專利名稱：無鍍層焊絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于不施鍍焊絲的發(fā)明，具體說就是關(guān)于即使表面不鍍銅，也能具有優(yōu)良供料性能和電弧穩(wěn)定性的無鍍焊絲的發(fā)明。
在這樣的自動焊接和應(yīng)用范圍多樣化情況下焊接條件也具有多種形式，為了要開發(fā)適用的焊絲，焊絲要以作為焊條基本質(zhì)量要求的穩(wěn)定電弧移動為基礎(chǔ)，作為焊絲基本特性，供料性能(feedability)成為影響其質(zhì)量的重要因素。
為了要滿足對這樣焊絲質(zhì)量的要求，現(xiàn)在是采用在焊絲表面鍍銅等具有導(dǎo)電性的金屬；來確保焊絲的性能，也就是導(dǎo)電性、供料性能、防銹性能等。也就是通過在焊絲表面鍍銅等具有導(dǎo)電性的金屬材料，提高與電觸點的通電性能和電弧的穩(wěn)定性，減少焊接飛濺和生成的焊接煙霧，確保良好的焊接操作性能。
可是鍍銅焊絲施鍍質(zhì)量的偏差直接影響到焊絲產(chǎn)品的質(zhì)量，所以焊絲質(zhì)量管理中施鍍質(zhì)量成為最重要的管理因素。這是因為焊絲施鍍質(zhì)量不好時，鍍層下的鐵的基體會突出，這樣就會直接造成接觸點(contact tip)的導(dǎo)電性能問題、在導(dǎo)管(conduit cable)內(nèi)因摩擦造成的供料性能問題、焊絲的防銹性能等問題。因此為了改善鍍銅焊絲質(zhì)量，一直在努力獲得良好的施鍍質(zhì)量。
另一方面評價這樣的施鍍質(zhì)量的項目中最常用的是鍍層附著力，對此的評價方法在JIS H 8504(鍍層附著性試驗方法)中做了詳細說明。其中最簡單的評價方法是卷繞方式，這是把焊絲繞手柄軸和焊絲本身數(shù)圈以上時，在焊絲表面形成的鍍層開裂或剝離的現(xiàn)象，用顯微鏡放大進行評價的方法。用上述方式評價時，附著力越好的焊絲鍍層的裂紋和剝落的現(xiàn)象發(fā)生的越少，這直接與焊接時焊絲的供料性能有關(guān)。
可是近年來盡管鍍銅焊絲有各種優(yōu)點，由于施鍍質(zhì)量管理困難、施鍍工藝產(chǎn)生的環(huán)境問題、質(zhì)量不能達到滿意的水平等，要求開發(fā)無鍍焊絲，而且是具有比施鍍焊絲更好質(zhì)量的無鍍焊絲技術(shù)。至今開發(fā)無鍍焊絲技術(shù)仍然很活躍，無鍍焊絲與鍍銅焊絲相比事實是尚未在供料性能和其他的操作性能方面有更好的結(jié)果，沒有達到商業(yè)化的階段。特別是由于不施鍍造成的在導(dǎo)電性能、供料性能、防銹性能等方面，為了改善這些性能必須要使這些性能更接近現(xiàn)有施鍍焊絲。
另一方面至今為止介紹的無鍍焊絲不可避免地要在焊絲表面導(dǎo)入表面處理劑，日本特許公報2682814(電弧焊絲)、日本公開特許公報平11-147174(鋼用無鍍焊絲)、日本公開特許公報2000-94178(無鍍焊絲)等，為了提高供料性能而單獨或混合使用供料用潤滑粉(例如MoS2、WS2、C)或涂敷供料用潤滑油等，就是這樣的例子。再有日本公開特許公報2000-117484(焊絲)中，發(fā)表了用沿焊絲圓周方向具有一定波長的凹凸型焊絲，用頻譜測定的峰值強度管理可以具有優(yōu)良的起弧性能，日本公開特許公報2000-317679(無鍍電弧焊絲和電弧焊接方法)中，發(fā)表了用水溶性高分子使一定量微小顆粒的絕緣性的無機粉末和導(dǎo)電性無機粉末附著在焊絲表面，以此來減少焊接煙霧和焊接飛濺的技術(shù)?？墒巧鲜鰧＠捎谠诤附z表面涂敷微小的粉末，所以不能避免焊接煙霧的產(chǎn)生，又由于難以均勻涂敷粉末不僅涂敷量的管理困難，而且涂敷不均勻時反而有增加焊接飛濺量的缺點。
