專(zhuān)利名稱(chēng)：用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲的制造方法及其產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲(flux cored wire，F(xiàn)CW)的制造方法，更具體地，本發(fā)明涉及具有焊縫的用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲的制造方法，該藥芯焊絲不但可以手工焊接，也可以半自動(dòng)焊接以及機(jī)器人焊接。
背景技術(shù)：
一般地，不銹鋼的焊接技術(shù)包括直流反極性熔化極氣體保護(hù)焊(MIG)、交流鎢極氬弧焊(TIG)和藥芯焊絲焊接。
首先，MIG焊接是一種使用昂貴保護(hù)氣的焊接工藝，所述保護(hù)氣例如惰性氣體Ar或者惰性氣體Ar與2-5％O2或CO2的混合物。MIG的優(yōu)點(diǎn)包括產(chǎn)生的飛濺最小，以及用于產(chǎn)生穩(wěn)定電弧和美麗焊縫(bead)形狀的噴射轉(zhuǎn)移(作為一種主要的金屬轉(zhuǎn)移方式)。但是，在使用惰性氣體Ar或者惰性氣體Ar與2-5％O2或CO2的混合物作為焊接保護(hù)氣的情況下，與僅使用CO2作為保護(hù)氣的情況相比，焊縫穿透不徹底，穩(wěn)定焊接過(guò)程保持在低電流而不是高電流。MIG焊接的用途限制在中等尺寸或較小的不銹鋼。另外，作為目前世界上供應(yīng)短缺的原料，相當(dāng)高成本的惰性氣體Ar在鋼鐵中的應(yīng)用受到限制。實(shí)際上，使用諸如CO2氣體的活性氣體是常見(jiàn)的，特別是在小型和中等企業(yè)中。
另一方面，TIG焊接是一種通常使用的高質(zhì)量焊接工藝，不會(huì)使厚度為1毫米或小于1毫米的焊接鋼板燒穿或腐蝕。但是，在焊接至少20毫米厚的鋼板時(shí)焊接效率明顯下降。雖然是高質(zhì)量和精密焊接，但TIG焊接本身對(duì)最熟練的焊接工甚至也是一種挑戰(zhàn)。
同時(shí)，使用藥芯焊絲的藥芯焊絲焊接由于其全位置焊接能力以及高焊接效率而具有廣泛的應(yīng)用范圍。此外，藥芯焊絲焊接需要最少的或較低的操作技能，并且使用CO2氣體節(jié)約成本，還能得到美麗的焊縫。
最近，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，增加了對(duì)鋼板的各種要求，如強(qiáng)度高、重量輕和耐蝕性?xún)?yōu)異。今天，焊接不銹鋼的藥芯焊絲通常應(yīng)用于各種行業(yè)，例如化學(xué)廠、原子能發(fā)電廠、海水建筑物焊接等。隨著焊接不銹鋼的藥芯焊絲得到廣泛應(yīng)用，藥芯焊絲的需求量更大，并且需要滿足各種用戶需求。雖然不銹鋼藥芯焊絲焊接過(guò)去是手工完成的，但目前更多的企業(yè)傾向于半自動(dòng)焊接或自動(dòng)機(jī)器人焊接。
雖然半自動(dòng)或自動(dòng)機(jī)器人焊接具有多種優(yōu)點(diǎn)，例如改進(jìn)生產(chǎn)率和勞動(dòng)強(qiáng)度，但很多企業(yè)在日常管理中遇到困難。例如，與傳統(tǒng)手工焊接不同，半自動(dòng)或自動(dòng)機(jī)器人焊接系統(tǒng)的焊絲輸送單元具有相當(dāng)長(zhǎng)的導(dǎo)管(cable)(7-10米)。因此容易在導(dǎo)管中形成彎曲或彎折，在很多情況下這將導(dǎo)致焊接速度增大。不能否認(rèn)，焊接材料的送絲性是一個(gè)非常重要的因素。
一般地，將焊接一些低碳鋼和不銹鋼的材料烘烤，并在焊絲表面形成硬涂層膜，以改善送絲性。而且，通過(guò)使拉拔過(guò)程后殘留的潤(rùn)滑劑的量最小化，可以改進(jìn)焊接部分抵抗缺陷的能力。但是，與非烘烤(non-baked)焊絲相比，烘烤焊絲的傳導(dǎo)性有些低并且焊接效率也有所降低。特別是在長(zhǎng)時(shí)間焊接過(guò)程中，烘烤膜可以產(chǎn)生大量煙氣。
此外，在長(zhǎng)時(shí)間機(jī)器人焊接過(guò)程中，由于傳導(dǎo)性差，焊嘴處溫度升高，焊嘴容易磨損。而且，由于氧化膜和焊絲拉拔潤(rùn)滑劑堵塞導(dǎo)管，焊接過(guò)程中的電弧穩(wěn)定性變差，飛濺生成增多，這綜合在一起降低了整體的焊接效率。作為試圖解決烘烤焊絲產(chǎn)生的問(wèn)題(例如，焊接性能和制造工藝效率變差，制造成本高)，正在開(kāi)展很多對(duì)非烘烤焊絲的研究。但不幸的是，與烘烤焊絲相比，非烘烤焊絲的問(wèn)題在于，從表面去除潤(rùn)滑劑的作用不大，因此焊接過(guò)程中焊接部分抵抗缺陷的能力變差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供具有接縫的用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲的制造方法，該方法可以保證制造效率、低的制造成本和好的可焊性(這些是非烘烤焊絲的優(yōu)點(diǎn))以及改善對(duì)由潤(rùn)滑劑殘留引起的缺陷的抵抗能力，由此使藥芯焊絲具有優(yōu)異的送絲性和優(yōu)秀的缺陷抵抗能力。
