CN1233498C - 未镀覆的焊接用实芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

一种以未镀覆铜的钢丝为基材的焊接用实芯焊丝，其中含有C：0.04～0.12质量%、Si：0.5～1.1质量%、Mn：1.0～1.7质量%、Ti：0.03质量%以下，将Si、Mn、Ti作为各元素在焊丝中的含量时，Si+Mn+(10×Ti)≤2.5；并且焊丝的拉伸强度为900～1300N/mm2，在未镀覆的焊丝表面上和/或表面正下方，钾化合物的存在量以钾换算计为2～10ppm，MoS2的存在量以每10kg焊丝计为0.01～0.5g，含有聚异丁烯的油的存在量以每10kg焊丝计为0.3～1.5g。通过这样的构成，能够同时提高焊丝的送进性和引弧性。

Description

未镀覆的焊接用实芯焊丝
技术领域
本发明涉及由未进行镀覆的钢丝构成的未镀覆的焊接用实芯焊丝，特别涉及在中等板(厚度2mm～4mm的板)或薄板(厚度小于2mm的板)的半自动焊接或自动焊接中，焊丝送进性和引弧性优异的未镀覆的焊接用实芯焊丝。
背景技术
目前，特别是在汽车产业等的薄板焊接加工中，推进高效率化，焊接速度也在高速化。另一方面，为了不使焊接质量下降，期望出现一种能够尽可能缩短电弧刚引燃后至电弧稳定为止所需时间的方法、即在寻求引弧性的提高。并且，即使在频繁地反复启动/关闭电弧的情况下也同样存在所述需求。
但是，在镀铜的焊丝的情况下，于导管和焊嘴内部等堆积镀铜屑，而容易损害送进性，所以难以长时间地保持优异的引弧性。
但是，至今还没有未镀铜处理的前提下提高引弧性的方法。即，因为未镀铜，所以有促进在电弧正上方附近焊丝表面的氧化，并容易在焊接结束后的焊丝前端部附着氧化膜的缺点。另外，如果在此状态下产生电弧，则氧化膜起绝缘物的作用，使引弧性变差。因此，对于未镀铜的焊丝，如果想要提高引弧性，理想的是极力降低氧化膜。因为所述氧化膜的大部分是由作为实芯焊丝主要成分的Fe、Si、Mn、Ti的氧化物构成，所以为了保持良好的引弧性，有必要控制其中的成分(Si、Mn、Ti)的加入量。
为了即使长时间没有交换或清扫导管和内管等，也能够一直保持优异的引弧性，就不仅需要降低金属屑的堵塞量、提高焊丝的送进性以及电弧的稳定性，而且也必须最优化化学成分，更进一步地需要即使在焊丝前端上多少有一些绝缘物，也突破该绝缘物而稳定地通电的力、即需要实现焊丝的高强度化。
在以往的提高引弧性(还包括电弧的稳定性和焊丝的送进性等)的技术中，涉及未镀铜的焊丝的技术有特开1999-342494以及1999-47981等，而没有特别限定是否镀铜却限定了焊丝化学成分的以往技术有特开2001-129683、特开1994-23584以及特开1993-23884等。但是，这些以往技术，均没满足与焊丝的拉伸强度相结合的所述的要求。而至今还没有出现着眼于控制附着在焊丝前端上的氧化膜的技术。因此，利用所述以往技术，充分提高引弧性是有局限性的。
发明内容
本发明是鉴于所述问题而提出的，其目的在于提供一种能够同时提高焊丝送进性和引弧性的未镀覆的实芯焊丝。
本发明的未镀覆的实芯焊丝是，含有C：0.04～0.12质量％、Si：0.5～1.1质量％、Mn：1.0～1.7质量％、Ti：0.03质量％以下、其余为Fe。这里控制Si、Mn、Ti的含量使它们满足数学式(1)
Si+Mn+(10×Ti)≤2.5      (1)
(上式中Si、Mn、Ti分别为在焊丝中各元素的含量)
并且焊丝的拉伸强度为900～1300(N/mm2)，在未镀覆的焊丝表面上和/或表面正下方，存在由钾化合物、MoS2、矿物油、动植物油以及合成油构成的组中选择的至少一种油，这时钾化合物的存在量以钾换算为2～10ppm，MoS2的存在量以每10kg焊丝计为0.01～0.5g，所述油的存在量以每10kg焊丝计为0.3～1.5g。
根据以上的构成，利用未进行镀覆的未镀覆的焊接用实芯焊丝能够得到极其优异的引弧性效果。
