围焊丝的捻距T＝K×m×d(其中K为所述外围焊丝的结构系数，m为捻距倍数，d为所述外围焊丝的直径)时，缆式焊丝在生产过程中不易产生断丝，提高捻制合格率，从而可以大幅降低成本，提高经济效益，在生产的实用性及成本效益上完全符合产业发展所需；且焊接时具有更大熔深，可减少厚板焊接的焊缝层数，极大提高焊接生产率，降低生产成本，而且飞溅极少，焊缝机械性能高外围焊丝比较紧密，使得送丝过程更加稳定，从而提高了缆式焊丝的焊接性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施方式提供的1+6缆式焊丝的结构主视图；

图2是图1提供的1+6缆式焊丝的横断面图；

图3是图1提供的1+6缆式焊丝的外围焊丝的展开示意图；

图4是本发明实施方式提供的1+7缆式焊丝的横断面图；

图5是本发明实施方式提供的1+8缆式焊丝的横断面图；

图6是本发明实施方式提供的1+9缆式焊丝的横断面图；

图7是本发明实施方式提供的1+10缆式焊丝的横断面图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明基于生产经验发现，缆式焊丝的捻距T与生产质量和焊接性能密切相关，即捻距T过小，在缆式焊丝的生产过程中易产生断丝；捻距T过大，外围焊丝的紧密度不够，使得焊接过程中送丝不稳定。基于此，本发明通过大量理论和试验研究后，提供了一种缆式焊丝，包括中心焊丝和螺旋旋绕所述中心焊丝设置的n根外围焊丝，各所述外围焊丝的直径均为d，且各相邻所述外围焊丝相切设置，其特征在于，所述外围焊丝的捻距T＝K×m×d，其中K为所述外围焊丝的结构系数，m为捻距倍数，d为所述外围焊丝的直径，1≤K≤1.5，20≤m≤25。

本发明通过将外围焊丝的捻距T设置为K×m×d(其中K为所述外围焊丝的结构系数，m为捻距倍数，d为所述外围焊丝的直径)，使得缆式焊丝在生产过程中不易产生断丝，提高捻制合格率，从而可以大幅降低成本，提高经济效益，在生产的实用性及成本效益上完全符合产业发展所需；且焊接时具有更大熔深，可减少厚板焊接的焊缝层数，极大提高焊接生产率，降低生产成本，而且飞溅极少，焊缝机械性能高外围焊丝比较紧密，使得送丝过程更加稳定，从而提高了缆式焊丝的焊接性能。

作为优选的实施方式，所述外围焊丝为实心焊丝时，1≤K≤1.1；所述外围焊丝为无缝药芯焊丝时，1.1≤K≤1.3；所述外围焊丝为有缝药芯焊丝时，1.2≤K≤1.5。

本发明经过大量理论和实验研究后发现，上述针对实心焊丝、无缝药芯焊丝和有缝药芯焊丝的材质而设定K值的方式，有利于进一步提高缆式焊丝的焊接性能。

作为进一步优选的实施方式，所述外围焊丝为实心焊丝时，K＝1；所述外围焊丝为无缝药芯焊丝时，1.1≤K≤1.2；所述外围焊丝为有缝药芯焊丝时，1.2≤K≤1.3。

上述K值的设置方式使得缆式焊丝在生产过程中更不易产生断丝，且焊接时外围焊丝更加紧密，使得送丝过程进一步更加稳定，从而进一步提高缆式焊丝的焊接性能。

作为优选的实施方式，所述外围焊丝的旋转方向与所述中心焊丝长度的垂直方向之间的夹角为螺旋升角α，且α＝arccos(nd/T)。

上述公式可以根据图1和图3得出。由图1和图3可知，捻距T还等于外围焊丝相切椭圆长径之和，即T＝2nr/cosα，从而得到α＝arccos(nd/T)。

作为优选的实施方式，所述中心焊丝的直径为f，且f＝d×[(1/sin²α+1/tg²(π/n))^1/2-1]，所述缆式焊丝的直径等于f+2d。

上述实施方式通过以下计算方式获得：捻距T＝2π(R+r)tgα＝π(D+d)，式中：R-中心焊丝圆半径(mm)；r-外围焊丝半径；α-螺旋升角(度)。由于外围焊丝以螺旋升角α旋绕于中心焊丝圆周上且彼此相切，因此外围焊丝在缆式焊丝的横截面上的投影并非椭圆形，而为了方便公式推导，近似以长半轴a＝r/sinα，短半轴b＝r的椭圆代替。由此可以推导出：R＝r×[(1/sin²α+1/tg²(π/n))^1/2-1]。其中：n--外围焊丝数。可见，由n根相同直径的外围焊丝围绕一根中心焊丝所构成的单层缆式焊丝，其中心焊丝的直径应该大于按n个彼此相切的外围焊丝圆所计算而得的中心圆直径，其大小与外围焊丝的螺旋升角α有关。作为优选的实施方式，60°≤α≤80°。