為了達(dá)到上述目的和優(yōu)點(diǎn)，提供一種用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲的制造方法，所述藥芯焊絲的直徑為0.9-1.6毫米并具有接縫部分，該方法包括以下步驟將帶鋼(hoop)(不銹鋼304L或316L)成形為U形，并在帶鋼中填充焊劑混合物(flux mixture)，從而形成具有接縫部分的管；使用潤(rùn)滑劑對(duì)管狀焊絲進(jìn)行初次拉拔；進(jìn)行光亮退火(bright annealing)，消除初次拉拔的焊絲的加工硬化(work harding)；對(duì)焊絲進(jìn)行二次拉拔，直到光亮退火過(guò)程后的累積收縮率(reduction ratio)在38-60％的范圍內(nèi)；物理清除二次拉拔的焊絲表面殘留的潤(rùn)滑劑；以及用表面處理劑涂覆焊絲。
影響用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲的送絲性和缺陷抵抗能力的主要因素是帶鋼的表面粗糙度(Ra，微米)，帶鋼內(nèi)填充的焊劑的總水分含量(ppm)，初次和二次拉拔步驟所用的潤(rùn)滑劑類(lèi)型，二次拉拔步驟的累積收縮率(％)，以及拉拔方法(聚晶金剛石(polycrystalline diamond，PCD)模具或盒式輥模(cassette roller dies，CRD))。通過(guò)分類(lèi)和控制這些相應(yīng)的因素，可以集中管理最終產(chǎn)品的所有物理性能，即，實(shí)際拉伸強(qiáng)度(千克力/平方毫米，成品焊絲的橫截面中除去空隙空間的區(qū)域的拉伸強(qiáng)度)，焊絲的表面顯微硬度(Hv)，表面粗糙度(Ra)，以及焊絲表面的總水分含量(ppm)。


通過(guò)參考附圖描述本發(fā)明的一些實(shí)施方式，本發(fā)明的上述方面和特征將變得更加明顯。在附圖中圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式，具有接縫的、用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲的制造工藝的示意圖；圖2是表示帶鋼表面粗糙度(Ra)和成品焊絲產(chǎn)品(初次和二次拉拔過(guò)程使用PCD模具，二次拉拔的累積收縮率為50％)表面粗糙度(Ra)之間的關(guān)系曲線；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的成品焊絲產(chǎn)品的正視圖(frontelevatational view)；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的具有彎曲部分的用于評(píng)價(jià)成品焊絲產(chǎn)品送絲性的試驗(yàn)設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，給出制造工藝每個(gè)步驟的細(xì)節(jié)。
清洗步驟和帶鋼在該過(guò)程中，用清洗液清洗作為原材料的304L或316L不銹鋼帶(化學(xué)成分表示在表1中)，清除附著在表面上的加工油等油脂或污染物。這是因?yàn)闅埩粼趲т摫砻娴募庸び突蛭廴疚锟梢栽斐珊附舆^(guò)程中電弧不穩(wěn)定或者形成孔隙。帶鋼的表面粗糙度(Ra)設(shè)定在0.30到0.60微米的范圍內(nèi)。通過(guò)使帶鋼的表面粗糙度(Ra)處于恰當(dāng)范圍內(nèi)，控制成品焊絲產(chǎn)品的表面粗糙度(Ra)和控制焊絲表面的水分含量就變得容易。帶鋼的表面粗糙度(Ra)可以通過(guò)不同的軋制工藝控制。
如果帶鋼的表面粗糙度(Ra)小于0.30微米，則管成形步驟的拉拔性不均勻，將導(dǎo)致填充速率不均勻以及潤(rùn)滑劑在焊絲拉拔過(guò)程中不能均勻地保留。另一方面，如果帶鋼的表面粗糙度(Ra)大于0.60微米，則焊絲拉拔過(guò)程中殘留的潤(rùn)滑劑量增多，成品焊絲產(chǎn)品的表面粗糙度(Ra)增大，將降低焊絲的送絲性和缺陷抵抗能力。
表1

*其余成分包括Fe和其它雜質(zhì)。
下面將描述焊劑混合物。
將具有下面表2所示成分的焊劑裝入不銹鋼管中，焊劑混合物的總水分含量(吸附水和結(jié)晶水)占焊劑混合物重量的比例應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蛐∮?00ppm。這里，吸附水是指未化學(xué)結(jié)合但吸附到物質(zhì)表面的水分，當(dāng)加熱到100℃以上時(shí)容易蒸發(fā)。結(jié)晶水是指未化學(xué)結(jié)合但以H+和OH-方式(不是分子結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣)滲入空隙的水分，當(dāng)在950℃加熱1小時(shí)以上時(shí)蒸發(fā)到空氣中。