这里，焊丝表面上和/或表面正下方是指以下的含义。考虑到在焊丝表面上存在微细凹处的情况，焊丝表面是指对象物质附着在焊丝表面上的状态，而表面正下方是指对象物质存在于所述凹处的内部的状态。
在所述未镀覆的焊接用实芯焊丝中，理想的是所述MoS2的粒径在0.1～10μm。并且更为理想的是所述钾化合物为硼酸钾。
图1(a)、(b)为表示焊接时的焊丝前端状态的图。
图2(a)、(b)为表示引弧时的通电状态的图。
图3(a)、(b)为表示K对引弧时的影响的图。
具体实施方式
下面，更详细地说明本发明。下面详细说明，对MAG焊接用实芯焊丝适用本发明的作用效果。
如作为以往技术的问题所说明的那样，镀铜的实心焊丝的情况下，在导管或焊嘴内部的镀屑的堆积成为问题，从而损害送进性以及引弧性的可能性变高。因此，以由未镀铜的钢丝构成的实心焊丝作为基材，试图改善送进性和引弧性。但是，作为另一问题，确认在焊接结束后的焊丝前端附近，形成了比镀铜的实芯焊丝的情况明显多的氧化膜。图1(a)是镀铜的焊丝的情况，在焊丝前端上附着的氧化膜薄，引弧时的通电容易。相对于此，图1(b)是未镀铜的焊丝的情况，附着在焊丝前端上的氧化膜厚，引弧时的通电难。
这是因为未镀覆的焊丝情况下，在焊接过程中于弧的正上方促进焊丝表面的氧化。本发明人等发现，对于所述的氧化膜，设定作为残渣形成剂的Si、Mn、Ti的上限，控制它们的含量，并把这些残渣形成剂的加入量调整为适宜的量时，能够降低所述氧化膜的量。
另外，即使能够使附着在焊丝前端上的氧化膜薄，且保持在少量，但是只要所述氧化膜是绝缘物，就容易阻碍通电。为了得到更圆滑的引弧性，需要尽早突破所述绝缘物，流通电流。作为实现这一目的  的方法，有焊丝拉伸强度的高张力化。设定的焊丝拉伸强度较高时，焊丝前端对焊接对象物的挤压力变强，其结果，迅速破坏绝缘物，能够更快地产生电弧。
图2(a)和图2(b)分别表示在焊丝的拉伸强度低的情况和拉伸强度高的情况下引弧时的通电状况。焊丝的拉伸强度高的情况下，焊丝的挤压力高，能够迅速破坏焊丝前端上的绝缘物。
另外，在作为碱金属的K适量存在于焊丝表面或焊丝表面正下方的时，因为容易放出电子，所以促进电弧蠕升至熔滴上方，图3(a)和图3(b)分别表示在焊丝表面上不存在K的情况和在焊丝表面上存在K的情况下，引弧时电弧蠕升差异的图。如该图中所示，在焊丝表面上存在K时，促进电弧的蠕升。其结果，能够实现稳定的引弧性。
另外，作为电弧稳定剂而使用的钾源，理想的是硼酸钾。容易得到硼酸钾的微细粒子。通过将硼酸钾与作为粘度调节剂的油共同使用，硼酸钾难以从焊丝表面脱落。所述油是从由矿物油、动物油、植物油、以及合成油构成的组中选择的至少一种油。
除了硼酸钾以外，可以使用作为钾的有机酸盐的硬脂酸钾、棕榈酸钾、油酸钾、山萮酸钾等，以及作为无机钾化合物的钾玻璃粉末、钾长石粉末、氟硅酸钾等。但是，用于拉丝润滑剂等中的硬脂酸钾等的碳链长的有机钾化合物即使与油共存，也较容易地从焊丝表面脱落。
MoS2和油，通过适量存在于焊丝表面或焊丝表面正下方，具有稳定焊丝的送进性的效果。因为在引弧的瞬间也能够稳定地输送焊丝，所以如果该成分存在于焊丝表面上或焊丝表面正下方，则能够极大地控制引弧错误。另外，作为油，最理想的是有效地将MoS2保持在焊丝表面上的油。
下面，说明各成分的分析方法。
[K分析方法]
将附着有K的焊丝的切割样品，以约20mm～30mm的长度准备20g左右。在石英烧杯中注入盐酸和过氧化氢的混合液体，并在其中加入所述切割的样品浸渍数秒钟，然后取出切割样品，过滤残留的液体。用原子吸收法测定过滤后液体中的K浓度，定量每10kg焊丝中的K的附着量。
[MoS2的分析方法]
用有机溶剂(例如乙醇、丙酮、石油醚等)洗净焊丝后，用滤纸过滤洗涤液，然后干燥滤纸。白烟处理该滤纸，溶解MoS2，利用原子吸收法定量Mo(a)。然后，将用乙醇洗涤后的焊丝浸渍于盐酸(HCl∶H2O＝1∶1)中溶解，以游离MoS2，用滤纸过滤，然后通过白烟处理溶解MoS2，利用原子吸收法定量Mo(b)。用MoS2换算Mo(a)+Mo(b)的总量，并用焊丝质量相除而测得每10kg焊丝上的MoS2的涂布量。
