CN1840283A - 用于镀锌钢板的mag焊接的保护气及使用其的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于MAG焊接的保护气，其中将碳素钢实心钢丝用于镀锌钢板的搭角焊；其中所述的保护气是由8至15体积％的氧气、20至30体积％的二氧化碳和剩余体积％的氩气组成的混合气体组合物。

Description

用于镀锌钢板的MAG焊接的保护气及使用其的焊接方法
技术领域
本发明涉及镀锌钢板的MAG(金属活性气体)焊接方法，其中在钢板的表面上提供抗腐蚀性。
要求于2005年3月28日提交的日本专利申请2005-091198的优先权，该专利申请的内容通过引用而结合在此。
背景技术
在涉及和/或用于汽车、商业设备等的部件和设备零件领域中，广泛地使用镀锌钢板，原因在于其优异的耐腐蚀性和光泽。镀锌钢板是其中在钢板的铁基表面上进行镀锌的板。
但是，当在镀锌钢板上进行MAG焊接时，存在的问题在于产生了许多凹坑和砂眼。原因是，因为锌的熔点(419℃)和沸点(907℃)低于钢的熔点(1535℃)和沸点(2750℃)，当在进行焊接的同时锌进入熔池时，由锌产生的锌蒸气与空气一起被捕获于熔池中，并且当所述空气与锌蒸汽在完成焊接金属的固化过程之前未能到达表面时，形成砂眼。当形成这种凹坑时，出现的问题在于不能得到由焊接所固有应当达到的强度。因此，当产生凹坑时，进行产生凹坑的部分的修复。此外，当高速进行镀锌钢板的焊接时，形成更大量的凹坑、砂眼等，并且这不是优选的。
为了解决所述的问题，通常进行下面的方法等：
(1)从其上应当进行焊接的线上预先机械去除锌。但是，在该方法中，焊接的步骤数由于增加了从线上去除锌的步骤而增加，并且这引起的问题在于：成本由于步骤的增加而增加。
(2)防止凹坑的产生，以防止产生的锌蒸气通过使用例如用于镀锌钢板的焊丝而移动至金属的表面，所述的焊丝包括增加量的Si、Mn等，目的在于提高熔融金属的粘度。另一方面，防止凹坑和砂眼的产生，使得例如，将包括降低量的Si、Mn等的焊丝用于焊接镀锌钢板，目的在于降低熔融金属的粘度，从而锌蒸气容易上升至金属的表面。但是，事实上，这种焊丝没有提供防止凹坑和/或砂眼产生的优异效果。
(3)例如，在日本专利No.2668125中建议了一种方法，其中通过使用用于焊接的混合气体来防止凹坑和砂眼的产生，所述混合气体由氧气、二氧化碳和占混合气体的剩余体积的氩气组成。使用混合气体是为了通过由氧气引起的锌的氧化作用而防止锌蒸气的产生。此外，建议了这样一种方法，其中由于熔融金属的表面张力被降低的效果而防止了凹坑和砂眼的产生，熔融金属的表面张力被降低的原因在于在熔融金属表面中包括的氧和气孔容易上升至表面。但是，其公开的焊接速度仅为120cm/min。
因此，本发明的一个目的在于提供一种保护气，当在MAG焊接方法中进行镀锌钢板的搭角焊等时，在焊接部分不产生凹坑和砂眼。
发明内容
本发明的第一方面是一种用于MAG焊接的保护气，其中将碳素钢实心钢丝用于镀锌钢材的搭角焊；其中所述的保护气是由8至15体积％的氧气、20至30体积％的二氧化碳和剩余体积％的氩气组成的混合气体组合物。
优选所述混合气体的组合物由8.5至12体积％的氧气、20至30体积％的二氧化碳和剩余体积％的氩气组成。
本发明的第二方面是一种用于镀锌钢板的MAG焊接的方法，其中将由8至15体积％的氧气、20至30体积％的二氧化碳和剩余体积％的氩气组成的混合气体组合物用作保护气，以通过使用碳素钢实心钢丝进行镀锌钢板的搭角焊。
优选所述混合气体的组合物是8.5至12体积％的氧气、20至30体积％的二氧化碳和剩余体积％的氩气。
附图说明
图1所示为一个具体实例的焊接状态的示意图。
图2所示为一个具体实例的焊道的截面的照片。
图3所示为一个具体实例的焊道的截面的照片。
图4所示为一个具体实例的焊道的截面的照片。
具体实施方式
以下，将详细解释本发明。
在本发明中，将由8至15体积％，优选8.5或更高和/或12体积％或更低的氧气、20至30体积％的二氧化碳和剩余体积％的氩气，即72至55体积％的氩气组成的混合气体组合物用作保护气。本发明的保护气可以用于MAG焊接方法，其中为镀锌钢板进行焊接如搭角焊，并且优选使用碳素钢实心钢丝。
