CN1990160A - 用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于自动或半自动气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝及其制造方法。本发明的经过烧结处理的药芯焊丝的表面由平坦的加工表面、凹凸表面及相对于加工表面为负方向且沿着表面圆周方向形成的凹陷组成了混合表面，其中平坦加工表面的氧化膜厚度在0.10～0.90μm范围内，圆弧实际弧长(dr)对圆弧表现长度(di)之比(dr/di)处于1.015～1.615的范围内。本发明使得位于焊丝表面的氧化膜具有良好的细密性，进而得到耐锈性良好的Fe3O4含量较高的氧化膜。使用本发明的高耐锈性药芯焊丝时，导电嘴与焊丝之间的接触稳定，送丝性良好，耐锈性优异的Fe3O4比率较高，即使长时间放置也不会生锈。

Description

用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于自动或半自动气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝及其制造方法，本发明的用于气体保护电弧焊的烧结(baked)药芯焊丝经过烧结(baking)处理，耐锈性(rust resistance)良好，即使长时间焊接也不会生锈，烧结层的粘接力强大，提高了送丝性。
背景技术
前述用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝的制造方法包括下列工序：把裁减后的带钢弯曲成U字形后充填焊剂，拉拔加工成一定尺寸后进行烧结处理，为了提高焊接时焊丝的送丝性而在烧结处理过的焊丝表面涂覆包含油、蜡、MoS2及石墨等物的表面处理剂。
为了在拉拔过程中顺利地拉拔而使用拉拔润滑剂，拉拔加工成一定尺寸后拉拔润滑剂还会残留在焊丝上。为了消除拉拔后残留在焊丝表面上的拉拔润滑剂里的有机物质而进行烧结处理。如果不清除有机物质而直接进行焊接，就会增加虫孔(warm hole)之类的焊接缺陷和扩散性氢的数量，进而对焊接后的熔附金属物性造成严重影响。
此时可以采取两种烧结处理方法，在氧化氛围进行烧结而生成氧化膜的方法以及在还原氛围进行烧结而不生成氧化膜的方法。
其中，把烧结氛围控制在还原氛围后进行烧结处理的传统技术可以日本的特开平04-081297号为例。前述方法由于需要人为地在烧结氛围添加氢或氮等元素，因此其生产成本相对较高。
把烧结氛围控制在氧化氛围后进行烧结处理的技术，首先使烧结炉内的氛围氧气与有机物质燃烧后生成氧气，然后使其与带钢外皮进行反应而生成氧化膜，因此前述氧化膜的生成结果会随着温度与氛围气体而不同。
也就是说，在属于高温氧化的570℃以上温度进行时可以生成FeO、Fe2O3、Fe3O4相，在属于低温氧化的570℃以下温度进行时可以生成Fe2O3、Fe3O4相。
药芯焊丝的烧结工序通常在一般有机物质分解温度300℃～570℃的范围内进行。如果烧结温度过高，充填在药芯焊丝内部的焊剂金属粉末被氧化而在焊接时无法熔附或发挥脱氧作用。
在氧化时生成的相中，Fe3O4的耐锈性优于Fe2O3，因此为了制造耐锈性良好的药芯焊丝就需要提高氧化膜的Fe3O4比率。但组成氧化膜的Fe2O3与Fe3O4是电阻非常高的绝缘体，因此氧化膜在焊接时阻止了铜制导电嘴(contact tip)到焊丝的通电，使得焊丝熔融不规则，电弧不稳定，增加飞溅量并造成送丝性的不稳现象。如果氧化膜不够细密，导电嘴内部会因为焊丝与导电嘴之间的摩擦而使微细氧化膜成分脱落，脱落的微细氧化膜成分将积累在导电嘴内部并造成导电嘴阻塞的现象。
因此为了制造送丝性与耐锈性良好的用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝，需要生成Fe3O4含量偏高、细密超薄的氧化膜。
关于前述氧化膜的传统技术可以举例英国专利第1460964号。