如果填充在管中的焊劑混合物的總水分含量超過(guò)500ppm，其對(duì)制造過(guò)程的影響增大，導(dǎo)致焊縫表面出現(xiàn)不希望的缺陷。
在下面的實(shí)施方式中將給出吸附水和結(jié)晶水的更多細(xì)節(jié)。使用重量降低方法測(cè)量水分含量，即，將50克焊劑混合物在950℃或高于950℃下加熱至少一小時(shí)，并計(jì)算蒸發(fā)到空氣中的水分的量。
焊劑的總水分含量(ppm)＝[(Wa-Wb)/Wa]×106(式1)
式1中，Wa是焊劑混合物材料的重量(克)，Wb是焊劑混合物材料在950℃下加熱1小時(shí)后測(cè)量的重量(克)。
焊劑混合物主要包括礦物、金屬或至少兩種氧化物。這些焊劑含有提純過(guò)程中不可避免地吸附的水分或者滲入分子結(jié)構(gòu)空隙的水分以及從空氣中吸附的水分，一部分水分在光亮退火過(guò)程(一種熱處理，是在高溫還原氣氛條件下減輕焊絲的加工硬化，并燒除表面殘留的潤(rùn)滑劑)從接縫蒸發(fā)掉，而另一部分水分殘留在管內(nèi)。本發(fā)明的發(fā)明人在獲知這些殘留水分是焊接缺陷主要原因時(shí)，嘗試不進(jìn)行烘烤過(guò)程而控制水分含量，并最終改進(jìn)缺陷抵抗能力。
為了使焊劑混合物的總水分含量降到最小，本發(fā)明的發(fā)明人使用與測(cè)量最終焊劑混合物的總水分含量相同的重量降低方法，測(cè)量各種焊劑的吸附水含量和結(jié)晶水含量，并且徹底排除已經(jīng)含有大量水分的焊劑或者可能進(jìn)一步吸附大量水分的焊劑。在設(shè)計(jì)下面表2所示焊劑(a，b)時(shí)，本發(fā)明的發(fā)明人使用多種來(lái)源的氧化物制作焊劑，例如TiO2、SiO2、ZrO2、K2O等，并僅僅調(diào)節(jié)焊劑混合物的總水分含量而不改變氧化物最終含量，以便評(píng)價(jià)其影響程度。通常，使用天然金紅石沙(rutile sand)、鈦鐵礦(ilmenite)或提純的金紅石作為T(mén)iO2來(lái)源。
表2

焊劑填充和成形過(guò)程將控制表面粗糙度(Ra)的不銹鋼帶制成管狀。為此，成形軋輥串聯(lián)排列，并且成形步驟所用成形軋輥的數(shù)量根據(jù)不銹鋼帶的寬度和厚度或者不銹鋼帶的硬度或強(qiáng)度恰當(dāng)?shù)卮_定。
在帶鋼徹底成形為管狀之前，將含有500ppm(或更少)水分的焊劑倒入管內(nèi)。此時(shí)，如果填充比小于10％，則在焊絲縱向波動(dòng)很大，使焊絲質(zhì)量變差。同時(shí)，如果填充比超過(guò)30％，則焊劑可能溢出管外，焊絲在拉拔過(guò)程可能斷裂?；谶@些原因，本發(fā)明設(shè)定的填充比在10％到30％的范圍內(nèi)(占焊絲總重量的百分?jǐn)?shù))。
拉拔步驟使用表3所示的潤(rùn)滑劑(下面說(shuō)明)，將上述成形的焊絲初次和二次拉拔。由于用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲在拉拔步驟的加工硬化嚴(yán)重，因此在初次拉拔步驟之后進(jìn)行光亮退火(1000-1200℃)，以減輕加工硬化程度。然后進(jìn)行二次拉拔，使光亮退火過(guò)程之后的累積收縮率在38％到60％之間。這里，累積收縮率是指成形的焊絲經(jīng)過(guò)多個(gè)模具時(shí)在各個(gè)模具的收縮率之和。
本發(fā)明制造用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲所用的拉拔方法的例子包括(i)在初次和二次拉拔步驟都使用PCD模具；(ii)初次拉拔步驟使用CRD，二次拉拔步驟使用PCD模具；以及(iii)初次和二次拉拔步驟都使用CRD，拉拔步驟的最后階段使用PCD模具。在這種方式下，可以將成品焊絲產(chǎn)品的實(shí)際拉伸強(qiáng)度為110-150千克力/平方毫米，表面粗糙度(Ra)為0.15-0.50微米，表面顯微硬度(Hv)為370-500Hv。
無(wú)論使用PCD還是CRD，如果成品焊絲的性能保持在上述范圍內(nèi)，就可以得到具有優(yōu)異送絲性和優(yōu)秀缺陷抵抗能力的用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲。特別是，如果在二次拉拔過(guò)程使用CRD，則推薦在結(jié)束拉拔過(guò)程時(shí)使用PCD拉拔模具。這是因?yàn)?，如果使用CRD直到拉拔過(guò)程結(jié)束，就非常難以控制焊絲形狀，即得到優(yōu)秀的焊絲圓度。
