CN1143750C - 气体保护电弧焊用药芯焊丝 - Google Patents

Abstract

角焊用气体保护电弧焊药芯焊丝，在大电流焊接条件下用于高速平角焊也能获得良好耐底漆性、焊道形状、外观及焊渣剥离性；全位置焊接用药芯焊丝，在较大焊接条件范围内可使用、立焊的耐金属垂滴性良好、各种焊接操作性俱佳。该焊丝的特征是在钢质外管内填入焊剂而形成的气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以重量%计，含有0.40～1.20%C、5～12%Si、19～42%Mn，其余为Fe，且满足Si≥11.89-2.92C-0.077Mn，对应于全部焊丝重量，含有1.0%以上粒径＜212μm的铁系Si-Mn合金粉末，且含有2.0～7.0%TiO₂、0.2～1.5%SiO₂、0.1～1.2%ZrO₂、0.01～0.3%氟化物(F换算值)。

Description

气体保护电弧焊用药芯焊丝

技术领域

本发明涉及用于船舶、桥梁、钢筋等钢结构制造的低碳钢、高强度钢及低合金钢用气体保护电弧焊用药芯焊丝(以下，称为药芯焊丝)，特别涉及为提高焊接工作效率而在大电流焊接条件下使用时也具有良好焊接操作性的角焊用及全位置焊接用气体保护电弧焊用药芯焊丝。

背景技术

用于角焊的药芯焊丝在例如日本专利公开公报昭61-147993号、日本专利公开公报平3-294092号等中提出各种方案，但人们希望平角焊能进一步提高速度。一般，用于角焊的药芯焊丝对于为达到钢结构在制造过程中防锈的目的而涂布的底漆产生的凹坑、气槽采取了防止措施。但是问题是，涂布在钢板上的底漆种类、膜厚对高速平角焊的影响日益增大，有一个耐底漆性问题。而且，在速度加快的同时，为了确保目标焊脚长度，必然会采用大电流焊接条件，这样就会出现焊道凸出，焊道焊趾的熔合性不佳，因咬边、焊渣烧结而产生的外观不佳及焊渣剥离性劣化等问题。

由于全位置焊接用药芯焊丝可用于平焊、横焊、仰焊、立焊等位置的焊接，所以使用的范围最广。特别在大电流焊接条件下使用时，希望能够防止立焊的金属垂滴，并适用于较大的焊接条件范围。如果在立焊时出现金属垂滴的现象，就会使焊道焊趾的熔合性、外观、焊渣剥离性产生问题。

因此，本发明的目的是提供在大电流焊接条件下、用于高速平角焊的具备良好耐底漆性、焊道形状、外观和焊渣剥离性的角焊用气体保护电弧焊用药芯焊丝，以及在包括大电流区域的较大焊接条件范围内可使用的、以立焊的防止金属垂滴性良好为特色的各种焊接操作性俱佳的全位置焊接用药芯焊丝。

为了改善在大电流焊接条件下进行高速平角焊及立焊时出现的前述焊接操作性问题，本发明者们试制了各种药芯焊丝，并进行了详细的探讨。

首先，为了提高平角焊用药芯焊丝的耐底漆性，除了控制焊渣形成剂、控制氟化物的添加和焊丝中的氢含量之外，在大电流焊接条件下使用时的电弧状态稳定性也是很重要的。即，如果在焊接时能够维持稳定的电弧状态，则浮在熔池表面的熔融焊渣就会在电弧力的作用下迅速、连续地向后方移动，由于从熔池产生的氢气连续地释放，所以，不会产生凹坑和气槽。另一方面，如果焊丝的熔融状态较紊乱，电弧状态不稳定，则熔融焊渣的后移变得不连续，此时，容易在凝固焊渣较厚部位出现凹坑。

另外，为改善大电流焊接条件下使用时的焊道形状、外观和焊渣剥离性，综合调整熔融焊渣的流动性和凝固温度等，以及保持上述稳定的电弧状态，保持充分的焊渣包覆性也是很重要的。焊渣包覆性不充分时，会出现焊道凸出、因咬边、焊渣烧结而产生的外观不佳及焊渣剥离性差等问题。

此外，对于在大电流焊接条件下将全位置焊接用药芯焊丝用于立焊时的耐金属垂滴性来说，使上述电弧状态稳定也是必须条件。

进行向下立焊时，一边利用电弧力的作用将熔融焊渣稳定在熔池表面的上方，一边向下进行焊接，如果保持稳定的电弧状态，就能够将熔融焊渣平稳压向熔池上方，使其迅速凝固，所以不会出现金属垂滴现象。此时，所有焊道被焊渣包覆，焊趾的熔合性良好，形成了平滑的焊道，没有出现焊渣烧结和夹渣的现象，剥离性良好。反之，如果电弧状态不稳定，就会使熔融焊渣在瞬间垂滴，焊道出现凹凸，出现因夹渣而产生的缺陷和因夹渣部分产生的裂缝。在向上立焊的大电流情况下和焊接条件范围扩大时，电弧状态和焊渣的包覆性同样对金属垂滴、焊道焊趾熔合性及焊渣剥离性有影响。

本发明者们发现，含有一定量以上的前述特定铁系Si-Mn合金粉末或铁系Si-Mn-Ni合金粉末，对共同改善上述药芯焊丝的焊接操作性有重要影响的电弧状态和焊渣包覆性的稳定化极其有效，而且，将焊渣形成剂和氟化物作为必须成分加以限定的药芯焊丝能够达到所希望的目的。

发明内容

本发明的主要内容如下。

(1)在钢质外管内填入焊剂而形成的气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以重量％计，含有0.40~1.20％的C、5～12％的Si、19～42％的Mn，其余为Fe，且满足Si≥11.89-2.92C-0.077Mn(式1)，对应于全部焊丝重量，含有1.0％以上的粒径在212μm以下的铁系Si-Mn合金粉末，而且，含有2.0~7.0％的TiO₂、0.2~1.5％的SiO₂、0.1~1.2％的ZrO₂、0.01~0.3％的氟化物(F换算值)。

(2)在钢质外管内填入焊剂而形成的角焊用气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以重量％计，含有0.40~1.20％的C、5～12％的Si、19～42％的Mn，其余为Fe，且满足Si≥11.89-2.92C-0.077Mn(式1)，对应于全部焊丝重量，含有1.0％以上的粒径在212μm以下的铁系Si-Mn合金粉末，而且，含有2.0~5.0％的TiO₂、0.2~1.2％的SiO₂、0.1~1.2％的ZrO₂、0.01~0.3％的氟化物(F换算值)。

(3)在钢质外管内填入焊剂而形成的角焊用气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以重量％计，含有0.40～1.20％的C、5～12％的Si、19～42％的Mn，30％以下的Ni，其余为Fe，且满足Si≥11.89-2.92C-0.077Mn-0.062Ni(式2)，对应于全部焊丝重量，含有1.0％以上的粒径在212μm以下的铁系Si-Mn-Ni合金粉末，而且，含有2.0～5.0％的TiO₂、0.2～1.2％的SiO₂、0.1～1.2％的ZrO₂、0.01～0.3％的氟化物(F换算值)。

(4)在钢质外管内填入焊剂而形成的全位置焊接用气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以重量％计，含有0.40～1.20％的C、5～12％的Si、19～42％的Mn，其余为Fe，且满足Si≥11.89-2.92C-0.077Mn(式1)，对应于全部焊丝重量，含有1.0％以上的粒径在212μm以下的铁系Si-Mn合金粉末，而且，含有4.0～7.0％的TiO₂、0.3～1.5％的SiO₂、0.3～1.2％的ZrO₂、1种或2种0.1～1.5％的Al(1.5％以下)或Mg(0.8％以下)、0.01～0.2％的氟化物(F换算值)。

