CN1931501A - 气体保护电弧焊方法和用于气体保护电弧焊的钢丝 - Google Patents

Abstract

本发明的气体保护电弧焊方法使用如下的钢丝，所述钢丝包含以相对于钢丝总质量的质量％计，小于等于0.12％的C、0.6％至1.5％的Si、0.8％至1.8％的Mn、0.007％至0.040％的S、0.03％至0.18％的Ti以及Fe和不可避免的杂质，并且具有0.9至1.6毫米的直径；并且在190至350A的焊接电流和22至39V的焊接电压下，使用以具有伸长为20至25毫米的钢丝为正极的直流反接进行俯焊；并且允许形成如下的熔渣，所述熔渣包含，相对它的总质量以氧化物计，大于等于37％的SiO₂、小于等于46％的MnO和小于等于12％的TiO₂，并且具有大于等于0.50的由A＝[SiO₂]/[MnO]+3x[TiO₂]表示的A值。这种焊接方法允许即使在钢材处于200℃至300℃的高温时，也易于清除熔渣。

Description

气体保护电弧焊方法和用于气体保护电弧焊的钢丝

                        技术领域

本发明涉及一种气体保护电弧焊方法，所述气体保护电弧焊方法使用二氧化碳或氩气和二氧化碳的混合气体作为保护气体，用于由软钢或490至590MPa级的高抗拉强度钢制成的钢材；以及用于气体保护电弧焊的钢丝。

                        背景技术

在使用二氧化碳或氩气(Ar)和二氧化碳的混合气体作为保护气体的气体保护电弧焊中，包含在保护气体中的氧气被电弧热离解并随后与包含在熔融钢中的合金组分反应，从而导致金属氧化物的生成。这些金属氧化物长大并聚集在熔池的表面上形成熔渣。在气体保护电弧焊中生成的熔渣的量受到钢丝组分、保护气体种类、焊接条件等的影响。例如，当使用二氧化碳作为保护气体时，生成更多的熔渣，并且当在保护气体中增加惰性气体如氩气的含量时，生成的熔渣的量降低。在一种其中堆叠多层的焊接法如多层叠板接触点焊中，熔渣的量逐渐增加，从而导致不能生成电弧，降低电弧稳定性并产生内部缺陷。因此，必须适当地除去过度生成的熔渣。

通常，采用钢丝刷、使用锤子和空气压力的气锤等进行熔渣的清除。当清除难以剥离的熔渣时，使用的设备变得很大，造成的问题是工人的负荷和工作时间增加。在钢材，即被焊接的材料的温度低时容易清除熔渣。另一方面，当钢材是一种厚板或在焊接过程中层间温度高时，熔渣的清除趋向于变得困难。因此，正在寻找即使在钢材温度高的情形下进行除渣时也具有优异的除渣性的焊丝和焊接方法。

传统上，对于厚板的焊接已经大量使用采用较高电流的高效焊接。在这种使用中，加Ti的焊丝用以稳定高电流焊接过程中的电弧。当使用这种加Ti的钢丝时，稳定液滴的转移并抑制飞溅的产生。另一方面，不但增加熔渣的生成量，而且熔渣变得牢固，导致的问题是除渣作业变得困难。由于这种原因，在焊接作业的情形中，强烈需要提高由加Ti的钢丝生成的熔渣的可清除性以减轻除渣作业的负荷。

为了减少焊接熔渣的生成量以及在不降低焊接的可使用性和被焊接金属的机械性能的情况下提高除渣性，本发明的发明人已经提出适合在使用CO₂气体作为保护气体时用于气体保护电弧焊的钢丝，所述用于气体保护电弧焊的钢丝包含0.03质量％至0.10质量％的C、0.60质量％至1.20质量％的Si、1.20质量％至1.60质量％的Mn、0.010质量％至0.025质量％的S和0.08质量％至0.20质量％的Ti、0.020质量％至0.100质量％的Cr以及作为剩余物的Fe和不可避免的杂质，并且由式A＝[Si]/[Mn]计算的A值是0.40至0.90，式中[Si]表示上述Si的质量百分比含量并且[Mn]表示上述Mn的质量百分比含量(参考专利文件：JP-A No.320178/1999)。

此外，为了提高二氧化碳电弧焊过程中生成的熔渣的可清除性以及减少飞溅量，还公开了用于气体保护电弧焊的钢丝，所述用于气体保护电弧焊的钢丝包含小于等于0.1质量％的C、0.5质量％至1.0质量％的Si、1.2质量％至2.0质量％的Mn、0.06质量％至0.15质量％的Ti、0.015质量％至0.15质量％的Bi、0.0020质量％至0.0040质量％的Se、0.02质量％至0.03质量％的S、0.010质量％至0.025质量％的O以及作为剩余物的Fe和不可避免的杂质(参考专利文件：JP-A No.52193/1997)。

然而，在上述专利文件JP-A No.320178/1999和JP-A No.52193/1997中公开的焊丝具有的问题是，尽管在钢材温度充分降低后除渣性好，但是在刚焊接后，即钢材处于约200℃至300℃的高温条件下除渣难。

                        发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供允许即使钢材处于200℃至300℃的高温条件下也容易除渣的气体保护电弧焊方法以及用于气体保护电弧焊的钢丝。