前述技术的实心焊丝制造方法针对没有充填焊剂的金属杆(Rod)进行拉拔工序后，对拉拔润滑剂进行湿式脱脂，然后为了防止生锈而进行涂覆工序，其特征为：以生成较薄的氧化膜替代了涂覆Cu、Zn及Ag的生产方式。
前述传统技术的特征为细密超薄氧化膜，这点与本发明人的意见相同。但实心焊丝与药芯焊丝在制造技术上具有根本性的差异，例如，实心焊丝针对金属杆进行拉拔加工，药芯焊丝则在带钢内部充填焊剂后进行拉拔加工，不仅在拉拔机制上差异较大，而且拉拔工序后清除拉拔润滑剂时也有所不同，实心焊丝可以采取湿式清除法，然而药芯焊丝采取湿式清除法清除拉拔润滑剂时，水分将浸入药芯焊丝的接缝(Joint)内部而使焊剂吸湿，在焊接时对熔附金属造成重大影响，因此不采取湿式处理而进行烧结处理。因此传统技术与本发明在产品、烧结工序及拉拔工序上具有非常大的不同。
关于烧结药芯焊丝的传统技术可以日本的特开所57-127597号为例，根据前述专利的说明，CO2含量达70％以上时，在250℃与550℃的温度烧结处理3小时就能得到送丝性与耐锈性良好的细密超薄氧化膜。
前述发明的细密超薄氧化膜具有良好的耐锈性与送丝性，但是除了烧结处理氛围、温度及时间以外，焊丝的表面粗糙度也会对氧化膜的特性造成较大的影响。也就是说，进行拉拔工序后，拉拔焊丝将包含通过拉拔模与带钢外皮之间的摩擦而生成的加工表面、及不具备由拉拔润滑剂生成的加工表面的凹凸表面。其中，凹凸表面的比表面积大于加工表面，可以接触氧化氛围气体的面积也比较大，氧化膜的成长速度也比加工表面快。因此加工表面与凹凸表面成为造成氧化膜不均匀的因子，对耐锈性与送丝性造成较大的影响。根据前述传统技术使用具有较多凹凸表面的焊丝而生成氧化膜后测试其送丝性与耐锈性时，发现没有生成细密超薄的氧化膜。
而且，如果把氧化膜的成长控制在一定厚度以下，那么就不需要CO2氛围达到70％以上，在一般的空气氛围下也能得到细密的氧化膜。总而言之，为了获得细密的氧化膜，氧化膜厚度能不能控制在一定数值以下、拉拔后的焊丝表面具有什么特性是最重要的两个关键。
发明内容
为了解决传统技术的前述缺点，本发明的目的是提供一种用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝，本发明将焊丝的表面粗糙度与氧化膜厚度限定在一定范围内，生成均匀细密的氧化膜，焊接时不会在导电嘴内部积累微细氧化膜，送丝性与耐锈性良好。
本发明提供一种用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝，本发明具有良好的送丝性与耐锈性，经过烧结(Baking)处理的药芯焊丝的表面由平坦的加工表面、凹凸表面及相对于加工表面为负方向(朝向焊丝中心)且沿着表面圆周方向形成的凹陷组成了混合表面，前述平坦加工表面的氧化膜厚度在0.10～0.90μm范围内，圆弧实际弧长(dr)对圆弧表现长度(di)之比(dr/di)处于1.015～1.615的范围内。
本发明的用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝的前述氧化膜由Fe2O3相与Fe3O4相组成。
本发明用于气体保护电弧焊且具有良好送丝性与耐锈性的烧结药芯焊丝的制造方法，对带钢外皮进行制管、充填焊剂、拉拔、烧结及表面处理剂涂覆工序制成，其特征为：前述带钢外皮的表面粗糙度以Ra值为准控制在0.20～1.43μm的范围内，前述制管工序的拉拔速度控制在20～150m/min的范围内，第二阶段拉拔速度则控制在100～1800m/min的范围内，在一般大气氛围下的300～570℃温度范围内进行前述烧结工序20分钟到12小时。
如前所述，进行烧结处理时把焊丝的表面粗糙度与氧化膜厚度控制在特定范围内，提高了耐锈性优异的Fe3O4相比率，焊丝各部位(加工表面、凹凸及凹陷表面)的偏差较小，生成的氧化膜较薄而细密，因此焊接时不会在导电嘴内部积累微细氧化膜。
本发明提供的用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝，其耐锈性及送丝性优于传统的用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝。