此外也試驗過利用焊絲表面最大限度的光滑，減小導(dǎo)管(Conduit liner)內(nèi)的摩擦，以提高供料性能(例如大韓民國專利第134857號等)。
可是上述例子中的無鍍焊絲在制造焊絲的最后階段一般要用濕式表面光滑(skin pass)處理方式，所以大部分是要對此進行潤滑池的管理、表面處理劑的選擇和均勻涂敷，以確保焊絲防銹性能的方式。
可是上述方式的無鍍焊絲存在有焊絲表面平滑程度和抗拉強度(T/S)等因素對供料的影響非常敏感，必須通過長的導(dǎo)管，在供料條件惡劣的高速焊接中，供料性能比現(xiàn)有的施鍍焊絲差的問題，這與焊接時供料部件的供料輥產(chǎn)生打滑，使供料不穩(wěn)定有關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是可以提供焊接時能減少焊接煙霧的無鍍焊絲，而不需要現(xiàn)在這樣在無鍍焊絲表面涂敷潤滑粉等。
本發(fā)明的目的是提供具有優(yōu)良供料性能的無鍍焊絲，其特征為在焊絲表面圓周方向加工面和非加工面連續(xù)的無鍍焊絲中，對于上述焊絲的4個面在焊絲表面任意的測定面積(10,000μm2＝100μm×100μm)中，把至少包含加工面和非加工面各2個以上的圓周方向任意長度直線作為測定直線(測定直線的起點和終點位于加工面和非加工面連接處)，把此測定直線在測定面積寬度方向(焊絲的長度方向)每5μm做一條線，設(shè)測定線通過加工面的長度總和為d，測定線的長度為t，用式(1)定義的LD/LT的值為0.51-0.84，在上述測定面積內(nèi)長度100μm的任一圓周方向直線上加工面最大寬度用ly表示時，用式(2)定義的LY為10-40μm；LD/LT=180[Σn=14{Σx=120(ldlt)x}n]---(1)]]>LY=1kΣy=1kly---(2)]]>其中x＝1～20為焊絲各面的測定面積內(nèi)的測定直線；n＝1～4為焊絲四周的4個面；k為一條直線上的加工面的個數(shù)。
本發(fā)明關(guān)注到要找到影響現(xiàn)有鍍銅和不施鍍的焊絲供料性能的因素，在邊使用這些焊絲進行實際焊接邊周密觀察其特性的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在使用中鍍銅焊絲和不施鍍焊絲測定的作為評價供料性能標(biāo)準(zhǔn)的供料部件(feeder)供料負(fù)荷電流完全不同。
也就是鍍銅焊絲情況下，由于焊接條件和導(dǎo)管的約束條件會稍有差異，供料負(fù)荷電流大多在1.9A左右(用Arc Monitoring SystemWAM-4000D(VER1.0)測定)，顯示出很大的供料性能差(當(dāng)然根據(jù)鍍層的附著力和鍍層厚度的不同，表現(xiàn)為臨界負(fù)荷電流升高的現(xiàn)象)，在不施鍍焊絲的情況下，臨界負(fù)荷電流超過1.5A的情況下就不能正常焊接，根據(jù)這一點本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了鍍銅焊絲和不施鍍焊絲在供料時在導(dǎo)管內(nèi)產(chǎn)生的摩擦力表現(xiàn)出本質(zhì)的差異，因此對此問題集中進行了研究。