本发明的一个方面是涉及一种气体保护电弧焊方法，所述气体保护电弧焊方法使用如下的钢丝，所述钢丝包含，以相对于其总质量的质量％计，小于等于0.12％的C、0.6％至1.5％的Si、0.8％至1.8％的Mn、0.007％至0.040％的S和0.03％至0.18％的Ti并具有0.9至1.6毫米的直径；并且在钢丝延伸长度为20至25毫米、焊接电流为190至350A和焊接电压为22至39V的条件下，使用二氧化碳或氩气和二氧化碳混合气体作为保护气体和使用以所述钢丝为正极的直流反接(DC reverse polarity)，进行由软钢或490至590MPa级的高抗拉强度钢制成的钢材的俯焊，其中

生成熔渣，所述熔渣包含各自以氧化物计的，大于等于37质量％的SiO₂、小于等于46质量％的MnO和小于等于12质量％的TiO₂，并且具有大于等于0.50的由下式表示的A值，

[式1]

$A=\frac{\left[{\mathrm{SiO}}_2\right]}{\left[\mathrm{MnO}\right]+3\×\left[{\mathrm{TiO}}_2\right]}$

其中SiO₂的质量百分比含量表示为[SiO₂]，MnO的质量百分比含量表示为[MnO]并且TiO₂的质量百分比含量表示为[TiO₂]。

在该方法中可以形成如下的熔渣，所述熔渣包含各自以氧化物计的，大于等于37质量％的SiO₂、小于等于46质量％的MnO和小于等于12质量％的TiO₂，并且其中由上述式1表示的A值大于等于0.50。在这种组成范围内的熔渣具有优异的可清除性，并且即使钢材处于约200℃至300℃的高温条件下也可以容易地清除所述熔渣。

即使在所述钢丝还包含Zr或Al或两种都包含时，也不丧失在所述气体保护电弧焊方法中使用的所述钢丝的作用。在这种情形中，优选将Ti、Zr和Al的总含量调整至相对于钢丝总质量的0.25质量％或更少。当包含Zr时，A值是通过下式2得到的。

[式2]

$A=\frac{\left[{\mathrm{SiO}}_2\right]}{\left[\mathrm{MnO}\right]+3\×\left[{\mathrm{TiO}}_2\right]+2\×\left[{\mathrm{ZrO}}_2\right]}$

此外，在所述气体保护电弧焊方法中使用的所述钢丝可以包含选自Ni、Cr和Mo的至少一种元素。在该情形中，优选将Ni、Cr和Mo的总含量调整至相对于钢丝总质量的0.60质量％或更少。

在目标钢材的俯焊中，所述俯焊采用如下的钢丝，所述钢丝包含相对于钢丝总质量小于等于0.12质量％的C、0.6质量％至1.5质量％的Si、0.8质量％至1.8质量％的Mn、0.007质量％至0.040质量％的S和0.03质量％至0.18质量％的Ti并具有0.9至1.6毫米的直径；在所述钢丝延伸长度为20至25毫米、焊接电流为190至350A和焊接电压为22至39V的任何条件下，使用二氧化碳或氩气和二氧化碳的混合气体作为保护气体并使用以所述钢丝为正极的直流反接，本发明的用于气体保护电弧焊的钢丝包括熔渣的形成，所述用于气体保护电弧焊的钢丝适合作为钢材的使用二氧化碳或者氩气和二氧化碳的混合气体作为保护气体的气体保护电弧焊中使用的钢丝，所述钢材由软钢或490至590MPa级的高抗拉强度钢制成，所述熔渣包含各自以氧化物计的，大于等于37质量％的SiO₂、小于等于46质量％的MnO和小于等于12质量％的TiO₂，并且其中由上述式1表示的A值大于等于0.50，其中SiO₂的含量(质量百分比)表示为[SiO₂]，MnO的含量(质量百分比)表示为[MnO]并且TiO₂的含量(质量百分比)表示为[TiO₂]。

本发明的另一个方面涉及一种用于气体保护电弧焊的钢丝，所述气体保护电弧焊使用如下的钢丝，所述钢丝包含相对于钢丝总质量小于等于0.12质量％的C、0.6质量％至1.5质量％的Si、0.8质量％至1.8质量％的Mn、0.007质量％至0.040质量％的S和0.03质量％至0.18质量％的Ti并具有0.9至1.6毫米的直径；并且在所述钢丝延伸长度为20毫米、焊接电流为320A和焊接电压为35V的条件下，使用二氧化碳或氩气和二氧化碳的混合气体作为保护气体，并使用以所述钢丝为正极的直流反接，对由软钢或490至590MPa级的高抗拉强度钢制成的钢材进行俯焊，其中生成熔渣，所述熔渣包含各自以氧化物计的，大于等于37质量％的SiO₂、小于等于46质量％的MnO和小于等于12质量％的TiO₂，并且具有大于等于0.50的由下式表示的A值，

[式1]

$A=\frac{\left[{\mathrm{SiO}}_2\right]}{\left[\mathrm{MnO}\right]+3\×\left[{\mathrm{TiO}}_2\right]}$