(油量定量分析方法)
准备含有一定浓度的从由矿物油、动物油、植物油以及合成油构成的组中选择的至少一种油的四氯化碳溶液，并将其作为标准液使用。以约20mm～30mm的长度准备20g左右焊丝的切割样品。然后把切出样品浸渍于四氯化碳中洗涤，用紫外线吸收法测定洗涤液，并与标准液进行比较，而测得每10kg焊丝上的油附着量。
下面说明加入本发明的焊丝组成中的各成分以及限制其组成的理由。
[C：0.04～0.12质量％]
如果C的加入量低于0.04质量％，则焊丝的拉伸强度下降，所以引弧性变差。另一方面，如果超过0.12质量％，则焊丝的拉伸强度变得太高，从而阻碍焊丝的送进性。
[Si：0.5～1.1质量％]
如果Si的加入量低于0.5质量％，则焊丝的拉伸强度下降，所以引弧性变差。另一方面，如果Si的加入量超过1.1质量％，则容易在焊丝的前端部形成氧化物，同样使引弧性变差。
[Mn：1.0～1.7质量％]
如果Mn的加入量低于1.0质量％，则焊丝的拉伸强度下降，所以引弧性变差。另一方面，如果Mn的加入量超过1.7质量％，则容易在焊丝的前端部形成氧化物，同样使引弧性变差。
[Ti：0.03质量％以下]
Ti是有效于提高电弧稳定性的元素。但也是最容易造成残渣的成分之一。因此，需要把其含量控制在0.03质量％以下。如果Ti的含量超过0.03质量％，则容易在焊丝的前端部形成氧化物，使引弧性变差。
[数学式Si+Mn+(10×Ti)的值：2.5以下]
将Si、Mn、Ti作为各元素的含量时，如果Si+Mn+(10×Ti)的值超过2.5，则容易在焊丝的前端部形成氧化物，使引弧性变差。通过使Si+Mn+(10×Ti)在2.5以下，能够可靠地减少渣。
另外，除了C、Si、Mn以外，在不损害本发明的作用效果的范围内，可以根据需要，适当加入其它的元素。作为这样的元素，可以例举Cr、Mo、V、Nb等。
[焊丝的拉伸强度：900～1300N/mm2]
如果焊丝的拉伸强度低于900N/mm2，则因为焊丝的强度不足，所以引弧性变差。另一方面，如果超过1300N/mm2，焊丝的拉伸强度变得过高，所以阻碍焊丝的送进性。
作为任意地控制焊丝拉伸强度的方法，可以例举焊接用焊丝的制造方法。作为焊接用焊丝的制造设备，极其重要的能把制造成本控制在何种程度。因此，关于本发明的焊接用焊丝，其前提是利用从制造工序中省去退火工序的设备进行制造。下面对具体的制造方法进行说明。首先，通过热轧，制造焊接焊丝的“原线”。用盐酸等酸洗处理该原线后，通过冷加工拉丝。酸洗处理是将由热轧中产生的原线的氧化皮用化学方法除去的工序。对于该氧化皮，也可以通过弯曲或拧等的机械方法除去。对于MoS2和K等，可以在拉丝过程中涂布，也可加工至最后产品直径后，与含有聚异丁稀的油混合后涂布。为了对于最终产品的直径，将焊丝拉伸强度控制在权利要求范围之内，可以调整原线加工过程中的热轧的压延温度和断面减少率，或者调整冷加工的拉丝过程中的断面减少率。
使直径达到最终成品直径的拉丝工序中，使用孔模、微碾机(micromill)或辊轮拉丝模，加工焊丝。通过热轧条件的最优化即压延温度的控制和断面减少率的最佳化，可从制造工序中省去退火工序。在这种状况下，如果焊丝的拉伸强度超过1300(N/mm2)，则使用微碾机或辊轮拉丝模来拉丝而极力控制加工硬化从而控制在规定的强度也是一种方法。
作为其它的控制焊丝拉伸强度的方法，把C(碳)的加入量调整为适当的量的方法是有效的。通过加入Si、Mn、Ti等也能够提高焊丝的拉伸强度。但是，如上所述，这将成为产生焊丝前端氧化膜的原因。加入C的情况下，C与氧进行反应成为CO或CO2，返回到保护气体中。这样，如果使用C，则能够不增加发生氧化膜原因的基础上控制焊丝拉伸强度的水平。但是，当通过作为焊丝化学成分的C来控制焊丝拉伸强度时，当然其前提是充分满足焊接金属的机械性能。