(5)在钢质外管内填入焊剂而形成的全位置焊接用气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以重量％计，含有0.40～1.20％的C、5～12％的Si、19～42％的Mn，30％以下的Ni，其余为Fe，且满足Si≥11.89-2.92C-0.077Mn-0.062Ni(式2)，对应于全部焊丝重量，含有1.0％以上的粒径在212μm以下的铁系Si-Mn合金粉末，而且，含有4.0～7.0％的TiO₂、0.3～1.5％的SiO₂、0.3～1.2％的ZrO₂、1种或2种0.1～1.5％的Al(1.5％以下)或Mg(0.8％以下)、0.01～0.2％的氟化物(F换算值)。

(6)上述铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末的相对磁导率(μ)在1.10以下的上述(1)～(5)的任一项所述的气体保护电弧焊用药芯焊丝。

(7)对应于全部焊丝重量，铁粉含量在10％以下的上述(1)～(6)的任一项所述的气体保护电弧焊用药芯焊丝。

(8)对应于全部焊丝重量，焊丝的氢含量在0.007％以下的上述(1)～(7)的任一项所述的气体保护电弧焊用药芯焊丝。

(9)对应于全部焊丝重量，焊丝的氮含量在0.010％以下的上述(1)～(8)的任一项所述的气体保护电弧焊用药芯焊丝。

附图说明

图1表示包括本发明在内的药芯焊丝中的铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末的含量和出现凹坑的情况、外管部分壁厚的均匀性的关系。

图2是药芯焊丝剖面构造例的模拟图。

图3是药芯焊丝长轴方向的剖面构造例的模拟图。

图4是用于实施例的平角焊试验的试验体及焊接后的焊道的模拟图。

图5是实施例的平角焊试验焊道的余高率的测定方法的模拟图。

图6实施例的平角焊试验的焊道焊趾形状的测定方法的模拟图。

以下，对图中符号进行说明。

1为外管，2为焊剂，3为外管部分的结合部，4为缝焊部分，5为外管部分壁厚较薄的部分，6为焊剂原料粉末，7为焊剂原料粉末的镶嵌部分，8为铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末、9为立板、10为平板、11为底漆、12为焊道、13为焊道焊趾、x为上焊脚长、y为下焊脚长、L₁和L₂为切线、α₁和α₂为焊道焊趾角、T₁为平均壁厚、T₂为最小壁厚、S₁为剩余部分的面积、S₀为三角形部分的面积。

具体实施方式

以下，对本发明的药芯焊丝中所含的铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末的作用效果及其限定理由进行说明。

药芯焊丝的钢质外管材料一般采用Si、Mn含量较少、且拉丝加工性能良好的低碳钢材料，因此，为确保焊接金属的机械性质而填充在焊剂中的作为脱氧及合金剂的Si、Mn原料粉末的配比较高。作为上述原料粉末，以往都是使用金属Si、金属Mn、硅钢、锰铁、硅锰合金等。此外，高强度钢用和低温钢用等的含Ni药芯焊丝中使用的是镍铁合金粉末或Ni粉末。

但是，如图3(a)、(b)所示，观察含有大量上述金属粉末原料的药芯焊丝的长轴方向剖面，将异常部分放大，如图3(a)模拟所示，可看到外管部1中较薄的部分5和包含在焊剂2内的焊剂原料粉末6(金属粉末、合金粉末)嵌在外管部分1中的部分7。如果这样外管部分壁厚不均匀的程度较大，则即使含有电弧稳定剂，也会造成焊丝熔融状态的紊乱，不能够确保稳定的电弧状态和焊渣的包覆状态。

上述外管部分壁厚的变化如下进行，即在进行拉丝加工的同时，使外管部分连续地向焊剂部分施加压力，依次压缩成坚固的状态，焊剂原料的每个粒子的移动都受阻，使对应于外管部分伸展的焊剂部分的跟踪性变差，这样外管部分壁厚就发生了变化。

而与此不同，图3(b)是本发明的药芯焊丝长轴方向剖面的焊剂填充状态的模拟图。外管部分1的壁厚较均匀，未发现包含在焊剂2内的焊剂原料粉末有镶嵌的现象，这样的药芯焊丝的电弧状态和焊渣包覆状态极稳定。

外管部分壁厚的均匀是通过被分散在焊剂中的作为本发明特定的焊剂原料粉末的铁系Si-Mn合金粉末或铁系Si-Mn-Ni合金粉末8(放大图)的铁合金粉来完成。本发明所用的铁系Si-Mn合金粉末或铁系Si-Mn-Ni合金粉末是限定了C、Si和Mn的含量，还限定了Si下限和C、Mn的关系或和C、Mn、Ni的关系(式1或式2)而获得的极脆的铁合金粉(ferroalloy粉)。而且，还将粒径限定在212μm以下，通过工业粉碎而制得的粒径如此小的铁系Si-Mn合金粉末或铁系Si-Mn-Ni合金粉末的每个粒子都有微小的龟裂(裂缝)。在拉丝加工时，上述裂缝使粒子容易粉碎，有利于外管部分壁厚均匀。

即，填充焊剂后，一般利用模具群或轧辊群使丝径缩小，每缩小一次，就对焊剂部分施压，此时如果原料粉末非常脆，则其粒子因不能够抵抗压力而破碎。而且，有裂缝的一个一个粒子的粉碎性极好，每缩径一次就反复进行粉碎，其结果是，使铁合金粉本身及其周围的焊剂粒子容易移动，到细径阶段为止，焊剂部分对外管伸展部分保持良好的跟踪性。

使用粒径超过212μm的较粗的铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末时，由于混入不易粉碎的粒子，而且，粒子不能够充分分散在焊剂中，拉丝加工中的粉碎效果较差，焊剂部分的跟踪性不够充分，所以，容易导致外管部分壁厚不均匀。另一方面，如果粒径在212μm以下，则要考虑制得的焊丝的直径、填充焊剂中的含量及填充焊剂的形状(造粒、非造粒、嵩密度等)等，较好是选择最适当的粒径。

此外，含有铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末对防止焊丝组成的偏析、改善焊渣包覆性也是有效的。即，作为Si、Mn的原料，用可同时满足作为目标的Si、Mn组成的铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末进行掺合与以Si、Mn为原料的以往组合掺合使用的Si粉、Mn粉、硅钢合金、锰铁合金、硅锰合金等相比，能够减少焊丝中的焊剂组分的变动。而且，铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末中的Si、Mn含量比一般使用的硅锰合金(JISG2304-1986)少得多，而且，由于其粒径限制在212μm以下，能够使Si、Mn的质量较差的粒子充分分散在焊剂中，所以，能够有效防止Si和Mn的偏析。例如，如果在焊丝长轴方向发生Si和Mn的偏析，则它们的脱氧反应生成的SiO₂、MnO会使焊渣生成量、流动性等发生一些变化，并使焊渣包覆性变差，也会对焊道形状、外观、焊渣剥离性、甚至耐底漆性产生不良影响。

为了最大限度地发挥防止偏析的效果，最好是使作为焊丝组成的焊剂中含有可满足必须的规定总量的Si、Mn及Ni的铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末。