附图说明
图1是仅存在加工表面的焊丝表面的SEM显微照片，
图2是不存在加工表面的焊丝表面的SEM显微照片，
图3是存在加工表面和相对于加工表面为负方向(朝向焊丝中心)凹陷的表面表面的焊丝表面SEM显微照片，
图4是仅存在加工表面的焊丝表面上所形成的氧化膜SEM显微照片，
图5是不存在加工表面的焊丝表面上所形成的氧化膜SEM显微照片，
图6与图7是使用前述视频分析***测量圆弧实际弧长时的前后SEM显微照片，
图8是利用视频分析***计算圆弧表现长度(di)时所使用的弦长测量用图像的SEM显微照片，
图9是弦长(l)、焊丝半径(r)、圆内角(θ)及圆弧表现长度(di)之间关系的曲线图。
图10是在570℃以下的温度进行烧结处理后生成的氧化膜的XRD相分析图，
图11是各种烧结条件下的氧化膜光学显微镜照片，图11a的烧结条件为300℃下进行烧结处理1小时30分钟、图11b的烧结条件为500℃下进行烧结处理3小时、图11c的烧结条件为650℃下进行烧结处理1小时。
具体实施方式
药芯焊丝被拉拔后的焊丝表面是一种包含了只存在加工表面的平坦表面、不存在加工表面的不规则表面(凹凸)、相对于加工表面为负方向(朝向焊丝中心)并沿着圆周方向形成凹陷的混合型表面。
加工表面指的是，使用扫描电子显微镜放大1000倍在相对于焊丝长度成90°方向观察焊丝横截面图像时，拉拔时通过拉拔模的加工处理而在焊丝表面沿着圆周方向形成的平面部分。图1到图3分别显示了仅具有前述加工表面的平面部分、不规则表面及凹陷部的SEM显微照片。
如前所述，凹凸表面的比表面积高于加工表面，氧化膜的成长速度较块，图4与图5显示了仅有加工表面时的氧化膜与没有加工表面时的氧化膜，氧化膜厚度随着表面粗糙度而不同。
比表面积的增加会加快氧化膜的成长速度，加工表面与不规则表面的氧化膜厚度差异也会变大。不规则表面的比率越高，氧化膜的不均匀性也越高，膜的细密性越差，进而降低了送丝性与耐锈性。
由于不规则表面的氧化膜的厚度大于加工部位的厚度而降低了细密性，焊接时微细氧化膜成分将积累在导电嘴内部并造成导电嘴阻塞的现象。由于不规则表面不存在加工表面，无法在导电嘴与焊丝之间维持稳定的接触，焊接时将在送丝导管(feeding cable)内部引起较大的摩擦力而增加进给负荷，进而降低了送丝性。
经过本发明人针对表面形状与氧化膜的成长关系进行的研究结果，当圆弧实际弧长(dr)对圆弧表现长度(di)之比(dr/di)在1.015～1.615范围时，可以得到焊丝各部位之间偏差较小的氧化膜，其送丝性优异。
圆弧实际弧长指的是，在相对于焊丝长度方向成90°的横截面上利用扫描电子显微镜放大1000倍，然后使用视频分析***测出的相当于测量区的圆弧实际弧长(也就是说，焊丝表面上凹陷部位的周长和加工表面长度之合)；圆弧表现长度指的是，使用焊丝实际直径并通过理论计算出来的前述图像中相当于测量区的弧长。
圆弧实际弧长(dr)对圆弧表现长度(di)之比(dr/di)的求法如下。
首先使用视频分析***(Image Analyzing System/Image-Pro Plus 4.5，MediaCybernetics)在1000倍率下测量焊丝的圆弧实际弧长(dr)。此时，视频分析***算出来的圆弧实际弧长相当于焊丝表面上的凹凸与凹陷部位的周长加上加工表面的长度。
图6与图7是使用前述视频分析***测量圆弧实际弧长时的前后图像。
然后，为了计算圆弧表现长度(di)而使用视频分析***在1000倍率的情形下测量焊丝的弦长(l)。图8为其图像。
求得弦长(l)后，如图9所示，可以使用三角函数计算出焊丝半径(r)与弦长(l)所构成的内角(θ：弧度值)，求得前述内角值后，再通过焊丝的半径(r)x圆内角(θ)的乘法运算而求得圆弧表现长度(di)。因此只要测出焊丝的实际直径并得出半径(r)值后，即可算出圆弧表现长度(di)。为了使dr/di测量值具有客观性，我们测量了任意4个面后取其平均值。