[钾化合物的焊丝附着量：以钾换算为2～10ppm]
如果在焊丝表面或焊丝表面正下方的钾化合物的附着量以钾换算低于2ppm，则难以实现向熔滴上部的电弧的蠕升，不能得到良好的引弧性。另一方面，如果钾化合物的附着量以钾换算高于10ppm，则成为导管内部堵塞的原因，送进性变差。
[粒径为0.1～10μm的MoS2的附着量：每10kg焊丝为0.01～0.5g]
MoS2的粒径在0.1～10μm是理想的。如果MoS2的粒径不足0.1μm，无法实现滑移性，不能得到良好的送进性。另一方面，如果MoS2的粒径超过10μm，则虽得到滑移性，但MoS2容易从表面剥离，成为堵塞的原因，送进性变差。如果在每10kg焊丝，MoS2的附着量小于0.01g，则滑移性不充分，送进不稳定。另外，如果MoS2的附着量超过0.5g，则成为堵塞的原因，送进性变差。
[由矿物油、动物油、植物油以及合成油构成的组中选择的至少一种油的附着量：每10kg焊丝为0.3～1.5g]
如果由矿物油、动物油、植物油以及合成油构成的组中选择的至少一种油的附着量每10kg焊丝少于0.3，则滑移性不充分送进不稳定。而如果该油超过1.5g，成为堵塞的原因，送进性变差。作为合成油的一例，可以例举聚异丁烯。另外，作为动物油、植物油的一例，可以例举牛脂、菜籽油、棕榈油等。作为矿物油，可以例举机械油、锭子油等。
实施例
下面，与脱离本发明范围的比较例相比较地说明本发明的实施例。
下述表1表示了焊接条件，下述表2表示引弧性的评价标准。另外，以下的全部是以由焊丝直径为1.2mm的未镀铜的钢丝构成的实芯焊丝作为基础的焊丝的实施例和比较例。另外，在下一实施例和比较例中所使用的油全部是把聚异丁烯作为主要成分含有的油。
               表1
  保护气体   100％CO2
  焊接电流   200(A)
  焊丝突出长度   20(mm)
  焊炬角度   垂直面
  试验板   SM490
  焊接姿势   Bead on plate(平卧焊)
  焊丝直径   直径1.2mm
      表2
  引弧性   评价点
  稳定   2点
  稍稳定   1点
  不稳定   0点
另外，在焊接试验中，将电弧发生时间为3秒，电弧停止时间为30秒的操作作为一组，反复进行100组。在该100组中，根据评价点的总数，按下述表3的基准分等级。
       表3
  评价点的总数   评价
  171～200点   ◎
  121～170点   ○
  61～120点   △
  0～60点   ×
在以下表4和表5中表示了其结果。比较例1，3，5，11，13，15，17是其中的1项或2项低于本发明规定的条件的例子，它们的引弧性差。特别是，比较例15、17的焊丝滑移性显著地差，所以引弧性也极其差。另外，比较例2，4，6，7，8，9，10，12，14，16，18是其中的1项或2项高于本发明中规定的条件的例子，同样它们的引弧性差。特别是比较例2，12中焊丝地拉伸强度过高，阻碍了送进性，所以引弧性极其差。比较例14，16，18经过长时间的焊接后，容易产生堵塞物。在这种状况下，引弧性也变得极其差。而满足本发明要求的条件的实施例19～29的引弧性均优异。实施例20A、24A，作为K源，使用了硬脂酸钾。其它的例子均使用了硼酸钾。
另外，使用硬脂酸钾的实施例20A、24A，在连续焊接中引弧性稍差。实施例20B、24B分别是MoS2的粒径脱离本发明的理想的MoS2的粒径下限值的0.07(μm)的例子和脱离本发明的理想的MoS2的粒径上限值的18(μm)的例子，与实施例20、24相比较，其结果送进稳定性均稍差，引弧性也多少差一些。
                                                                           表4