如前所述，現(xiàn)有不施鍍焊絲是關(guān)注使導(dǎo)管內(nèi)的摩擦力最小化，把無鍍層作為產(chǎn)品開發(fā)方向，提高焊絲表面光滑性的方法適用于濕式拔絲方式(包括平整)，適用這樣方式的焊絲不能克服供料部件產(chǎn)生的打滑(slip)現(xiàn)象，為了保持供料性能和防銹性能，使用的表面處理劑會誘發(fā)焊接時增加焊接煙霧等問題。也就是說至今為止，對供料性能僅僅關(guān)注了減小焊絲和導(dǎo)管之間的摩擦力的方向。
本發(fā)明人以與現(xiàn)在的觀點完全不同的新觀點提出要確保焊絲供料性能，與其力圖使現(xiàn)有無鍍焊絲表面光滑，不如使焊絲表面有適當(dāng)?shù)拇植诙龋附z電弧放電后觀察在焊縫上熔融金屬移動現(xiàn)象的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電弧和產(chǎn)生焊接飛濺與焊絲和焊槍頭部接觸點的孔(contact tip hole)內(nèi)面的接觸現(xiàn)象有密切關(guān)系，并開始對這一點進行集中的研究。發(fā)現(xiàn)了焊絲和焊槍頭部接觸點的孔(contact tip hole)內(nèi)面穩(wěn)定接觸最合適的范圍，此范圍是以加工面為基礎(chǔ)，焊絲表面具有陰的(也就是向焊絲里面的方向)粗糙度，LD/LT的值在0.51～0.84，而且平均加工面的尺寸LY在10～40μm范圍，能提高供料性能和電弧穩(wěn)定性。認(rèn)為這是由于接觸點的孔內(nèi)面具有凹凸形狀的粗糙度，與此相接觸的焊絲由于具有一定的陰的粗糙度，接觸點的孔內(nèi)面凸的部位與焊絲加工面可以穩(wěn)定接觸。
這與大韓民國專利第134857號等用凹凸形狀的粗糙度管理提高供料性能的概念完全不同，上述專利不考慮與接觸點的接觸，單純從提高供料性能考慮的粗糙度管理，這一點是與本發(fā)明的差別。
也就是說，本發(fā)明的特征為對于上述焊絲的4個面在焊絲表面任意的測定面積(A)中，把至少包含加工面和非加工面各2個以上的圓周方向任意長度焊絲寬度方向直線作為測定直線，把此測定直線在測定面積寬度方向(焊絲的長度方向)每5μm做一條線，設(shè)測定線通過加工面的長度總和為d，測定線的長度為t，用式(1)定義的LD/LT的值為0.51-0.84，在上述測定面積內(nèi)長度100μm的任一圓周方向直線上加工面最大寬度用ly表示時，用式(2)定義的LY為10～40μm。
為了使任意的焊絲的LD/LT值為0.51-0.84、LY(加工面的平均寬度)為10～40μm，必須對棒材坯料(Rod)去除氧化鐵皮后的表面粗糙度和拔絲工藝的各種條件進行適當(dāng)?shù)墓芾?。特別是去除氧化鐵皮后的表面粗糙度的管理是重要的，實際上用去除氧化鐵皮工序把棒材坯料(5.5mm)除去氧化鐵皮后，棒材(Rod)表面粗糙度發(fā)生各種各樣的變化，觀察的結(jié)果表明去除氧化鐵皮后的棒材表面粗糙度在0.36μm以下時，無論制造方式是干式還是濕式，所有焊絲由于總的斷面壓縮率(棒材坯料(5.5mm)→最終制品的線徑)在90％以上，LD/LT值要超過0.84，相反去除氧化鐵皮后的棒材表面粗糙度在0.75μm以下時，由于模具之間的斷面壓縮比，LD/LT值要低于0.51。因此為了使任意的焊絲的LD/LT值為0.51-0.84、LY(加工面的平均寬度)為10～40μm，重要的是把棒材坯料(Rod)去除氧化鐵皮后的表面粗糙度調(diào)整到0.36～0.75μm，這可以在去除氧化鐵皮工序中同時使用酸洗(Pickling)和機械除鱗(Mechanical Descaling)、調(diào)整拔絲速度、模具(Dies)形狀(定徑區(qū)長度、斷面壓縮角(Reduction Angle))以及模具之間的斷面壓縮率等來實現(xiàn)。當(dāng)然LY值也可以通過上述各工序條件的組合(例如經(jīng)過1次和(或)2次拔絲后酸洗的工序，或調(diào)整拔絲速度等)，把此值調(diào)整到本發(fā)明的10～40μm范圍內(nèi)。
