CN1332056A - 送给性良好的电弧焊接用焊丝及其拉丝方法 - Google Patents

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Abstract

一种送给性良好的电弧焊接用焊丝,其特点是采用Hv硬度计测定电弧焊接用焊丝硬度,焊丝断面心部与表面之间的硬度差在18以下,在以焊丝任意200mm间距测定纵向硬度差时,在15以下。为了达到上述目的,本发明提供了将电弧焊接用焊丝以最终拉丝分二阶段进行,拉出符合要求线径焊丝的拉丝方法。通过控制拉丝工艺的焊丝断面的硬度偏差和焊丝纵向硬度偏差,使焊丝内应力分布均匀,提高电弧焊接用焊丝的送给件。

Description

送给性良好的电弧焊接用焊丝及其拉丝方法
本发明涉及一种电弧焊接用焊丝，特别是关于使焊丝产成品残存应力分布均匀化、送给性良好的电弧焊接用焊丝及其拉丝方法。
电弧焊接用焊丝，因用于焊接机械装置，焊丝作为焊填金属添加，就缠绕成线轴和桶形包装，焊接时通过送给辊及焊枪电缆送给，其因电弧热而熔化，与母材一起熔合，所以为了进行稳定的焊接，确保良好的送给性是很重要的。另外，近来因为要求焊接作业自动化、高效率化，实际要求以快速的送给速度进行稳定的焊丝送给，对于提高焊丝送给性的要求更高。
一般，包括电弧焊接用焊丝在内的各种焊丝，由最初的原线(ROD)到形成产成品焊丝，要通过各种尺寸的拉模，从粗径到细径阶段性地减缩断面，拉丝成最终成品线。
关于拉丝工艺，与焊丝送给性有关的因素，包括将产成品线拉丝出符合要求线径的减缩断面率、调整拉丝进度、焊丝拉伸强度和拉伸率偏差的内应力分布均匀性、焊丝的直行性等。其中，焊丝内应力分布均匀性对于焊丝的送给性来说是最重要的因素。
目前，为了加强对焊丝送给性的拉丝工艺的控制，一般仅单纯考虑将粗径变成细径式的减缩断面率，或考虑通过调整焊丝拉伸强度和拉伸率偏差的内应力分布均匀化。
但是，对于拉丝工艺来说，焊丝的多次拉伸(拉丝)，焊丝外部即与拉模接触的表面比心部组织更致密，从而形成硬化，这种硬化不仅不可能多次进行焊丝拉伸，而且焊丝外部与心部的残存应力分布更不均匀。因此，目前通过单纯减缩断面率、调整拉丝进度和拉丝线拉伸强度的控制，使产成品线的外部与内部的残存应力分布均匀是有限度的。
另外，随着连续进行焊丝拉丝的焊丝表面硬化，引起与焊丝接触的拉模磨损，增加焊丝表面损伤，给产成品线的质量带来不良影响，结果是在焊接时妨碍焊丝的顺利送给。
随着表面硬化的焊丝与拉模之间的接触造成拉模磨损，其原因在于与焊丝的接触面积不均匀，因此造成产成品线纵向残存应力分布很不均匀。因此，焊接时焊丝通过送给辊及焊枪电缆送给，负荷集中于局部，是焊丝不能传送，成为严重扭曲、缠绕成团的原因。
本发明的目的是提供一种送给性良好的电弧焊接用焊丝及其拉丝方法，通过控制拉丝工艺的焊丝断面的硬度偏差和焊丝纵向硬度偏差，使焊丝内应力分布均匀，提高电弧焊接用焊丝的送给性。
本发明进一步的目的是将焊丝与拉模接触所形成的接触面积控制在一定范围，通过减少焊丝的硬度偏差，提供焊丝残存应力分布均匀的电焊用焊丝。
本发明更进一步的目的是：以通常的拉丝过程将焊丝最终阶段分成二个阶段，其第一阶段是通过调整焊丝与拉模之间的接触角度，减少焊丝断面上的心部与表面之间的硬度偏差；第二阶段通过纵向调整矫正焊丝的模腰部，减少焊丝纵向硬度偏差，提供可减少焊丝内部硬度偏差的电弧焊接用焊丝的拉丝方法。