此外，當(dāng)二次拉拔步驟的收縮率低于38％時(shí)，成品焊絲產(chǎn)品不能充分硬化，造成表面硬度低，實(shí)際拉伸強(qiáng)度低以及送絲性不穩(wěn)定。相反，如果累積收縮率超過(guò)60％，成品焊絲產(chǎn)品的表面粗糙度(Ra)降低，造成焊絲常常在送絲過(guò)程中滑出送絲輥。并且，隨著最終焊接產(chǎn)品加工硬化增大，焊絲拉拔速度減小，消耗更多的模具，相應(yīng)地造成生產(chǎn)率下降。
下面將解釋干潤(rùn)滑劑。
在初次和二次拉拔步驟使用PCD模具的情況下，拉拔時(shí)使用含有硬脂酸鈉和脂肪酸的干潤(rùn)滑劑。而在使用CRD的情況下，拉拔時(shí)使用含有MoS2和石墨的干潤(rùn)滑劑。特別是，在二次拉拔步驟中，潤(rùn)滑劑盒在最后PCD拉拔之前是空的，從而使焊絲表面殘留的潤(rùn)滑劑量降低到最小。因此，在后續(xù)的物理清除殘留潤(rùn)滑劑的步驟中提高了去油能力。
另一方面，在初次和二次拉拔步驟使用PCD模具并且所用潤(rùn)滑劑不含硬脂酸鈉和脂肪酸而是僅包括無(wú)機(jī)物的情況下，拉拔能力下降，高速焊絲拉拔過(guò)程導(dǎo)致焊絲繃斷。此外，由于硬脂酸含有C、H和O基團(tuán)，過(guò)量的這些成分有時(shí)殘留在成品焊絲產(chǎn)品表面，將造成焊接缺陷。為了彌補(bǔ)這些不足，將少量的MoS2和石墨加入到硬脂酸鈉中，從而可以提高缺陷抵抗能力以及焊絲的送絲性。
優(yōu)選地，潤(rùn)滑劑含有40-85重量％的選自由硬脂酸鈉和脂肪酸所組成的組中的至少一種化合物，10-50重量％的選自由碳酸鈉和氫氧化鈣所組成的組中的至少一種化合物，以及選自由MoS2、滑石和石墨所組成的組中的至少一種其余成分。下面解釋為什么設(shè)置這些限定，如果選自由硬脂酸鈉和脂肪酸所組成的組中的化合物含量低于40重量％，就難以保證充分的潤(rùn)滑性，而這在使用PCD模具的拉拔步驟中非常重要，并且這將使拉拔能力和焊絲送絲性變差。另一方面，如果含量超過(guò)85重量％，焊絲容易滑出送絲輥，結(jié)果電弧不穩(wěn)定，焊絲表面的潤(rùn)滑劑殘留量增大，產(chǎn)生焊接缺陷。因此，為了改進(jìn)焊絲送絲性，硬脂酸鈉和/或脂肪酸在潤(rùn)滑劑中的含量必須處于40-85重量％的范圍內(nèi)。
類(lèi)似地，如果選自由碳酸鈉和氫氧化鈣所組成的組中的化合物含量低于10重量％，則拉拔能力變差，降低加工效率。相反，如果含量超過(guò)50重量％，則焊絲表面的潤(rùn)滑劑殘留量增大，產(chǎn)生焊接缺陷。因此，為了達(dá)到好的拉拔能力和優(yōu)秀的焊接性能，碳酸鈉和/或氫氧化鈣在潤(rùn)滑劑中的含量必須處于10-50重量％的范圍內(nèi)。
同時(shí)，在初次和二次拉拔步驟使用CRD并且使用諸如硬脂酸鈉和脂肪酸的有機(jī)物而不是諸如MoS2和石墨的無(wú)機(jī)物作為潤(rùn)滑劑，CRD易于損壞，造成制造成本增大，制造工藝效率變差。
在這種情況下，優(yōu)選地，潤(rùn)滑劑含有20-40重量％MoS2，50-75重量％選自由石墨和氟化碳所組成的組中的至少一種化合物，以及選自由工業(yè)礦物油和萘所組成的組中的至少一種其余成分。在這些成分中，MoS2用于減小焊接過(guò)程中焊絲在導(dǎo)管中的送絲阻力，從而改善焊絲送絲性。因此，如果MoS2含量低于20重量％，減小焊絲送絲阻力的效果不明顯，并造成送絲不穩(wěn)定以及焊接效率低。另一方面，如果含量超過(guò)40重量％，焊絲表面的潤(rùn)滑劑殘留量增大，并且焊接過(guò)程中潤(rùn)滑劑在導(dǎo)管內(nèi)累積反而影響送絲性。因此，MoS2在潤(rùn)滑劑中的含量必須處于20-40重量％范圍內(nèi)。
接著，如果選自由石墨和氟化碳所組成的組中的一種化合物的含量低于50重量％，則拉拔操作變差，由于焊嘴與焊絲之間導(dǎo)電性不穩(wěn)定造成電弧不穩(wěn)定。同時(shí)，如果含量超過(guò)75重量％，化合物從焊絲上掉落并堵塞導(dǎo)管和焊嘴。相應(yīng)地，焊絲送絲性和導(dǎo)電性變差，電弧變得不穩(wěn)定。因此，為了改進(jìn)焊絲送絲性和導(dǎo)電性，石墨和/或氟化碳在潤(rùn)滑劑中的含量必須處于50-75重量％范圍內(nèi)。
此外，通過(guò)在二次拉拔過(guò)程結(jié)束時(shí)倒空至少一塊，可以盡可能減小潤(rùn)滑劑的消耗量。以這種方式，可以在物理清除殘留潤(rùn)滑劑的后續(xù)步驟中改進(jìn)去油能力。
光亮退火步驟在光亮退火步驟中，首先減小拉拔的中心線的加工硬化，并且在高溫還原氣氛的條件下減小焊絲加工硬化，燃燒并去除拉拔過(guò)程中殘留在焊絲表面的潤(rùn)滑劑。優(yōu)選地，光亮退火步驟在使用N2、H2或NH3的還原氣氛下在1000-1200℃的溫度下進(jìn)行10-30秒。
物理清除焊絲表面的殘留潤(rùn)滑劑在拉拔過(guò)程之后在焊絲表面殘留的潤(rùn)滑劑通常用物理方法清除。例如，可以用羊毛毯、圓盤(pán)狀絲瓜或磨石研磨表面。