如果计算出来的圆弧实际弧长(dr)对圆弧表现长度(di)之比(dr/di)低于1.015，将减少为了提高烧结处理后的送丝性而粘附在焊丝表面上的进给润滑剂的维持力，进而降低焊丝的送丝性；如果其值超过1.615时，焊丝进给时导电嘴与送丝导管之间的摩擦抵抗力将增加，对送丝性造成不良影响，焊丝表面氧化膜部位之间的特性偏差较大，进而使氧化膜的细密性、送丝性及耐锈性不良。
本发明人为了使表面粗糙度因素dr/di值维持在1.015～1.615的范围内进行了很多实验，实验结果显示需要满足下列条件。
在弯曲成U字形后充填焊剂之前，首先需要把带钢外皮的粗糙度控制在0.20～1.43μm(以Ra值为准)的范围内。
如果前述带钢外皮的粗糙度超过1.43μm，即使妥善控制了制管、制管拉拔及第二阶段拉拔等后续的工序，拉拔完毕后焊丝的表面依然太粗糙而使dr/di值超出本发明的限定范围；如果低于0.20μm，将降低制管拉拔时的拉拔润滑剂维持能力，进入制管拉拔与第二阶段拉拔工序后，拉拔模与带钢外皮之间的摩擦应力将大幅增加并造成焊丝折断并使dr/di值超出1.615。
而且需要妥善地调节制管拉拔工序及制管拉拔的第二阶段拉拔工序。
为了得到较好的dr/di值，制管后的制管拉拔速度应该维持在20到150m/min的范围内。如果超过150m/min，将在通过制管辊轮成形为U字或○字型的带钢时造成带钢表面粗糙度的不均匀现象，使得焊剂无法均匀地充填带钢内部的空隙，造成各部位的空隙偏差，前述的带钢表面粗糙度不均匀和各部位空隙偏差现象将在第二阶段拉拔工序中使拉拔模与带钢外皮之间的摩擦应力不均匀地传达给焊丝并造成凹凸表面。
即使妥善地控制了制管拉拔工序，充填焊剂使带钢内部空隙均匀分布，也无法避免残留一部分空隙偏差，前述偏差将在第二阶段拉拔工序中逐渐减少。然而，第二阶段拉拔速度越快，表面粗糙度受到的影响也跟着越大，因此我们需要控制第二阶段的拉拔速度。
前述第二阶段拉拔速度应该维持在100～1800m/min的范围内，超过1800m/min时，由于焊丝面积的减少而阻止了带钢内部的空隙差异变少的效果，使拉拔模与带钢外皮之间的摩擦应力不均匀地传达给焊丝并造成凹凸表面，对焊丝的表面粗糙度造成不利影响。
制管拉拔速度低于20m/min，而且第二阶段拉拔速度低于100m/min时，不仅dr/di值将低于1.015，而且减弱了烧结处理后进行表面处理工序时的润滑剂维持能力，进而降低了送丝性。
只存在加工表面的平坦表面的氧化膜厚度应该维持在0.10～0.90μm的范围内，其厚度低于0.10μm时，无法充分地清除拉拔润滑剂的有机物质，对焊接金属的物性造成不良影响，氧化膜无法均匀地分布在焊丝表面上，一部分表面上则没有形成氧化膜，进而降低了耐锈性；超过0.90μm时，体积的膨胀影响了氧化膜的细密性，造成送丝性与耐锈性不良。
<实施例>
下面参考附图详细地描述本发明优选的实施例。
实施例1
本实施例表明了带钢外皮的粗糙度、制管拉拔速度、第二阶段拉拔速度及表面粗糙度之间的相关关系，表1显示了其数值。
【表1】
NO.     带钢的粗糙度(μm)   制管拉拔速度(m/min)   第二阶段拉拔速度(m/min) dr/di
    1     0.85   60   600     1.204
    2     1.43   150   1800     1.615
    3     1.52   120   1500     1.689
    4     1.43   20   1800     1.454
    5     1.43   20   100     1.143
    6     1.31   180   1200     1.721
    7     1.43   150   100     1.274
    8     0.20   150   1800     1.454
    9     0.20     150     100     1.364
    10     0.14     80     1400     1.706
    11     0.20     80     1800     1.376