本发明的目的是这样实现的：采用Hv硬度计测定电弧焊接用焊丝硬度，焊丝断面心部与表面之间的硬度差在18以下，在以焊丝任意200mm间距测定纵向硬度差在15以下。
再有，上述焊丝的硬度偏差，可通过焊丝与拉模接触面积的控制进行调整；通过按以下公式定义的接触面积比特定在3-3.5范围内，调整焊丝的硬度偏差。
接触面积比＝减缩断面接触比(减缩断面接触面积/引入线断面积)＋矫正接触比(矫正接触面积/引出线断面积)。
为了达到上述进一步的目的的技术方案，本发明提供了将电弧焊接用焊丝拉出符合要求线径的拉丝方法，焊丝最终拉丝分二阶段进行，二个阶段拉丝中，由第一阶段为了通过调整焊丝与拉模之间的接触角度减少焊丝断面心部与表面之间的硬度偏差阶段、第二阶段通过纵向调整矫正焊丝的模腰部减少焊丝纵向硬度偏差阶段。
以下结合附图详细说明本发明。
图1a是焊丝通过送给辊时的纵向视图。
图1b是焊丝通过送给辊时的横向视图。
图2是焊丝通过拉模时的减缩断面接触部与矫正接触部视图。
图3是将拉丝工艺产成品阶段的拉丝分成二个阶段实施的示意图。
图4是适用于本发明实施例的焊丝送给性试验方法
决定焊丝(W)与拉模(D)的接触面积，主要是i)实施焊丝(W)实际减缩断面的拉模(D)与焊丝(W)之间的接触面积；ii)焊丝直行性和伴随焊丝直行性的焊丝(W)与模腰部(200)的接触面积。通过上述模腰部(200)矫正焊丝线径，提高直行性。
首先，观察前者的情况，焊丝(W)实际减缩断面部位(减缩断面接触部)的接触面积过少时，焊丝(圆形)断面上的内部(心部)和外部(表面)之间的残存应力差增大，焊丝一侧外部与另一侧外部之间的硬度差增大，焊接时焊丝通过送给辊时耐受不了所受到的连续局部负荷(参考图1a和图1b)，焊丝扭曲导致焊枪顶端晃动，成为电弧不稳定的原因。另外，接触面积过大时，由于局部加工硬化现象给焊丝质量带来不良影响，严重时焊丝内部(心部)和外部之间的应力偏差增大，从而不能进行拉丝。
接着观察后者的情况，被拉丝的焊丝(W)和模腰部(200)接触面积过少时，焊丝纵向的内部应力偏差增大，使焊丝送给不顺利，这是因为焊丝通过送给辊时焊丝承受不了所受到的连续性且是局部的负荷，产生扭曲或缠绕而脱离送给辊(1)，或焊丝(W)直行性不足，焊接时通过送给辊或通过电缆后焊丝易变形，这是因为焊丝通过焊枪顶端后不可能还具有直行性，从而导致焊接缺陷(蛇行焊蚕)。
目前，调整这种内应力偏差的方法是通过减缩断面率控制产成品线的拉伸强度和延伸率的偏差，但这种方法在控制产成品线的微细内应力上，即送给焊丝时承受负荷的外部表面应力、传递这种来自表面负荷的心部应力上有限。
因而，本发明者等，如图2所示那样焊丝通过模腰时，将减缩断面的接触部位称为减缩断面接触部(20)，将其面积称为减缩断面接触面积；将矫正焊丝线径的接触部位称为矫正接触部(200)，将其面积称为矫正接触面积；通过调整将上述减缩断面接触面积和矫正接触面积合计一起的面积，发现可使焊丝内部应力分布均匀，实现本发明的目的。
