專利名稱：用于二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲及使用此鋼絲的焊接法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的焊絲，尤其涉及這樣的用于二氧化碳氣體保護電弧焊的絲(以下稱為焊絲)，即它能夠在正極側(cè)(即正極)使用焊絲并實現(xiàn)最穩(wěn)定的熔滴過渡形態(tài)，由于飛濺少而獲得了出色的焊縫形狀。
背景技術(shù)：
以CO2氣體為保護氣體的氣體保護電弧焊因CO2氣體廉價且效率高而被廣泛用于鋼鐵材料的焊接。尤其是，隨著自動焊的迅速普及，該焊接法已被用于各種領(lǐng)域如造船、建筑、橋梁、汽車和土建機械。在造船、建筑和橋梁領(lǐng)域中，該焊接法大多被用于厚板的高強電流多層焊中，而在汽車和土建機械領(lǐng)域中，該焊接法主要用于薄板角焊。
將Ar氣和CO2氣的混合氣(混合比2-40體積％)用作保護氣體的焊接法(所謂的混合氣體保護電弧焊)可以使熔滴直徑小于焊絲直徑的精細噴射過渡成為可能。在眾多過渡方式中，熔滴噴射過渡最出色并且它被視為是飛濺發(fā)生少、焊縫形狀出色并適用于高速焊的方式。因此，混合氣體保護電弧焊已用于需要高質(zhì)量焊接的領(lǐng)域。
然而，由于Ar氣成本是CO2氣體的五倍，所以在實際焊接作業(yè)中，減少Ar氣用量且CO2氣體的混合比為50體積％以上的混合氣體大多被用作保護氣體。當使用CO2氣體的混合比為50體積％以上的保護氣體時，與使用含Ar-CO2(混合比2-40體積％)的保護氣體的焊接法(所謂的混合氣體保護電弧焊)相比，粗大了10-20倍的熔滴懸垂在焊絲前端上并通過電弧力邊搖晃邊過渡(所謂的熔滴過渡)。當發(fā)生這種熔滴過渡時，由于出現(xiàn)與基材(即鋼板)的短路以及由再起弧引起的大量飛濺，因此焊縫形狀不穩(wěn)定。尤其是在高速焊中，已經(jīng)存在著焊縫形狀易變得凹凸不平(所謂的焊道隆起)的問題。
關(guān)于這個問題，在日本專利申請公開號JP-A-6-218574中公開了一種通過添加K來抑制飛濺的方法。但在此技術(shù)中，當提高焊接速度和將保護氣體中的CO2氣增至50體積％以上時，未必實現(xiàn)飛濺量的減少和焊縫形狀被穩(wěn)定的效果。
在日本專利申請公開號JP-A-7-47473和JP-A-7-290241中，公開了一種脈沖二氧化碳氣體保護電弧焊接法，它通過在一個熔滴的過渡時間內(nèi)產(chǎn)生一個脈沖而減少了飛濺量。在以含Ar-CO2(5-25體積％)混合氣體為保護氣體的MAG焊接中，確立了一個熔滴使用一個脈沖的過渡焊接技術(shù)。在該技術(shù)中，借助Ar-CO2(5-25體積％)焊接的熔滴細微，并且通過向下的等離子強氣流，該熔滴在峰值期間內(nèi)的長大和在峰谷期間內(nèi)的熔滴過渡高效地進行。另外，形成一個熔滴所需的時間也短至1ms-2ms，并且即使一個熔滴在一個脈沖內(nèi)未過渡，只要該熔滴在下一脈沖內(nèi)過渡，就不會有大熔滴懸垂在焊絲前端上，所述脈沖發(fā)揮了減少飛濺的效果。然而，在日本專利申請公開號JP-A-7-47473和JP-A-7-290241中的、使用以CO2為主要成分的保護氣體(CO2氣體的混合比為50體積％以上)的二氧化碳氣體保護電弧焊中，熔滴較粗并且向下的等離子氣流較弱，熔滴在脈沖峰值期間的前半段中過渡。在二氧化碳氣體保護電弧焊中，熔滴從該峰值期間的中段到后半段長大并且通常在峰谷期間內(nèi)懸垂在焊絲前端上，并且熔滴在下一個峰值期間的前半段內(nèi)過渡到鋼板側(cè)。形成一個熔滴所用的時間長達10ms-20ms，因此，當一個熔滴在一個脈沖內(nèi)沒有過渡時，該熔滴在下個脈沖內(nèi)過渡，粗大熔滴在此期間內(nèi)懸垂在焊絲前端上，因此，因短路而大量出現(xiàn)粗大液滴的飛濺。在脈沖二氧化碳氣體保護電弧焊接法中，熔滴過渡間隔不穩(wěn)定并且很難與一個熔滴過渡時間匹配地穩(wěn)定產(chǎn)生一個脈沖。
雖然，本發(fā)明人在本發(fā)明之前研究出了美國申請序列號US10/107623(2002年3月27日申請)的且名為“MAG焊接用鋼絲及使用該鋼絲的MAG焊接法”的發(fā)明，但該方法以焊接部有縫的薄鋼板低強度電流(250A以下)焊接為對象，并且在借助二氧化碳氣體保護電弧焊的高強電流(大于250A)焊接中，無法得到充分的穩(wěn)弧效果。