图1表示后述实施例1的平角焊试验用药芯焊丝的铁系Si-Mn合金粉末或铁系Si-Mn-Ni合金粉末的含量和出现凹坑的情况及外管部分壁厚均匀性的关系。由图可知，由于焊丝中含有1.0％以上的铁系Si-Mn合金粉末或铁系Si-Mn-Ni合金粉末，所以，外管部分壁厚的均匀性较好，产生凹坑的个数大幅度减少，同时焊渣包覆性也得到了改善。(比较试验No.1～7和No.14、15)。全位置焊接用药芯焊丝也是如此，由于焊丝中含有1.0％以上的铁系Si-Mn合金粉末或铁系Si-Mn-Ni合金粉末，所以，能够提高立焊的大电流使用性。另一方面，考虑药芯焊丝整个丝所允许的Si(1.5％以下)和Mn(5％以下)含量，铁系Si-Mn合金粉末或铁系Si-Mn-Ni合金粉末的含量上限最好在10～15％左右。

此外，如图3(a)所示，将焊丝长20mm(不连续地任意从3处取)连续放大50倍拍摄，观察照片上的最小壁厚部分的壁厚T₂和平均壁厚T₁之比(T₂/T₁的最小值)，可对外管部分壁厚的均匀性进行评估。

铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末的组分限定理由如下。

C是改善拉丝加工中铁合金粉的粉碎性、并使铁合金粉非磁性化的有效组分，其含量需在0.40％以上。铁系Si-Mn合金粉末中的C如果不足0.40％，则在拉丝加工中难以粉碎，不能够获得壁厚均匀的外管部分。另一方面，即使C超过1.20％，对铁合金粉的粉碎性及非磁性化的作用也几乎没有变化，所以，将1.20％定为上限。此外，铁系Si-Mn-Ni合金粉末中的Ni有利于粉碎性和非磁性化，所以，C的下限可放宽至0.30％。

为了改善拉丝加工中的粉碎性，Si含量需在5％以上。如果Si含量不足5％，就不能够充分发挥粉碎效果，不能够改善外管部分壁厚的均匀性。另一方面，由于Si含量即使超过12％，对粉碎性也没有多大效果，所以，为了含有更多的Fe组分，将Si含量的上限定为12％。Si、C及Mn的含量的关系是Si≥11.89-2.92C-0.077Mn(式1)。组成只要满足式1就不会很脆，而且，大部分粒子会发生龟裂，拉丝加工中的粉碎性良好。

为了改善拉丝加工中的粉碎性及非磁性化，Mn含量需在19％以上。即使Mn含量超过42％，对粉碎性及非磁性化的效果也没有多大变化，所以，为了更多地含有Fe组分，将Mn含量的上限定为42％。

Ni含量在30％以下的铁系Si-Mn-Ni合金粉末在拉丝加工中的粉碎性良好，而且，能够确保真正的非磁性化。含有Ni的药芯焊丝的外管部分壁厚均匀性和缝焊性均良好。

C、Si及Mn之外的组分实际上就为Fe，但只要不影响拉丝加工中的粉碎性、非磁性化及焊接金属的机械性质，还可添加Al、Ti、P、S及B等。另外，从焊接金属的韧性方面考虑，使N含量尽可能少为好，但它是对于粉碎性及非磁性化有效的组分，也需适当添加。

以下，对作为本发明的药芯焊丝的必须组分的焊渣形成剂、氟化物及强脱氧剂的限定理由进行说明。

TiO₂：2.0～7.0％

TiO₂可改善焊渣包覆性，有利于形成平滑形状及外观的焊道，对焊渣剥离性及全位置焊接时保持熔融金属状态都有用，是焊渣形成剂的主要组分。

当作为角焊用药芯焊丝时，如果TiO₂含量不足2.0％，则会造成焊渣生成量不足，出现焊渣包覆性不够充分的问题，还会使焊道凸出，容易出现咬边。而且，由于焊道部分露出的焊渣或焊道表面烧结，导致了外观不佳和焊渣剥离性不良的问题。另一方面，如果TiO₂含量超过5.0％，则焊渣生成量过多，使从熔池产生的底漆燃烧气体的释放受阻，易生成凹坑、气槽。此外，图6表示立板9和平板10的角焊焊道12与平板的熔合性，如图6(b)所示，过剩的TiO₂使立板9和平板10的角焊焊道12的焊道焊趾13膨胀，这样就破坏了其与平板10的熔合性。

当作为全位置焊接用药芯焊丝时，如果TiO₂含量不足4.0％，则焊渣生成量不足，熔融焊渣的粘合性变小，不利于向上立焊和仰焊。另一方面，如果TiO₂含量超过7.0％，则焊渣生成量过多，立焊时容易出现金属垂滴、焊道焊趾形状不佳、夹渣、焊道表面出现裂缝等问题。TiO₂的原料可以是金红石、钛渣等，其含量是它们的TiO₂换算值。

SiO₂：0.2～1.5％

SiO₂赋予熔融焊渣以适当的粘性，可防止在大电流焊接条件下使用时的焊渣包覆性劣化，对改善焊道形状有用，还可防止焊渣烧结。

当作为角焊用药芯焊丝时，如果SiO₂含量不足0.2％，则在大电流焊接条件下使用时，熔融焊渣的粘性不够，焊渣包覆性变差，这样就会使焊道凸出，而且，不易从焊道立板侧除去的焊渣残留有较薄的一层，在焊道中央出现因焊渣烧结而产生的麻点状痕迹。另一方面，如果SiO₂含量超过1.2％，则焊渣生成量过多，易产生凹坑、气槽。而且，熔融焊渣的粘性过大，使焊道焊趾的熔合性变差。

当作为全位置焊接用药芯焊丝时，如果SiO₂含量不足0.3％，则焊渣包覆性变差，向上立焊时易出现金属垂滴，而且，焊道形状和焊渣剥离性劣化。另一方面，如果SiO₂含量超过1.5％，则立焊时熔融焊渣的凝固变慢，易出现焊道焊趾不整齐、金属垂滴、夹渣等现象。SiO₂的原料最好是硅砂和锆石砂等。

ZrO₂：0.1～1.2％

ZrO₂可改善焊渣包覆性，可使焊道形状整齐，是进行全位置焊接时的必须组分。

当作为角焊药芯焊丝时，如果ZrO₂含量不足0.1％，则在大电流焊接条件下使用时，熔融焊渣的凝固变慢，形成焊趾膨胀的焊道。而且，焊渣包覆性变差，出现焊道露出或焊渣烧结。另一方面，如果ZrO₂含量超过1.2％，则熔池变小，底漆燃烧气体的释放受阻，易出现凹坑和气槽。此外，如果焊道宽度变窄、形成凸出状、焊趾熔合性变差，此时的焊渣剥离性也劣化。

当作为全位置焊接用药芯焊丝时，如果ZrO₂含量不足0.3％，则几乎不能够进行向上立焊。另一方面，如果ZrO₂含量超过1.2％，则进行立焊时易发生金属垂滴。ZrO₂的原料最好是锆石砂和氧化锆等。

氟化物(F换算值)：0.01～0.3％

F赋予电弧适当的聚集性，在提高半自动焊接时的焊丝操作性的同时，能够利用其搅拌作用促进进入熔池的氢气的释放，防止凹坑和气槽的产生。而且，能够调整熔融焊渣的流动性，改善焊渣包覆性。

当作为角焊用药芯焊丝时，如果F含量在0.01％以上，则可改善耐底漆性和焊道形状，如果超过0.3％，则出现熔融焊渣粘性过小，焊道凸出，焊渣烧结等问题。

当作为全位置焊接用药芯焊丝时，如果F含量超过0.01％，则同样能够防止凹坑和气槽的产生，有利于焊渣包覆性，但如果超过0.2％，则立焊时易出现金属垂滴，F的原料最好是氟化锂、氟化钠、硅氟化钾、冰晶石等氟化物，其含量为F换算值。