另外，发现这种产成品线的残存应力分布与焊丝断面上的心部和表面的硬度偏差、焊丝纵向硬度偏差密切相关。即发现与提高焊丝送给性有关的焊丝本身物理特性，认识到是随着焊丝断面与纵向的硬度差减少的内部应力均匀性，同时通过将焊丝与模腰的接触面积控制到一定范围实现焊丝硬度偏差的减少。对接触面积的控制重要的是控制拉丝工艺的最终拉丝阶段。
拉丝工艺一般是采用多道工序拉出焊丝(原线)，由最初的粗径慢慢地细径化，但对于多阶段的拉丝过程来说，残存于焊丝的内应力完全反映在最终拉丝阶段之前的焊丝上。因此，控制残存于焊丝的内应力，必须在最终拉丝阶段进行调整。
具体来说，如图3所示，最终拉丝阶段分成二阶段，在第一阶段，缩小焊丝(W)和模腰(D)的接触角度，减少焊丝断面上的硬度偏差，防止由于焊接时焊丝扭曲引起焊枪顶端晃动；在第二阶段，加长拉模模腰纵向长度，即矫正焊丝的模腰部(200)纵向长度，减少焊丝纵向硬度偏差，防止焊丝通过电缆时弯曲、扭曲产生焊接缺陷(蛇行焊蚕)。
本发明的特征是：在最终拉丝阶段，为了控制焊丝通过二个拉模时形成的接触面积，将二个拉模的减缩断面接触比与矫正接触面积比值合计起来，将其定义为接触面积比，将这个值控制在一定范围，具体为3～3.5，在这个范围内可减少焊丝的断面及纵向的硬度偏差，拉丝时焊丝的残存应力明显减少。
以下，举实施例说明本发明。
为了弄清焊丝的断面及纵向的硬度偏差与焊接性的关系，完成了对拉丝时大多数受到加工硬化的不锈钢焊接用焊丝的焊接性评价。
表1
  分类  接触面積比 硬度偏差(Hv) 送给負荷(A) 備考
焊丝断面 纵向
実施例  1  3.4  10.5  10.4  1.8
 2  3.3  11.0  5.0  1.5
 3  3.1  9.5  16.1  2.2
 4  3.5  12.8  7.3  1.7
 5  3.0  18.5  10.5  2.1
比  6  2.1  20.0  16.4  2.6
較例  7  2.5  18.5  15.5  2.4
 8  2.3  19.5  16.0  2.5
 9  2.4  18.4  15.8  2.5
 10  14.1  3.6 熱処理线
焊丝的减少断面是5.5mm→1.2mm，适用钢种是AWS ER309、JIS Y309。
送给性试验，如图4那样，成二圈形态，在焊接条件190A-200V下实施。拉丝工艺按1次拉丝→热处理→2次拉丝→热处理→3次拉丝(最终拉丝)的顺序进行；最终拉丝阶段，将拉丝分成二阶段完成，变更(最终拉丝工艺的)各拉丝阶段的接触面积比，用Vickers硬度试验仪(Vickers hardness tester，以下简称Hv)测定硬度。
关于拉丝工艺，在1次拉丝后及最终拉丝前进行热处理，1次拉丝后的热处理，是因用不锈钢时大多数受到加工硬化，为了继续拉丝，进行热处理解除拉丝线的加工硬化；最终拉丝前的热处理是为了使产成品线的内部残存应力最小化，而且使之均匀化。这在缓和焊丝通过拉模时的应力上也是重要的，引入线(引入焊丝)的残存应力分布也是重要原因。另外，最终拉丝前的热处理，1次拉丝后应力有某种程度的解除，但经过连续2次拉丝内部残存应力分布不均匀，难以获得送给性良好的残存应力分布，所以最终拉丝前的热处理成为最重要的工艺。
硬度偏差，断面硬度偏差时是测定焊丝心部和表面的硬度求其差；纵向硬度偏差时是以焊丝任意200mm间距连续5次测定硬度，求其差、求算术平均值(三种试料的算术平均值)。