    12     1.07     120     2100     1.732
    13     0.20     20     100     1.015
    14     0.20     15     90     1.010
如上表所示，带钢的表面粗糙度在0.20μm～1.43μm范围内、制管拉拔速度在20m/min～150m/min范围内、或者第二阶段拉拔速度在100m/min～1800m/min范围内时(Nos.1，2，4，5，7，8，9，11，13)，dr/di值被限定在1.015～1.615的范围。带钢的表面粗糙度越大，制管拉拔速度越快，第二阶段拉拔速度越块，dr/di值就越接近1.615；带钢的表面粗糙度越低、制管拉拔速度越慢、或者第二阶段拉拔速度越慢，dr/di值就越接近1.015。
只要带钢的表面粗糙度、制管拉拔速度及第二阶段拉拔速度中的任一项不能符合本发明的限定范围，dr/di值就会超出本发明的限定范围。在上表中，带钢表面粗糙度不符合条件的No.3与10、制管拉拔速度不符合条件的No.6及第二阶段拉拔速度不符合条件的No.12与14很好地说明了这个论点。
实施例2
本实施例表明了各种烧结工序条件下的氧化膜形状与特性。
本发明人使用前述表面粗糙度因素dr/di值为1.015～1.615的焊丝(Nos.1，2，4，5，7，8，9，11，13)在570℃以下的大气氛围调整温度与时间并进行了烧结处理，然后使用XRD进行了氧化膜的相分析，其结果如图10所示。
相分析的XRD使用了Philips公司的X′Pert型号，测量条件采取了OmegaScan方式，Omega角度为1°。测量电压及电流为40kv与30mA，测量角度2θ在20～80°范围内，Step Size为0.02°，Time per Step为0.4°/s。
如图10所示的XRD测量结果，氧化膜是由Fe2O3与Fe3O4组成的。这个结果与传统技术的相关说明中提到的低温氧化所生成的相是一致的。
实验还测出了Fe相，这是因为氧化膜太薄而连带检测出带钢外皮中没有氧化的相的信号。
为了了解烧结工序条件的影响，在大气氛围下以调节烧结温度与烧结时间的方式生成氧化膜后使用光学显微镜进行观察，图11a的烧结条件为300℃下进行烧结处理1小时30分钟、图11b的烧结条件为500℃下进行烧结处理3小时、图11c的烧结条件为650℃下进行烧结处理1小时的氧化膜。
图11(a)的表面呈绿色，表示Fe3O4相的比率较高，图11(b)的表面呈红色，表示Fe2O3相的比率较高，图11(c)虽然成功地把表面粗糙度因素dr/di控制处于1.015～1.615的范围内，但是氧化膜不细密而***。
对于前述现象，我们可以如下说明。
由于焊丝表面是固体而氧气供应源是气体，最先形成氧化膜的层中Fe比率远超过氧，因此会出现Fe3O4的含量较高的相。这以后的氧化膜成长时氧气通过最先形成的氧化膜扩散并与Fe进行反应后成长。此时氧与Fe反应后生成Fe2O3或Fe3O4相，Fe2O3与Fe3O4都会如下列表2所示的出现体积膨胀。
【表2】
  分类     Fe     Fe3O4     Fe2O3
  理论密度(g/cm3)     7.87     5.16     5.20
  1摩尔质量(g)     55.85     231.55     159.70
  反应后针对1摩尔Fe的重量变化(g) 55.85 77.18 79.85
  反应后针对1摩尔Fe的体积变化(cm3) 7.097 14.957 15.356
  体积膨胀率(％)     100     211     216
前述的体积膨胀将在氧化膜与带钢外皮之间引起应力，前述应力会降低氧化膜的粘附能力，进而影响耐锈性与送丝性。氧化膜越厚，应力越大。
由此得知，图11(b)与图11(c)由于氧化膜过度成长而提高了Fe2O3的比率，降低了氧化膜的粘附能力，进而降低了耐锈性与送丝性。
实施例3
本实施例表明了为了提高用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝的耐锈性与送丝性而需要的氧化膜厚度。