1种或2种Al(1.5％以下)或Mg(0.8％以下)：0.1～1.5％

当作为全位置焊接用药芯焊丝时，作为强脱氧剂的必须组分的Al和Mg如果含量在0.1％以上，则有利于减少焊接金属的含氧量，以改善机械性质，而且，可显著减少立焊时的金属垂滴。但是，如果Al含量超过1.5％或Mg含量超过0.8％，或1种或2种Al和Mg的合计含量超过1.5％时，则熔融焊渣中的Al₂O₃和MgO过大，易出现金属垂滴。另外，当作为角焊用药芯焊丝时，Al、Mg对焊道形成有用，廉价的Al₂O₃和MgO也可作为焊渣形成剂使用，可获得较好的焊道形状，所以，可适当添加。

不论是角焊用还是全位置焊接用药芯焊丝都是一样的，要尽量减少焊丝的含氢量，这对提高耐底漆性和耐裂性是有效的。图2(a)、(b)所示的外管部分1内含有焊剂的剖面结构为无缝型的药芯焊丝在制造阶段可在高温下进行脱氢处理，而且，开封后在使用中无吸湿现象，所以，能够使焊丝的含氢量非常少。这种剖面结构的药芯焊丝如图2(a)所示，一般在钢管中填入焊剂而制得；或如图2(b)所示，利用例如日本专利公报平4-72640号、日本专利公报平-62838号及日本专利公开公报平5-31594号等提出的方案，在带钢形成为管状体作为外管部分1的阶段，填入焊剂2后，通过缝焊4使带钢接缝连在一起的方法制得。

特别是通过缝焊将带钢接缝连在一起而制得的无缝型药芯焊丝的焊剂中如果含有强磁性原料粉末，则该粉末被吸附在缝焊处，易出现微小的外管裂缝，会对焊接性能产生不良影响。所以，为了提高通过缝焊将带钢接缝连在一起而制得的无缝型药芯焊丝的焊接性能，最好使焊剂中含有前述拉丝加工中粉碎性良好的铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末，且实质上是非磁性的材料。

已经证实，只要是铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末的相对磁导率(μ)在1.10以下的铁系合金粉，焊接部分就不会发生熔融不佳的现象，就可稳定地进行缝焊，在焊接中形成稳定的焊丝熔融状态，不会出现凹坑，不会对焊道形状和外观产生不良影响。相对磁导率(μ)在1.10以下的值，是具有铁素体的量几乎消失、只略带磁性性质的界限值，可以说实质上是非磁性的。相对磁导率(μ)用振动磁强计测定。

本发明的药芯焊丝由于还含有Fe粉，所以，熔融量较多，且操作效率有所提高，而且，电弧状态极稳定，能够扩大熔池。

当作为角焊用药芯焊丝时，电弧状态的稳定和熔池的扩大加快了底漆燃烧气体的释放，进一步改善了耐底漆性和焊道焊趾的熔合性。当作为全位置焊接用药芯焊丝时，使立焊时的耐金属垂滴性有所提高。

本发明中含有Fe粉的情况下，对应于全部焊丝重量，将其含量限定在10％以下。这是考虑到若焊剂中含有较多金属粉末，则提高了焊剂填充率，这样整个外管部分壁厚就变薄，在焊丝制造过程中容易出现断线。

由于铁粉是强磁性体，所以，在通过缝焊将带钢接缝连在一起时，为了不使其吸附在缝焊处，在考虑缝焊速度和缝焊时的管状体尺寸、缝焊处附近的装置等的同时，最好添加水玻璃或糊精等粘合剂，使原先的原料粉末非造粒焊剂转变为造粒焊剂状态。

由于使焊丝的含氢量在0.007％以下，所以本发明的药芯焊丝的耐底漆性进一步提高。吸附在焊丝表面的水分和油性润滑剂、钢制外管中的氢及所填充的焊剂的水分等药芯焊丝本身具有的氢提高了电弧氛围气中的氢分压，使进入熔池的氢量增加，是形成凹坑和气槽的原因。所以，为无缝型药芯焊丝时，选择填充前的焊剂干燥及烧成、尽可能减少含氢量的中间退火条件是很重要的。而与无缝型焊丝不同，为图2(c)、(d)所示的在外管部分1具有接缝3的剖面结构的药芯焊丝时，最好通过耐吸湿处理和在不使内部焊剂2变质的温度下进行烧成等，以尽量减少焊丝的含氢量。另外，利用使整个焊丝熔融而进行的惰性气体溶解热传导法来测定焊丝含氢量。

为了确保焊接金属的冲击韧性，应将本发明药芯焊丝中的含氮量至少控制在0.010％以下，特别是要求-40℃以下的低温韧性时，最好是控制在0.005％以下。焊丝中的氮包括钢制外管、铁系Si-Mn合金粉末、铁系Si-Mn-Ni合金粉末及其他焊剂原料粉末中所含的氮，以及制造过程中与焊剂一起卷入的空气中的氮。必须要考虑到这些情况，尽可能降低其含量。

焊丝中的其他组分包括Al₂O₃、MgO、FeO、Fe₂O₃、MnO、MnO₂、FeS₂等焊渣形成剂，MnCO₃、CaCO₃等气体发生剂，C、Ti、Zr等脱氧剂，Cr、Mo、Nb、V、B等合金剂，Bi、Bi₂O₃等焊渣剥离助剂，其含量只要对本发明的效果无影响即可。

其中，当作为角焊用药芯焊丝时，含有Al₂O₃和MgO，FeO、Fe₂O₃等铁氧化物作为焊渣形成剂可改善焊道形状和耐底漆性。但是，如果Al₂O₃含量超过1.0％，则平角焊时，可发现熔融焊渣的凝固不均匀，焊道表面有凹凸，焊道焊趾不整齐等焊道形状、外观劣化，焊渣剥离性变差等。如果MgO含量超过1.0％，则耐底漆性变差。如果铁氧化物超过1.0％，则出现焊渣生成量较多，耐底漆性劣化，焊渣粘性过小，焊渣包覆性不佳及平板侧焊道焊趾的熔合性不佳，焊渣除去性不佳等问题。如果全位置焊接用药芯焊丝中含有Al₂O₃，则有利于向上立焊，但由于进行向上立焊时，容易造成金属垂滴，所以，应适当添加。

从焊丝拉丝加工性方面考虑，钢制外管可用以往的药芯焊丝一般采用的低碳钢材料，如果使用Si和Mn含量较高的合金钢材，就可利用其高熔融性。

为了获得高熔敷性和高效率，焊剂填充率应在10％以上，另一方面，如果填充率的上限过高，则外管部分壁厚变薄，在焊丝制造阶段容易发生断线，所以，最好在25％以下。

丝径为1.0～2.0mm的细丝时的熔敷性较好。焊丝的剖面构造可与图2所示的以往的药芯焊丝的一般结构相同。

与本发明的药芯焊丝一起使用的保护气体可以为CO₂，也可使用Ar系混合气体。

以下，通过实施例对本发明的效果进行更为具体的说明。

实施例1

表1表示实施例所用的钢管、带钢尺寸及化学组分。

                                       表1

符号	种类	尺寸(mm)	化学组分(重量％)
									C	Si	Mn	P	S	N
			P1	钢管	外径13.8壁厚2.0	0.03	0.01	0.24							0.008	0.003	0.016
H1	带钢	宽度12.7壁厚0.6							0.01	0.01	0.28	0.014	0.008	0.024
			H2	带钢	宽度63.0壁厚2.2	0.04	0.01	0.24							0.012	0.004	0.012