本发明研究发现，作为优选的实施方式，当m＝24(即外围焊丝的捻距T＝24K×d)时，65°≤α≤75°，且此时缆式焊丝的焊接性能具有最优值。

本发明提供的缆式焊丝中，外围焊丝的直径d可以根据焊接性能的需求进行设定。作为优选的实施方式，1.5mm≤d≤2.0mm。

下面将结合具体实施例详细描述本发明提供的缆式焊丝。

实施例1

本实施例提供的缆式焊丝的结构为1+6，如图1和图2所示，即外围焊丝数为6，且外围焊丝为实心焊丝，K＝1，则T＝md(m＝20-25,螺旋升角α＝72.5°～76.1°)。同时，外围焊丝的直径d等于1.6mm，缆式焊丝直径约为5mm，那么捻距T可选范围：32～40mm，最佳捻距(即m＝24时)＝38mm。

对比例1

本对比例提供的焊丝的结构为1+6，外围焊丝数为6，且外围焊丝为实心焊丝，K＝1，外围焊丝的直径d为1.5mm，捻距T＝17d＝25.5mm。

对比例2

本对比例提供的焊丝采用φ5.0mm单丝进行埋弧焊。

对实施例1以及对比例1和2提供的缆式焊丝的焊接性能进行了测试，其中试验选用ZX5-1000+送丝小车；A36船用钢板，尺寸为400mm×150mm×14mm；采用HJ431焊剂，且当焊接的送丝速度为40mm/秒时，其电弧的旋转频率为1赫兹。焊接参数及结果请见表1。

表1

由表1可以看出，本实施例的缆式焊丝埋弧焊与对比例1和2的埋弧焊的熔敷速度随电流的变化幅度几乎一样，即熔敷速度差值为2.5kg/h左右。是单丝埋弧焊的1.44倍，即平均增幅44％。相比于对比例1和2的埋弧焊，本实施例的缆式焊丝埋弧焊熔敷每千克金属耗电量大约减少了1.27kWh，平均减幅45％。

实施例2

本实施例提供的缆式焊丝的结构为1+7，如图4所示，即外围焊丝数为7，且外围焊丝为实心焊丝，K＝1，则T＝md，(m＝20-25,螺旋升角α＝69.5°～73.7°)。同时，外围焊丝的直径为1.85mm，中心焊丝直径为2.3mm，缆式焊丝直径约为6mm，那么捻距可选范围：37～46.25mm，最佳捻距(即m＝24时)＝44.4mm。且当焊接的送丝速度为44.4mm/秒时，其电弧的旋转频率为1赫兹。

实施例3

本实施例提供的缆式焊丝的结构为1+8，如图5所示，外围焊丝数为8，且外围焊丝为实心焊丝，K＝1，T＝md(m＝20-25,螺旋升角α＝α＝66.4°～71.3°)。同时，外围焊丝的直径为1.73mm时，中心焊丝直径为2.54mm，缆式焊丝直径约为6mm，那么捻距可选范围：34.6～43.25mm，最佳捻距(即m＝24时)＝41.5mm。且当焊接的送丝速度为41.5mm/秒时，其电弧的旋转频率为1赫兹。

实施例4

本实施例提供的缆式焊丝的结构为1+9，如图6所示，外围焊丝数为9，且外围焊丝为实心焊丝，K＝1，则T＝md，(m＝20-25,螺旋升角α＝63.25°～68.9)。同时，外围焊丝的直径为1.6mm时，中心焊丝直径为2.8mm，缆式焊丝直径约为6mm，捻距可选范围：32～40mm，最佳捻距＝38.4mm。且焊接的送丝速度为38.4mm/秒时，其电弧的旋转频率为1赫兹。

实施例5

本实施例提供的缆式焊丝的结构为1+10，如图7所示，外围焊丝数为10，且外围焊丝为实心焊丝，K＝1，则T＝md，(m＝20-25,螺旋升角α＝60°～66.4°)。同时，外围焊丝的直径为1.5mm，中心焊丝直径为3mm，缆式焊丝直径约为6mm，捻距可选范围：30～37.5mm，最佳捻距＝36mm。且焊接的送丝速度为36mm/秒时，其电弧的旋转频率为1赫兹。

实施例6

本实施例提供的缆式焊丝的结构为1+10，外围焊丝数为10，且外围焊丝为无缝药芯焊丝，K＝1.2，则T＝1.2md。外围焊丝的直径d为1.5mm，捻距可选范围：36～45mm，最佳捻距＝43.2mm。且焊接的送丝速度为38mm/秒时，其电弧的旋转频率为1.1赫兹。