这里，当保护气中的氧气浓度低于8体积％时，凹坑和砂眼倾向于产生，从而降低焊接部分的强度。当保护气中的氧气浓度超过15体积％时，凹坑和砂眼倾向于产生，并且焊接部分的强度倾向于变得不足。当二氧化碳的浓度低于20体积％时，凹坑和砂眼倾向于产生，并且焊接部分的强度倾向于变得不足。当二氧化碳的浓度超过30体积％时，凹坑和砂眼倾向于产生，并且焊接部分的强度倾向于变得不足。
通常，将来自焊炬的保护气的排放流量设置在15至25升/分钟的范围内，但本发明中不是必须地将此流量限制在该范围内，只要保护气可以覆盖熔池的表面即可。
可以将任何种类和条件的镀锌钢板用作本发明中进行焊接的基底金属，并且没有特别限制。而且，除了使用本发明的保护气焊接两块或多块镀锌钢板的情况外，还可以将本发明的保护气用于将镀锌钢板焊至另一种类型的钢板上的情况也包括在本发明范围内。
此外，作为可以用于本发明中的碳素钢实心钢丝，本发明中可以使用焊丝如根据JIS(日本工业标准)Z-3312“solid wire used for MAG welding ofa mild steel and a high strength steel”提供的YGW-17、YGW-18和YGW-19。本发明中对用于搭角焊的条件没有特别限制，因为搭角焊是众所周知的方法，并且其任何通用的条件可以应用于本发明。
MAG焊接方法也是众所周知的焊接方法，其中使用活性气体如二氧化碳作为保护气进行电弧焊接。可以使用商购MAG焊接机进行该方法。在本发明中，将上述包括三种气体的混合气体用作保护气。
MAG焊接中的焊接电弧电压通常为约14至36V，用来提供焊接所需要的热量的焊接电流通常为约40至350A。本发明中，可以使用这种条件，但不仅限于此。
由于使用了本发明的保护气，可以减少在焊接部分中缺陷如砂眼和凹坑的产生。此外，可以提高焊接速度。例如，125cm/min或更高的焊接速度是可能的。例如，通过提高焊接电流，可以在没有砂眼和凹坑产生的情况下将焊接速度提高至约200cm/min。通过调节焊接条件，可以将焊接速度进一步提高至例如250cm/min或300cm/min或更高。本发明的焊接速度的具体实例是例如0至250cm/min，100至200cm/min，100至190cm/min等，但该速度不限于此。
以下，将描述本发明的具体实例，以阐明本发明的功能作用。
为了举例说明的目的，下面解释本发明用于镀锌钢板MAG焊接的保护气的具体实施例和比较例。此外，为了证实本发明的保护气的特性和作用，在下面的焊接实施例中，进行用来阐明特性的一些验证试验。
实施例1
如图1所示，将厚度为2.3mm的两块镀锌钢板1用于实施例1。将上镀锌板和下镀锌板之间的隙距t设置为0mm，并且将焊炬2的倾角α提供在30°。然后，进行MAG焊接使得焊接部分成为250mm，同时改变焊接速度，并且证实凹坑和砂眼的产生和状态。
进行MAG焊接，使得使用由氩气、二氧化碳气体和氧气组成的混合气体，并且改变混合气体的组成(体积％)。
这里，省略关于其中在保护气中氧气浓度超过0体积％且低于7.5体积％或超过15体积％的气体和其中二氧化碳的浓度低于20体积％或超过30体积％的气体的评估，因为已经由本发明的发明人证实：凹坑和砂眼倾向于产生，并且焊接部分的强度倾向于变得不足。
为了比较，使用被广泛地通常用于MAG焊接并且含有80体积％的氩气和20体积％的CO2的保护气(Ar-20％CO2)。
(焊接条件)
焊接方法：消耗性电极焊接，脉冲电弧焊
基底金属：镀锌钢板
板厚度：2.3mm
连接形式：搭角焊
焊丝：根据JIS YGW-17的丝，直径1.2mm
接触管与工件的距离：15mm
炬倾角：30°
焊接速度：100至175cm/min
电弧电压：22.5至24.5V
焊接电流：225A
在实施例1中，在将焊接电流和丝的总供应量保持在固定值的同时，改变焊接速度。
评估得到的结果示于表1和2以及图2中。