雖然，日本專利申請公開號JP-A-63-281796揭示了借助稀土元素能穩(wěn)定二氧化碳氣體保護電弧焊中的電弧的效果，但沒有公開作為本發(fā)明最大特征的使焊絲為正極性的內(nèi)容。通常，人們認識到，在焊絲為正極性的焊接中，形成了與焊絲為反極性的二氧化碳氣體保護電弧焊中的熔滴相比更粗大的熔滴，因而，因大量短路而產(chǎn)生了粗大的飛濺，焊縫形狀因熔滴過渡粗糙而不均勻，并且因為鋼板側(cè)的發(fā)熱少且且深熔淺，所以易出現(xiàn)由易搭接引起的焊接缺陷。因此，對焊接技術(shù)人員來說，想不到在正極側(cè)(即負極)使用焊絲，而通常想到的是使其為反極性(即焊絲在正極側(cè))。然而，在日本專利申請公開號JP-A-63-281796中，沒有公開極性方面的內(nèi)容。在這里的焊絲被視為反極性或正極性。在常用于二氧化碳氣體保護電弧焊接法中的反極性的場合中，人們知道了通過添加REM而因電弧的收縮和回彈而加劇了大顆粒的飛濺，REM的添加沒有穩(wěn)弧效果。在正極性的情況下，沒有公開關(guān)于如作為本申請?zhí)卣鞯?、穩(wěn)弧所需的添加元素如P和S以及抑制因正極性而引起的熔滴過渡的噴射化和穩(wěn)弧化效果的O的重要技術(shù)，因此，在二氧化碳氣體保護電弧焊中，不能獲得充分穩(wěn)弧的效果及出色的焊縫形狀。
如上所述，當使用CO2氣體與Ar氣的混合比超過40體積％的保護氣體時，與典型的混合氣體保護電弧焊(CO2氣體與Ar氣的混合比為40體積％)相比，粗大的熔滴懸垂在焊絲前端上且因該電弧力而晃動。結(jié)果，在高速焊接中，加劇了與基材(即鋼板)的不規(guī)則短路以及由再起弧引起的飛濺，并且焊縫形狀變得不穩(wěn)定。
當使用含有以CO2氣體為主要成分(CO2氣體的混合比超過40體積％)的保護氣體時，必須實現(xiàn)熔滴的噴射過渡，以解決此問題。
然而，當熔滴的噴射過渡可以用于典型的混合氣體保護電弧焊(CO2氣體與Ar氣的混合比為2-40體積％)時，在使用CO2氣體的混合比超過40體積％的保護氣體的焊接中，很難實現(xiàn)噴射過渡。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題而研究制定出本發(fā)明，它的目的是提出一種焊絲和使用該焊絲的焊接方法，其中，在CO2氣體為主要成分(在這里，CO2氣體的混合比超過60體積％時的效果更明顯)的保護氣體的二氧化碳氣體保護電弧焊中，可以實現(xiàn)熔滴的噴射過渡，并且即便在進行高速焊接，也不僅減少了飛濺量，而且獲得出色的焊縫形狀。
與在所謂的混合氣體保護電弧焊中使用的、混有Ar氣和CO2氣體的保護氣體(CO2氣體的混合比為2-40體積％)相比，本發(fā)明的二氧化碳氣體保護電弧焊是指一種借助以CO2氣體為主的(CO2氣體的混合比超過60體積％)的保護氣體的焊接法。本發(fā)明的二氧化碳氣體保護電弧焊是指主要使用CO2氣體的焊接法(所謂的二氧化碳氣體保護電弧焊)。
本發(fā)明人對在使用以CO2氣體為主要成分(CO2氣體的混合比為60體積％以上)的保護氣體的二氧化碳氣體保護電弧焊中的、減少飛濺和改善焊縫形狀進行了刻苦研究。結(jié)果，獲得了下述觀點。
1)通過進行以焊絲為負極的正極性焊接，盡管熔滴變粗大了，但可以實現(xiàn)穩(wěn)定的過渡。
2)通過在焊絲中加稀土元素(以下稱為“REM”)，防止了在低強度電壓區(qū)內(nèi)的斷弧，并且可以實現(xiàn)熔滴的穩(wěn)定過渡。
3)通過在焊絲中加REM，保證了深熔并可以使焊縫變光滑。
4)通過在焊絲中加REM并且規(guī)定P、S、O、Ca和K的含量，可以集中并穩(wěn)定該陰極的電弧發(fā)生點。
5)通過將強脫氧元素Ti、Zr和Al加至焊絲中，可以獲得更穩(wěn)定的焊接性。
基于這些觀點而制定了本發(fā)明。
即，本發(fā)明涉及一種用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，它含有0.003-0.20質(zhì)量％的C、0.05-2.5質(zhì)量％的Si、0.25-3.5質(zhì)量％的Mn、0.015-0.100質(zhì)量％的稀土元素、0.001-0.05質(zhì)量％的P、0.001-0.05質(zhì)量％的S以及余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
在上述的用于二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲中，鋼絲最好除上述成分外還含有0.0100質(zhì)量％或更少的O和0.0008質(zhì)量％或更少的Ca并且進一步含有0.02-0.50質(zhì)量％的Ti、0.02-0.50質(zhì)量％的Zr和0.02-3.00質(zhì)量％的Al中的一種或兩種以上元素。