用表面處理劑涂覆焊絲表面為了改進(jìn)成品焊絲產(chǎn)品的送絲性和表面的缺陷抵抗能力，將焊絲涂覆表面處理劑。優(yōu)選地，表面處理劑是無(wú)機(jī)物，含有20-40重量％MoS2，50-75重量％選自由石墨和氟化碳所組成的組中的至少一種化合物，以及選自由工業(yè)礦物油和萘所組成的組中的至少一種其余成分。為了防止焊絲表面涂覆過(guò)量的表面處理劑，在表面處理涂層之后用砂布研磨或拋光。按這種方式，焊絲可以具有均勻的表面。
下面將說(shuō)明成品焊絲的性能。
對(duì)于上述制造的具有優(yōu)異送絲性和優(yōu)秀缺陷抵抗能力的用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲，焊絲的實(shí)際拉伸強(qiáng)度在110-150千克力/平方毫米范圍內(nèi)，表面顯微硬度(Hv)370-500Hv，表面粗糙度(Ra)0.15-0.50微米，成品焊絲表面的總水分含量不高于500ppm。
例如，如果焊絲的實(shí)際拉伸強(qiáng)度低于110千克力/平方毫米，則焊絲可能在焊接過(guò)程中在導(dǎo)管內(nèi)彎曲，造成送絲性差。同樣，如果大于150千克力/平方毫米，彎曲導(dǎo)管內(nèi)的摩擦阻力增大，焊絲送絲性變差。另外，焊絲韌性大大減小，因此焊絲可能斷裂?；诖耍善泛附z的實(shí)際拉伸強(qiáng)度應(yīng)在110-150千克力/平方毫米范圍內(nèi)。
此外，如果焊絲表面顯微硬度低于370Hv，則焊絲在送絲過(guò)程中在送絲輥上彎曲，焊絲送絲和焊接可能中斷。同時(shí)，如果焊絲表面顯微硬度高于500Hv，拉拔過(guò)程的拉拔能力變差，焊絲可能斷裂。因此，成品焊絲的表面顯微硬度應(yīng)在370-500Hv范圍內(nèi)。
接著，如果焊絲表面粗糙度(Ra)低于0.15微米，焊絲在焊接過(guò)程中可能從送絲輥上滑落，或者諸如MoS2或石墨的表面處理劑不能均勻地涂覆在焊絲的粗糙表面上。結(jié)果，導(dǎo)管內(nèi)的摩擦阻力增大，焊絲送絲性變差。另一方面，如果焊絲表面粗糙度(Ra)大于0.50微米，焊絲粗糙表面涂覆過(guò)多的潤(rùn)滑劑。因此，在長(zhǎng)時(shí)間焊接過(guò)程中潤(rùn)滑劑堵塞導(dǎo)管，增大焊絲的送絲阻力。因此，成品焊絲的表面粗糙度(Ra)應(yīng)在0.15-0.50微米范圍內(nèi)。
最后，如果包括制造過(guò)程吸附水分在內(nèi)的成品焊絲表面的總水分含量超過(guò)500ppm，則在焊接過(guò)程中在焊縫表面產(chǎn)生焊接缺陷。因此，成品焊絲表面的總水分含量應(yīng)不高于500ppm。
下面將參考附圖描述本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式。也可以理解的是，這里所用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述特定的實(shí)施方式，而不構(gòu)成限制。
(實(shí)施方式)將具有表1所示成分的不銹鋼帶(100)清洗和去油(101)。選擇表2所示的一種焊劑并填充(108)，使用成形輥(102a和102b)成形(102)為管狀。接著，將從表3選擇的潤(rùn)滑劑109a和109b涂覆在帶鋼上，并在兩個(gè)步驟中進(jìn)行拉拔。在拉拔過(guò)程之前，使用至少10種包括金紅石沙、二氧化硅和鐵粉的焊劑混合物。將每種焊劑混合并在950℃或950℃以上加熱至少1小時(shí)。通過(guò)重量降低方法計(jì)算蒸發(fā)到空氣中的水分含量，并將結(jié)果表示為相對(duì)焊劑混合物重量的總水分含量。特別是，為了發(fā)現(xiàn)焊劑混合物的總水分含量的影響，本發(fā)明的發(fā)明人貯存了多種原料，或者選擇不同的焊劑原料作為同一氧化物的來(lái)源。最終的焊劑組成表示在表2中。
使用PCD模具或CRD進(jìn)行初次拉拔步驟并從下面表3中選擇潤(rùn)滑劑(103)。消除首先拉拔的中心線的加工硬化，在使用N2、H2或NH3氣體作為還原氣氛的條件下，光亮退火(104)在1000-1200℃溫度下進(jìn)行10-30秒，從而消除拉拔過(guò)程殘留的潤(rùn)滑劑。
表3

在光亮退火之后，在二次拉拔步驟(105)使用CRD時(shí)，用CRD將焊絲軋到成品焊絲產(chǎn)品直徑的1.1倍，并在最后PCD模具調(diào)節(jié)成品焊絲產(chǎn)品的直徑。為了控制成品焊絲產(chǎn)品的性能，在光亮退火之后改變累積收縮率(38-60％)，并測(cè)量成品焊絲的實(shí)際拉伸強(qiáng)度、表面顯微硬度和表面粗糙度(Ra)。
首先，如下測(cè)量成品焊絲產(chǎn)品的實(shí)際拉伸強(qiáng)度(i)將成品焊絲沿橫截面方向切斷，將焊絲研磨到粒度為1微米，并拋光；