下面對本發(fā)明中數(shù)值限定的原因進行說明。
①加工面多，LD/LT的值在0.84以上，加工面的尺寸小，LY的值在10μm以下的話(例如去除氧化鐵皮后的棒材表面粗糙度0.36μm以下(Ra標(biāo)準(zhǔn)，以下相同)、拔絲速度也過快等情況下發(fā)生)，在導(dǎo)管內(nèi)的摩擦增加，供料負(fù)荷電流超過1.5A，因此供料性能降低，這是由于與要提高供料性能所需的供料物質(zhì)的條件相反，承載供料用油的性能降低。
②加工面過多，LD/LT的值在0.84以上，加工面的尺寸大，LY的值超過40μm的話(例如去除氧化鐵皮后焊絲表面粗糙度在0.36μm以下，拔絲時模具之間的斷面壓縮比非常大等情況下發(fā)生)，供料部件的供料輥打滑(Slip)比率增加，供料負(fù)荷電流上升，超過1.5A，因此供料性能降低。實際試驗的結(jié)果表明這樣的焊絲特別是在中等電流以上的焊接條件下，供料的情況最差。
③加工面少，LD/LT的值在0.51以下，加工面的尺寸小，LY的值在10μm以下的話(例如去除氧化鐵皮后的焊絲表面粗糙度大到0.75μm以上，拔絲時模具之間的斷面壓縮比也非常小，在拔絲中間工序中過電解酸洗等情況下發(fā)生)，在導(dǎo)管內(nèi)的摩擦增加，供料負(fù)荷電流超過1.5A，因此供料性能降低，這是由于與導(dǎo)管內(nèi)直接的摩擦力增加的緣故。
④加工面少，LD/LT的值在0.51以下，加工面的尺寸大，LY的值在40μm以上的話(例如去除氧化鐵皮后的焊絲表面粗糙度大于0.75μm，拔絲時模具之間的斷面壓縮比非常大，模具的導(dǎo)出角度不均勻等的情況下發(fā)生)，圓周方向的4個面加工面分布不均勻，供料性能和電弧不穩(wěn)定。
從對下面本發(fā)明適用的實施例的說明可以進一步明確上述本發(fā)明的目的和其他特征、優(yōu)點等。


圖16中，圖16a和圖16b為說明在任意表面(10,000μm2＝100μm×100μm)上測定LD/LT和LY方法的圖示。
為了確定本發(fā)明的焊絲供料性能等，制造AWSER70S-6(JIS Z 3312YGW 12)焊絲(線徑1.2mm)，用下述方法測定對比例和發(fā)明示例的表面粗糙度、焊絲表面的加工形狀等，進行焊接試驗，其結(jié)果示于表1。
測定去除氧化鐵皮后的棒材坯料(Rod)、焊絲、觸頭的粗糙度。
*測定裝置Surface roughness meter DIAVITE DH-5*粗糙度參數(shù)Ra*切斷(Cut off)lc0.08mm*橫向長度(Traversing length)lt15mm*測定長度(Measuring length)lm12.5mm測定LD/LT和LY
使用30mm焊絲試樣，用SEM(X600)拍照，用圖象分析儀(ImageAnalyzer；Media Cybemetics公司的Image Plus4.1)對測定范圍為10,000μm2(100μm×100μm)在焊絲長度方向每5μm測定20次，在圓周方向的4個面(也就是總測定次數(shù)為80次)都進行測定，用下式計算出加工面和非加工面長度的比值(LD/LT)和平均加工面尺寸的值(LY)(參照圖16a和圖16b)。LD/LT=180[Σn=14{Σx=120(ldlt)x}n]---(1)]]>LY=1kΣy=1kly---(2)]]>其中d為測定直線上跨越加工面的測定直線長度的總和；t為測定直線的長度(但是測定直線(lt)其始點和終點位于非加工面和加工面的連接處)；x＝1～20為焊絲各面的測定面積內(nèi)的測定直線；n＝1～4為焊絲四周的4個面；ly為測定面積內(nèi)任一條長度100μm的直線上，跨越加工面的最大寬度尺寸；k為一條直線上的加工面的個數(shù)。