另外，在本發(fā)明中，鋼絲的成分進一步含有3.0質(zhì)量％或更少的Cr、3.0質(zhì)量％或更少的Ni、1.5質(zhì)量％或更少的Mo、3.0質(zhì)量％或更少的Cu、0.015質(zhì)量％或更少的B、0.20質(zhì)量％或更少的Mg、0.5質(zhì)量％或更少的Nb、0.5質(zhì)量％或更少的V和0.020質(zhì)量％或更少的N。
另外，本發(fā)明涉及一種二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其中它使用一種用于二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲并通過Ar氣與CO2氣體的混合比達60體積％以上的混合氣或CO2氣體達到100體積％的混合氣體來保護電弧點并由此進行正極性焊接。
在這里，由鋼絲構(gòu)成的焊絲是指沒有內(nèi)裝助焊劑的并以構(gòu)成原料的鋼絲為主體的絲(所謂的實心焊絲)。另外，本發(fā)明也可以毫無問題地用在鋼絲表面有鍍層或涂有潤滑劑的實心焊絲中。
具體實施例方式
首先，描述限定構(gòu)成本發(fā)明焊絲原料的鋼絲的成分的原因。
C0.003-0.20質(zhì)量％C是一種保證焊接金屬的強度的重要元素并具有通過降低鋼水粘性而提高流動性的效果。為獲得此效果，需要0.003質(zhì)量％或更多的C。當C含量超過0.20質(zhì)量％時，不僅熔滴和鋼水池的狀況變得不穩(wěn)定，也降低了焊接金屬的剛性。因此，C含量被限定到0.20質(zhì)量％或更少。因此，C必須滿足0.003-0.20質(zhì)量％的范圍。C含量最好為0.01-0.10質(zhì)量％。
Si0.05-2.5質(zhì)量％Si具有脫氧作用并且焊接金屬脫氧所不可或缺的元素。當Si含量小于0.05質(zhì)量％時，焊接金屬的脫氧不充分，因此，在焊接金屬中產(chǎn)生氣眼。另外，為了抑制正極性焊接中的電弧傳播并為了增加熔滴過渡量，需要0.25質(zhì)量％或更多的Si。另一方面，如果超過2.5質(zhì)量％時，焊接金屬的剛性明顯降低。因此，Si必須滿足0.05-2.5質(zhì)量％的范圍。Si含量最好為0.25-2.5質(zhì)量％。
Mn0.25-3.5質(zhì)量％Mn如同Si一樣具有脫氧作用并且是焊接金屬脫氧所不可或缺的元素。當Mn含量小于0.25質(zhì)量％時，沒有熔融金屬脫氧不充分并且在焊接金屬中產(chǎn)生氣眼。最好是需要0.45質(zhì)量％或更多的Mn。另一方面，當Mn含量超過3.5質(zhì)量％時，焊接金屬的剛性明顯降低。因此，Mn必須滿足0.25-3.5質(zhì)量％的范圍。Mn含量最好進一步為0.45-3.5質(zhì)量％。
REM0.015-0.100質(zhì)量％稀土元素(即REM)是使在煉鋼和鑄造時的夾雜細微化并且改善韌性的有效元素。然而，在通常的反極性(即焊絲為正極)二氧化碳氣體保護電弧焊中，因為電弧集中而得不到減少飛濺的效果。不過，在正極性(即焊絲為負極)二氧化碳氣體保護電弧焊中，稀土元素是穩(wěn)定熔滴過渡所不可或缺的元素。當REM含量小于0.015％時，沒有效果。當添加量大于0.100％時，導致在焊絲制造過程中的開裂以及焊接金屬韌性的降低。因此，REM含量必須滿足0.015-0.100質(zhì)量％的范圍。REM含量最好為0.025-0.050質(zhì)量％。
稀土元素(即REM)是屬于元素周期表中的3族的元素的總稱。在本發(fā)明中，最好使用原子序號57-71的元素，尤其優(yōu)選Ce和La。當這些元素混合使用時，優(yōu)選含45-80％的Ce和10-45％的La的混合物。(REM原子序號57-71，主要成分45-80質(zhì)量％的Ce和10-45質(zhì)量％的La)P0.001-0.050質(zhì)量％或更少P是降低鋼的熔點并提高電阻率并由此改善熔融效率的元素。此外，P在正極性二氧化碳氣體保護電弧焊中使熔滴細微化并穩(wěn)定電弧。當P含量小于0.001質(zhì)量％時，不能獲得這種效果。當P含量超過0.050質(zhì)量％時，過分降低了正極性二氧化碳氣體保護電弧焊中的熔融金屬的粘性，從而電弧變得不穩(wěn)定，不僅大量出現(xiàn)小顆粒飛濺，而且增大了在焊接金屬中出現(xiàn)高溫開裂的危險性。因此，P被定為0.050質(zhì)量％或更少。P含量最好為大于或等于0.002質(zhì)量％且小于或等于0.030質(zhì)量％。
