一種用於二氧化碳氣體保護焊的鍍鋁焊絲及其製備方法

2023-06-06 07:54:26 3

專利名稱：一種用於二氧化碳氣體保護焊的鍍鋁焊絲及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種用於二氧化碳氣體保護焊的焊絲及其製備方法，更具體地講，涉及 一種焊絲表面沒有鍍銅的焊絲及其製備方法。
背景技術：
隨著自動焊接系統的引入，用於二氧化碳氣體保護弧焊的焊絲已經廣泛地應用於很 多領域，例如鋼結構、汽車、船舶和建築。對於用於二氧化碳氣體保護弧焊的焊絲，通 常使用所謂的鍍銅實心焊絲，其中銅鍍在焊絲表面。鍍銅焊絲在使用和製備中存在以下 問題
(1) 鍍銅層比焊絲表面軟，由於焊絲與焊嘴之間的摩擦，鍍銅不可避免地從焊絲表 面剝離，從而使焊接不穩定。
(2) 銅的熔點低，在焊接過程的超高溫下容易蒸發，從而產生大量的煙。
(3) 在焊接過程中，由於焊絲與焊嘴之間的摩擦，銅粉從焊絲表面脫落並在焊嘴上 積累，會造成焊嘴堵塞，從而導致焊接不穩定，產生大量的飛濺。
(4) 焊絲表面鍍銅會產生大量廢液，造成環境的汙染。
儘管鍍銅焊絲有上述缺點，但是焊絲表面鍍銅可以提高導電性、焊絲可餵入性以及 耐蝕性。考慮到上述缺點，需要開發能滿足各種特性的具有鍍銅焊絲優勢特性的非鍍銅
焊絲。日本特許公報2682814 (電弧焊焊絲)，日本公開特許公報平11 — 147174 (鋼材 用非電鍍焊絲)，提出了在焊絲表面使用至少一種潤滑粉末，如MoS2、 WS2和C，或者 潤滑油塗層，用於提高焊絲的可餵入性。日本公開特許公報2000—117483公開了一種焊 絲，在焯絲表面沿圓周方向具有預定波長的波狀粗糙部分，因為將能譜測量中的峰值強 度控制在所需的數值，其起弧性能優異。日本公開特許公報2000—317679公開了一種電 弧焊的非電鍍焊絲以及電弧焊方法，其中使用水溶性的高分子物質將預定數量的粒度較 小的絕緣無機物粉末和導電無機物粉末粘結在焊絲表面，從而減少了煙或飛濺的數量。 中國專利"一種表面塗有石墨塗料的二氧化碳氣體保護實芯焊絲"(申請號 200510012638. 8，
公開日2005年12月21日)公開了一種將焊絲進行石墨基塗料的塗敷 或者噴塗處理，以提高焊縫質量。中國專利"一種用於氣體保護焊的焊絲"(申請號 200320129174.5，授權公告日2004年12月29日)公開了一種在金屬絲表面設置有縱向 溝槽或者小坑，活化劑設置在縱向溝槽或者小坑中，此時，活化劑非均勻地分布在金屬 絲的表面，導致焊接過程的不穩定和焊接質量的下降。
上述焯絲己經改進為非鍍銅焊絲，但並沒有滿足焊絲所需的所有特性。特別是，為 了提高非鍍銅焊絲的性能在焊絲表面塗覆細粉末的情況下，塗覆在焊絲表面的粉末不可 避免地造成煙的產生。而且，由於難以將塗覆的粉末控制在適當的水平，塗覆在焊絲表面的粉末不均勻，從而增大了飛濺數量。

發明內容
'本發明旨在克服現有鍍銅焊絲的不足，在保證導電率的前提下，提供一種能夠減小 飛濺，提高焊接穩定性和焊接質量，同時避免大量汙染的二氧化碳氣體保護焊的鍍鋁焊 絲及其製備方法。
本發明的一種用於二氧化碳氣體保護焊的鍍鋁焊絲，包括金屬絲，金屬絲的表面均 勻完整地設置有鋁鎂鈦合金鍍層。
所述鋁鎂鈦合金鍍層按質量分數由30—60%的鋁、10—40%的鎂、10_30%的鈦和0 一2%的防氧化物質組成。
所述防氧化物質為錳或者矽或者由質量分數60—70%的錳和質量分數30—40%的矽 組成的錳矽合金。
所述鋁鎂鈦合金鍍層通過熱鍍、化學鍍或者電鍍的方式鍍在金屬絲的表面。 本發明一種製備用於二氧化碳氣體保護焊的鍍鋁焊絲的方法，按照下述步驟進行
(1) 將焊絲原料盤條剝殼去鏽，沾塗硼酸鹽塗層，烘乾，經過第一次拉拔，使盤條 的直徑縮小至2.8 3.5mrn，收線；.
