CN1165404C - 减少焊坑及气孔性能优良的镀锌钢板焊接用粉芯焊丝 - Google Patents

减少焊坑及气孔性能优良的镀锌钢板焊接用粉芯焊丝 Download PDF

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Abstract

一种减少焊坑及气孔性能优良的镀锌钢板焊接用粉芯焊丝，在焊接厚镀锌层的钢板时不仅能使焊坑和气孔数量最少，而且能抑制飞溅的发生，因此能提高焊接性能，所以可以很好地使用于连续焊接工程和自动焊接等工程上，本发明的粉芯焊丝由占全部重量的10～20%的焊剂和占全部重量的80～90%的外皮构成，把铁成分和脱氟剂及电弧稳定剂等其它成分为剩余成分的焊剂填充至软钢外皮里组成。上述的焊剂中各成分的含量是相对于焊丝的全部重量。

Description

减少焊坑及气孔性能优良的镀锌钢板焊接用粉芯焊丝
技术领域
本发明涉及焊接镀锌钢板用粉芯焊丝技术领域，特别是一种为减少焊接镀锌钢板时容易形成的焊坑和气孔，把适当含有钛氧化物、硅氧化物、碱性氟化物等成分的焊剂填充到软钢制外皮(保护皮)中，其含量为焊丝全部重量10％--20％的减少焊坑及气孔性能优良的镀锌钢板焊接用粉芯焊丝。
背景技术
一般最广泛使用于金属焊接的方法是，在焊接件(电极或熔解件)和被焊接件(母材)之间相加低压高电流电源发生电弧来熔化上述两种材料，由此结合两个母材的电弧焊法，电弧焊法大概分大类形：其中之一是电极熔解式焊接方法。如图1所示，此时焊条11作为电极，靠母材和电极之间产生的电弧12热，熔化作为电极的焊条和母材，以此来完成焊接金属13，即在焊接部位形成焊缝，有埋弧焊、涂药焊、二氧化碳气体保护焊等焊接方法；另外一种是电极非熔解式焊接方法。如图2所示，在此方法中电极21只起产生电弧22的作用，为达到焊接的目的，另外加入熔接件23到电弧发生区域中使其熔化并进行焊接，有钨极惰性气体保护焊和原子氢焊接等焊接方法。
在上述的电弧焊方法中，除了涂药焊之外，在焊接中为防止焊过程中被熔化的金属液的氧化，往熔池附近输送惰性气体、二氧化碳等保护气体，把熔解的金属和周围的空气隔断，因此也叫气体保护焊。
气体保护焊是一种高效率的焊接方法，在汽车、造船、建筑等领域广泛使用，但它存在如下问题：钢材的价格性能比非常好。但耐蚀性差，为提高耐蚀性在钢材表面电镀锌或锌合金。但是，在焊接时钢材表面的镀层会引起焊接缺陷。即，钢材表面的镀锌层的熔点、沸点低，因此电弧焊性能非常差，其原因如下：在电弧焊时产生的热量，使焊池及热影响区表面的镀锌层的温度达到沸点以上，此时锌被蒸发并浸入到焊池中被熔解的金属当中。因此，浸入到焊池中的被熔解金属中的锌气体，在金属凝固后残留在焊缝中形成内部残留有气体的缺陷即气孔。上述的残留气体在金属凝固过程中从焊缝表面中冒出时在焊缝表面形成焊坑。
如上所述，在焊接中因锌气体所引起的气孔和焊坑，使焊接性能恶化、降低焊接强度，并容易引导起断裂，因此必须防止产生气孔和焊坑等缺陷。
以前镀锌钢板厚度在20um以下的汽车焊接或轻型钢筋用镀锌钢材的焊接中，把以前的粉芯焊丝使用在镀层厚度在50um--500um范围的钢材或镀层中有沟的钢管或船舶的空调配管等镀锌钢管的焊接中时，会产生大量的气孔和焊坑，并产生严重的飞溅，飞溅的金属会堵塞保护气体供应装置的喷嘴，因此降低气体保护效率，给连续焊接造成困难。
为得到良好的焊接性能，采用焊接前先磨掉焊接区的镀层，在对焊接时加大焊缝根部的间距使蒸发的锌气容易扩散等方法或采用二次焊接，第一次焊接时增加预热效果使镀层中的锌预先气化，然后再进行第二次焊接的方法，上述方法的焊接作业性能等非常差。
发明内容
本发明的目的是提供一种在焊接镀锌钢材时能尽量减少焊坑、气孔的产生，能顺利进行连续的焊接作业，能适当控制飞溅的减少焊坑及气孔性能优良的镀锌钢板焊接用粉芯焊丝。
本发明的目的是这样实现的：粉芯焊丝中填充的焊剂的含量占全部重量的10-20％，外皮的含量占全部重量的80-90％。在上述焊剂中铁成分、脱氧剂及电弧稳定剂等其它成分的含量占全部焊丝重量的5-15％。把上述构成的焊剂填充在软钢外皮中的方法制作焊接镀锌钢板用的粉芯焊丝，如图4所示，在软钢外皮41的内部填充焊剂42来构成，组成焊剂的成分比例是相对于焊丝全部重量，熔渣生成剂：2-15％，硅氧化物：1.0-10％，在金属钛或金属镁、及其合金混合物中的三种金属中，含金属钛的两种以上的金属组合成分：0.4-3％，钠氟化物和钾氟化物中的任一种氟化物：0.1-1％，其余成分为铁质、脱氧剂、电弧稳定剂。