将表1所示低碳钢制钢管(P1)的直径缩小至可获得规定填充率的填充直径，利用振动填充方式从钢管一端填入焊剂(造粒焊剂)后，利用轧辊群和拉丝模具群进行拉丝加工。为了进行脱氢处理及缓解加工硬化，以3.2mm的丝径进行中间退火(650℃×2小时)，制得图2(a)所示的焊丝剖面结构为无缝型的角焊用药芯焊丝(符号：W1～W17，丝径1.6mm)。表2表示铁系Si-Mn合金粉末或铁系Si-Mn-Ni合金粉末的组成及相对磁导率。表3表示制得的焊丝的详细情况。表4表示通过观察所得焊丝的剖面而获得的外管部分壁厚的均匀性检测结果和平角焊试验结果。

                                                     表2

符号	组成(重量％)、其余：Fe									相对磁导率
												C	Si	Mn	P	S	Ni	N	式1：Si	式2：Si	(μ)
FA1	0.43	11.6	28.3	0.08	0.004	-	0.005	≥8.5	-	*
											FA2	0.75	10.5	19.4	0.10	0.004	-	0.005	≥8.2	-	*
FA3	0.50	9.6	32.0	0.08	0.004	-	0.006	≥8.0	-	*
											FA4	0.51	8.5	37.0	0.08	0.004	-	0.006	≥7.6	-	1.04
FA5	1.20	5.4	41.5	0.12	0.006	-	0.015	≥5.2	-	1.02
											FA6	0.52	8.3	36.1	0.06	0.004	-	0.040	≥7.6	-	1.04
FA7	0.48	8.7	36.5	0.07	0.004	-	0.096	≥7.7	-	1.04
											FA8	0.42	11.3	20.0	0.08	0.004	10.0	0.004	-	≥8.5	*
FA9	0.65	8.3	33.4	0.08	0.003	5.6	0.004	-	≥7.1	1.02
											FA10	0.31	7.5	32.0	0.08	0.004	26.8	0.004	-	≥6.9	1.01

备注：相对磁导率(μ)，^*表示FA1～3、FA8被磁石吸引。

式1：Si≥11.89-2.92C-0.077Mn

式2：Si≥11.89-2.92C-0.077Mn-0.062Ni

                                                                                                                   表3

                                                                                                                                                                                                         (全部焊丝重量比、重量％)

发明区别	焊丝编号	焊丝区别	焊丝的剖面结构	钢制外管编号	焊剂填充率(％)	焊剂区别	填充的焊剂组成																				焊丝的含氢量(％)
																												铁系Si-Mn合金粉末		铁系Si-Mn-Ni合金粉末		硅铁合金42％Si	锰铁合金74％Mn	硅锰合金20％Si62％Mn	TiO2	SiO2	ZrO2	Al2O3	MgO	铁氧化物	氟化物	氟化物(F换算值)	Al	Mg	铁粉	Ni粉	电弧稳定剂
							编号	含量	编号	含量
											本发明	W1	角焊	图2(a)	P1	12.2	造粒	FA1	2.3	-	-	1.2	1.5	-	2.2	0.7		0.4	0.3	-	0.1																	0.02	0.01	0.2	0.3	2.2	-	0.8	0.002
W2	15.0	FA3	7.3	-	-	-	-	-	4.6	0.4																	0.5					0.7	-	0.2	0.5	0.26	-	-	-	-	0.8	0.002
												W3				13.1		FA4	1.3	-	-	-	1.0	2.5	3.0	0.6		0.1	-	0.3	-												0.2	0.10	0.1	-	3.2	-	0.8	0.002
W4	12.6	FA4	7.5	-	-	-	-	-	3.0	0.6																	0.1					-	0.3	-	0.2	0.10	0.1	-	-	-	0.8	0.002
												W5				13.5		FA5	6.5	-	-	-	-	-	3.5	1.1		0.5	0.2	0.1	0.5												0.3	0.16	-	-	-	-	0.8	0.002
W6	12.6	-	-	FA8	1.5	-	1.0	1.7	3.0	0.3																	0.8					0.2	-	0.3	0.2	0.10	-	0.2	2.6	-	0.8	0.002
												W7				12.6		-	-	FA9	6.6	-	-	-	3.0	0.3		1.0	0.2	-	0.3												0.2	0.10	-	0.2	-	-	0.8	0.002
比较例	W8	12.2	FA1	2.3	-	-	1.2	1.5	-	1.5																	0.7					0.4	0.3	-	0.1	0.02	0.01	0.2	0.3	2.9	-	0.8									0.002
											W9	15.1				FA3		7.3	-	-	-	-	-	5.7	0.5	0.5		0.3	-	-	-												-	-	-	-	-	0.8	0.002
	W10	12.9	FA4	7.5	-	-	-	-	-	3.1																	0.1					0.8	-	-	0.3	0.2	0.10	0.1	-	-	-	0.8								0.002
											W11	15.5				FA5		6.5	-	-	-	-	-	3.5	1.9	1.7		0.2	0.1	0.5	0.3												0.16	-	-	-	-	0.8	0.002
	W12	12.6	FA4	7.6	-	-	-	-	-	3.0																	0.6					-	-	0.3	-	0.2	0.10	0.1	-	-	-	0.8								0.002
											W13	14.0				FA4		6.7	-	-	-	-	-	4.0	0.6	0.3		0.5	-	0.1	0.8												0.42	-	0.2	-	-	0.8	0.002
	W14	12.6	FA4	0.5	-	-	1.5	3.4	-	2.8																	0.6					0.1	0.3	0.3	0.2	0.2	0.10	-	-	1.9	-	0.8								0.002
											W15	12.4				-		-	FA8	0.7	-	0.7	2.2	3.0	0.3	0.8		0.2	-	0.3	0.2												0.10	-	0.2	3.0	-	0.8	0.002
	W16	12.4	-	-	-	-	-	0.8	3.3	2.8																	0.6					0.1	0.3	-	0.2	0.2	0.10	-	-	3.0	-	0.8								0.002
											W17	12.1				-		-	-	-	1.3	2.9	-	3.1	0.3	0.8		0.3	-	0.3	0.2												0.10	-	0.2	1.3	0.6	0.8	0.002

备注：(1)氟化物：硅氟化钾

      (2)电弧稳定剂：钾长石、钛酸苏打、水玻璃固形组分(硅酸钾)

                                                                                   表4

发明区别	试验编号	焊丝编号	外管部分壁厚的均匀性		平角焊试验结果										综合评估
																T2/T1的最小值	原料粉末的镶嵌部分	电弧稳定性	焊渣包覆性	耐底漆性			焊道形状、外观				焊渣剥离性
			焊道(个数/m)	气槽(发生率％)	评估	形状评估	焊渣烧结	特别记录	评估
										本发明	1	W1	0.95	无						○	○	0	0	○	○	○		-	○	○	优
2	W2	0.95	无	○	○	0	0	○	○						○	-	○	○	优
											3	W3	0.92	无						○	○	1	0	○	○	○	-	○	○	优
4	W4	0.95	无	○	○	0	0	○	○						○	-	○	○	优
											5	W5	0.97	无						○	○	0	0	○	○	○	-	○	○	优
6	W6	0.93	无	○	○	1	0	○	○						○	-	○	○	优
											7	W7	0.96	无						○	○	0	0	○	○	○	-	○	○	优
比较例	8	W8	0.92	无	○	△	0	0	○						×	×	焊渣量不足	×	×												劣
										9	W9	0.94	无	○						○	38	25	×	△	○	焊趾熔合性不佳	△	○	劣
	10	W10	0.93	无	○	△	2	0	○						△	×	斑点状焊渣明显	×	×											劣
										11	W11	0.94	无	○						○	19	18	×	×	×	焊趾熔合性不佳烧结程度大	×	×	劣
	12	W12	0.95	无	○	△	3	0	○						△	△	焊趾熔合性不佳	△	×											劣
										13	W13	0.91	无	△						△	10	0	×	×	×	焊趾熔合性不佳烧结程度大	×	×	劣
	14	W14	0.83	有	△	△	16	0	×						△	○	焊道略凸出	△	○											劣
										15	W15	0.80	有	△						△	13	0	×	△	○	焊道略凸出	△	△	劣
	16	W16	0.81	有	△	△	18	0	×						△	○	焊道略凸出	△	△											劣
										17	W17	0.79	有	△						△	22	0	×	△	○	焊道略凸出	△	△	劣