S0.001-0.050質(zhì)量％或更少S使熔融金屬的粘性降低并有助于懸垂于焊絲前端上的熔滴脫離且在正極性二氧化碳氣體保護電弧焊中穩(wěn)定電弧。另外，S具有在正極性電弧焊中傳播電弧并降低熔融金屬粘性且由此使焊縫變光滑的作用。當S含量小于0.001質(zhì)量％時，不能獲得這種效果。當S含量超過0.050質(zhì)量％時，不僅引起小顆粒飛濺，而且降低了熔融金屬的韌性。因此，S被定為0.050質(zhì)量％或更少。S含量最好為0.002以上-0.030質(zhì)量％以下。S含量進一步最好為質(zhì)量0.015-0.03質(zhì)量％。
O0.0100質(zhì)量％或更少O使得在正極性(焊絲為負極)二氧化碳氣體保護電弧焊中懸垂于焊絲前端上的熔滴中產(chǎn)生的電弧點變得不穩(wěn)定，并且增大了熔滴晃動并由此加劇了飛濺。另外，O起到了抑制借助REM正極性的熔滴過渡噴射化和穩(wěn)弧化的效果。
大于0.0100質(zhì)量％的O在正極性二氧化碳氣體保護電弧焊中使得電弧點不穩(wěn)定并且增加了使多余熔滴晃動的飛濺。因此，O含量必須滿足0.0100質(zhì)量％或更少。O含量最好控制在0.0030質(zhì)量％或更少。
Ca0.0008質(zhì)量％或更少Ca是在煉鋼和鑄造時混入鋼水的或或在拉絲時混鋼絲的雜質(zhì)。然而，在正極性二氧化碳氣體保護電弧焊中，Ca在高強度電流焊接中具有阻礙噴射過渡穩(wěn)定性的功能。當Ca含量超過0.0008質(zhì)量％時，Ca具有阻礙借助REM添加而產(chǎn)生的穩(wěn)定噴射過渡的作用。因此，Ca含量最好為0.0008質(zhì)量％或更少。
K0.0001-0.0150質(zhì)量％K是可以在正極性二氧化碳氣體保護電弧焊中傳播電弧并且即便在低強度電流焊接中允許熔滴噴射過渡的元素，它本身具有細化熔滴的功能。因此，必要時將K加到鋼絲中。然而，在添加了K時，如果K含量小于0.0001質(zhì)量％，則不能獲得這些效果。另一方面，當K含量超過0.0150質(zhì)量％時，電弧長度在進行焊接時加長，因而懸垂在焊絲前端上的熔滴變得不穩(wěn)定，由此引起大量飛濺。因此，如果添加了K，則K最好滿足0.0001-0.0150質(zhì)量％的范圍。K含量更好為0.0003-0.0030質(zhì)量％。由于K的沸點約為760℃，所以，如果在煉鋼時加入K，則明顯降低了產(chǎn)量。因此，在制造鋼絲的階段中將鉀鹽溶液涂到鋼絲表面上并進行退火，從而在鋼絲中可以穩(wěn)定地含有K。
此外，在本發(fā)明中，鋼絲成分除上述成分外還最好含有0.02-0.50質(zhì)量％的Ti、0.02-0.50質(zhì)量％的Zr和0.02-3.00質(zhì)量％的Al中的一種或兩種以上元素。原因如下Ti、Zr和Al都是起到強脫氧劑作用的并提高焊接金屬的強度的元素。此外，這些元素具有通過因熔融金屬脫氧而帶來的粘性提高來穩(wěn)定焊縫形狀(即抑制焊道隆起)的作用。因為這些元素有這種效果，所以它們對300A或更高的高強度電流焊接是有用的，根據(jù)需要來添加這些元素。當Ti含量小于0.02質(zhì)量％、Zr含量小于0.02質(zhì)量％或Al含量小于0.02質(zhì)量％時，不能獲得這些效果。另一方面，當Ti含量超過3.00質(zhì)量％、Zr含量超過3.00質(zhì)量％或Al含量超過3.00質(zhì)量％時，熔滴變得粗大并引起大量的大顆粒飛濺。因此，當添加Ti、Zr或Al時，最好滿足0.02-0.50質(zhì)量％的Ti、0.02-0.50質(zhì)量％的Zr或0.02-0.50質(zhì)量％的Al的范圍。
此外，即便根據(jù)需要地含有以下元素，也沒有減少本發(fā)明的優(yōu)勢3.0質(zhì)量％或更少的Cr、3.0質(zhì)量％或更少的Ni、1.5質(zhì)量％或更少的Mo、3.0質(zhì)量％或更少的Cu、0.15質(zhì)量％或更少的B、0.20質(zhì)量％或更少的Mg、0.5質(zhì)量％或更少的Nb、0.5質(zhì)量％或更少的V和0.020質(zhì)量％或更少的N。
Cr、Ni、Mo、Cu、B和Mg都是提高焊接金屬強度并改善抗風化性的元素。當這些元素的含量較低時，不能獲得這種效果。另一方面，含量過高會造成焊接金屬韌性的降低。因此，當含有Cr、Ni、Mo、Cu、B和Mg時，最好滿足0.02-3.0質(zhì)量％的Cr、0.05-3.0質(zhì)量％的Ni、0.05-1.5質(zhì)量％的Mo、0.05-3.0質(zhì)量％的Cu、0.0005-0.015質(zhì)量％的B或0.0 01-0.20質(zhì)量％的Mg的范圍。