LY值為任意一直線上加工面最大寬度的平均值，由于焊絲在長度方向上被延伸，上述LY值可以代表焊絲整體中的一個加工面的尺寸。
焊接和供料性能試驗條件電流(A)300，電壓(V)34，速度(CPM)40氣體CO2100％電纜(Cable)條件(長5m、直徑300mm、2turn)供料電機和電弧穩(wěn)定性評價裝置Arc Monitoring SystemWAM-4000D(Ver.1.0)
表1
*供料性能和電弧穩(wěn)定性評價○良好 △中等 ×差*打滑率(％)＝(供料輥轉(zhuǎn)動速度-焊絲供料速度)/供料輥轉(zhuǎn)動速度×100從表1可以看出，在本發(fā)明范圍內(nèi)的發(fā)明示例9～16與對比例相比，供料負(fù)荷低、電弧穩(wěn)定、焊接飛濺量少，表現(xiàn)出優(yōu)良的供料性能。此外在焊接煙霧生成量方面，對比例要采用現(xiàn)有方式提高供料性能，使用供料用油和潤滑粉，與發(fā)明示例相比焊接煙霧生成的量也多。作為參考，前面的照片7和8為對應(yīng)發(fā)明示例13和14的焊絲光學(xué)顯微鏡照片，照片9和10為發(fā)明示例12的焊絲表面SEM照片，照片9為傾斜的照片，照片10為平面的照片。
但是從表1可以看出，發(fā)明示例9、10的情況下，打滑率有一些升高，這是由于加工面和非加工面的比例高，加工面的尺寸相對較大的原因，特別是10由于增加的供料負(fù)荷電流，電弧多少有一些上升。此外15、16的情況是加工面和非加工面的比相對較低，由于導(dǎo)管內(nèi)的摩擦力提高的原因，打滑率多少有一些增加。
圖15a和圖15b為表示LD/LT和供料負(fù)荷電流以及LY值和焊接飛濺生成量關(guān)系的曲線，是表示本發(fā)明的范圍。
另一方面，對比例1、2的情況加工面多，LD/LT的值在0.84以上，加工面尺寸小，LY值在10μm以下，超出本發(fā)明范圍，由于導(dǎo)管內(nèi)的摩擦增加，供料負(fù)荷電流超過1.5A，供料性能差，由于加工面積過大，供料部件的打滑率增加，電弧不穩(wěn)定。作為參考的照片1為對比例1的焊絲表面光學(xué)顯微鏡照片。而觸頭的加工程度在比較粗的范圍加工面的尺寸又小，接觸不穩(wěn)定，焊接飛濺生成量增加，與這種形式的焊絲要提高供料性能的供料物質(zhì)必須的條件相反，承載潤滑劑性能差，供料性能不好。
對比例3、4加工面過多，LD/LT的值在0.84以上，加工面尺寸大，LY值超過40μm的情況，仍然是偏離本發(fā)明的范圍，在供料部件的供料輥上產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，表現(xiàn)出非常差的供料性能。特別是在中等電流以上的供料條件下，焊接幾乎是不可能的?？墒前l(fā)現(xiàn)對比例3加工面尺寸和LY在本發(fā)明范圍內(nèi)，與對比例4相比，電弧要穩(wěn)定一些。作為參考，照片2為對比例3的焊絲表面光學(xué)顯微鏡照片，照片5和6為對比例4的焊絲SEM照片，照片5為傾斜的照片，照片6為平面的照片。