角焊的要领、焊道形状评估标准的余高率、焊道焊趾角的测定要领如图4～图6所示。

试制焊丝的外管部分的均匀性评估与前述图3的说明相同，焊剂原料的镶嵌(T₂/T₁)不足0.90，表示有镶嵌现象。

平角焊试验如图4所示，将立板9和平板10形成倒T字型直角，安装时两者间无缝隙，然后在两侧对T字型角焊接缝同时进行自动焊接，得到角焊焊道12。用于试验的立板9和平板10是表面涂布了底漆11的无机涂锌钢板(钢种SM490、板厚12mm×长度150cm、底漆膜厚约为20μm、立板和平板间无缝隙)。焊接条件是焊接电流为350A、电弧电压为32～33V、焊接速度为80cm/min、喷嘴·母材间距离为25mm、保护气体为CO₂气体(流量是25L/min)。

电弧稳定性、焊渣包覆性、耐底漆性、焊道形状、外观及焊渣剥离性的评估记号是◎表示极好，○表示良好，△表示较差，×表示差。焊渣烧结的评估记号是○表示未出现，△表示出现较少，×表示经常出现。

耐底漆性的评估是未出现气槽、出现的凹坑个数在3个/m以下的为良好。气槽用产生气槽的总长和焊接的焊道长之比表示。

图5是表示熔池表面的测定方法的剖面图。如图5所示，设立板9和平板10所成角度为90°，由上焊脚长x和下焊脚长y求得的斜线表示的三角形剖面积为S₀，隆起在上下焊道焊趾间以上的焊道余高部分的剖面积为S₁，则熔池表面(％)由式{S₁/(S₀+S₁)}×100求得。

图6(a)、(b)为焊道焊趾角测定法的剖面。如图6所示，从立板9和平板10的角焊焊道12的平板10的焊道上升部分即焊道焊趾13引出焊道剖面的切线L₁或L₂，焊道焊趾角是该切线L与平板10形成的角度α₁或α₂。图6(a)是焊道焊趾熔合性良好的例子，图6(b)是焊道焊趾膨胀、熔合性不佳的例子。所以，图6(a)的焊趾角(α)大于图6(b)。

焊道形状良好的评估标准是利用图5所示测定方法测得的熔池表面在20％以下，且利用图6所示测定方法测得的焊道焊趾角(α)在120℃以上，目视观察到的焊道焊趾很整齐，无咬边，整体很平滑。

试验No.1～7是使用了本发明的药芯焊丝(W1～7)的情况，外管部分壁厚变化较小，具有稳定的电弧状态和焊渣包覆状态，还获得了良好的耐底漆性、焊道形状、外观和焊渣剥离性。相对于此，No.8～17为比较例。

试验No.8(W8)是使用TiO₂过少的焊丝的情况，试验No.9(W9)是使用TiO₂较多但不含有氟化物的焊丝的情况，试验No.10(W10)是使用SiO₂过少的焊丝的情况，试验No.11(W11)是使用SiO₂及ZrO₂过多的焊丝的情况，试验No.12(W12)是使用不含有ZrO₂的焊丝的情况，试验No.13(W13)是使用氟化物过多的焊丝的情况，试验No.14(W14)是使用铁系Si-Mn合金粉末(FA4)过少的焊丝的情况，试验No.15(W15)是使用铁系Si-Mn-Ni合金粉末(FA8)过少的焊丝的情况，试验No.16(W16)是使用不含有本发明特定的铁系Si-Mn合金粉末的焊丝的情况，试验No.17(W17)是使用不含有本发明特定的铁系Si-Mn合金粉末的焊丝的情况。如图4所示，上述情况都存在电弧稳定性或焊渣包覆性劣化、产生凹坑和气槽、焊道形状不佳、焊渣剥离性不佳等问题。

实施例2

与实施例1同样，利用振动填充方式在前述表1所示低碳钢制钢管(P1)中填入焊剂，制得图2(a)所示的焊丝剖面结构为无缝型的全位置焊接用药芯焊丝(符号：W18～W30、丝径为1.2mm)。表5表示所得焊丝的详细情况。表6、表7表示通过观察试制焊丝的剖面而获得的外管部分壁厚的均匀性检测结果和向下焊及向上立焊试验结果。表6、表7中同时所述了实施例2和3的焊接试验结果。立焊试验是将无机涂锌钢板(钢种SM490、板厚12mm×长度50cm、底漆膜厚约为20μm、立板和平板间无缝隙)形成T字直角接缝，进行半自动焊接。

                                                           表5

                                                                                                                                                                                    (全部焊丝重量比、重量％)

发明区别	焊丝编号	焊丝区别	焊丝的剖面结构	钢制外管编号	焊剂填充率(％)	焊剂区别	填充的焊剂组成																				焊丝的含氢量(％)
																												铁系Si-Mn合金粉末		铁系Si-Mn-Ni合金粉末		硅铁合金42％Si	锰铁合金74％Mn	硅锰合金20％Si62％Mn	TiO2	SiO2	ZrO2	Al2O3	MgO	铁氧化物	氟化物	氟化物(F换算值)	Al	Mg	铁粉	Ni粉	电弧稳定剂
							编号	含量	编号	含量
											本发明	W18	全位置焊接	图2(a)	P1	16.0	造粒	FA3	6.5	-	-	-	-	-	6.3	0.8		1.1	-	-	0.2																	0.1	0.05	0.1	0.3	-	-	0.6	0.002
W19	12.9	FA3	6.5	-	-	-	-	-	4.3	0.5																	0.6					-	0.2	-	0.04	0.02	-	0.2	-	-	0.6	0.002
												W20				15.2		FA4	6.0	-	-	-	-	-	5.4	1.2		0.4	-	-	-												0.3	0.16	1.3	-	-	-	0.6	0.002
比较例	W21	16.3	FA4	6.0	-	-	-	-	-	7.6																	0.6					0.6	-	-	0.2	0.1	0.05	0.3	0.3	-	-	0.6									0.002
											W22	15.7				FA4		6.0	-	-	-	-	-	5.2	2.1	0.6		0.5	-	-	0.1												0.05	0.3	0.3	-	-	0.6	0.002
	W23	13.0	FA4	6.0	-	-	-	-	-	5.5																	0.2					-	-	-	-	0.1	0.05	0.3	0.3	-	-	0.6								0.002
											W24	15.5				FA4		6.0	-	-	-	-	-	6.0	0.7	1.6		-	-	-	-												-	0.3	0.3	-	-	0.6	0.002
	W25	13.4	FA4	6.0	-	-	-	-	-	5.5																	0.7					0.5	-	-	-	0.06	0.03	-	-	-	-	0.6								0.002
											W26	14.6				FA4		0.5	-	-	1.2	2.7	-	5.2	1.3	0.4		-	-	-	0.1												0.05	1.0	-	1.6	-	0.6	0.002
	本发明	W27	13.1	-	-	FA8	2.0	0.6	2.0	-																	4.8					0.6	0.5	0.5	-	-	0.1	0.05	0.2	0.3	0.8	0.10								0.6	0.002
W28											13.5	-				-		FA9	5.5	-	-	-	5.0	0.4	0.6	-		-	-	0.1	0.05												0.6	0.7	-	-	0.6	0.002
		比较例	W29	14.1	-	-	FA9	5.5	-	-																	-					5.0	0.4	0.6	-	-	-	0.1	0.05	0.9	1.0	-							-	0.6	0.002
W30	13.1										-	-				FA9		0.5	-	0.5	2.1	5.0	0.4	0.6	-	-		-	0.1	0.05	0.3												0.3	2.4	0.3	0.6	0.002