(2) 將歩驟(1)處理後的盤條進行熱鹼洗脫脂，並依次經過活化槽和預熱爐處理， 其中活化槽中設置有由質量分數6%的氟化鉀水溶液和質量分數4%的氯化鈉水溶液組成 的助鍍劑，預熱爐的烘乾溫度為300—500°C;
(3) 將經過歩驟(2)烘乾後的盤條浸入鍍鋁液中進行熱鍍；
(4) 將熱鍍後的盤條進行第二次拉拔至0.8 — 1.6mm的直徑，收線。 所述步驟(3)中的熱鍍工藝中，熱鍍溫度為650—720。C,浸鍍時間為3 20s。 所述鍍鋁液按質量分數由30—60%的鋁、10—40%的鎂、10—30%的鈦和0—2%的
防氧化物質組成。
所述防氧化物質為錳或者矽或者由質量分數60—70%的錳和質量分數30—40%的矽 組成的錳矽合金。
本發明將鋁、鎂、鈦金屬鍍在焊絲的表面，具有如下有益效果(1)與現有鍍銅焊 絲相比，熱鍍鋁的生產過程汙染顯著減少，焊絲防鏽性能提高；(2)在焊絲表面熱鍍合 金金屬層，在保證導電性的同時，降低焊絲焊接的飛濺，提高焊接質量；(3)在焊絲表 面同時鍍上防氧化物質，如錳和矽，可以在保證導電性的同時，進一步保證脫氧性能， 降低焊絲焊接的飛濺和提高焊接質量；(4)在焊絲表面熱鍍合金金屬層，保證送絲性能， 同時細化焊縫晶粒(如圖3所示)，使焊絲熔敷金屬力學性能提高；(5)帶有鋁合金塗 層的焊絲拉拔性能得以提高，減少斷絲率。


圖l是焊絲熱鍍裝置示意圖。
l.導向輪；2.鍍鋁爐；3.沉沒輥；4.活化槽；5.預熱爐；6.放線輪；7.收線裝置。 圖2是本發明的鍍層焊絲的結構示意圖。 8.金屬絲；9.鋁鎂鈦合金鍍層。
圖3是C02氣體保護焊時含鋁鍍層焊絲的熔敷金屬中心區域晶粒尺寸對比圖。 a為普通鍍銅焊絲；b為本發明的鍍層焊絲。
具體實施例方式
下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案。
由於目前常用CO2氣體保護焊的焊絲規格一般為直徑0.8—1.6mm，焊絲原料盤條的 直徑一般為6.5 — 5.5mm，故需要採用拉拔工藝將直徑縮短。本發明的製備方法採用兩次 拉拔工藝，將原料盤條的直徑縮短至焊絲規格的要求，所用拉拔工藝採用與現有普通焊 絲拉拔工藝基本相同，包括剝殼去鏽、沾塗硼酸鹽塗層、烘乾和熱鹼洗脫脂。在完成第 一次拉拔後，對盤條進行熱鍍處理，所用熱鍍鋁工藝與現有熱鍍鋁工藝基本相同，經歷 助鍍處理一烘乾一熱浸鍍—收線，在鍍層後通過導向輪1和收線裝置7進行第二次拉拔， 帶有鋁塗層的焊絲拉拔性能得以提高，減少斷絲率，使焊絲滿足規格要求，如圖1所示。
實施例1
(1) 將焊絲原料盤條剝殼去鏽，沾塗硼酸鹽塗層，烘乾，經過第一次拉拔，使盤條 的直徑縮小至3.5mm,收線；
(2) 將步驟(1)處理後的盤條進行熱鹼洗脫脂，並依次經過活化槽和預熱爐處理, 其中活化槽中有由質量分數6%的氟化鉀水溶液和質量分數4%的氯化鈉水溶液組成的助 鍍劑，預熱爐的烘乾溫度為30(TC;
(3) 將經過歩驟(2)烘乾後的盤條浸入鍍鋁液中進行熱鍍，其中所述鍍鋁液由30g 鋁、40g鎂和30g鈦組成，熱鍍溫度為720。C，浸鍍時間為3s;
(4) 將熱鍍後的盤條進行第二次拉拔至1.6mm的直徑，收線。 實施例2
(1) 將焊絲原料盤條剝殼去鏽，沾塗硼酸鹽塗層，烘乾，經過第一次拉拔，使盤條 的直徑縮小至2.8mm,收線；.