其中SiO₂的质量百分比含量表示为[SiO₂]、MnO的质量百分比含量表示为[MnO]并且TiO₂的质量百分比含量表示为[TiO₂]。

即使在还包含Zr或Al或同时包含两者时，上述用于气体保护电弧焊的钢丝中的每种也不丧失其作用。在该情形中，将Ti、Zr和Al的总含量优选调整至相对于钢丝总质量为0.25质量％或更少。当包含Zr时，A值是通过上述式2得到的。

此外，上述用于气体保护电弧焊的钢丝可以包含选自Ni、Cr和Mo的至少一种元素。在该情形中，将Ni、Cr和Mo的总含量优选调整至相对于钢丝总质量为0.60质量％或更少。

                        具体实施方式

以下详细描述根据本发明的实施方案的用于气体保护电弧焊方法的钢丝。为了解决上述问题，本发明的发明人针对熔渣的化学组分对除渣性进行了刻苦研究。结果，本发明的发明人发现熔渣的化学组分对除渣性产生影响并且对控制除渣性发挥主要作用。基于该发现，本发明的发明人已经优化使其具有优异的可清除性的熔渣组分以及允许在后述焊接条件下形成这种熔渣的钢丝组分，并获得本发明。

即，在本发明的气体保护电弧焊方法中使用的钢丝是如下的钢丝，所述钢丝用于由软钢或490至590MPa级的高抗拉强度钢制成的钢材的使用二氧化碳或氩气和二氧化碳的混合气体作为保护气体的气体保护电弧焊中，并且需要至少满足如下组成：小于等于0.12质量％的C、0.6质量％至1.5质量％的Si、0.8质量％至1.8质量％的Mn、0.007质量％至0.040质量％的S、0.03质量％至0.18质量％的Ti以及作为剩余物的铁和不可避免的杂质。除每种上述组分以外，所述钢丝还包含选自Zr、Al、Ni、Cr和Mo的至少一种元素。在该情形中，将Ti、Zr和Al的总含量优选调整至小于等于0.25质量％，并将Ni、Cr和Mo的总含量优选调整至小于等于0.60质量％。

下面说明在所述的用于气体保护电弧焊方法的钢丝中加入每种组分的原因以及限制每种组分的值的原因。

1.C：小于等于0.12质量％

碳(C)不但在熔融金属中作为脱氧元素发挥其作用而且是一种用以确保焊接金属的强度的有效元素。然而当C含量相对钢丝总质量超过0.12质量％时，在焊接过程中的飞溅量增加并且焊接的可操作性降低。因此，将C含量设定为相对于钢丝总质量小于等于0.12质量％。

2.Si：0.6质量％至1.5质量％

硅(Si)易于氧化，因此是一种优异的脱氧元素。尽管Si具有充分降低焊接金属中的氧的作用，但是Si是一种通过与氧结合充当熔渣主要组分的元素。此外，Si改善焊珠的形状以及焊珠和母体金属之间的一致性，还影响熔渣的分布状态和具有使熔渣易于从焊接金属剥离的作用。然而，当Si含量相对于钢丝总质量小于0.6质量％时，降低了Si的脱氧作用，并趋向于容易产生内部缺陷如气泡。另一方面，当Si含量相对于钢丝总质量超过1.5质量％时，降低焊接金属的机械性能，特别是韧性。因此，将Si含量设定为钢丝总质量的0.6％至1.5％。

3.Mn：0.8质量％至1.8质量％

类似于Si，锰(Mn)是一种促进脱氧的元素以及通过与氧结合充当熔渣主要组分的元素。Mn还具有急剧改善熔融金属微结构并且提高焊接金属的强度和韧性的作用。然而，当Mn含量相对于钢丝总质量低于0.8质量％时，降低Si的脱氧作用，产生内部缺陷如气泡，并且降低焊接金属的韧性。另一方面，当锰含量相对于钢丝总质量超过1.8质量％时，熔渣变得牢固，并且降低除渣性。因此，将Mn含量设定为钢丝总质量的0.8质量％至1.8质量％。

4.S：0.007质量％至0.040质量％

硫(S)在焊接过程中充当表面活性剂以降低熔融液滴的表面张力，使熔融液滴变得更小，并且同时降低熔融金属的表面能，从而发挥促进熔渣聚集的作用。此外，S弱化聚集后的熔渣和焊接金属之间的界面粘结以及使熔渣变脆，从而还发挥提高除渣性的作用。另一方面，当在钢丝中加入过量S时，阻止在使用二氧化碳的高电流焊接中熔融液滴的稳定的转移，并且增加产生的飞溅量。此外，当熔渣聚集过大时，对除渣性产生负面影响；因此需要将钢丝中的S含量控制在适当的范围内。具体而言，当S含量相对于钢丝总质量低于0.007质量％时，不能实现除渣性的充分提高。另一方面，当S含量相对于钢丝总质量超过0.04质量％时，电弧的稳定性降低并且产生的飞溅量增加。因此，将S含量设定为钢丝总质量的0.007质量％至0.040质量％。