备注：(1)氟化物：硅氟化钾

      (2)电弧稳定剂：钾长石、钛酸苏打、水玻璃固形组分(硅酸钾)

                                                                                    表6

实施例区别	发明区别	试验编号	焊丝编号	外管部分壁厚的均匀性		向下立焊																		向上立焊					综合评估
																														280A						300A						310A						280A
						T2/T1的最小值	原料粉末的镶嵌部分	电弧稳定性	焊渣包覆性	金属垂滴	焊道焊趾的熔合性	夹渣	焊渣剥离性	电弧稳定性	焊渣包覆性	金属垂滴	焊道焊趾的熔合性	夹渣	焊渣剥离性	电弧稳定性	焊渣包覆性	金属垂滴	焊道焊趾的熔合性	夹渣	焊渣剥离性	电弧稳定性	焊渣包覆性	金属垂滴																									焊道焊趾的熔合性	焊渣剥离性
				实施例2	本发明																									18	W18	0.95	无	○	○	无	○	无	○	○	○	无	○	无	○	-	-	-	-	-	-	○			○	无	○	○	优
19	W19	0.95	无			○	○	无	○	无	○	○	○	无	○	无	○	-	-	-	-	-	-	○	○	无	○	○	优
																														20	W20	0.94	无	○	○	无	○	无	○	○	○	无	○	无	○	-	-	-	-	-	-	○	○	无	○	○	优
比较例	21	W21	0.94			无	○	○	有	△	-	○	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	○	○	有	△	△																													劣
					22																									W22	0.94	无	○	△	有	△	-	△	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	○	△	有	△	△	劣
	23	W23	0.95			无	○	△	有	△	-	△	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	○	△	有	△	△																												劣
					24																									W24	0.95	无	○	△	有	△	-	○	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	○	○	无	○	○	劣
	25	W25	0.94			无	○	△	有	△	-	○	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	○	○	有	△	○																												劣
					26																									W26	0.82	有	△	△	有	△	-	○	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	△	○	有	△	○	劣
	实施例3	本发明	37			W37	0.95	无	○	○	无	○	无	○	○	○	无	○	无	○	-	-	-	-	-	-	○	○	无																												○	○	优
38				W38	0.94																									无	○	○	无	○	无	○	○	○	无	○	无	○	○	○	无	○	无	○	○	○	无	○	○	优
			39			W39	0.90	无	○	○	无	○	无	○	○	○	无	○	无	○	-	-	-	-	-	-	○	○	无																										○	○	优
40				W40	0.96																									无	○	○	无	○	无	○	○	○	无	○	无	○	-	-	-	-	-	-	○	○	无	○	○	优

                                                                           表7

实施例区别	发明区别	试验编号	焊丝编号	外管部分壁厚的均匀性		向上立焊										综合评估
																	200A					280A
						T2/T1的最小值	原料粉末的镶嵌部分	电弧稳定性	焊渣包覆性	金属垂滴	焊道焊趾的熔合性	焊渣剥离性	电弧稳定性	焊渣包覆性	金属垂滴												焊道焊趾的熔合性	焊渣剥离性
				实施例2实施例3	本发明												27	W27	0.91	无	○	○	无	○	○	○			○	无	○	○	优
28	W28	0.95	无			○	○	无	○	○	○	○	无	○	○	优
																	比较例	29	W29	0.93	无	○	△	有	△	○	○	△	有	△	△	劣
30	W30	0.84	有		△	△	有	△	○	△	△	有	△	△	劣
																本发明		41	W41	0.93	无	○	○	无	○	○	○	○	无	○	○	优
42	W42	0.94	无		○	○	无	○	○	○	○	无	○	○	优
																	43	W43	0.90	无	○	○	无	○	○	○	○	无	○	○	优

试验No.18～26是使用不含Ni焊丝、能否进行大电流立焊的检测结果。向下立焊在焊接电流为280～310A、电弧电压为30～33V、焊接速度约为50～60cm/min的条件下进行。向上立焊在焊接电流为280A、电弧电压为26～28V、焊接速度约为15cm/min、喷嘴·母材间距为20～25mm、保护气体为CO₂气体(流量是25L/min)的条件下进行。

表6所述的电弧稳定性、焊渣包覆性、焊道焊趾熔合性及焊渣剥离性的评估符号是◎表示极好、○表示良好、△表示较差、×表示差。

试验No.18～20(表6)是使用了本发明的药芯焊丝(W18～20)的情况，外管部分壁厚变化较小，在稳定的电弧状态和焊渣包覆状态下，未出现金属垂滴和夹渣等现象，焊道形状和焊渣剥离性良好。可进行大电流向下立焊(300A)，而且向上立焊结果也良好。相对于此，No.21～26为比较例。

试验No.21(W21)是使用TiO₂过多的焊丝的情况，试验No.22(W22)是使用SiO₂过多的焊丝的情况，试验No.23(W23)是使用SiO₂较少且不含有ZrO₂的焊丝的情况，试验No.24(W24)是使用ZrO₂较多但不含有氟化物的焊丝的情况，试验No.25(W25)是使用不含有Al、Mg的焊丝的情况，试验No.26(W26)是使用铁系Si-Mn合金粉末(FA4)过少的焊丝的情况。如表6所示，存在的问题有，向下立焊、向上立焊的电弧稳定性或焊渣包覆性劣化，金属垂滴，焊道焊趾熔合性较差，夹渣和焊渣剥离性不佳等。

试验No.27～30(表7)是使用含有Ni的药芯焊丝对向上立焊性能进行检测的结果。焊接条件是180A-22～23V、280A-26～27V、焊接速度约为15～20cm/min、喷嘴母材间距为20～25mm、保护气体为CO₂气体(流量为25L/min)。

试验No.27和28是使用了本发明的药芯焊丝(W27、28)的情况，外管部分壁厚变化较小，低电流及大电流焊接条件下电弧状态和焊渣包覆状态稳定，未出现金属垂滴现象，焊道形状和焊渣剥离性良好。

相对于此，试验No.29(W29)是使用强脱氧剂(Al、Mg)过多的焊丝的情况，试验No.30(W30)是使用铁系Si-Mn-Ni合金粉末(FA9)过少的焊丝的情况。如表7所示，电弧稳定性或焊渣包覆性劣化，出现金属垂滴现象，焊道焊趾熔合性和焊渣剥离性也不佳。

实施例3

在将前述表1所示低碳钢制带钢(H2)形成为管状体阶段，在其中填入焊剂(造粒焊剂)后，利用高频感应加热对管状体相对的边缘面进行缝焊(缝焊时的管状体外径约为22mm、焊接速度为10～30m/min)，然后，利用轧辊群连续地缩小直径，直到丝径为3.2mm，再进行镀铜处理。接着，利用拉丝模具群进行拉丝加工，制得图2(b)所示的焊丝剖面结构为无缝型的药芯焊丝(符号：W31～W36，丝径为1.6mm，W37～W44，丝径为1.2mm)。