(ii)使用圖像分析系統(tǒng)，得到圖3所示的焊絲橫截面面積和內(nèi)部孔隙率(總空隙空間)。這里使用的圖像分析系統(tǒng)是Media Cybernetics的image-proplus 4.0；(iii)將焊絲橫截面減去內(nèi)部空隙得到的部分面積作為實(shí)際拉伸強(qiáng)度的面積；以及(iv)將成品焊絲切割成20厘米，使用Z050拉伸試驗(yàn)機(jī)(Zwick公司制造)進(jìn)行每個(gè)試驗(yàn)片拉伸10次的測(cè)試。使用其平均值作為拉伸試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)上面步驟(ii)和(iii)得到的實(shí)際拉伸強(qiáng)度面積算出實(shí)際拉伸強(qiáng)度值。
下面將說(shuō)明如何測(cè)量成品焊絲的表面顯微硬度。
(i)取樣，將成品焊絲切割成5厘米；(ii)使用VMHTMOT硬度計(jì)(LEICA公司制造)，在1克加壓載荷下在焊絲縱向加工表面上測(cè)量12個(gè)連續(xù)點(diǎn)的硬度；以及(iii)將從步驟(ii)得到的測(cè)量值中去掉最大值和最小值的10個(gè)點(diǎn)平均，將平均值作為表面顯微硬度。
下面將說(shuō)明如何測(cè)量成品焊絲的表面粗糙度。
(i)取樣，將成品焊絲切割成10厘米；(ii)使用DH-5表面粗糙度測(cè)量裝置(DIAVITE公司制造)，在除了接縫的4個(gè)方向測(cè)量試樣至少5次表面粗糙度；以及(iii)將步驟(ii)得到的表面粗糙度測(cè)量數(shù)值平均，將平均值作為試樣的表面粗糙度。
為了獲取信息，帶鋼表面粗糙度(Ra)與成品焊絲的表面粗糙度(Ra)的關(guān)系表示在圖2中。從圖2的曲線可以看出，在初次和二次拉拔步驟使用PCD模具并且二次拉拔步驟的累積收縮率為50％的情況下，成品焊絲產(chǎn)品的表面粗糙度(Ra)隨帶鋼的表面粗糙度(Ra)增大而按比例增大。
在二次拉拔過(guò)程之后，物理清除焊絲表面殘留的潤(rùn)滑劑，并將表面處理劑均勻地涂在焊絲上，改善最終焊絲產(chǎn)品的送絲性和缺陷抵抗能力。然后，使用RC412分析器(LECO公司制造)測(cè)量產(chǎn)品表面的總水分含量，這是缺陷抵抗能力的一個(gè)主要影響因素。
表6和表7分別表示本發(fā)明實(shí)施例和對(duì)比例。測(cè)試每根焊絲的送絲性和缺陷抵抗能力。送絲性測(cè)試使用如圖4所示的具有任意彎曲的測(cè)試設(shè)備，在100％二氧化碳?xì)夥障逻M(jìn)行。測(cè)試是使用1.2毫米藥芯焊絲(成品)在表4所示條件下進(jìn)行。在測(cè)試結(jié)果中，“○”表示焊絲在3分鐘焊接時(shí)間過(guò)程中連續(xù)送絲，未出現(xiàn)起弧停止；“△”表示起弧中斷一次或兩次，“×”表示由于送絲不穩(wěn)定造成起弧完全停止。
表4

缺陷抵抗能力測(cè)試也在表4所示的相同焊接條件下，在100％二氧化碳?xì)夥罩羞M(jìn)行。為了制備評(píng)價(jià)藥芯焊絲AWS A5.22力學(xué)性能的試樣，使用多層焊接技術(shù)，用X射線檢測(cè)內(nèi)部缺陷(1)。另外，在表5所示焊接條件下使用100％二氧化碳焊接1.2毫米藥芯焊絲(成品)，并檢測(cè)焊接表面的條蟲(chóng)狀氣孔(wormhole)(2)。在測(cè)試結(jié)果中，“○”表示內(nèi)部缺陷(1)和條蟲(chóng)狀氣孔(2)都未發(fā)現(xiàn)，“△”表示在焊接中發(fā)現(xiàn)一個(gè)或兩個(gè)孔但未發(fā)現(xiàn)條蟲(chóng)狀氣孔(2)，“×”表示內(nèi)部缺陷(1)和條蟲(chóng)狀氣孔(2)都發(fā)現(xiàn)，或者發(fā)現(xiàn)條蟲(chóng)狀氣孔(2)。
表5

表6 表7
從表6和表7可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1-20的不銹鋼帶的表面粗糙度(Ra)和焊劑的總水分含量被徹底檢驗(yàn)，根據(jù)給定的拉拔方法使用適當(dāng)量的表3列出的潤(rùn)滑劑進(jìn)行初次和二次拉拔過(guò)程，并進(jìn)行光亮退火過(guò)程減輕加工硬化。結(jié)果，在生產(chǎn)過(guò)程中未出現(xiàn)焊絲斷裂，二次拉拔過(guò)步驟的累積收縮率處于38-60％范圍內(nèi)。無(wú)論使用PCD模具還是CRD，最終產(chǎn)品表現(xiàn)出優(yōu)異的焊絲送絲性和優(yōu)秀的缺陷抵抗能力。
另一方面，對(duì)于對(duì)比例21和22，不論所用的不銹鋼帶類(lèi)型如何，二次拉拔步驟的累積收縮率很低。這個(gè)問(wèn)題將導(dǎo)致成品焊絲的表面顯微硬度和拉伸強(qiáng)度值極低。從而，在輸送成品焊絲時(shí)，它們將在送絲輥的位置彎曲并且送絲立即停止。
相反，對(duì)比例23和24在二次拉拔步驟表現(xiàn)出過(guò)高的收縮率。在這些情況下，最終產(chǎn)品的加工硬化大，因此韌性下降，制造過(guò)程中容易出現(xiàn)焊絲斷裂。此外，彎曲導(dǎo)管的摩擦阻力在焊絲送絲過(guò)程中增大，導(dǎo)致電弧不穩(wěn)定。特別是，在對(duì)比例23的表面具有太多水分的情況下，其缺陷抵抗能力差。