在表1中，显示在焊接部分观察到的凹坑的数目，并且将其中观察到的凹坑的数目为2或更少的情况确定为可接受的。
在表2中，切割焊道的中心部分，并且观察焊道的截面，以评估是否产生了砂眼，并且将其中未产生砂眼的情况确定为可接受的。
图2是上面所述焊道的截面的照片。
表1
  焊接速度(cm/min)   可接受性
  100   125   150   175
  Ar-20％CO2   0   1   3   34   不可接受
  Ar-20％CO2-7.5％O2   0   0   3   13   不可接受
  Ar-20％CO2-8％O2   0   0   1   3   不可接受
  Ar-20％CO2-8.5％O2   0   0   0   2   可接受
  Ar-20％CO2-12％O2   0   0   0   0   可接受
  Ar-20％CO2-15％O2   0   0   1   8   不可接受
  Ar-30％CO2-8％O2   0   0   3   8   不可接受
  Ar-30％CO2-8.5％O2   0   1   2   0   可接受
  Ar-30％CO2-12％O2   0   0   0   1   可接受
  Ar-30％CO2-15％O2   0   1   3   0   不可接受
(单位：凹坑的数目)
表2
  焊接速度(cm/min)   可接受性
  100   125   150   175
  Ar-20％CO2   ○   ×   ×   ×   不可接受
  Ar-20％CO2-7.5％O2   ○   ○   ×   ×   不可接受
  Ar-20％CO2-8％O2   ○   ○   ○   ×   不可接受
  Ar-20％CO2-8.5％O2   ○   ○   ○   ○   可接受
  Ar-20％CO2-12％O2   ○   ○   ○   ○   可接受
  Ar-20％CO2-15％O2   ○   ○   ×   ×   不可接受
  Ar-30％CO2-8％O2   ○   ○   ×   ×   不可接受
  Ar-30％CO2-8.5％O2   ○   ○   ○   ○   可接受
  Ar-30％CO2-12％O2   ○   ○   ○   ○   可接受
  Ar-30％CO2-15％O2   ○   ○   ○   ○   可接受
○：没有砂眼的产生，×：砂眼产生
在实施例1中，将焊接电流固定在225A。当将焊接电流固定在225A时，甚至在焊接速度为175cm/min或更高的情况下，可能导致焊接金属缺乏，从而可能导致焊缝厚度和焊角长度不足。由于焊接电流的提高，可以提高焊接速度。
实施例2
在实施例2中，类似于实施例1进行MAG焊接，不同之处在于将炬倾角、焊接速度、电弧电压和焊接电流改变如下。将上板和下板之间的隙距t设置为1mm。
(改变的焊接条件)
炬倾角：45°
焊接速度：130至190cm/min
电弧电压：24至27.5V
焊接电流：280至350A
由于在焊接速度提高但焊接电流保持时焊接金属的量减少，所以进行焊接，使得提高焊接速度的同时，也提高焊接电流，以防止发生焊接金属量的不足。
结果示于表3和4以及图3和4中。
表3和图3的结果表示下面两种情况之间的比较：一种情况使用由20体积％的二氧化碳、12体积％的氧气和剩余体积％的氩气组成的保护气，且一种情况是使用由20体积％的二氧化碳和剩余体积％的氩气组成的普通保护气，在其中不包括气态氧。
表4和图4的结果表示下面两种情况之间的比较：一种情况使用由30体积％的二氧化碳、12体积％的氧气和剩余体积％的氩气组成的保护气，且一种情况是使用上面所述的普通保护气。
进行关于砂眼的产生与否的评估和判定，将其中未产生砂眼的情况用符号“○”表示，并且将其中产生砂眼的情况用符号“×”表示。
表3
  焊接速度(cm/min)   本发明的气体   常规气体
  凹坑(凹坑的数目)   砂眼   凹坑(凹坑的数目)   砂眼
  130   0   ○   0   ○