5.Ti：0.03质量％至0.18质量％

钛(Ti)是一种强烈促进脱氧以及构成熔渣主要组分的元素。因为Ti具有通过提高熔融液滴表面的表面张力和粘度稳定熔融液滴的转移的作用，所以将Ti加入到在使用二氧化碳的高电流焊接中使用的钢丝中。然而当加入Ti时，熔渣变得坚硬和牢固并且熔渣的量增加，从而导致除渣性的降低。具体而言，当Ti含量低于钢丝总质量的0.03质量％时，在焊接熔敷量大的焊接法如厚板焊接、多层叠板接触点焊等本发明的主要应用目标的情形中使用较高电流时，电弧变得不稳定并且产生的飞溅量明显增加。另一方面，当Ti含量超过钢丝总质量的0.18质量％时，熔渣变得坚硬和牢固并且熔渣的量增加；因此明显降低除渣性。因而，将Ti含量设定为钢丝总质量的0.03质量％至0.18质量％。

在本发明的气体保护电弧焊方法中使用的钢丝在需要时，除上述每种组分以外还可以包含选自锆(Zr)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)和钼(Mo)的至少一种元素。Zr和Al各自均充当强脱氧材料并且改善焊接金属的清洁度和机械性能。此外，Ni、Cr和Mo提高焊接金属的淬透性，从而提高所述焊接金属的机械性能。应当指出Ti、Zr和Al是熔渣的主要成分，并且当Ti、Zr和Al的总量超过0.25％时，熔渣变得过多，从而导致除渣性差并且电弧不稳定。更进一步，当Ni、Cr和Mo的总含量超过0.60％时，焊接金属的强度与母体金属的强度相比变得太高，这是不适宜的。因此，当加入Zr或Al或两者都加入时，优选设定Ti、Zr和Al的总含量小于等于0.25质量％。当加入Ni和Cr或Mo，或都加入时，优选设定Ni、Cr和Mo的总含量小于等于0.60质量％。

包含于在本发明的气体保护电弧焊方法中使用的钢丝中的不可避免的杂质包括P、Cu、Nb、V、W等。有时由于所述钢丝被镀铜而包含Cu，但是Cu对除渣性即本发明的效果没有影响。

接着说明本发明的气体保护电弧焊方法中的焊接条件。本发明的钢丝具有0.9至1.6毫米的直径并用于钢材的使用二氧化碳或二氧化碳和氩气的混合气体作为保护气体的气体保护电弧焊中，所述钢材由软钢或490至590MPa级的高抗拉强度钢制成。焊接是在焊接电流为190至350A、焊接电压为22至39V和钢丝延伸长度为20至25毫米的条件下，使用以钢丝为正极的直流反接在俯焊位置进行的。

此外，允许在焊接中形成这样的熔渣，所述熔渣包含各自根据氧化物的大于等于37质量％的SiO₂、小于等于46质量％的MnO和小于等于12质量％的TiO₂，并且其中当SiO₂的含量(质量百分比)表示为[SiO₂]、MnO的含量(质量百分比)表示为[MnO]和TiO₂的含量(质量百分比)表示为[TiO₂]时，由上述式1表示的A值大于等于0.50，。应当指出，当还包含Zr或Al或两者都包含时，Ti、Zr和Al的总含量小于等于0.25质量％。此时当包含Zr时，A值是通过上述式2得到的。

在此显示的熔渣组分的含量是“以氧化物计的含量”，其中将通过焊接得到的熔渣溶解，通过一种方法如湿法分析分别测量组成熔渣的氧化物的金属成分的含量，并且将这些金属成分的含量分别转化为氧化物的含量。此时，需要知道每种金属元素的化合价，但是实际上难以得到每种金属元素的精确的化合价。为了方便地确定氧化物的含量，在本发明中分别将Si唯一地转化为SiO₂、Mn唯一地转化为MnO、Fe唯一地转化为FeO、Ti唯一地转化为TiO₂、Zr唯一地转化为ZrO₂、Al唯一地转化为Al₂O₃、Cr唯一地转化为Cr₂O₃、S唯一地转化为S(单质)、Bi唯一地转化为Bi₂O₃。应当指出还可以使用一种简单和校准好的分析方法如荧光分析代替湿法分析法。

下面说明对在本发明的气体保护电弧焊方法中产生的熔渣的每种组分的值限制的原因。

6.SiO₂：大于等于37质量％

包含适当量的SiO₂的熔渣由于玻璃化变得易碎并且由于趋向于聚集变得更不易于膨胀。因此SiO₂具有提高除渣性的作用。然而，当SiO₂的含量低于熔渣总质量的37质量％时，熔渣变得既硬又薄并且分布范围宽，从而使得除渣困难。

7.MnO：小于等于46质量％

MnO是这样一种组分，所述组分不但将熔渣变得更硬而且使熔渣和焊接金属之间的粘结变得更强从而使除渣变得困难。具体而言，当MnO的含量超过熔渣总质量的46质量％时，熔渣变得坚硬，而且在高电流焊接中产生在熔珠表面上的粘附，从而降低除渣性并且使除渣极端困难。

8.TiO₂：小于等于12质量％

TiO₂是这样一种组分，所述组分对熔渣的量产生大的影响以及通过使熔渣变硬造成除渣困难。具体而言，当TiO₂的含量超过熔渣总质量的12质量％时，熔渣本身变硬，并且产生的熔渣的量增加使得所述熔渣变得更硬而且更厚，从而使熔渣的碎裂变得更困难并降低除渣性。

