專利名稱：減少焊坑及氣孔性能優(yōu)良的鍍鋅鋼板焊接用粉芯焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接鍍鋅鋼板用粉芯焊絲技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種為減少焊接鍍鋅鋼板時(shí)容易形成的焊坑和氣孔，把適當(dāng)含有鈦氧化物、硅氧化物、堿性氟化物等成分的焊劑填充到軟鋼制外皮(保護(hù)套)中，其含量為焊絲全部重量10％～20％的減少焊坑及氣孔性能優(yōu)良的鍍鋅鋼板焊接用粉芯焊絲。
一般最廣泛使用于金屬焊接的方法是，在焊接件(電極或熔解件)和被焊接件(母材)之間相加低壓高電流電源發(fā)生電弧來熔化上述兩種材料，由此結(jié)合兩個(gè)母材的電弧焊法，電弧焊法大概分兩大類形；其中之一是電極熔解式焊接方法。如

圖1所示，此時(shí)焊條(11)作為電極，靠母材和電極之間產(chǎn)生的電弧(12)熱，熔化作為電極的焊條和母材，以此來完成焊接金屬(13)，即在焊接部位形成焊縫，有埋弧焊、涂藥焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等焊接方法；另外一種是電極非熔解式焊接方法。如圖2所示，在此方法中電極(21)只起產(chǎn)生電弧(22)的作用，為達(dá)到焊接的目的，另外加入熔接件(23)到電弧發(fā)生區(qū)域中使其熔化并進(jìn)行焊接，有鎢極惰性氣體保護(hù)焊和原子氫焊接等焊接方法。
在上述的電弧焊方法中，除了涂藥焊之外，在焊接中為防止焊接過程中被熔化的金屬液的氧化，往熔池附近輸送惰性氣體、二氧化碳等保護(hù)氣體，把熔解的金屬和周圍的空氣隔斷，因此也叫氣體保護(hù)焊。
氣體保護(hù)焊是一種高效率的焊接方法，在汽車、造船、建筑等領(lǐng)域廣泛使用，但他存在如下問題；鋼材的價(jià)格性能比非常好，但耐蝕性差，為提高耐蝕性在鋼材表面電鍍鋅或鋅合金。但是，在焊接時(shí)鋼材表面的鍍層會(huì)引起焊接缺陷。即，鋼材表面的鍍鋅層的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)低、因此電弧焊性能非常差，其原因如下；在電弧焊時(shí)產(chǎn)生的熱量，使焊池及熱影響區(qū)表面的鍍鋅層的溫度達(dá)到沸點(diǎn)以上，此時(shí)鋅被蒸發(fā)并浸入到焊池中被熔解的金屬當(dāng)中。因此，浸入到焊池中的被熔解金屬中的鋅氣體，在金屬凝固后殘留在焊縫中形成內(nèi)部殘留有氣體的缺陷即氣孔。上述的殘留氣體在金屬凝固過程中從焊縫表面中冒出時(shí)在焊縫表面形成焊坑。
如上所述，在焊接中因鋅氣體所引起的氣孔和焊坑，使焊接性能惡化、降低焊接強(qiáng)度，并容易引起斷裂，因此必須防止產(chǎn)生氣孔和焊坑等缺陷。
以前鍍鋅鋼板厚度在20um以下的汽車焊接或輕型鋼筋用鍍鋅鋼材的焊接中，把以前的粉芯焊絲使用在鍍層厚度在50um～500um范圍的鋼材或鍍層中有溝的鋼管或船舶的空調(diào)配管等鍍鋅鋼管的焊接中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的氣孔和焊坑，并產(chǎn)生嚴(yán)重的飛濺，飛濺的金屬會(huì)堵塞保護(hù)氣體供應(yīng)裝置的噴嘴，因此降低氣體保護(hù)效率，給連續(xù)焊接造成困難。
為得到良好的焊接性能，采用焊接前先磨掉焊接區(qū)的鍍層，在對(duì)接焊時(shí)加大焊縫根部的間距使蒸發(fā)的鋅氣容易擴(kuò)散等方法或采用2次焊接，第一次焊接時(shí)增加預(yù)熱效果使鍍層中的鋅預(yù)先氣化，然后再進(jìn)行第二次焊接的方法，上述方法的焊接作業(yè)性能等非常差。