Nb和V都是提高焊接金屬的強度和韌性并提高電弧穩(wěn)定性的元素。當這些元素的含量較低時，不能獲得這種效果。另一方面，含量過高會造成焊接金屬韌性的降低。因此，當含有Nb、V時，最好分別滿足0.005-0.5質(zhì)量％的Nb和0.005-0.5質(zhì)量％的V的范圍。
除上述鋼絲成分外的余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。例如，N就是一種典型的不可避免的雜質(zhì)，它是在煉鋼中和制造鋼絲時不可避免地混入的，最好將其含量減至0.020質(zhì)量％或更少。
接著，描述一種制造本發(fā)明所述焊絲的方法。
使用轉(zhuǎn)爐或電爐等來熔煉具有上述成分的鋼水。鋼水的制造方法不局限于特殊的技術(shù)，任何過去已知的技術(shù)都可以使用。然后，通過連鑄法或鑄錠法等將所獲得的鋼水制成鋼材(如方坯)。加熱該鋼材并接著經(jīng)過熱軋、干式冷軋(即拉絲)，從而制造出鋼絲。熱軋或冷軋的操作條件不局限于特定條件，只要是可以制造出有預期尺寸和形狀的鋼絲的條件即可。
然后，必要的話，鋼絲經(jīng)過退火、酸洗、鍍銅、拉拔和涂覆潤滑劑并且形成一個特定產(chǎn)品即焊絲。
在正極性二氧化碳氣體保護電弧焊中，與反極性相比，電弧因供電不良而易出現(xiàn)不穩(wěn)定。可是，通過在鋼絲表面鍍上厚0.6μm或更厚的銅，可以產(chǎn)生防止供電不良。此外，更優(yōu)選的情況是，如果鍍銅層厚度為0.8μm以上，則防止供電不良的效果更明顯。因此，通過增加鍍銅層厚度，也獲得了減小供電導電嘴的磨損的效果。
然而，當鋼絲的含銅量及其表面鍍層的含銅量總計超過3.0質(zhì)量％時，明顯降低了焊接金屬的韌性。因此，焊絲的Cu含量(即鋼絲和鍍層中的Cu總量)最好為3.0質(zhì)量％或更少。
此外，為了提高供電穩(wěn)定性并促進熔滴噴射過渡，焊絲的表面平坦度(即實際面積/理論面積)要小于1.01是很重要的。通過嚴格控制鋼成分在拉絲加工中的小方塊，焊絲的表面平坦度可以保持在小于1.01。
當鋼絲表面涂有潤滑油的焊絲或在鋼絲表面的鍍銅層上涂有潤滑油的焊絲時，能夠提高焊絲的供料性。潤滑劑的涂覆量在焊絲為10kg時最好滿足0.35g-1.7g的范圍。
這樣一來，在制造焊絲的過程中，各種雜質(zhì)附著于焊絲的表面上。尤其是當焊絲為10kg時，如果將固體雜質(zhì)的附著量控制在0.01g或更少，則進一步提高了供電穩(wěn)定性。
接著，在采用本發(fā)明所述焊絲的正極性二氧化碳氣體保護電弧焊接法中的優(yōu)選的焊接條件是，保護氣體是含100體積％的CO2氣體或40體積％或更少的Ar氣和60體積％以上的CO2氣的混合氣體，其它適當條件為，焊接電流為250A-450A，焊接電壓為27V-38V(隨電流增大而增大)，焊接速度為20cm/min-250cm/min，鋼絲伸出長度為15mm-30mm，焊絲直徑為0.8mm-1.6mm，焊接輸入熱為5kJ/cm-40kJ/cm。在厚10mm或更厚的厚鋼板的情況下，可以使用多層焊接。
盡管對焊接鋼材沒有特殊限制，但特別優(yōu)選由JIS G3106規(guī)定的硅錳系的焊接構(gòu)造用軋制鋼材(SM材料)和由JIS G3136規(guī)定的建筑構(gòu)造用鋼材(SN材料)。
實施例1通過連鑄制成方坯接受熱軋并且形成了直徑為5.5mm-7.0mm的棒材。然后，該棒材經(jīng)過冷軋(即拉絲)并且形成了直徑為2.0mm-2.8mm的鋼絲，然后，對于1kg的鋼絲，涂覆30-50g的2-30體積％的檸檬酸三鉀水溶液。
然后，鋼絲在露點-2℃以下并在氧濃度為200體積ppm以下且CO2濃度為0.1％以下的氮氣中進行退火。此時，通過控制鋼絲的直徑、檸檬酸鉀溶液的濃度、退火溫度和退火時間，可以控制因鋼絲內(nèi)部氧化引起的K含量和O含量。
在以這種方式實施退火之后，鋼絲經(jīng)過酸洗，然后，鋼絲表面在必要時接受鍍銅。接著實施冷拉絲(濕式拉絲)并且制造出粗0.8mm-1.6mm的焊絲。將潤滑油涂到焊絲表面(10kg的焊絲涂0.4g-0.8g)上。通過拉絲能確保調(diào)整出足夠高的進料性能。
在表1、2和3中示出了所得到焊絲的鋼絲成分。
使用這些焊絲來實施正極性二氧化碳氣體保護電弧焊，并且檢驗熔滴的過渡形態(tài)和焊縫形狀。結(jié)果示于表4中。
按照以下要領(lǐng)來評價熔滴過渡形態(tài)和焊縫形狀。
(A)熔滴的過渡形態(tài)在鋼絲伸出長度為20mm、焊接速度為40cm/min、電弧電壓為30V的條件下，用厚19mm、寬70mm、長500mm的鋼板(相當于JIS G3106；SM490B)實施堆焊。如此進行評價在焊接電流為230A的情況下確定有噴射過渡的為出色(◎)，在焊接電流為250A的情況下確定有噴射過渡的為良好(○)，在焊接電流為270A的情況下確定有噴射過渡的為一般(△)，而在焊接電流為300A的情況下確定有噴射過渡的為差(×)。