9.A值：大于等于0.50

熔渣的硬度和脆性不但受到包含在熔渣中的每种组分的含量的影响，而且受到整个熔渣的组分平衡的影响。特别是，在刚焊接后钢材(母体金属)处于约200℃至300℃的高温条件下，当熔渣进入稳定的玻璃态时，除渣性好。本发明的发明人发现通过减少TiO₂(当包含Zr时为ZrO₂)和MnO并且增加SiO₂获得了满足上述的适宜的组成，并且以上述式1或2表示这种发现的结果。由于对熔渣组分的平衡进行了一系列的刻苦研究，本发明的发明人发现通过使SiO₂含量(质量百分比)[SiO₂]与MnO含量(质量百分比)[MnO]和TiO₂含量(质量百分比)[TiO₂]的比率即由上述式1或2表示的A值大于等于0.50，提高了除渣性。当A值低于0.50时，熔渣变硬并降低除渣性。

在本发明的气体保护电弧焊方法中，即使钢材处于约200℃至300℃的高温时，通过允许形成具有上述组成的熔渣也可以容易地清除熔渣。

应当指出由本发明的气体保护电弧焊方法产生的熔渣除上述氧化物以外，还包含以Fe作为主要组分的金属颗粒等。在剩余物中，例如部分Fe肯定是保留在熔渣中的金属铁的微粒。因为除氧化物以外的这些组分的含量低，所以在本发明中将其视为氧化物。因此，除由本发明的气体保护电弧焊方法产生的上述组分以外的熔渣组分，即剩余物，主要是FeO。

当使用二氧化碳及其混合气体作为保护气体时，例如有一些情形是铜(Cu)以相对于钢丝总质量的约0.2质量％被电镀在焊丝的表面上。这种Cu经证实不对除渣性产生任何影响，并且即使在本发明的气体保护电弧焊方法中使用的钢丝的表面镀上Cu时，除渣性也不受到影响。此外，即使本发明的气体保护电弧焊方法中使用的钢丝在其表面上没有安置Cu电镀层时，也可以获得好的除渣性。

如上所述，本发明的气体保护电弧焊方法提供如下的气体保护电弧焊方法，所述气体保护电弧焊方法基于使用二氧化碳或二氧化碳和氩气的混合气体作为保护气体，对由软钢或490至590MPa级的高抗拉强度钢制成的钢材焊接的前提，在适当的焊接条件下使用在适当的钢丝组成的范围内的钢丝。另外，基于在焊接过程中产生的熔渣的组成充当除渣性的控制因素这一发现，还限定了熔渣组成以满足预定的条件。即，为了使熔渣组成满足预定的条件，进一步缩窄适当的钢丝组成和适当的焊接条件的范围。然而，难以完全限定所述范围使得熔渣组成可以仅仅通过钢丝组成和焊接条件满足预定条件。因为本发明的本质在于，除渣性是通过控制熔渣组成提高的，所以已决定通过钢丝组成、焊接条件以及获得的熔渣组成的条件限定本发明的方法。从限定的钢丝组成和焊接条件中，并不是特别难以选择满足熔渣组成条件的条件。通过简单的反复试验可以实现这种选择。作为典型方法，通过增加或减少加入到钢丝中的相关元素的量控制熔渣组成。例如，当由于SiO₂不足熔渣组成不满足限定的范围时，通过在限定的范围内逐渐增加加入到钢丝中的SiO₂的量实现熔渣组成的控制。

用于气体保护电弧焊的钢丝也是本发明的主题。本发明的用于气体保护电弧焊的钢丝是如下的钢丝，所述钢丝适用于钢材的使用二氧化碳或二氧化碳和氩气的混合气体作为保护气体的气体保护电弧焊，所述钢材由软钢或490至590MPa级的高抗拉强度钢制成。为了上述用途，优化本发明的用于气体保护电弧焊的钢丝的钢丝组成。具体而言，所述钢丝组成的范围与本发明的气体保护电弧焊方法中限定的范围相同。所述钢丝的直径也与在本发明的气体保护电弧焊方法中限定的直径相同，即0.9至1.6毫米。此外，作为对允许带来优异的除渣性的焊接的钢丝的要求，当在钢丝延伸长度为20至25毫米、焊接电流为190至350A和焊接电压为22至39V的任何条件下，使用以所述钢丝为正极的直流反接进行俯焊时，应该形成如下的熔渣，所述熔渣包含各自以氧化物计的，大于等于37质量％的SiO₂、小于等于46质量％的MnO和小于等于12质量％的TiO₂，并且其中当SiO₂的含量(质量百分比)表示为[SiO₂]、MnO的含量(质量百分比)表示为[MnO]、TiO₂的含量(质量百分比)表示为[TiO₂]时，由上述式1表示的A值大于等于0.50。作为对允许带来优异除渣性的焊接的钢丝的选择性要求，当在钢丝延伸长度为20毫米、焊接电流为320A和焊接电压为35V的条件下，使用以钢丝为正极的直流反接进行俯焊时，应该形成如下的熔渣，所述熔渣包含各自以氧化物计的，大于等于37质量％的SiO₂、小于等于46质量％的MnO和小于等于12质量％的TiO₂，并且其中当SiO₂的含量(质量百分比)表示为[SiO₂]、MnO的含量(质量百分比)表示为[MnO]、TiO₂的含量(质量百分比)表示为[TiO₂]时，由上述式1表示的A值大于等于0.50。因此，本发明的钢丝是从熔渣组成的观点出发进一步被限制的钢丝，所述熔渣组成由在上述组成范围中的钢丝在特定条件下的焊接过程中产生。

