專利名稱：氣體保護電弧焊接用管狀焊絲的制作方法
技術領域：
本發明涉及管狀焊絲，特別是一種由Ti、Si、Mg、K、Na等金屬及氧化物組份、并滿足K2O、Na2O及SiO2等特定成份關系的焊劑填充于金屬鞘內，具有焊接軟鋼及高強度鋼性能優良的氣體保護電弧焊接用管狀焊絲。
背景技術：
一般焊接金屬使用最廣泛的焊接法是在焊接材(電極或焊填金屬)與被焊接金屬(母材)之間給予低電壓、高電流，通過產生的電弧熱熔化上述兩種材料，使母材與母材連接的電弧焊接，電弧焊接大致分為兩種形式；其中一種是焊極式電弧焊，將焊條作為電極使用，通過母材與電極之間產生的電弧熱使焊條和母材熔化，形成焊縫金屬，即是在焊接部形成焊蠶形態，有屏敝電弧焊、埋弧焊、二氧化碳保護電弧焊、惰性氣體保護電弧焊等。另一種方法是非焊極式電弧焊，因電極僅起到發生電弧的作用，所以為了得到焊縫金屬，必須將另外的焊填金屬加到電弧發生范圍內使之熔化。這種方法的代表有鎢極惰性氣體保護電弧焊和氫原子電弧焊等，上述的電弧焊接法中，除屏敝電弧焊外，為了防止其它焊接法焊接時由于電弧熱熔化形成液狀金屬熔池氧化，應調節熔化金屬周圍空氣，在熔池附近供給的非活性氣體和二氧化碳氣體，遮斷熔化金屬與空氣的接觸，因此也稱為氣體保護電弧焊(gas-shielded arc welding)；氣體保護電弧焊，如惰性氣體保護電弧焊和鎢極惰性氣體保護電弧焊，大致分為使用非活性氣體的焊接法和使用價格便宜的二氧化碳氣體的焊接法，作為使用這種焊接法的焊接金屬，使用實心焊絲或管狀焊絲，但無特殊目的時，使用焊蠶形狀好、焊渣涂布性及去除性也好、熔敷速度快的管狀焊絲正在增加；高效率焊接的方法，廣泛的適用于汽車、造船、建筑等各種產業的氣體保護電弧焊的焊接介質，上述管狀焊絲是將由恰當組份的焊劑填充于金屬鞘內，因為這種焊絲的焊接作業性好、電弧穩定性佳，所以其優點不僅是飛濺物發生量少，而且可獲得均一的焊蠶形狀；因為氣體保護電弧焊接作業具有省力和高效率化，所以使用平焊及橫向角焊等焊接時，比起其它焊接方法的速度增加50％以上，因此探索調節管狀焊絲主成份焊劑粒度分布、調整焊渣形成劑的構成比，使電弧穩定、焊接速度增加的方法，比起提高焊接速度在焊蠶外觀改善方面其效果更大；另外，為了提高焊接速度，可實施多電極焊接，但由于焊接設備和外周設備復雜，有焊接設備投資費用上升的問題。
發明內容
本發明的目的是為了解決上述現有管狀焊絲的諸多問題，提供所有焊接姿勢焊接性優良，尤其是方便向上立焊和通過單電極可進行高速橫向角焊，同時焊蠶形狀良好的氣體保護電弧焊接用管狀焊絲。
本發明是這樣實現的，是通過由焊劑量占焊絲總重量的10～20％，被焊劑填充的鞘占焊絲總重量的80～90％這種構成，在上述焊劑中含有其它成份鐵質和脫氧劑及電弧穩定劑，其它成份占焊絲總重量的5～15％后，將含有其它成份的焊劑填充于軟鋼制鞘內的管狀焊絲實現的。
本發明的管狀焊絲的技術特征是，其構造是在軟鋼制鞘中空填充一定范圍組成的焊劑，構成填充焊劑的成份，以焊絲總重量為基準，由以下組份及重量百分比組成；TiO2換算值Ti及Ti氧化物3.0～8.0％、SiO2換算值Si及Si氧化物0.5～2.0％、Mn換算值金屬Mn及合金1.5～3.5％、C0.02～0.10％、MgO換算值Mg及Mg氧化物0.5～1.5％、Na2O和K2O化合物之和0.2％以下、ZrO2換算值Zr及Zr氧化物0.1～0.5％、Al2O3換算值Al及Al氧化物0.2～0.8％；另外，在上述組成范圍內構成焊劑的各種組份必須滿足如下數學式1和2； 0.1≤(2K2O+Na2O)/SiO2≤0.3[數學式2]1.6≤(FeO+MnO+MgO)/(SiO2+Al2O3+0.4TiO2)≤2.1構成上述焊劑的各種組份的含量對焊接性的影響如下；Ti是以金屬Ti及氧化物的形態添加，如果以金屬粉末或鐵合金的形態添加，由于強力脫氧作用生成TiO2，這時生成的TiO2作為焊渣形成劑，起到了改善焊蠶覆蓋性的作用。另外，因為以氧化物形態添加的Ti作為焊渣形成劑與改善焊蠶覆蓋性一起實現調節焊蠶形狀的機能，所以TiO2換算含量不足3.0％時，焊渣形成量不足，在平焊及橫向角焊高速焊接時不僅焊渣覆蓋性惡化、焊蠶形狀不良，而且向上立焊時發生焊蠶流淌現象；如果其含量超過8.0％，橫向角焊姿勢焊接時焊蠶焊熔性下降。單獨或以化合物形態添加的Si與金屬鞘內含有的Si一起促進熔敷金屬脫氧，同時不僅起到作為焊渣形成劑的作用，而且是給焊渣以恰當的流動性成份，當其含量換算成SiO2不足0.5％時，不僅焊渣的流動性下降，而且發生氣泡一樣的焊接部缺陷；如果超過2.0％，熔敷金屬的低溫沖擊特性惡化。