本发明的氧化膜测量方法如下。
1.以相对于长度方向成90°的方向切断焊丝。
2.使用树脂支持切断后的焊丝并使其沿着垂直方向竖立。
3.从200号～1500号沙布依次对被支持试片进行抛光加工。
4.在研磨布上撒布钻石玻璃(diamond paste)并按照6μm、3μm及1μm的顺序进行抛光。
5.利用超声波把抛光完毕的焊丝清洗10分钟左右。
6.在100℃以下的烘烤炉充分烘干已清洗完毕的试片。
7.使用扫描电子显微镜的后方散射电子观察干燥焊丝的氧化膜厚度。
8.测量4次任一加工表面的厚度后取其平均值。
为了测量氧化膜厚度，在大气氛围下依次改变了温度与时间。实验可以使用气体炉与电炉，本实施例使用了电炉。
下列表3显示了各种温度与时间下的加工表面氧化膜厚度与加工表面氧化膜的均匀度。
【表3】
No. 烧结温度(℃)   烧结时间(时间:分钟)  氧化膜厚度(μm) 氧化膜的均匀度
  1 200   10:00  0.08 ×
  2 300   12:00  0.90 ○
    3     300     5:00     0.49     ○
    4     300     1:30     0.10     ○
    5     400     8:00     0.89     ○
    6     400     3:00     0.34     ○
    7     400     0:50     0.10     ○
    8     500     3:00     0.93     ○
    9     500     1:00     0.30     ○
    10     500     0:30     0.11     ○
    11     570     1:30     1.08     ○
    12     570     0:20     0.10     ○
    13     650     1:00     1.46     ×
    14     650     0:30     0.76     ×
    15     650     0:10     0.09     ×
(上表中对氧化膜均匀度的判断方法如下：测量任意4个面的加工表面氧化膜厚度后，标准偏差低于20％时判断为○，超过20％则判断为×。)
如表3所示，烧结温度为300℃以上～570℃的Nos.2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12的润滑剂可以充分分解，增加烧结处理时间会使氧化膜厚度跟着增加，氧化膜的均匀度也会优化。
但是，在200℃温度下进行烧结处理的No.1的加工表面氧化膜厚度非常薄，均匀度也不好。这是因为在200℃温度下进行烧结处理时，烧结温度没有达到润滑剂的有机物质分解温度，有机物质没有被分解，没有分解的润滑剂遮蔽了焊丝表面与氧气之间的接触，阻止了氧化膜的生成与成长。焊丝表面中没有润滑剂的部位由于接触氧气而形成了氧化膜并成长。这样一来，造成了具有氧化膜的部位与没有氧化膜的部位共存的现象，不仅降低了耐锈性，在表面均匀的加工表面也出现了氧化膜不均匀的现象。
Nos.13～15的烧结温度达到了650℃，其氧化膜的生成与成长速度非常快。针对焊丝表面上具有润滑剂的部位与没有润滑剂的部位进行比较时，焊丝表面的润滑剂可以吸收潜热而分解，然后生成氧化膜并成长，没有润滑剂的焊丝表面由于温度较高而使氧化膜快速生成并成长。焊丝表面的润滑剂残留与否对氧化膜的生成与成长造成了时间上的差异，即使前述时间差异很小，也由于温度高而加快了氧化反应速度，因此即使在表面均匀的加工表面上也不能获得均匀度良好的氧化膜。前述偏差在比较加工表面、凹凸及凹陷表面的氧化膜厚度时更加明显，即使表面粗糙度因素值dr/di符合了本发明的限定范围1.015～1.615，其送丝性与耐锈性也不好。