类似于在本发明的气体保护电弧焊方法中使用的钢丝，本发明的用于气体保护电弧焊的钢丝还包含Zr和Al中的至少一种，并且Ti、Zr和Al的总含量相对于钢丝总质量小于等于0.25质量％。当包含Zr时，A值可以是通过式2得到的。

除上述每种组分以外，本发明的用于气体保护电弧焊的钢丝在需要时还可以包含选自锆(Zr)、铝(Al)、镍(Ni)、铬(Cr)和钼(Mo)的至少一种元素。

                        实施例

下面通过与本发明的范围以外的比较例对比说明本发明的实施例的效果。在本发明中，在原料中调整每种组分以在钢丝制成后具有下表I所示组成，首先将所述原料熔融并且使用150kg的真空感应电炉(VIF)在真空中浇铸，然后通过热锻使垂直于纵向的截面具有155毫米的高度和155毫米的宽度。此外，制造这种垂直于纵向的截面以具有5.5毫米的高度和5.5毫米的宽度并热轧。随后，通过冷拉丝加工这种轧制材料，使其具有2.4毫米的直径，然后将Cu电镀在所述钢丝的表面上，之后进行拉丝处理直至具有1.2毫米的直径。以这种方法制成如实施例1至11和比较例1至9所示的钢丝。此时，在每种钢丝的表面上的Cu电镀层的组分是Cu和不可避免的杂质，并且将它们的总量调整至相对于钢丝总质量为0.2质量％。注意的是在下表I中所示的值指相对于包括这种Cu电镀层的钢丝总质量的每种组分的含量。

表I

编号	钢丝组成(质量百分比)
														C	Si	Mn	S	Ti	Al	Zr	Ti+Al+Zr	Ni	Cr	Mo	Ni+Cr+Mo	剩余物
	实施例1	0.06	0.88	1.43	0.021	0.12	0	0	0.12	0	0	0	0														Fe和不可避免的杂质
实施例2														0.06	0.78	1.75	0.011	0.13	0	0	0.13	0	0	0	0
	实施例3	0.05	0.90	1.65	0.012	0.18	0	0	0.18	0	0	0	0
实施例4														0.11	0.84	1.61	0.012	0.12	0	0	0.12	0	0	0	0
	实施例5	0.05	0.68	0.85	0.013	0.12	0	0	0.12	0	0	0	0
实施例6														0.06	1.43	1.52	0.018	0.10	0	0	0.10	0	0	0	0
	实施例7	0.07	1.04	1.74	0.034	0.15	0	0	0.15	0	0	0	0
实施例8														0.06	0.79	1.55	0.015	0.07	0.11	0.04	0.15	0	0	0	0
	实施例9	0.06	0.82	1.61	0.014	0.13	0	0	0.13	0.12	0.05	0.35	0.52
实施例10														0.06	0.76	1.49	0.015	0.08	0.15	0.11	0.26	0	0	0	0
	实施例11	0.07	0.90	1.65	0.013	0.10	0	0	0.10	0.29	0.05	0.31	0.65
比较例1														0.05	0.52	1.45	0.080	0.13	0	0	0.13	0	0	0	0
	比较例2	0.06	1.59	1.38	0.013	0.12	0	0	0.12	0	0	0	0
比较例3														0.14	0.78	1.61	0.010	0.14	0	0	0.14	0	0	0	0
	比较例4	0.08	0.82	0.60	0.012	0.13	0	0	0.13	0	0	0	0
比较例5														0.09	1.10	1.92	0.015	0.10	0	0	0.10	0	0	0	0
	比较例6	0.05	0.97	1.53	0.049	0.09	0	0	0.09	0	0	0	0
比较例7														0.08	0.92	1.45	0.021	0.02	0	0	0.02	0	0	0	0
	比较例8	0.07	1.03	1.65	0.012	0.20	0	0	0.20	0	0	0	0
比较例9														0.06	0.91	1.63	0.0004	0.14	0	0	0.14	0	0	0	0

然后，使用砂轮除去在具有300毫米的长度、125毫米的宽度和25毫米的厚度的钢板(SM490)表面上形成的氧化物膜(黑膜)，然后使用实施例1至11和比较例1至9的钢丝，在焊接电流为320A、焊接电压为35V和钢丝延伸长度为20毫米的条件下，使用二氧化碳作为保护气体并使用以所述钢丝为正极的直流反接在俯焊位置进行六层-六焊边(pass)的气体保护电弧焊。此时，在五层-五焊边处中断焊接，并在第五层的熔珠表面上评价除渣性。