(2) 將歩驟(1)處理後的盤條進行熱鹼洗脫脂，並依次經過活化槽和預熱爐處理， 其中活化槽中有由質量分數6%的氟化鉀水溶液和質量分數4%的氯化鈉水溶液組成的助 鍍劑，預熱爐的烘乾溫度為50(TC;
(3) 將經過歩驟(2)烘乾後的盤條浸入鍍鋁液中進行熱鍍，其中鍍鋁液由60g鋁、 10g鎂和30g鈦組成，熱鍍溫度為650'C，浸鍍時間為20s;
5(4)將熱鍍後的盤條進行第二次拉拔至0.8mm的直徑，收線。 實施例3
U)將焊絲原料盤條剝殼去鏽，沾塗硼酸鹽塗層，烘乾，經過第一次拉拔，使盤條 的直徑縮小至3.0mm，收線；.
(2) 將步驟(1)處理後的盤條進行熱鹼洗脫脂，並依次經過活化槽和預熱爐處理， 其中活化槽中設置有由質量分數6%的氟化鉀水溶液和質量分數4%的氯化鈉水溶液組成 的助鍍劑，預熱爐的烘乾溫度為400'C;
(3) 將經過步驟(2)烘乾後的盤條浸入鍍鋁液中進行熱鍍，其中鍍鋁液由60g鋁、 20g鎂和20g鈦組成，熱鍍溫度為680。C,浸鍍時間為5s;
(4) 將熱鍍後的盤條進行第二次拉拔至1.5mm的直徑，收線。 實施例4
(1) 將焊絲原料盤條剝殼去鏽，沾塗硼酸鹽塗層，烘乾，經過第一次拉拔，使盤條 的直徑縮小至3.2mm，收線；.
(2) 將步驟(1)處理後的盤條進行熱鹼洗脫脂，並依次經過活化槽和預熱爐處理， 其中活化槽中設置有由質量分數6%的氟化鉀水溶液和質量分數4%的氯化鈉水溶液組成 的助鍍劑，預熱爐的烘乾溫度為45(TC;
(3) 將經過歩驟(2)烘乾後的盤條浸入鍍鋁液中進行熱鍍，其中鍍鋁液由40g鋁、 40g鎂和20g鈦組成，熱鍍溫度為700。C，浸鍍時間為15s;
(4) 將熱鍍後的盤條進行第二次拉拔至1.2!11111的直徑，收線。 實施例5
(1) 將焊絲原料盤條剝殼去鏽，沾塗硼酸鹽塗層，烘乾，經過第一次拉拔，使盤條 的直徑縮小至2.8mm，收線；.
(2) 將步驟(1)處理後的盤條進行熱鹼洗脫脂，並依次經過活化槽和預熱爐處理， 其中活化槽中設置有由質量分數6%的氟化鉀水溶液和質量分數4%的氯化鈉水溶液組成 的助鍍劑，預熱爐的烘乾溫度為350'C;
(3) 將經過歩驟(2)烘乾後的盤條浸入鍍鋁液中進行熱鍍，其中鍍鋁液由50g鋁、 40g鎂和10g鈦組成，熱鍍溫度為680'C，浸鍍時間為15s;
(4) 將熱鍍後的盤條進行第二次拉拔至1.2111111的直徑，收線。 實施例6
(1) 將焊絲原料盤條剝殼去鏽，沾塗硼酸鹽塗層，烘乾，經過第一次拉拔，使盤條 的直徑縮小至3.5mm，收線；. .