本發(fā)明的目的是提供一種在焊接鍍鋅鋼材時(shí)能盡量減少焊坑、氣孔的產(chǎn)生，能順利進(jìn)行連續(xù)的焊接作業(yè)，能適當(dāng)控制飛濺的減少焊坑及氣孔性能優(yōu)良的鍍鋅鋼板焊接用粉芯焊絲。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，粉芯焊絲中填充的焊劑的含量占全部重量的10～20％，外皮的含量占全部重量的80～90％。在上述焊劑中鐵成分、脫氧劑及電弧穩(wěn)定劑等其它成分的含量占全部焊絲重量的5～15％。把上述構(gòu)成的焊劑填充在軟鋼外皮中的方法制作焊接鍍鋅鋼板用的粉芯焊絲，如圖4所示，在軟鋼外皮(41)的內(nèi)部填充焊劑(42)來構(gòu)成，組成焊劑的成分是相對(duì)于焊絲全部重量，熔渣生成劑2～15％，硅氧化物1.0～10％，金屬鈦或金屬鎂及其合金混合物中的含有金屬鈦成分的至少2種以上的成分；0.4～3％，鈉氟化物和鉀氟化物中的一種氟化物0.1～1％，如圖4所示，在軟鋼外皮(41)的內(nèi)部填充焊劑(42)來構(gòu)成，組成焊劑的成分是相對(duì)于焊絲全部重量，熔渣生成劑2～15％，硅氧化物1.0～10％，金屬鈦或金屬鎂及其合金混合物中的含有金屬鈦成分的至少2種以上的成分；0.4～3％，鈉氟化物和鉀氟化物中的一種氟化物0.1～1％，其余成分為鐵質(zhì)·脫氧劑·電弧穩(wěn)定劑。
上述組成焊劑的各成分的含量對(duì)，焊接性能的影響如下；以二氧化鈦為主要成分的熔渣生成劑，當(dāng)其含量少于2％時(shí)，焊接時(shí)形成的電弧不穩(wěn)定、焊縫形狀不均勻、并增加飛濺和堵塞保護(hù)氣體供應(yīng)裝置的噴嘴的現(xiàn)象；當(dāng)含量超過15％時(shí)，在焊縫中大量產(chǎn)生焊坑和氣孔等缺陷。
硅氧化物的功能中也具有上述熔渣生成劑的功能，當(dāng)其含量少于1％時(shí)，焊接部位的玻璃狀熔渣不容易脫落，并且焊縫容易隆起；其含量超過10％時(shí)，電弧不穩(wěn)定、飛濺增加。
金屬鈦或金屬鎂及其合金混合物中含有金屬鈦的至少2種以上成分組成的添加物，當(dāng)其含量少于0.4％時(shí)，電弧不穩(wěn)定、焊縫中的氣孔和焊坑數(shù)量增加；當(dāng)其含量超過3％時(shí)，飛濺現(xiàn)象嚴(yán)重且不容易形成均勻的焊縫。
鈉氟化物或鉀氟化物之中的一種氟化物，當(dāng)其含量少于0.1％時(shí)，電弧不穩(wěn)定；超過1％時(shí)，飛濺增加。
本發(fā)明鍍鋅鋼板焊接用粉芯焊絲，在焊接鍍鋅層較厚的鋼板時(shí)，不僅能最小程度地減少焊坑和氣孔，也能抑制飛濺的發(fā)生，因此能提高焊接性能，能更好地應(yīng)用于連續(xù)焊接工程和自動(dòng)化焊接工程上。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述；圖1是電極熔解式電弧焊過程的示意圖。
圖2是電極非熔解式電弧焊過程的示意圖。
圖3是使用本發(fā)明的粉芯焊絲的焊接作業(yè)圖，(a)是斜視圖，(b)是側(cè)視圖，(c)是側(cè)端面圖。
圖4是焊接用粉芯焊絲的端面圖。
(圖的主要部分符號(hào)的說明)11焊條(電極) 21焊接電極23熔解件34焊槍38、39焊縫41外皮為調(diào)查使用本發(fā)明的焊絲時(shí)的焊接性能，進(jìn)行了如圖3中(a)至(c)的焊接方法。
如圖3所示，為了在平板形主母材(31)的上面垂直地焊接同一形狀的副母材(32)，使供應(yīng)焊絲(33)的焊槍(34)和主母材之間的水平傾斜角(35)為60～70度，和副母材之間的垂直觀傾斜角(36)為45度，焊絲(33和副母材(32)的下端之間的距離(37)為焊絲直徑的1～1.5倍，并采用兩次焊接的方法在第一次焊縫(38)的上面再形成第二次焊縫(39)。
此時(shí)，焊接用粉芯焊絲的直徑為1.2mm、焊接電流為180～280安培、焊接電壓為28～32伏特、二氧化碳?xì)怏w的每分鐘供應(yīng)量為20升、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接速度為每分鐘30cm。
上述中的兩個(gè)母材是厚度為19mm、寬為100mm、長為500mm的ss400(JISG3101)材質(zhì)鋼，在其兩面電鍍厚度為100～500um的鋅。上述中的鍍鋅鋼板焊接用粉芯焊絲的外皮是SPWB材質(zhì)的冷軋鋼帶，其重量構(gòu)成是外皮占80～90％，里面填充的焊劑占10～20％。
在上述實(shí)施例中使用的焊劑中的重要成分的含量和對(duì)應(yīng)的減少氣孔的性能和焊接作業(yè)性能如下表1。表1