对于除渣性，当钢板温度下降至250℃时用刷子清除剥离的熔渣，然后从视觉上确认焊珠的外观并将其照片拍下来。从熔珠外观的照片确定除渣率的值，即可看见熔珠表面的区域的面积Y(像素数)与熔珠总面积X(像素数)的比率(＝Y/X)。大于等于30％的除渣率结果视为可接受。在完成六层-六焊边焊接后，收集在熔珠表面上的熔渣并且通过湿法分析进行生成的熔渣的组成分析。结果归纳于下表II中。

表II

钢丝编号	熔渣组成(质量百分比)
									SiO2	MnO	TiO2	Fe2O3	Al2O3	ZrO2	A	除渣率(％)
	实施例1	42.0	39.2	9.2	7.2	0	0	0.63									45
实施例2									38.2	44.5	8.3	6.2	0	0	0.55	41
	实施例3	43.5	38.2	11.4	5.6	0	0	0.60									48
实施例4									40.5	41.2	8.8	6.5	0	0	0.60	38
	实施例5	43.1	39.2	10.2	5.3	0	0	0.62									61
实施例6									47.3	38.5	6.5	6.2	0	0	0.82	78
	实施例7	41.5	41.0	10.8	5.6	0	0	0.57									51
实施例8									42.1	41.2	5.8	5.3	2.8	4.5	0.62	49
	实施例9	41.6	39.3	8.9	6.2	0	0	0.63									47
实施例10									39.5	40.6	5.0	6.5	3.1	10.2	0.64	42
	实施例11	40.3	40.3	6.8	4.8	0	0	0.66									40
比较例1									36.2	45.1	10.8	6.8	0	0	0.47	3
	比较例2	50.8	33.2	9.7	5.8	0	0	0.82									28
比较例3									40.4	40.8	10.9	5.2	0	0	0.55	5
	比较例4	45.1	34.5	11.7	6.2	0	0	0.65									12
比较例5									39.2	47.6	8.4	4.5	0	0	0.54	8
	比较例6	45.3	42.1	6.2	5.3	0	0	0.75									28
比较例7									46.5	44.2	0.3	7.2	0	0	1.03	50
	比较例8	40.3	39.6	14.5	4.8	0	0	0.48									2
比较例9									43.8	39.6	8.1	5.0	0	0	0.69	2

如上述表II所示，在本发明的范围内的实施例1至11的钢丝全部展示了高于30％的除渣率，从而即使在钢材处于高温状态时也得到优异的除渣性。然而实施例10的钢丝的电弧稳定性更差一些，因为Ti、Al和Zr的总含量超过0.25质量％。此外，实施例11的钢丝因为Ni、Cr和Mo的总含量超过0.60质量％而强度变得太高并且不实用。

另一方面，比较例1的钢丝因为在熔渣中的SiO₂的含量低于本发明的范围而除渣性明显降低，并且因为在所述钢丝中的Si含量低于本发明的范围，A值也变得小于本发明的范围。比较例2的钢丝的除渣性低于30％并且其焊接的可使用性也差，因为在所述钢丝中的Si含量高于本发明的范围。因为在所述钢丝中的C含量超出发明的范围，比较例3的钢丝的除渣性明显降低，而且由于飞溅量的增加其焊接的可操作性降低。比较例4的钢丝的除渣性低于30％而且产生气泡，因为在所述钢丝中的Mn含量低于本发明的范围。比较例5的钢丝的除渣性明显降低，因为在所述熔渣中的MnO含量超出本发明的范围，这是在所述钢丝中的Mn含量超过本发明的范围造成的。

比较例6的钢丝的除渣性低于30％，因为在所述钢丝中的S含量超出本发明的范围。尽管比较7的钢丝的除渣性高于50％，但是其焊接的可操作性差，因为在所述钢丝中的Ti含量低于本发明的范围。比较例8的钢丝的除渣性明显降低，因为不但在所述熔渣中的TiO₂含量超出本发明的范围而且A值变得小于本发明的范围，这是在所述钢丝中的Ti含量超出本发明的范围造成的。由于熔渣的粘附，这是因为在所述钢丝中的S含量低于本发明的范围，比较例9的钢丝的除渣性差。

Claims (9)

1.一种气体保护电弧焊方法，所述气体保护电弧焊使用如下的钢丝，所述钢丝包含，以相对于其总质量的质量百分比计，小于等于0.12％的C、0.6％至1.5％的Si、0.8％至1.8％的Mn、0.007％至0.040％的S和0.03％至0.18％的Ti并具有0.9至1.6毫米的直径；并且使用二氧化碳或氩气和二氧化碳的混合气体作为保护气体，使用以所述钢丝为正极的直流反接，在钢丝延伸长度为20至25毫米、焊接电流为190至350A和焊接电压为22至39V的条件下，对由软钢或490至590MPa级的高抗拉强度钢制成的钢材进行俯焊，其中

生成熔渣，所述熔渣包含各自以氧化物计的，大于等于37质量％的SiO₂、小于等于46质量％的MnO和小于等于12质量％的TiO₂，并且具有大于等于0.5的由下式表示的A值，

$A=\frac{\left[\mathrm{Si}{O}_2\right]}{\left[\mathrm{MnO}\right]+3\×\left[\mathrm{Ti}{O}_2\right]}$