實際上幾乎所有的觸頭其內(nèi)面的粗糙度(Ra)的值在0.09～0.97μm范圍內(nèi)(參照照片11～14)，可以確認(rèn)粗糙度在這樣寬范圍內(nèi)的觸頭，也可以穩(wěn)定地與本發(fā)明(特別是LY值)的焊絲接觸，產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧。因此可以推斷電弧的穩(wěn)定性與本發(fā)明定義的LD/LT值相比，與LY值有更密切的關(guān)系。
對比例5、6加工面小，LD/LT在0.51以下，加工面的尺寸小，LY值在10μm以下，可以看出由于表面相對粗糙，導(dǎo)管內(nèi)的摩擦增加，供料負(fù)荷電流急劇增加，供料性能惡化。所以觸頭的加工處于比較粗糙的范圍(0.97μm)而加工面尺寸小的話，接觸不穩(wěn)定，焊接飛濺生成量增加。作為參考，照片3為對比例5的焊絲表面的光學(xué)顯微鏡照片。
對比例7、8由于加工面小，LD/LT的值在0.51以下，對比例7加工面尺寸稍大，LY值超過40μm的情況，在圓周方向4個面上的加工面不均勻，供料性能和電弧不穩(wěn)定，對比例8加工面的尺寸(LY)處于能與觸頭穩(wěn)定接觸的本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以看出電弧較穩(wěn)定。作為參考，照片4為對比例8的焊絲表面的光學(xué)顯微鏡照片。
上述本發(fā)明通過把焊絲表面加工面尺寸的比例調(diào)整到特定的范圍，提供不僅供料性能優(yōu)良而且電弧穩(wěn)定性好的焊絲，此外本發(fā)明的焊絲不僅不施鍍，而且不用像現(xiàn)有無鍍焊絲在表面涂敷潤滑粉，具有焊接時減少焊接煙霧生成的效果。
上面用實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本發(fā)明并不限定在實施例的內(nèi)容，在本發(fā)明所屬領(lǐng)域，具有一般的知識，不脫離本發(fā)明的思想和精神，可以對本發(fā)明進行修正和變更。
權(quán)利要求
1.在焊絲表面圓周方向加工面和非加工面連續(xù)的無鍍焊絲中，對于上述焊絲的4個面在焊絲表面任意的測定面積(10,000μm2＝100μm×100μm)中，把至少包含加工面和非加工面各2個以上的圓周方向任意長度直線作為測定直線(測定直線的起點和終點位于加工面和非加工面連接處)，把此測定直線在測定面積寬度方向(焊絲的長度方向)每5μm做一條線，設(shè)測定線通過加工面的長度總和為d，測定線的長度為t，用式(1)定義的LD/LT的值為0.51-0.84，在上述測定面積內(nèi)長度100μm的任一圓周方向直線上加工面最大寬度用ly表示時，用式(2)定義的LY為10-40μm；LD/LT=180[Σn=14{Σx=120(ldlt)x}n]---(1)]]>LY=1kΣy=1kly---(2)]]>其中x＝1～20為焊絲各面的測定面積內(nèi)的測定直線；n＝1～4為焊絲四周的4個面；k為一條直線上的加工面的個數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及無鍍焊絲。本發(fā)明構(gòu)成的特征為:在焊絲表面任意的測定面積(10,000μm
文檔編號B23K35/40GK1381333SQ0210859
公開日2002年11月27日 申請日期2002年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月19日
發(fā)明者金容哲, 李在炯 申請人:基斯韋爾株式會社