上述组成焊剂的各成分的含量，对焊接性能的影响如下：
以二氧化钛为主要成分的熔渣生成剂，当其含量少于2％时，焊接时形成的电弧不稳定、焊缝形状不均匀、并增加飞溅和堵塞保护气体供应装置的喷嘴的现象；当含量超过15％时，在焊缝中大量产生焊坑和气孔等缺陷。
硅氧化物的功能中也具有上述熔渣生成剂的功能，当其含量少于1％时，焊接部位的玻璃状熔渣不容易脱落，并且焊缝容易***；其含量超过10％时，电弧不稳定、飞溅增加。
在金属钛或金属镁、及其合金混合物中的三种金属中，含金属钛的两种以上的金属组合成分组成的添加物，当其含量少于0.4％时，电弧不稳定、焊缝中的气孔和焊坑数量增加；当其含量超过3％时，飞溅现象严重且不容易形成均匀的焊缝。
钠氟化物或钾氟化物之中的一种氟化物，当其含量少于0.1％时，电弧不稳定；超过1％时，飞溅增加。
本发明镀锌钢板焊接用粉芯焊丝，在焊接镀锌层较厚的钢板时，不仅能量小程度地减少焊坑和气孔，也能抑制飞溅的发生，因此能提高焊接性能，能更好地应用于连续焊接工程和自动化焊接工程上。
以下结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是电极熔解式电弧焊过程的示意图。
图2是电极非熔解式电弧焊过程的示意图。
图3a是使用本发明进行焊接作业的斜视图。
图3b是图3a的侧视图。
图3c是图3a的侧端面图。
图4是焊接用粉芯焊丝的端面图。
(图的主要部分符号的说明)
11：焊条(电极)  12：焊接电极    23：熔解件
34：焊枪        38、39：焊缝    41：外皮
具体实施方式
为调查使用本发明的焊接性能，进行了如图3a至图3c所示的焊接方法。
如图3a-c所示，为了在平板形主母材31的上面垂直地焊接同一形状的副母材32，使供应焊丝33的焊枪34和主母材之间的水平倾斜角35为60-70度，和副母材之间的夹角36为45度，焊丝33和副母材32的下端之间的距离37为焊丝直径的1-1.5倍，并采用两次焊接的方法在第一次焊缝38的上面再形成第二次焊缝39。
此时，焊接用粉芯焊丝的直径为1.2mm、焊接电流为180-280安培、焊接电压为28-32付特、二氧化碳气体的每分钟供应量为20升、二氧化碳气体保护焊的焊接速度为每分钟30cm。
上述中的两个母材是厚度为19mm、宽为100mm、长为500mm的ss400(JISG3101)材质钢，在其两面电镀厚度为100～500um的锌。上述中的镀锌钢板焊接用粉芯焊丝的外皮是SPWB材质的冷轧钢带，其重量构成是外皮占80～90％，里面填充的焊剂占10～20％。
在上述实施例中使用的焊剂中的重要成分的含量和对应的减少气孔的性能和焊接作业性能如下表1。
表1
分类  焊剂的组成(相对于焊丝全部重量的％) 减少气孔的性能 作业性能 综合评价
 TiO2  金属Mg  金属Ti  Mn  SiO2  AL2O3  金属氟化物 A B
实施例 1  4.0  0.2  0.2  0.5  2.0  0.7  0.3 ◎ ○ ◎ ◎
2  4.0  0.2  0.2  1.0  2.0  0.7  0.3 ◎ ○ ◎ ○
3  6.0  0.2  0.2  1.0  1.0  0.5  0.3 ◎ ○ ○ ◎
4  6.0  0.3  0.1  1.0  1.0  0.5  0.3 ◎ ◎ ○ ○
5  5.0  0.1  0.3  1.5  1.0  0.5  0.4 ◎ ◎ ○ ◎
6  5.0  0.1  0.3  1.5  2.0  0.7  0.4 ○ ○ ○ ○
7  5.0  0.1  0.3  1.5  2.0  0.7  0.4 ○ ○ ○ ◎
8  5.2  0.3  0 2  1.5  2.0  0.7  0.5 ○ ○ ◎ ○
9  5.2  0.4  0.2  1.0  2.0  0.7  0.5 ○ ○ ◎ ○