對(duì)于對(duì)比例25和26，填充在管內(nèi)的焊劑的總水分含量太高，當(dāng)在表5的焊接條件下進(jìn)行焊接時(shí)觀察到部分形成的條蟲(chóng)狀氣孔。這表明管內(nèi)焊劑吸收的水分含量是出現(xiàn)焊接缺陷的主要因素。特別是，根據(jù)X射線測(cè)量結(jié)果，未經(jīng)過(guò)光亮退火的對(duì)比例25在多層焊接過(guò)程中形成大量孔隙。另外，成品焊絲表面顯微硬度和實(shí)際拉伸強(qiáng)度增大，導(dǎo)致焊接過(guò)程中導(dǎo)管內(nèi)摩擦阻力增大，焊絲送絲性變差。
對(duì)比例27和28使用PCD模具和潤(rùn)滑劑d和e進(jìn)行初次和二次拉拔過(guò)程。但不幸的是，每個(gè)樣品的拉拔性差，焊絲常常斷裂。而且，其表面粗糙度(Ra)太高，評(píng)價(jià)每個(gè)樣品送絲性過(guò)程中起弧常常停止或中斷。此外，在對(duì)比例27中，由于開(kāi)始時(shí)不銹鋼帶的表面粗糙度(Ra)高，造成最終產(chǎn)品表面粗糙度(Ra)也高，在多層焊接過(guò)程中焊接形成大量孔隙。
同時(shí)，對(duì)比例29和30的不銹鋼帶的表面粗糙度(Ra)太低，表面處理劑不能均勻地涂在這些焊絲的粗糙表面上。因此，每個(gè)樣品在導(dǎo)管中的摩擦阻力增大，送絲性變差。并且，每根焊絲的成形性不好，即，難以形成焊絲的管狀。由此，焊劑混合物不能均勻地填充在管內(nèi)，拉拔步驟的拉拔性也不好。并且，最終產(chǎn)品的表面粗糙度(Ra)太低，纏繞在送絲輥上的焊絲在焊接過(guò)程中滑出，導(dǎo)致焊絲送絲性差。
在對(duì)比例31中，本發(fā)明的發(fā)明人試圖在初次拉拔步驟使用CRD軋制焊絲。但是，不銹鋼帶的表面粗糙度(Ra)仍然太高，二次拉拔步驟的累積收縮率低。結(jié)果，焊絲很容易彎曲，不得不停止送絲。另外，由于大量殘留在成品焊絲粗糙表面的潤(rùn)滑劑對(duì)缺陷抵抗能力產(chǎn)生不利影響，在焊接表面上觀察到幾個(gè)條蟲(chóng)狀氣孔。
對(duì)比例32是在初次和二次拉拔過(guò)程使用有機(jī)潤(rùn)滑劑通過(guò)CRD軋制制造的。當(dāng)使用表5所示的焊接條件在100％二氧化碳?xì)夥罩羞M(jìn)行焊接操作時(shí)，填充在管內(nèi)的焊劑混合物的總水分含量太高，在焊縫表面出現(xiàn)微小的焊接缺陷。此外，由于二次拉拔步驟的累積收縮率低，焊絲表面顯微硬度不足，因此焊絲在焊接過(guò)程中彎曲，導(dǎo)致送絲性不穩(wěn)定。另外，CRD軋制使用有機(jī)潤(rùn)滑劑a降低CRD壽命，增大制造成本。
另一方面，對(duì)比例33是在初次和二次拉拔過(guò)程使用無(wú)機(jī)潤(rùn)滑劑通過(guò)CRD軋制制造的。同時(shí)，本發(fā)明的發(fā)明人仔細(xì)地控制管內(nèi)焊劑混合物的總水分含量，將對(duì)比例33設(shè)計(jì)成在二次拉拔步驟具有恰當(dāng)?shù)睦鄯e收縮率，從而成品焊絲可以充分硬化。然而，開(kāi)始使用的帶鋼表面粗糙度(Ra)高，在沒(méi)有光亮退火過(guò)程時(shí)，殘留在最終產(chǎn)品表面的潤(rùn)滑劑太多，造成焊接缺陷。
同樣地，對(duì)比例34是在初次和二次拉拔過(guò)程使用無(wú)機(jī)潤(rùn)滑劑通過(guò)CRD軋制制造的，并且本發(fā)明的發(fā)明人仔細(xì)地控制管內(nèi)焊劑混合物的總水分含量，以及二次拉拔步驟的累積收縮率。但不幸的是，由于二次拉拔步驟最后階段未使用PCD模具，成品焊絲的截面形狀圓度(roundness)(精度)下降，這也對(duì)焊絲送絲性有不利影響。
對(duì)比例35是在初次和二次拉拔過(guò)程使用無(wú)機(jī)潤(rùn)滑劑通過(guò)PCD模具制造的。但是，所用潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑性不令人滿意，二次拉拔步驟的累積收縮率太高，拉拔過(guò)程中常常出現(xiàn)焊絲斷裂。此外，焊絲在焊接過(guò)程中常常從送絲輥上滑落，并且高的焊劑水分含量也對(duì)缺陷抵抗能力有不利影響。
在對(duì)比例36中也觀察到與對(duì)比例35類(lèi)似的現(xiàn)象。但是，潤(rùn)滑劑d與PCD模具一起使用沒(méi)有充分的潤(rùn)滑性，因此在拉拔過(guò)程中出現(xiàn)焊絲斷裂，這也使成品焊絲焊接時(shí)的焊絲送絲性變差。另外，由于帶鋼的表面粗糙度(Ra)高，殘留在最終產(chǎn)品表面的潤(rùn)滑劑太多，造成缺陷抵抗能力差。即，最終產(chǎn)品的表面粗糙度(Ra)隨帶鋼的表面粗糙度(Ra)增大而成比例增大，殘留在粗糙表面的潤(rùn)滑劑量更多。因此，在焊接過(guò)程中焊接缺陷出現(xiàn)得更加頻繁。