  种类   No                 焊丝化学成分(质量％)   Si+Mn+(10×Ti)   焊丝拉伸强度(N/mm2)   K(p pm)   MoS2(g/10kg)   MoS2的粒径(μm)   含聚异丁烯的油(g/10kg)   引弧性评价结果   参考
  C   Si   Mn   Ti
  比较例   1   0.02   0.84   1.36   0.01   2.30   740   3   0.15   1.2   0.8   ×
  2   0.14   0.75   1.42   0.01   2.27   1350   4   0.24   1.5   1.1   △   送进性差
  3   0.06   0.42   1.21   0.01   1.73   850   5   0.13   1.2   0.7   △
  4   0.09   1.20   1.12   0.01   2.42   1210   5   0.14   1.1   0.8   ×
  5   0.08   0.90   0.92   0.02   2.02   870   6   0.14   1.0   0.8   △
  6   0.06   0.53   1.82   0.01   2.45   1170   8   0.05   1.6   0.7   ×
  7   0.09   0.59   1.23   0.05   2.32   1210   4   0.42   1.7   1.1   ×
  8   0.04   1.17   1.52   0.01   2.79   1190   3   0.29   1.9   1.3   ×
  9   0.05   0.82   1.75   0.02   2.77   1220   3   0.15   1.6   0.6   ×
  10   0.07   0.95   1.62   0.01   2.67   1230   6   0.16   1.3   0.4   ×
  11   0.03   0.86   1.24   0.01   2.20   820   7   0.43   0.8   0.7   △
  12   0.09   1.03   1.30   0.01   2.43   1370   7   0.08   0.6   0.8   △   送进性差
  13   0.06   0.87   1.37   0.02   2.44   1200   0.5   0.16   1.4   1.0   △
  14   0.06   0.80   1.44   0.01   2.34   1210   13   0.31   1.0   1.2   △   堵塞
  15   0.06   0.71   1.54   0.01   2.35   1170   3   0.008   1.4   0.4   ×   送进性差
  16   0.05   0.66   1.23   0.01   1.99   960   5   0.7   1.3   0.9   △   堵塞
  17   0.06   0.71   1.27   0.03   2.28   1020   3   0.06   1.8   0.2   ×   送进性差
  18   0.09   0.88   1.15   0.03   2.33   1010   4   0.36   1.6   1.8   △   堵塞
                                                                      表5
  种类   No           焊丝化学成分(质量％)   Si+Mn+(10×Ti)   焊丝拉伸强度(N/mm2)   K(p pm)   MoS2(g/10kg)   MoS2的粒径(μm)   含聚异丁烯的油(g/10kg)   引弧性评价结果   参考