(B)焊縫形狀在鋼絲伸出長度為20mm、焊接速度為40cm/min、電弧電壓為30V且焊接電流為300A的情況下，用厚19mm、寬70mm、長500mm的鋼板(相當于JIS G3106；SM490B)實施堆焊。在完成焊接后，測量焊縫在縱向上的10厘米的凹凸情況。評價如下出現(xiàn)5次以上的0.5mm以上的凹凸的為差(×)，而其它情況為良好(○)。
在焊接試驗中使用的共同焊接條件示于表5中實例1列。
如表4所示，在發(fā)明例中，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的噴射過渡。尤其是，通過將鋼絲中的REM含量調(diào)整至0.015質(zhì)量％或更高、將O含量調(diào)整至0.0100質(zhì)量％或更少，可以實現(xiàn)在低強度電流下的噴射過渡。通過將K含量調(diào)整至0.0001質(zhì)量％或更高，使可以實現(xiàn)在更低電流下的噴射過渡。
通過將鋼絲中Ti、Zr和Al中的至少一種或幾種元素的含量分別調(diào)整至0.02質(zhì)量％或更高，可以獲得出色的焊縫形狀。另一方面，在鋼絲成分落于本發(fā)明范圍外的比較例中，即使在350A的焊接電流下，也無法確定噴射過渡。
實施例2用表1、2和3及實施例1所示的鋼絲實施正極性二氧化碳氣體保護電弧焊接試驗并且測量飛濺發(fā)生量。結(jié)果示于表4。在表5的實施例2欄中，示出了焊接試驗中所用的共同焊接條件。
(1)飛濺量的測量在鋼絲伸出長度為20mm、焊接速度為20cm/min、電弧電壓為30V且焊接電流為300A的情況下，用厚19mm、寬70mm、長300mm的鋼板SM490B(JIS G3106)實施二氧化碳氣體保護平板堆焊并且測量飛濺發(fā)生量。評價如下飛濺發(fā)生量為0.3g/min或更少的為良好(○)，飛濺發(fā)生量超過0.3g/min且小于或等于0.6g/min的為一般(△)，飛濺量大于0.6g/min的為差(×)。結(jié)果一起示于表3中。
工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)在二氧化碳氣體保護電弧焊中被視為不可能的熔滴噴射過渡和非常少量的飛濺，從而可以實現(xiàn)穩(wěn)定的厚鋼板對接焊。
表1
表2
表3
表4
表5
權(quán)利要求
1.一種用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，它含有0.003-0.20質(zhì)量％的C、0.05-2.5質(zhì)量％的Si、0.25-3.5質(zhì)量％的Mn、0.015-0.100質(zhì)量％的稀土元素、0.001-0.05質(zhì)量％的P、0.001-0.05質(zhì)量％的S以及余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，該鋼絲還含有0.0100質(zhì)量％或更少的O。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，該鋼絲還含有0.0008質(zhì)量％或更少的Ca。
4.如權(quán)利要求1或2所述的用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，該鋼絲還含有0.02-0.50質(zhì)量％的Ti、0.02-0.50質(zhì)量％的Zr和0.02-3.00質(zhì)量％的Al中的一種或兩種以上的元素。
5.如權(quán)利要求1或2所述的用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，該鋼絲還含有0.0001-0.0150質(zhì)量％的K。
6.如權(quán)利要求1或2所述的用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，該鋼絲還含有3.0質(zhì)量％或更少的Cr、3.0質(zhì)量％或更少的Ni、1.5質(zhì)量％或更少的Mo、3.0質(zhì)量％或更少的Cu、0.015質(zhì)量％或更少的B、0.20質(zhì)量％或更少的Mg、0.5質(zhì)量％或更少的Nb、0.5質(zhì)量％或更少的V和0.020質(zhì)量％或更少的N。