对比例3

本对比例提供的缆式焊丝的结构为1+10，外围焊丝数为10，且外围焊丝为无缝药芯焊丝，外围焊丝的直径d为1.5mm，捻距为28mm。且焊接的送丝速度为38mm/秒时，其电弧的旋转频率为1.1赫兹。

实施例7

本实施例提供的缆式焊丝的结构为1+10，外围焊丝数为10，且外围焊丝为有缝药芯焊丝，K＝1.5，则T＝md，外围焊丝的直径为1.5mm，捻距可选范围：45～56.25mm，最佳捻距＝54mm。且焊接的送丝速度为37mm/秒时，其电弧的旋转频率为1.1赫兹。

对比例4

本对比例提供的缆式焊丝的结构为1+10，外围焊丝数为10，且外围焊丝为有缝药芯焊丝，外围焊丝的直径为1.5mm，捻距为38mm，且焊接的送丝速度为37mm/秒时，其电弧的旋转频率为1.1赫兹。

对实施例6和7以及对比例3和4提供的缆式焊丝的焊接性能进行了测试，其中试验选用ZX5-1000+送丝小车；A36船用钢板，尺寸为400mm×150mm×14mm；采用HJ431焊剂，且当焊接的送丝速度为40mm/秒时，其电弧的旋转频率为1赫兹。焊接参数及结果请见表2。

表2

由表2可以看出，本实施例6和7的缆式焊丝埋弧焊与对比例3和4的埋弧焊的熔敷速度随电流的变化幅度几乎一样。相比于对比例3和4的埋弧焊，本实施例6和7的缆式焊丝埋弧焊熔敷每千克金属耗电量大约减少45％。

由上述实施例可见，在相同外径条件下，随外围焊丝数的增加，最佳捻距及螺旋升角均减小，在相同送丝速度条件下，电弧的旋转频率增加，有利于电弧对熔池的搅动，从而减小焊缝缺陷，提高焊接质量也有利于增加熔深。同时，本发明提供的缆式焊丝与单丝相比，CO₂气保焊焊丝熔化速度约高45％；熔敷速度约高35％；电能效率约高15％；埋弧焊焊丝熔化速度约高40％；熔敷速度约高40％；电能效率约高53％。

需要说明的是，本发明还针对：(1)所述外围焊丝为实心焊丝，K＝1.1，d＝2.0；(2)所述外围焊丝为无缝药芯焊丝时，K≤1.1,K＝1.1，d＝2.0；(3)所述外围焊丝为有缝药芯焊丝时，K＝1.2,K＝1.1，d＝2.0；(4)所述外围焊丝(2)为有缝药芯焊丝时，K＝1.5，K＝1.1，d＝2.0，这四种实施方式进行了焊接性能测试，其测试结果类似于实施例1，在此不再赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种缆式焊丝，包括中心焊丝(1)和螺旋旋绕所述中心焊丝(1)设置的n根外围焊丝(2)，各所述外围焊丝(2)的直径均为d，且各相邻所述外围焊丝(2)相切设置，其特征在于，所述外围焊丝(2)的捻距T＝K×m×d，其中K为所述外围焊丝(2)的结构系数，m为捻距倍数，d为所述外围焊丝(2)的直径，1≤K≤1.5，20≤m≤25。

2.根据权利要求1所述的缆式焊丝，其特征在于，所述外围焊丝(2)为实心焊丝时，1≤K≤1.1；所述外围焊丝(2)为无缝药芯焊丝时，1.1≤K≤1.3；所述外围焊丝(2)为有缝药芯焊丝时，1.2≤K≤1.5。

3.根据权利要求2所述的缆式焊丝，其特征在于，所述外围焊丝(2)为实心焊丝时，K＝1；所述外围焊丝(2)为无缝药芯焊丝时，1.1≤K≤1.2；所述外围焊丝(2)为有缝药芯焊丝时，1.2≤K≤1.3。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的缆式焊丝，其特征在于，所述外围焊丝(2)的旋转方向与所述中心焊丝(1)长度的垂直方向之间的夹角为螺旋升角α，且α＝arccos(nd/T)。

5.根据权利要求4所述的缆式焊丝，其特征在于，所述中心焊丝(1)的直径为f，且f＝d×[(1/sin²α+1/tg²(π/n))^1/2-1]，所述缆式焊丝的直径等于f+2d。

6.根据权利要求4所述的缆式焊丝，其特征在于，60°≤α≤80°。

7.根据权利要求6所述的缆式焊丝，其特征在于，65°≤α≤75°。

8.根据权利要求1所述的缆式焊丝，其特征在于，m＝24。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的缆式焊丝，其特征在于，1.5mm≤d≤2.0mm。