如上述那样，最终拉丝(即3次拉丝)的拉丝分成二阶段，第一阶段，通过调整减缩断面接触比，即调整焊丝与拉模的接触角度限定减缩断面接触面积；第二阶段，矫正接触比，即限定矫正拉丝线径阶段的矫正接触面积，减少焊丝断面上的硬度偏差及纵向硬度偏差，使焊丝残存应力分布均匀。即在第一阶段缩小焊丝与拉模接触角度，减少焊丝断面上的硬度偏差，防止焊接时由于焊丝扭曲造成焊枪顶端晃动；在第二阶段，加长拉模模腰纵向长度，即加长矫正焊丝的模腰部的纵向长度，减少焊丝纵向硬度偏差，防止焊丝通过电缆时由于折曲或扭曲造成焊接缺陷(蛇行焊蚕)。上述中，第一拉丝阶段如果焊丝与拉模的接触角度大，随着第二阶段模腰部纵向长度影响接触面积比的程度，要求接触面积比在3至3.5范围内，如为两者也要求是约1/3(1至1.17)到1/2(1.5至1.75)。
如上述表1所示，硬度偏差：断面心部与表面的差即断面硬度偏差在18以下，纵向情况在15以下时呈现最稳定的送给负荷。圆断面与纵向的硬度偏差在控制范围内的实施例1、2、4场合，随着送给负荷减低不仅送给性良好，而且呈现稳定的电弧。但是，实施例3、5场合，圆断面或纵向无论那一方的硬度偏差值均没有包含在控制范围内，呈现送给负荷增高的倾向。这是因为接触面积比由减缩断面接触比与矫正接触比组成，不仅仅是接触面积比的总和，如果不能同时将减缩断面接触比与矫正接触比控制在一定范围内，就不能确保稳定的送给性。
一般，经过焊丝二圈焊接试验，送给负荷在2.1左右时电弧不稳定，数值在2.1以上时能焊接，用不稳定电弧连续进行焊接称为不能适用水平。如以上说明那样，用Hv硬度计测定电弧焊接用焊丝的硬度：焊丝断面心部与表面的硬度差在18以下；以焊丝的任意200mm间距测定纵向硬度差时，通过管理在15以下，使焊丝残存应力分布均匀，可提高焊丝的送给性。
另外，本发明通过将焊丝与拉模接触产生的接触面积控制在硬度范围，减少焊丝的硬度偏差，提供焊丝残存应力分布均匀的电弧焊接用焊丝，具体方法上提供将拉丝工艺最终阶段的拉丝分二阶段进行的拉丝方法。
图中符号说明
1    辊筒
3    焊枪
20   减缩断面接触部
200  矫正接触部(模腰部)
W    焊丝
D    拉丝模具
P    负荷

Claims (3)

1、一种送给性良好的电弧焊接用焊丝，其特征在于采用Hv硬度计测定电弧焊接用焊丝硬度，焊丝断面心部与表面之间的硬度差在18以下，在以焊丝任意200mm间距测定纵向硬度差时，在15以下。
2、根据权利要求1所述的送给性良好的电弧焊接用焊丝，其特征在于所述焊丝断面心部与表面之间的硬度差及焊丝纵向硬度差，是按下列公式定义的接触面积比特定在3至3.5范围内进行调整的：
接触面积比＝减缩断面接触比(减缩断面接触面积/引入线断面积)＋矫正接触比(矫正接触面积/引出线断面积)。
3、根据权利要求1所述的送给性良好的电弧焊接用焊丝的拉丝方法，其特征在于所述焊丝最终拉丝分二阶段进行：
第一阶段是通过调整焊丝与拉模之间的接触角度，减少焊丝断面心部与表面之间的硬度差的阶段；
第二阶段是通过纵向调整矫正焊丝的模腰部，减少焊丝纵向硬度差的阶段；
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