7.如權(quán)利要求3所述的用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，該鋼絲還含有0.02-0.50質(zhì)量％的Ti、0.02-0.50質(zhì)量％的Zr和0.02-3.00質(zhì)量％的Al中的一種或兩種以上元素。
8.如權(quán)利要求3所述的用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，該鋼絲還含有0.0001-0.0150質(zhì)量％的K。
9.如權(quán)利要求4所述的用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，該鋼絲進一步含有0.0001-0.0150質(zhì)量％的K。
10.如權(quán)利要求3所述的用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，該鋼絲還含有3.0質(zhì)量％或更少的Cr、3.0質(zhì)量％或更少的Ni、1.5質(zhì)量％或更少的Mo、3.0質(zhì)量％或更少的Cu、0.015質(zhì)量％或更少的B、0.20質(zhì)量％或更少的Mg、0.5質(zhì)量％或更少的Nb、0.5質(zhì)量％或更少的V和0.020質(zhì)量％或更少的N。
11.如權(quán)利要求4所述的用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，該鋼絲還含有3.0質(zhì)量％或更少的Cr、3.0質(zhì)量％或更少的Ni、1.5質(zhì)量％或更少的Mo、3.0質(zhì)量％或更少的Cu、0.015質(zhì)量％或更少的B、0.20質(zhì)量％或更少的Mg、0.5質(zhì)量％或更少的Nb、0.5質(zhì)量％或更少的V和0.020質(zhì)量％或更少的N。
12.如權(quán)利要求5所述的用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲，其特征在于，該鋼絲還含有3.0質(zhì)量％或更少的Cr、3.0質(zhì)量％或更少的Ni、1.5質(zhì)量％或更少的Mo、3.0質(zhì)量％或更少的Cu、0.015質(zhì)量％或更少的B、0.20質(zhì)量％或更少的Mg、0.5質(zhì)量％或更少的Nb、0.5質(zhì)量％或更少的V和0.020質(zhì)量％或更少的N。
13.一種二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其特征在于，用一種Ar氣與CO2氣的混合比為60體積％以上的混合氣或100體積％的CO2氣體保護一電弧點并利用一根二氧化碳氣體保護電弧焊的鋼絲來進行正極性焊接，該鋼絲含有0.003-0.20質(zhì)量％的C、0.05-2.5質(zhì)量％的Si、0.25-3.5質(zhì)量％的Mn、0.015-0.100質(zhì)量％的稀土元素、0.001-0.05質(zhì)量％的P、0.001-0.05質(zhì)量％的S以及余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
14.如權(quán)利要求13所述的二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其特征在于，該鋼絲的成分還含有0.0100質(zhì)量％或更少的O。
15.如權(quán)利要求13或14所述的二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其特征在于，該鋼絲的成分還含有0.0008質(zhì)量％或更少的Ca。
16.如權(quán)利要求13或14所述的二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其特征在于，該鋼絲的成分還含有0.02-0.50質(zhì)量％的Ti、0.02-0.50質(zhì)量％的Zr和0.02-3.00質(zhì)量％的Al中的一種或兩種以上的元素。
17.如權(quán)利要求13或14所述的二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其特征在于，該鋼絲的成分還含有0.0001-0.0150質(zhì)量％的K。
18.如權(quán)利要求13或14所述的二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其特征在于，該鋼絲的成分還含有3.0質(zhì)量％或更少的Cr、3.0質(zhì)量％或更少的Ni、1.5質(zhì)量％或更少的Mo、3.0質(zhì)量％或更少的Cu、0.015質(zhì)量％或更少的B、0.20質(zhì)量％或更少的Mg、0.5質(zhì)量％或更少的Nb、0.5質(zhì)量％或更少的V和0.020質(zhì)量％或更少的N。