如上所述，本發(fā)明的方法可以有利地用于制造焊接不銹鋼用藥芯焊絲，該焊絲形成接縫，具有送絲性?xún)?yōu)異和缺陷抵抗能力優(yōu)秀的特征。
特別是，在制造焊絲產(chǎn)品時(shí)，通過(guò)使用PCD模具、組合使用PCD模具和CRD或者CRD軋制，以及通過(guò)恰當(dāng)控制成品焊絲產(chǎn)品的物理性能和總水分含量，可以在不執(zhí)行烘烤過(guò)程的情況下，制造出具有優(yōu)異送絲性和優(yōu)秀缺陷抵抗能力的用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限于所述的優(yōu)選實(shí)施方式，在不偏離隨附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下可以做出不同的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲的制造方法，所述藥芯焊絲的直徑為0.9-1.6毫米并具有接縫部分，該方法包括以下步驟將帶鋼(不銹鋼304L或316L)成形為U形，并在帶鋼中填充焊劑混合物，從而形成具有接縫部分的管；使用潤(rùn)滑劑對(duì)管狀焊絲進(jìn)行初次拉拔；進(jìn)行光亮退火，以消除初次拉拔的焊絲的加工硬化；對(duì)焊絲進(jìn)行二次拉拔，直到光亮退火過(guò)程后的累積收縮率在38-60％的范圍內(nèi)；物理清除二次拉拔的焊絲表面殘留的潤(rùn)滑劑；以及用表面處理劑涂覆焊絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，帶鋼的表面粗糙度Ra在0.30到0.60微米范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，填充在U形帶鋼中的焊劑混合物含有的水分不高于500ppm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，從管狀焊絲到具有與最終產(chǎn)品幾乎相同的直徑的焊絲使用聚晶金剛石模具或盒式輥模，使用聚晶金剛石模具結(jié)束拉拔過(guò)程。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，聚晶金剛石模具拉拔步驟所使用的潤(rùn)滑劑含有40-85重量％的選自由硬脂酸鈉和脂肪酸所組成的組中的至少一種化合物，10-50重量％的選自由碳酸鈉和氫氧化鈣所組成的組中的至少一種化合物，以及選自由MoS2、滑石和石墨所組成的組中的至少一種其余成分，其中盒式輥模拉拔步驟所使用的潤(rùn)滑劑含有20-40重量％的MoS2，50-75重量％的選自由石墨和氟化碳所組成的組中的至少一種化合物，以及選自由工業(yè)礦物油和萘所組成的組中的至少一種其余成分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在拉拔步驟之后成品焊絲的實(shí)際拉伸強(qiáng)度在110到150千克力/平方毫米的范圍內(nèi)，表面粗糙度Ra為0.15到0.50微米，表面顯微硬度為370到500Hv，其中表面顯微硬度是通過(guò)沿焊絲縱向在加工表面上測(cè)量12個(gè)點(diǎn)的顯微硬度，然后將去掉最大值和最小值的10個(gè)點(diǎn)的顯微硬度平均而獲得的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，最后涂覆在焊絲表面上的表面處理劑含有20-40重量％的MoS2，50-75重量％的選自由石墨和氟化碳所組成的組中的至少一種化合物，以及選自由工業(yè)礦物油和萘所組成的組中的至少一種其余成分。
8.一種用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲，該焊絲通過(guò)權(quán)利要求1到7中任意一項(xiàng)所述的方法制得，其中，相對(duì)于焊絲的總重量，成品焊絲表面所含的水分不高于500ppm。
全文摘要
一種用于焊接不銹鋼的藥芯焊絲的制造方法，所述藥芯焊絲的直徑為0.9－1.6毫米并具有接縫部分，該方法包括以下步驟將帶鋼(不銹鋼304L或316L)成形為U形，并在帶鋼中填充焊劑混合物，從而形成具有接縫部分的管；使用潤(rùn)滑劑對(duì)管狀焊絲進(jìn)行初次拉拔；進(jìn)行光亮退火，以消除初次拉的拔焊絲的加工硬化；對(duì)焊絲進(jìn)行二次拉拔，直到光亮退火過(guò)程后的累積收縮率在38－60％的范圍內(nèi)；物理清除二次拉拔的焊絲表面殘留的潤(rùn)滑劑；以及用表面處理劑涂覆焊絲。
文檔編號(hào)B21C3/00GK1919526SQ200610111508
公開(kāi)日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月22日
發(fā)明者張鐘勛, 樸炳浩 申請(qǐng)人:基斯韋爾株式會(huì)社