另外，No.15的烧结温度与时间控制不良，使得氧化膜的均匀度与厚度都不理想。总而言之，为了使加工表面的氧化膜厚度符合0.10～0.90μm的条件并形成均匀的氧化膜，应该在300℃～570℃的温度下进行20分钟～12小时的烧结处理。
如前所述，适当地调节焊丝表面粗糙度与氧化膜厚度，即可提高烧结药芯焊丝的送丝性与耐锈性。
实施例4
本实施例表明了烧结药芯焊丝的焊丝表面圆弧实际弧长(dr)对圆弧表现长度(di)之比(dr/di)与加工表面部位的氧化膜厚度对于药芯焊丝的送丝性与耐锈性所起的影响。
本发明实施例的焊丝使用了烧结焊丝，其规格为AWS规格的E71T-1、JIS规格的YFW-C50DR等级产品1.4Ф。此时焊丝表面粗糙度因素(dr/di)与加工表面的氧化膜厚度使用前述实施例1-3中的方法进行测量，然后测其送丝性与耐锈性。在测量耐锈性的盐水喷雾试验中，在试验条件下经过20分钟后观察生锈与否，生锈时标记其耐锈性为×，没有生锈时标记其耐锈性为○。焊丝使用1.4Ф的尺寸，盐水喷雾条件如表4。
【表4】
盐水喷雾条件
室内温度：35℃ 箱内温度：50℃
盐水浓度：NaCl 5％ 盐水喷雾压力：0.15Mpa
把5m长的新送丝导管绕着300mm的直径缠绕2次(环形线圈)后，按照下列表5的焊接条件进行了送丝性评估。
【表5】
评估送丝性时的焊接条件 焊接姿势
电流(A)：270 电压(V)：34 Bead on Plate
速度(cm/min)：35 焊接时间(sec)：-
气体：CO2 100％ 气体流量(l/min)：20
送丝性的评估基准如下：焊接持续时间不足80sec，因为进给不顺畅而无法焊接时，判断送丝性不良并标记为×，可以持续焊接100sec以上时，其送丝性标记为○，时间介于80～100sec之间时判断为一般送丝性并标记为△。
表6整理了本实施例的评估结果。
【表6】
分类 焊丝表面粗糙度因素(dr/di) 加工表面的氧化膜厚度(μm)   送丝性   耐锈性
对比例1 1.689 0.17   ×   ○
对比例2 1.376 0.08   ○   ×
对比例3 1.706 1.13   ×   ×
对比例4     1.721     0.09     ×     ×
对比例5     1.012     0.34     △     ○
对比例6     1.014     1.08     ×     ×
对比例7     1.010     0.06     ×     ×
对比例8     1.048     0.93     △     ×
对比例9     1.732     0.53     ×     ×
对比例10     1.204     1.46     ×     ×
实施例1     1.615     0.10     ○     ○
实施例2     1.582     0.76     ○     ○
实施例3     1.015     0.90     ○     ○
实施例4     1.454     0.90     ○     ○
实施例5     1.612     0.30     ○     ○
实施例6     1.364     0.16     ○     ○
实施例7     1.274     0.10     ○     ○
实施例8     1.265     0.49     ○     ○
实施例9     1.615     0.90     ○     ○
实施例10     1.143     0.89     ○     ○
实施例11     1.087     0.11     ○     ○
实施例12     1.015     0.10     ○     ○
实施例13     1.018     0.16     ○     ○
如表6所示，对比例1与对比例9的焊丝表面粗糙度因素(dr/di)值超出了本发明的限定范围，因此增加了焊丝进给时的导电嘴与送丝导管之间的摩擦抵抗力，进而降低了送丝性。
其中，对比例1的焊丝表面粗糙度因素(dr/di)值虽然超出了本发明的限定范围，但是耐锈性依然良好，这是因为加工表面的氧化膜厚度被控制在0.17μm，下面对前述现象进一步说明。