其中SiO₂的质量百分比含量表示为[SiO₂]、MnO的质量百分比含量表示为[MnO]并且TiO₂的质量百分比含量表示为[TiO₂]。

2.根据权利要求1的气体保护电弧焊方法，

其中所述钢丝还包含Zr和Al中的至少一种，

其中Ti、Zr和Al的总含量相对于钢丝总质量小于等于0.25质量％，并且

其中，当包含Zr时，所述A值是通过下式得到的：

$A=\frac{\left[\mathrm{Si}{O}_2\right]}{\left[\mathrm{MnO}\right]+3\×\left[\mathrm{Ti}{O}_2\right]+2\×\left[\mathrm{Zr}{O}_2\right]}.$

3.根据权利要求1的气体保护电弧焊方法，其中所述钢丝还包含选自Ni、Cr和Mo的至少一种元素，并且Ni、Cr和Mo的总含量相对于钢丝总质量小于等于0.60质量％。

4.一种用于气体保护电弧焊的钢丝，

其中所述钢丝包含相对于钢丝总质量小于等于0.12质量％的C、0.6质量％至1.5质量％的Si、0.8质量％至1.8质量％的Mn、0.007质量％至0.040质量％的S和0.03质量％至0.18质量％的Ti，

其中所述钢丝具有0.9至1.6毫米的直径，并且

其中在所述钢丝延伸长度为20至25毫米、焊接电流为190至350A和焊接电压为22至39V的任何条件下，使用二氧化碳或氩气和二氧化碳的混合气体作为保护气体，并且使用以所述钢丝为正极的直流反接，在由软钢或490至590MPa级的高抗拉强度钢制成的钢材的俯焊中，允许形成如下的熔渣，所述熔渣包含各自以氧化物计的，大于等于37质量％的SiO₂、小于等于46质量％的MnO和小于等于12质量％的TiO₂，并且其中当SiO₂的质量百分比含量表示为[SiO₂]、MnO的质量百分比含量表示为[MnO]并且TiO₂的质量百分比含量表示为[TiO₂]时，由下式表示的A值大于等于0.50，

$A=\frac{\left[\mathrm{Si}{O}_2\right]}{\left[\mathrm{MnO}\right]+3\×\left[\mathrm{Ti}{O}_2\right]}.$

5.根据权利要求4的用于气体保护电弧焊的钢丝，

其中所述钢丝还包含Zr和Al中的至少一种，

其中Ti、Zr和Al的总含量相对于钢丝总质量小于等于0.25质量％，并且

其中，当包含Zr时，所述A值是通过下式得到的：

$A=\frac{\left[\mathrm{Si}{O}_2\right]}{\left[\mathrm{MnO}\right]+3\×\left[\mathrm{Ti}{O}_2\right]+2\×\left[\mathrm{Zr}{O}_2\right]}.$

6.根据权利要求4的用于气体保护电弧焊的钢丝，其中所述钢丝还包含选自Ni、Cr和Mo的至少一种元素，并且Ni、Cr和Mo的总含量相对于钢丝总质量小于等于0.60质量％。

7.一种用于气体保护电弧焊的钢丝，所述气体保护电弧焊使用如下的钢丝，所述钢丝包含，以相对于钢丝总质量的质量百分比计，小于等于0.12％的C、0.6％至1.5％的Si、0.8％至1.8％的Mn、0.007％至0.040％的S和0.03％至0.18％的Ti并具有0.9至1.6毫米的直径，并且在所述钢丝延伸长度为20毫米、焊接电流为320A和焊接电压为35V的条件下，使用二氧化碳或氩气和二氧化碳的混合气体作为保护气体，并使用以所述钢丝为正极的直流反接，对由软钢或490至590MPa级的高抗拉强度钢制成的钢材进行俯焊，

其中

生成这样的熔渣，该熔渣包含各自以氧化物计的，大于等于37质量％的SiO₂、小于等于46质量％的MnO和小于等于12质量％的TiO₂，并且具有大于等于0.50的由下式表示的A值，

$A=\frac{\left[\mathrm{Si}{O}_2\right]}{\left[\mathrm{MnO}\right]+3\×\left[\mathrm{Ti}{O}_2\right]}$

其中SiO₂的质量百分比含量表示为[SiO₂]、MnO的质量百分比含量表示为[MnO]并且TiO₂的质量百分比含量表示为[TiO₂]。

8.根据权利要求7的用于气体保护电弧焊的钢丝，

其中所述钢丝还包含Zr和Al中的至少一种，

其中Ti、Zr和Al的总含量相对于钢丝总质量小于等于0.25质量％，并且

其中，当包含Zr时，所述A值是通过下式得到的

$A=\frac{\left[\mathrm{Si}{O}_2\right]}{\left[\mathrm{MnO}\right]+3\×\left[\mathrm{Ti}{O}_2\right]+2\×\left[\mathrm{Zr}{O}_2\right]}.$

9.根据权利要求7的用于气体保护电弧焊的钢丝，

其中所述钢丝还包含选自Ni、Cr和Mo的至少一种元素，并且

其中Ni、Cr和Mo的总含量相对于钢丝总质量小于等于0.60质量％。