  C   Si   Mn   Ti
  实施例   19   0.04   0.67   1.45   0.01   2.22   1020   5   0.30   0.8   0.8   ○
  20   0.11   0.75   1.32   0.01   2.17   1280   5   0.20   1.2   0.8   ◎
  20A   0.11   0.75   1.32   0.01   2.17   1280   5   0.20   1.4   0.8   ○   硬脂酸钾
  20B   0.11   0.75   1.32   0.01   2.17   1280   5   0.20   0.07   0.8   ○   MoS2的粒径小
  21   0.06   1.07   1.14   0.01   2.31   1130   6   0.22   0.5   1.1   ◎
  22   0.07   0.53   1.60   0.01   2.23   1130   6   0.19   0.6   0.8   ◎
  23   0.06   0.80   1.27   0.01   2.17   1190   3   0.14   2.0   0.9   ◎
  24   0.06   0.80   1.27   0.01   2.17   1190   10   0.16   1.3   0.9   ◎
  24A   0.06   0.80   1.27   0.01   2.17   1190   8   0.16   1.5   0.9   ○   硬脂酸钾
  24B   0.06   0.80   1.27   0.01   2.17   1190   10   0.16   18.0   0.9   ○   MoS2的粒径大
  25   0.06   0.80   1.27   0.01   2.17   1190   5   0.03   5.0   0.9   ○
  26   0.06   0.80   1.27   0.01   2.17   1190   6   0.48   1.5   0.9   ◎
  27   0.06   0.80   1.27   0.01   2.17   1190   7   0.26   2.5   0.4   ○
  28   0.06   0.80   1.27   0.01   2.17   1190   7   0.22   1.2   1.5   ◎
  29   0.06   0.80   1.27   0.01   2.17   1190   7   0.18   1.8   0.9   ◎

Claims (3)

1.一种未镀覆的焊接用实芯焊丝，含有C：0.04～0.12质量％、Si：0.5～1.1质量％、Mn：1.0～1.7质量％、Ti：0.03质量％以下、其余为Fe；控制Si、Mn、Ti的含量使它们满足数学式(1)
           Si+Mn+(10×Ti)≤2.5       (1)
上式中Si、Mn、Ti分别为在焊丝中各元素的含量；
并且焊丝的拉伸强度为900～1300N/mm2，在未镀覆的焊丝表面上和/或表面正下方，存在由钾化合物、MoS2和矿物油、动物油、植物油以及合成油构成的组中选择的至少一种油，这时钾化合物的存在量以钾换算为2～10ppm，MoS2的存在量以每10kg焊丝计为0.01～0.5g，所述油的存在量以每10kg焊丝计为0.3～1.5g。
2.根据权利要求1所述的未镀覆的焊接用实芯焊丝，其中所述MoS2的粒径为0.1～10μm。
3.根据权利要求1所述的未镀覆的焊接用实芯焊丝，其中所述钾化合物为硼酸钾。
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