加工表面的氧化膜厚度较薄，表示允许氧化膜成长的条件较短，也表示加工表面与凹凸及凹陷部位的氧化膜厚度之间的差异较小。因此，虽然焊丝表面粗糙度造成了焊丝各部位(加工表面、凹凸及凹陷表面)氧化膜的厚度偏差，但是由于偏差小而没有影响到耐锈性。
与此相反的是，对比例9的焊丝表面粗糙，氧化膜厚度为0.53μm，由于氧化膜已经成长了一定程度，造成焊丝各部位的氧化膜厚度与特性差异，因此在耐锈性试验时出现了锈斑。
对比例2的加工表面氧化膜厚度太薄，焊丝表面上无法均匀地分布氧化膜，一部分表面上则没有形成氧化膜，因此在耐锈性试验时出现了锈斑。
对比例3的焊丝表面粗糙度因素(dr/di)值与加工表面氧化膜厚度都超出了本发明的上限值，因此焊丝表面氧化膜的各部位特性差异较大，氧化膜的细密性较差，导致送丝性与耐锈性不良。
对比例4的焊丝表面粗糙度因素(dr/di)值太高，进给时导电嘴与送丝导管之间的摩擦增加，进而影响了送丝性；由于加工表面的氧化膜厚度相对较薄，一部分表面上则没有形成氧化膜，因此在耐锈性试验时出现了锈斑。
对比例5～7的焊丝表面粗糙度因素(dr/di)值太低，减少了为了提高烧结处理后的送丝性而粘附在焊丝表面上的进给润滑剂的维持力，进而降低了焊丝送丝性。对比例6的加工表面氧化膜厚度太厚，氧化膜的细密性不足，Fe2O3的比率增加，造成耐锈性不良。对比例7由于加工表面的氧化膜厚度太薄，一部分表面上则没有形成氧化膜，因此在耐锈性试验时出现了锈斑。
对比例8与对比例10的焊丝表面粗糙度因素(dr/di)值虽然在本发明的限定范围内，但是加工表面的氧化膜厚度太厚，造成氧化膜的细密性不良，进而使送丝导管与导电嘴内部的氧化膜剥离并积累，造成焊丝送丝性不良，Fe2O3的比率提高，造成耐锈性不良。
实施例1到实施例13的焊丝表面粗糙度因素(dr/di)值维持在1.015～1.615的范围内，加工表面的氧化膜厚度维持在0.10～0.90μm的范围内，因此生成氧化膜时耐锈性优异的Fe3O4比率较高，焊丝各部位的氧化膜特性差异较小，可以生成细密的氧化膜，进而提高了耐锈性与送丝性。
发明效果
如前所述，进行烧结处理时把焊丝的表面粗糙度与氧化膜厚度控制在特定范围内，提高了耐锈性优异的Fe3O4相比率，焊丝各部位(加工表面、凹凸及凹陷表面)的偏差较小，生成的氧化膜较薄而细密，因此焊接时不会在导电嘴内部积累微细氧化膜。
本发明提供的用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝，其耐锈性及送丝性优于传统的用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝。

Claims (3)

1.一种用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝，其中经过烧结处理的药芯焊丝表面由平坦的加工表面、凹凸表面、及相对于加工表面为负方向即朝向焊丝中心的方向且沿着表面圆周方向形成的凹陷组成了混合表面，其特征为：
所述平坦的加工表面的氧化膜厚度在0.10～0.90μm范围内；圆弧实际弧长dr对圆弧表现长度di之比dr/di处于1.015～1.615的范围内。
2.根据权利要求1所述的用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝，其特征为：
所述氧化膜由Fe2O3和Fe3O4组成。
3.一种用于气体保护电弧焊的烧结药芯焊丝的制造方法，包括对带钢外皮进行制管、充填焊剂、拉拔、烧结及表面处理剂涂覆的工序，其特征为：
所述带钢外皮的表面粗糙度以Ra值为准控制在0.20～1.43μm的范围内，所述制管工序的拉拔速度控制在20～150m/min的范围内，第二阶段拉拔速度则控制在100～1800m/min的范围内，在一般大气氛围下的300～570℃温度范围内进行所述烧结工序20分钟到12小时。
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