  10   5.2   0.4   0.3   1.0   2.0   0.7   0.5   ○   ○   ○   ◎
  比较例   1   2.4   -   0.2   1.5   6.0   0.7   -   △   ×   ○   ×
  2   2.4   0.1   0.2   1.5   6.0   0.7   -   ×   ×   ○   ×
  3   3.0   0.4   -   1.0   6.0   0.5   -   ×   ×   ○   ×
  4   3.0   0.4   -   1.0   4.0   0.5   0.5   △   ×   ○   ×
  5   8.0   0.2   2.0   1.5   4.0   0.5   1.0   ○   ○   ×   ×
  6   8.0   1.5   2.0   1.5   4.0   0.7   1.0   △   ×   ×   ×
上述表中的减少气孔的性能A是根据焊缝中的焊坑数来评价的，B是根据焊缝中的气孔数来评价的，作业性能是根据飞溅的情况评价的。焊接长度为500mm时，焊坑及气孔数量非常多时用“◎”表示，1～2个时用“○”表示，3～5个时用“△”表示，6个以上时用“×”表示。
作业性能是以飞溅的发生情况为基准相对评价的，综合评价是减少气孔性能中的2个项目和作业性能评价等3个项目中有1个以上“×”时用“×”表示，其它情况是比照这种情况来相对评价的。从上表1的比较例1和2看出，金属钛和金属镁的含量不到0.4％，时，焊坑和气泡增加，从比较例3和4看出当其含量达到0.4％时，没有金属钛、只有金属镁成分的话，抑制焊坑和气孔较困难，因此必须含有金属钛成分。
金属氟化物对飞溅的影响是很明显的，从比较例1至3看出，其抑制气孔的性能差，因不含有金属氟化物，所以电弧不稳定，但相反地其作业性能比较稳定。
比较例5的抑制气孔的性能良好，但作业性能差。这是因为虽然所有各成分的含量都在标准范围之内，但金属氟化物的含量为标准范围的最高值，同时起熔渣生成剂作用的二氧化钛的含量也不少，所以会产生大量的熔渣并促进飞溅，其结果是作业性能变差。比较例6的抑制气孔的性能差，这是因为金属镁和金属钛的总含量超过标准范围所引起的。
下表2所示是把上述实施例和比较例中的焊接部位的机械性能检测值。
[表2]
分类  机械性能  冲击值(0℃)J
 抗拉强度(N/mm2  延伸率(％)
实施例  1  590  27  75
 2  570  28  75
 3  585  27  80
 4  585  28  70
 5  590  28  80
 6  570  29  65
 7  568  26.5  70
 8  570  27  68
 9  570  27.5  65
 10  590  27  75
比较例  1  580  24  55
 2  550  27  60
 3  540  26  55
 4  570  24  40
 5  590  27  40
 6  580  24  40
上述表中的抗拉及冲击试验是按照JISZ3111进行的。从上试验结果看出，实施例和比较例的试片的抗拉强度除比较例2和3之外几乎都接近，但比较例的延伸率和冲击值都明显减小。
即，焊接部位中的焊坑或气孔主要是对延伸率和冲击值的影响比较明显，这是因为在一般情况下，焊接部位因急冷而硬化时，对抗拉强度的侧面变化较小，但随着硬化增加脆性的同时焊坑和气孔对破坏起传导的作用，所以焊坑和气孔使焊接部位更加脆弱。

Claims (1)

1、一种减少焊坑及气孔性能优良的镀锌钢板焊接用粉芯焊丝，其特征是：在由焊剂和外皮构成的镀锌钢板焊接用粉芯焊丝中，前述的外皮的重量为全部焊丝重量的80-90％，焊剂的重量为10％-20％，这时，焊剂中的成分比例相对于焊丝全部重量，熔渣生成剂：2-15％，硅氧化物：1.0-10％，在金属钛或金属镁、以及其合金混合物中的三种金属中，含有金属钛成分的两种以上的金属组合成分：0.4-3％，钠氟化物和钾氟化物中的任一种氟化物：0.1-1％，其余成分为铁质、脱氧剂、电弧稳定剂。
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