(2) 將步驟(1)處理後的盤條進行熱鹼洗脫脂，並依次經過活化槽和預熱爐處理， 其中活化槽中設置有由質量分數6%的氟化鉀水溶液和質量分數4%的氯化鈉水溶液組成 的助鍍劑，預熱爐的烘乾溫度為50(TC;
(3) 將經過歩驟(2)烘乾後的盤條浸入鍍鋁液中進行熱鍍，所述鍍鋁液由60g鋁、20g鎂、18g鈦和2g錳組成，熱鍍溫度為720'C，浸鍍時間為15s; (4)將熱鍍後的盤條進行第二次拉拔至1.6mm的直徑，收線。 實施例7
(1) 將焊絲原料盤條剝殼去鏽，沾塗硼酸鹽塗層，烘乾，經過第一次拉拔，使盤條 的直徑縮小至2.8mm，收線；.
(2) 將步驟(1)處理後的盤條進行熱鹼洗脫脂，並依次經過活化槽和預熱爐處理， 其中活化槽中設置有由質量分數6%的氟化鉀水溶液和質量分數4%的氯化鈉水溶液組成 的助鍍劑，預熱爐的烘乾溫度為30(TC;
(3) 將經過步驟(2)烘乾後的盤條浸入鍍鋁液中進行熱鍍，其中鍍鋁液由50g鋁、 28g鎂、20g鈦和2g矽組成，熱鍍溫度為650'C,浸鍍時間為10s;
(4) 將熱鍍後的盤條進行第二次拉拔至1.0mm的直徑，收線。 實施例8
(1) 將焊絲原料盤條剝殼去鏽，沾塗硼酸鹽塗層，烘乾，經過第一次拉拔，使盤條 的直徑縮小至3.0mm，收線；.
(2) 將歩驟(1)處理後的盤條進行熱鹼洗脫脂，並依次經過活化槽和預熱爐處理， 其中活化槽中設置有由質量分數6%的氟化鉀水溶液和質量分數4%的氯化鈉水溶液組成 的助鍍劑，預熱爐的烘乾溫度為40(TC;
(3) 將經過步驟(2)烘乾後的盤條浸入鍍鋁液中進行熱鍍，其中鍍鋁液由50g鋁、 28g鎂、20g鈦、1.4g錳和0.6g矽組成，熱鍍溫度為70(TC，浸鍍時間為20s;
(4) 將熱鍍後的盤條進行第二次拉拔至1.2皿的直徑，收線。 實施例9
(1) 將焊絲原料盤條剝殼去鏽，沾塗硼酸鹽塗層，烘乾，經過第一次拉拔，使盤條 的直徑縮小至2.8mm，收線；.
(2) 將步驟(1)處理後的盤條進行熱鹼洗脫脂，並依次經過活化槽和預熱爐處理， 其中活化槽中設置有由質量分數6%的氟化鉀水溶液和質量分數4%的氯化鈉水溶液組成 的助鍍劑，預熱爐的烘乾溫度為450'C;
(3) 將經過步驟(2)烘乾後的盤條浸入鍍鋁液中進行熱鍍，其中鍍鋁液由60g鋁、 20g鎂、19g鈦和lg錳組成，熱鍍溫度為68(TC，浸鍍時間為3s;
(4) 將熱鍍後的盤條進行第二次拉拔至0.8mm的直徑，收線。 實施例10
(1) 將焊絲原料盤條剝殼去鏽，沾塗硼酸鹽塗層，烘乾，經過第一次拉拔，使盤條
的直徑縮小至3.2111111，收線；.