上述表中的減少氣孔的性能A是根據(jù)焊縫中的焊坑數(shù)來評(píng)價(jià)的，B是根據(jù)焊縫中的氣孔數(shù)來評(píng)價(jià)的，作業(yè)性能是根據(jù)飛濺的情況評(píng)價(jià)的。焊接長度為500mm時(shí)，焊坑及氣孔數(shù)量非常多時(shí)用“◎”表示，1～2個(gè)時(shí)用“○”表示，3～5個(gè)時(shí)用“△”表示，6個(gè)以上時(shí)用“×”表示。
作業(yè)性能是以飛濺的發(fā)生情況為基準(zhǔn)相對(duì)評(píng)價(jià)的，綜合評(píng)價(jià)是減少氣孔性能中的2個(gè)項(xiàng)目和作業(yè)性能評(píng)價(jià)等3個(gè)項(xiàng)目中有1個(gè)以上“×”時(shí)用“×”表示，其它情況是比照這種情況來相對(duì)評(píng)價(jià)的。從上表1的比較例1和2看出，金屬鈦和金屬鎂的含量不到0.4％，時(shí)，焊坑和氣泡增加，從比較例3和4看出當(dāng)其含量達(dá)到0.4％時(shí)，沒有金屬鈦、只有金屬鎂成分的話，抑制焊坑和氣孔較困難，因此必須含有金屬鈦成分。
金屬氟化物對(duì)飛濺的影響是很明顯的，從比較例1至3看出，其抑制氣孔的性能差，因不含有金屬氟化物，所以電弧不穩(wěn)定，但相反地其作業(yè)性能比較穩(wěn)定。
比較例5的抑制氣孔的性能良好，但作業(yè)性能差。這是因?yàn)殡m然所有各成分的含量都在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，但金屬氟化物的含量為標(biāo)準(zhǔn)范圍的最高值，同時(shí)起熔渣生成劑作用的二氧化鈦的含量也不少，所以會(huì)產(chǎn)生大量的熔渣并促進(jìn)飛濺，其結(jié)果是作業(yè)性能變差。比較例6的抑制氣孔的性能差，這是因?yàn)榻饘冁V和金屬鈦的總含量超過標(biāo)準(zhǔn)范圍所引起的。
下表2所示是把上述實(shí)施例和比較例中的焊接部位的機(jī)械性能檢測(cè)值。
上述表中的抗拉及沖擊試驗(yàn)是按照J(rèn)ISZ3111進(jìn)行的。從上試驗(yàn)結(jié)果看出，實(shí)施例和比較例的試片的抗拉強(qiáng)度除比較例2和3之外幾乎都接近，但比較例的延伸率和沖擊值都明顯減小。
即，焊接部位中的焊坑或氣孔主要是對(duì)延伸率和沖擊值的影響比較明顯，這是因?yàn)樵谝话闱闆r下，焊接部位因急冷而硬化時(shí)，對(duì)抗拉強(qiáng)度的側(cè)面變化較小，但隨著硬化增加脆性的同時(shí)焊坑和氣孔對(duì)破壞起傳導(dǎo)的作用，所以焊坑和氣孔使焊接部位更加脆弱。
權(quán)利要求
1，一種減少焊坑及氣孔性能優(yōu)良的鍍鋅鋼板焊接用粉芯焊絲，其特征是在由焊劑和外皮(sheath保護(hù)套)構(gòu)成的鍍鋅鋼板焊接用粉芯焊絲中，前述的外皮的重量為全部焊絲重量的80％～90％，焊劑的重量為10％～20％，這時(shí)，焊劑中的成分相對(duì)于焊絲的全部重量，熔渣生成劑2％～15％，硅氧化物1.0～10％，鈦金屬或鎂金屬及其合金混合物之中含有鈦金屬的至少兩種以上的成分0.4％～3％，氟化鈉和氟化鉀之中的一種氟化物0.1％～1％，其余成分為鐵質(zhì)·脫氧劑·電弧穩(wěn)定劑。
全文摘要
一種減少焊坑及氣孔性能優(yōu)良的鍍鋅鋼板焊接用粉芯焊絲,在焊接厚鍍鋅層的鋼板時(shí)不僅能使焊坑和氣孔數(shù)量最少,而且能抑制飛濺的發(fā)生,因此能提高焊接性能,所以可以很好地使用于連續(xù)焊接工程和自動(dòng)焊接等工程上,本發(fā)明的粉芯焊絲由占全部重量的10～20%的焊劑和占全部重量的80～90%的外皮構(gòu)成,把鐵成分和脫氟劑及電弧穩(wěn)定劑等其它成分為剩余成分的焊劑填充至軟鋼外皮里組成。上述的焊劑中各成分的含量是相對(duì)于焊絲的全部重量。
文檔編號(hào)B23K35/362GK1311075SQ0110384
公開日2001年9月5日 申請(qǐng)日期2001年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月3日
發(fā)明者金宗元 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Kiswel