19.如權(quán)利要求15所述的二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其特征在于，該鋼絲的成分還含有0.02-0.50質(zhì)量％的Ti、0.02-0.50質(zhì)量％的Zr和0.02-3.00質(zhì)量％的Al中的一種或兩種以上。
20.如權(quán)利要求15所述的二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其特征在于，該鋼絲的成分還含有0.0001-0.0150質(zhì)量％的K。
21.如權(quán)利要求16所述的二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其特征在于，該鋼絲的成分還含有0.0001-0.0150質(zhì)量％的K。
22.如權(quán)利要求15所述的二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其特征在于，該鋼絲的成分還含有3.0質(zhì)量％或更少的Cr、3.0質(zhì)量％或更少的Ni、1.5質(zhì)量％或更少的Mo、3.0質(zhì)量％或更少的Cu、0.015質(zhì)量％或更少的B、0.20質(zhì)量％或更少的Mg、0.5質(zhì)量％或更少的Nb、0.5質(zhì)量％或更少的V和0.020質(zhì)量％或更少的N。
23.如權(quán)利要求16所述的二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其特征在于，該鋼絲的成分還含有3.0質(zhì)量％或更少的Cr、3.0質(zhì)量％或更少的Ni、1.5質(zhì)量％或更少的Mo、3.0質(zhì)量％或更少的Cu、0.015質(zhì)量％或更少的B、0.20質(zhì)量％或更少的Mg、0.5質(zhì)量％或更少的Nb、0.5質(zhì)量％或更少的V和0.020質(zhì)量％或更少的N。
24.如權(quán)利要求17所述的二氧化碳氣體保護電弧焊接法，其特征在于，該鋼絲的成分還含有3.0質(zhì)量％或更少的Cr、3.0質(zhì)量％或更少的Ni、1.5質(zhì)量％或更少的Mo、3.0質(zhì)量％或更少的Cu、0.015質(zhì)量％或更少的B、0.20質(zhì)量％或更少的Mg、0.5質(zhì)量％或更少的Nb、0.5質(zhì)量％或更少的V和0.020質(zhì)量％或更少的N。
全文摘要
在利用由二氧化碳作為主要成分所組成的保護氣體進行的二氧化碳氣體保護電弧焊中，提議了一種焊絲，它使熔滴的噴射過渡成為可能，并且除了甚至減少高速焊接的飛濺量以外，還提供了出色的焊縫形狀，并且提議了一種使用該焊絲的焊接法。作為特定的方法，使用了一種用于正極性二氧化碳氣體保護電弧焊的焊絲，它包含一鋼條，該鋼條含有0.003－0.20質(zhì)量％的C、0.05－2.5質(zhì)量％的Si、0.25－3.5質(zhì)量％的Mn、0.015－0.100質(zhì)量％的REM(稀土元素)、0.001－0.05質(zhì)量％的P、0.001－0.05質(zhì)量％的S，或進一步含有0.0100質(zhì)量％以下的O，或進一步含有0.02－0.50質(zhì)量％的Ti、0.02－0.50質(zhì)量％的Zr和0.02－3.00質(zhì)量％的Al中的一種或兩種以上元素，或進一步含有0.0001－0.0150質(zhì)量％的K，或進一步含有3.0質(zhì)量％以下的Cr、3.0質(zhì)量％或更少的Ni、1.5質(zhì)量％或更少的Mo、3.0質(zhì)量％或更少的Cu、0.015質(zhì)量％或更少的B、0.20質(zhì)量％或更少的Mg、0.5％或更少的Nb、0.5質(zhì)量％或更少的V和0.020質(zhì)量％或更少的N，并且余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號B23K9/16GK1533315SQ0380020
公開日2004年9月29日 申請日期2003年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月31日
發(fā)明者片岡時彥, 池田倫正, 安田功一, 坂下干雄, 時乘健次, 一, 次, 正, 雄 申請人:杰富意鋼鐵株式會社