(2) 將歩驟(1)處理後的盤條進行熱鹼洗脫脂，並依次經過活化槽和預熱爐處理， 其中活化槽中設置有由質量分數6%的氟化鉀水溶液和質量分數4%的氯化鈉水溶液組成 的助鍍劑，預熱爐的烘乾溫度為35(TC;
7(3) 將經過步驟(2)烘乾後的盤條浸入鍍鋁液中進行熱鍍，其中鍍鋁液由50g鋁、 20g鎂、20g鈦、6g錳和4g矽組成，熱鍍溫度為700。C，浸鍍時間為8s;
(4) 將熱鍍後的盤條進行第二次拉拔至1.6mm的直徑，收線。 上述實施例製得的焊絲與現有鍍銅焊絲相比，生產過程汙水排放顯著減少，焊絲拉
拔斷絲率減少50%以上，焊絲焊接飛濺率減小30%以上，防鏽保存期提高3倍以上，C02 氣體保護焊時熔敷金屬晶粒有所細化，其中在焊絲表面同時鍍上錳矽，可以在保證導電
性的同時，進一步保證脫氧性能，降低焊絲焊接的飛濺，所屬領域的技術人員可從發明 內容中選擇相應的組分和含量，以實現本發明的技術方案。
以上對本發明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發明的核心的情況下， 任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創造性勞動的等同替換均落 入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種用於二氧化碳氣體保護焊的鍍鋁焊絲，包括金屬絲，其特徵在於，金屬絲的表面均勻完整地設置有鋁鎂鈦合金鍍層。
2. 根據權利要求1所述的一種用於二氧化碳氣體保護焊的鍍鋁焊絲，其特徵在於，所述鋁鎂 鈦合金鍍層按質量分數由30—60%的鋁、10—40%的鎂、10—30%的鈦和0—2%的防氧化物 質組成。
3. 根據權利要求2所述的一種用於二氧化碳氣體保護焊的鍍鋁焊絲，其特徵在於，所述防氧 化物質為錳或者矽或者由質量分數60—70%的錳和質量分數30—40%的矽組成的錳矽合金。
4. 根據權利要求1所述的一種用於二氧化碳氣體保護焊的鍍鋁焊絲，其特徵在於，所述鋁鎂 鈦合金鍍層通過熱鍍、化學鍍或者電鍍的方式鍍在金屬絲的表面。
5. —種製備如權利要求1所述的鍍鋁焊絲的方法，其特徵在於，按照下述步驟進行(1) 將焊絲原料盤條剝殼去鏽，沾塗硼酸鹽塗層，烘乾，經過第一次拉拔，使盤條的 直徑縮小至2.8 3.5mm，收線；.(2) 將步驟(1)處理後的盤條進行熱鹼洗脫脂，並依次經過活化槽和預熱爐處理，其 中活化槽中設置有由質量分數6%的氟化鉀水溶液和質量分數4%的氯化鈉水溶液組成的助 鍍劑，預熱爐的烘乾溫度為300—50(TC;(3) 將經過步驟(2)烘乾後的盤條浸入鍍鋁液中進行熱鍍；.(4)將熱鍍後的盤條進行第二次拉拔至0.8—1.6mm的直徑，收線。
6. 根據權利要求5所述的一種製備鍍鋁焊絲的方法，其特徵在於，所述步驟(3)中的熱鍍工 藝中，熱鍍溫度為650—720°C，浸鍍時間為3 20s。
7. 根據權利要求5所述的一種製備鍍鋁焊絲的方法，其特徵在於，所述鍍鋁液按質量分數由 30—60%的鋁、10—40%的鎂、10—30%的鈦和0—2%的防氧化物質組成。
8. 根據權利要求7所述的一種製備鍍鋁焊絲的方法，其特徵在於，所述防氧化物質為錳或者 矽或者由質量分數60—70%的錳和質量分數30—40%的矽組成的錳矽合金。
全文摘要
本發明公開了一種用於二氧化碳氣體保護焊的鍍鋁焊絲及其製備方法，通過熱鍍的方法將鋁鎂鈦合金層鍍在焊絲的表面。製備的焊絲由於其表面鍍層含有鋁、鎂、鈦等金屬元素，可以在保證導電性的前提下，減小飛濺，提高焊接質量；在製備方法中採用熱鍍方法鍍層，可避免傳統鍍銅工藝帶來的汙染。
文檔編號B23K35/22GK101633084SQ200910069998
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月31日 優先權日2009年7月31日
發明者戶志國, 王惜寶, 石立波 申請人:天津大學