Mn是熔敷金屬的脫氧劑，抑制代表性焊接缺陷氣泡及渣坑的發生，是提高焊接部機械強度和韌性的成份，但其含量不足1.5％時，作為脫氧劑的機能惡化，焊接部的強度和韌性的提高效果也微乎其微；如果超過3.5％，由于熔敷金屬過分脫氧，造成焊蠶外觀不良。
在焊劑和金屬鞘內含有C，可提高焊縫金屬的強度，總含量不足0.02％時，其效果幾乎沒有；如果超過0.10％，焊接時發生的飛濺物和煙霧增加，焊接作業性下降。
Mg一般與Al、Ti一起作為強力脫氧劑使用，MgO是作為焊渣形成劑使用的成份，換算成MgO的總含量如果超過1.5％，焊渣對焊蠶的覆蓋性下降，焊蠶外觀不良；如果達不到0.5％，對焊縫金屬無脫氧作用，橫向角焊時焊蠶形狀不良。
Zr主要是以Fe-Zr或Zr砂添加的成份，焊接時生成的ZrO2尤其對提高橫向角焊時焊蠶的焊熔性有效果；ZrO2換算量不足0.1％時，其效果微乎其微；超過0.5％時，橫向角焊時焊蠶形狀不良。
Al是代表性的脫氧劑，有助于熔化金屬的脫氧，通過脫氧生成的Al2O3使焊渣的凝固點上升，因此在向上立焊作業時起到抑制焊蠶流淌、改善焊蠶形狀的作用；Al2O3換算量不足0.2％時，其效果極小；如果超過0.8％，橫向角焊時導致焊蠶形狀不良。
另外，如在上述說明那樣，SiO2是焊渣形成劑，通過調節焊渣覆蓋性和粘性調節焊蠶形狀；K2O和Na2O可起到使焊渣熔點降低、改善焊渣的流動性、提高電弧穩定性的作用；在上述數學式1值不足0.1時，電弧穩定性幾乎沒有提高；如果超過0.3，焊接時焊渣的熔點降低，向上立焊作業時不僅容易引起焊蠶流淌現象，而且使焊接時發生的煙霧增加。
本發明的氣體保護電弧焊接用管狀焊絲的優點是；不僅對焊劑組份，而且對各種組份的含量比例進行恰當的調節，因此即使焊接速度更快也可進行焊接，還可以防止橫向角焊或向上立焊姿勢時焊蠶發生流淌現象，焊接作業后修整作業最少化，有確保提高焊接作業效率和穩定性的效果。
具體實施例方式
使用有上述那樣組成范圍的焊劑和KSD 3512 SPCC規格的金屬鞘，制造直徑1.4mm的本發明氣體保護電弧焊接用管狀焊絲，與對照例焊絲進行焊接作業性和性能對照試驗，這時的焊接條件和實施例及對照例焊絲的化學組成如表1及表2所示；表1
表2
上述各焊接用管狀焊絲的數學式1和數學式2的值如表3所示。
表3
對在上述焊接條件下實施的以橫向角焊及向上立焊姿勢進行焊接作業的評價結果如表4和表5所示。
表4
表5類
本發明的管狀焊絲，如上述表4和表5所述的那樣，無論橫向角焊及向上立焊那一種姿勢都顯示出良好的結果，而對照例管狀焊絲則得不到理想的結果。
根據本發明成份組成范圍基準說明上述對照例管狀焊絲的焊接結果如下。
對照例8未能滿足SiO2含量及數學式1和數學式2，所以焊蠶形狀不良，尤其是向上立焊姿勢焊接時發生的熔化金屬流淌現象，對照例9時TiO2含量不足，不僅電弧不穩定，而且飛濺物發生量多，焊渣覆蓋性差。
對照例10時，MgO含量超過基準范圍，焊劑組成比是處在不穩定區域的關系，電弧不穩定化，飛濺物發生量多；對照例11是幾乎不含有Al2O3的狀態，焊渣凝固點不易調節，橫向角焊及立向上焊姿勢焊接時，焊蠶形狀形成不理想；對照例12至14，由于Mn和K2O+Na2O及ZrO2含量分別在基準范圍之外，在電弧穩定性下降、飛濺物發生量多、焊接煙霧發生量大等焊接作業性方面不理想。
權利要求
1.一種氣體保護電弧焊接用管狀焊絲，其特征是以焊絲總重量為基準，由以下組份及重量百分比組成；TiO2換算值Ti及Ti氧化物3.0～8.0％、SiO2換算值Si及Si氧化物0.5～2.0％、Mn換算值金屬Mn及合金1.5～3.5％、C0.02～0.10％、MgO換算值Mg及Mg氧化物0.5～1.5％、Na2O和K2O化合物之和0.2％以下、ZrO2換算值Zr及Zr氧化物0.1～0.5％、Al2O3換算值Al及Al氧化物0.2～0.8％，同時滿足以下數學式[數學式1]0.1≤(2K2O+Na2O)/SiO2≤0.3[數學式2]1.6≤(FeO+MnO+MgO)/(SiO2+Al2O3+0.4TiO2)≤2.1。
全文摘要
一種氣體保護電弧焊接用管狀焊絲,由Ti、Si、Mg、K、Na等金屬及氧化物組成、并滿足K
文檔編號B23K35/36GK1346727SQ01140679
公開日2002年5月1日 申請日期2001年9月18日 優先權日2000年9月23日
發明者金宗元, 樸哲圭 申請人:株式會社Kiswel