  150   0   ○   0   ○
  170   0   ○   0   ×
  190   0   ○   0   ×
表4
  焊接速度(cm/min)   本发明的气体   常规气体
  凹坑(凹坑的数目)   砂眼   凹坑(凹坑的数目)   砂眼
  130   0   ○   0   ○
  150   0   ○   0   ○
  170   0   ○   0   ×
  190   0   ○   0   ×
当焊接电流增加至350A的最大值时，可以将焊接速度提高在190cm/min或更大。但是，在这种情况下，当电流为350A时，190cm/min的焊接速度基本上是最高的速度。即，当焊接速度超过190cm/min时，存在产生焊缝厚度、咬边和/或焊道凸面不足的可能性。但是，通过考虑实施例1的结果，清楚的是可以通过提高焊接电流来克服这种问题。
核对实施例1和2的结果，并且将保护气的组成和产生的凹坑和砂眼的出现之间的关系示于表5中。
表5
  凹坑   砂眼
  Ar-20％CO2   ×   ×
  Ar-20％CO2-7.5％O2   ×   ×
  Ar-20％CO2-8％O2   △   △
  Ar-20％CO2-8.5％O2   ○   ○
  Ar-20％CO2-12％O2   ◎   ○
  Ar-20％CO2-15％O2   △(其接近×)   ×
  Ar-30％CO2-8％O2   △(其接近×)   ×
  Ar-30％CO2-8.5％O2   ○   ○
  Ar-30％CO2-12％O2   ○   ○
  Ar-30％CO2-15％O2   △   ○
如表5中所示，清楚的是由于使用由8至15体积％，优选8.5至12体积％的氧气、20至30体积％的二氧化碳和占剩余体积的氩气的混合气体作为保护气，可以防止凹坑和/或砂眼的产生。
这里，凹坑栏中的符号“◎”表示根本上未产生凹坑；符号“○”表示产生了一些凹坑，但凹坑的数量小于参考的数量，符号“△”表示产生了凹坑并且其数量稍大于参考数量，并且符号“×”表示产生许多凹坑。此外，砂眼栏中的符号“○”表示根本上未产生砂眼；符号“△”表示在175cm/min或更高的焊接速度下产生了砂眼，并且符号“×”在125cm/min或150cm/min或更高的焊接速度下产生了砂眼。
虽然上面已经描述和举例说明了本发明的优选实施方案，但是应当理解的是这些是本发明的示例，并且不认为是限制性。可以在不离开本发明的精神或范围的条件下进行增加、删除、替换和其它修改。因此，不认为本发明受上面的描述的限制，而仅受后附权利要求范围的限制。
工业适用性
在本发明中，通过使用一种用于MAG焊接的保护气可以防止凹坑和砂眼的产生，其中该气体是由8至15体积％，优选8.5至12体积％的氧气、20至30体积％的二氧化碳和剩余体积％的氩气组成的三种气体的混合气体。此外，由于该保护气的作用，可以提高焊接速度，例如125cm/min或更高的焊接速度是可能的。

Claims (5)

1.一种用于MAG焊接的保护气，其中将碳素钢实心钢丝用于镀锌钢材的搭角焊；其中所述的保护气是由8至15体积％的氧气、20至30体积％的二氧化碳和剩余体积％的氩气组成的混合气体组合物。
2.根据权利要求1所述的保护气，其中所述混合气体组合物由8.5至12体积％的氧气、20至30体积％的二氧化碳和剩余体积％的氩气组成。
3.一种用于镀锌钢板的MAG焊接的方法，其中将由8至15体积％的氧气、20至30体积％的二氧化碳和剩余体积％的氩气组成的混合气体组合物用作保护气，以通过使用碳素钢实心钢丝进行镀锌钢板的搭角焊。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述混合气体组合物由8.5至12体积％的氧气、20至30体积％的二氧化碳和剩余体积％的氩气组成。
5.根据权利要求3所述的方法，其中搭角焊的焊接速度为125cm/min或更高。
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