W31、34、35、37、40、41、44是使用非磁性铁系Si-Mn合金粉末(FA4、FA6、FA7)及铁系Si-Mn-Ni合金粉末(FA9、FA10)，且全部焊丝的相对磁导率(μ)在1.10以下，提高缝焊的热输入量，以30m/min的焊接速度制得。其他焊丝由于不含铁粉，所以限制缝焊的热输入量，以约15m/min的焊接速度制得，因此未发现其外管有裂缝产生。此外，为了在进行拉丝加工的同时缓解加工硬化和脱氢，以10.7mm和3.2mm的丝径进行中间退火。

表8表示所得焊丝的详细情况。表6、表7和表9表示试验结果。表9中同时所述了实施例3和4的焊接试验结果。外管部分壁厚的均匀性测定方法、焊接试验条件等与实施例1和2相同、表6和表7如前述。

                                                                                                                                 表8

                                                                                                                                                                            (全部焊丝重量比、重量％)

发明区别	焊丝编号	焊丝区别	焊丝的剖面结构	钢制外管编号	焊剂填充率(％)	焊剂区别	填充的焊剂组成																			焊丝的含氢量(％)	焊丝的含氮量(％)
																												铁系Si-Mn合金粉末		铁系Si-Mn-Ni合金粉末		硅铁合金42％Si	锰铁合金74％Mn	硅锰合金20％Si62％Mn	TiO2	SiO2	ZrO2	Al2O3	MgO	铁氧化物	氟化物	氟化物(F换算值)	Al	Mg	铁粉	电弧稳定剂
							编号	含量	编号	含量
											本发明	W31	角焊	图2(a)	H2	13.1	造粒	FA4	7.1	-	-	-	-	-	3.1			0.3	0.8	0.3	-																0.3	0.2	0.10	-	0.2	-	0.8	0.003	0.005
W32	16.6	FA4	7.1	-	-	-	-	-	3.1	0.3																0.8	0.3					-	0.3	0.2	0.10	-	0.2	3.5	0.8	0.003	0.005
												W33				11.8		FA4	1.9	-	-	-	0.6	2.3	2.8			0.6	0.1	0.3	0.3											0.2	0.2	0.10	-	0.2	1.5	0.8	0.003	0.005
W34	16.0	FA4	11.0	-	-	-	-	-	3.1	0.2																0.6	0.2					-	-	0.1	0.05	-	-	-	0.8	0.003	0.006
												W35				12.6		-	-	FA10	6.6	-	-	-	3.1			0.3	0.8	0.3	-											0.3	0.2	0.10	-	0.2	-	0.8	0.003	0.003
W36	15.4	-	-	FA10	6.6	-	-	-	3.1	0.3																0.8	0.3					-	0.3	0.2	0.10	-	0.2	2.8	0.8	0.003	0.003
												W37				全位直焊接		14.0	FA4	6.0	-	-	-	-	-			5.5	0.7	0.5	-											-	-	0.06	0.03	0.3	0.3	-	0.6	0.003	0.005
W38	17.0	FA4	6.0	-	-	-	-	-	5.5	0.7			0.5													-	-					-	0.06	0.03	0.3	0.3	3.0	0.6	0.003	0.005
												W39						14.1	FA5	1.0	-	-	-	-	2.9			5.5	0.7	0.5	-										-	-	0.06	0.03	0.3	0.3	2.2	0.6	0.003	0.005
W40	14.0	FA6	6.0	-	-	-	-	-	5.5	0.7			0.5													-	-					-	0.06	0.03	0.3	0.3	-	0.6	0.003	0.008
												W41						12.9	-	-	FA9	5.5	-	-	-			5.0	0.4	0.6	-										-	-	0.08	0.04	0.2	0.5	-	0.6	0.003	0.003
W42	15.4	-	-	FA9	5.5	-	-	-	5.0	0.4			0.6													-	-					-	0.08	0.04	0.2	0.5	2.5	0.6	0.003	0.003
												W43						12.1	-	-	FA10	1.1	0.1	2.0	-			5.0	0.4	0.6	-										-	-	0.08	0.04	0.2	0.5	1.5	0.6	0.003	0.003
比较例	W44	14.0	FA7	6.0	-	-	-	-	-	5.5			0.7													0.5	-					-	-	0.08	0.03	0.3	0.3	-	0.6	0.003											0.011

备注：(1)氟化物：硅氟化钾

      (2)电弧稳定剂：钾长石、钛酸苏打、水玻璃固形组分(硅酸钾)

                                                                                        表9

实施例区别	发明区别	试验编号	焊丝编号	外管部分壁厚的均匀性		平角焊试验结果										综合评估
																	T2/T1的最小值	原料粉末的镶嵌部分	电弧稳定性	焊渣包覆性	耐底漆性			焊道形状、外观				焊渣剥离性
				焊道(个数/m)	气槽(发生率％)	评估	形状评估	焊渣烧结	特别记录	评估
											实施例3	本发明	31	W31	0.94						无	○	○	0	0	○	○		○	-	○	○	优
32	W32	0.96	无	○	○	0	0	○	○	○						-	○	○	优
													33	W33	0.90					无	○	○	2	0	○	○	○	-	○	○	优
34	W34	0.96	无	○	○	0	0	○	○	○						-	○	○	优
													35	W35	0.94					无	○	○	0	0	○	○	○	-	○	○	优
36	W36	0.93	无	○	○	0	0	○	○	○						-	○	○	优
													实施例4	本发明	45					W45	0.92	无	○	○	2	0	○	○	○	-	○	○	优
46	W46	0.92	无	○	○	0	0	○	○	○	-	○				○	优
															比较例			47	W47	0.91	无	○	○	19	20	×	○	○	焊道、气槽明显	○	○	劣

试验No.31～36(表9)是使用了本发明的角焊用药芯焊丝(W31～36)的情况。任何一种情况都获得了良好的耐底漆性、焊道形状、外观及焊渣剥离性。使用了含有铁粉的W32、W36及含有大量铁系Si-Mn合金粉末(FA4)的W34的试验No.32、34、36可在极稳定的电弧状态及焊渣包覆状态下获得良好的耐底漆性、焊道形状、外观及焊渣剥离性。

试验No.37～43(表6、表7)是使用了本发明的全位置焊接用药芯焊丝(W37～43)的情况，都能够实现大电流向下立焊，并能够扩大向上立焊的条件范围。

实施例4

将前述表1所示低碳钢制带钢(H1)制成U型，在槽内填入焊剂(非造粒焊剂)后，将带钢两端对接在一起形成管状体，然后，利用轧辊群及拉丝模具群进行拉丝加工，制得图2(c)所示的焊丝剖面结构的药芯焊丝(符号：W45～47，丝径为1.6mm)。使用了表2所示铁系Si-Mn合金粉末(FA2)。表10表示制得的焊丝的详细情况。表9表示试制焊丝的试验结果。表2及表9如前述。

                                                                                                         表10

发明区别	焊丝编号	焊丝区别	焊丝的剖面结构	钢制外管编号	焊剂填充率(％)	焊剂区别	填充的焊剂组成														焊丝的含氢量(％)
																						铁系Si-Mn合金粉末		锰铁合金74％Nn	硅锰合金20％Si62％Mn	TiO2	SiO2	ZrO2	Al2O3	铁氧化物	氟化物	氟化物(F换算值)	Mg	铁粉	电弧稳定剂
							编号	含量
									本发明	W45	角焊	图2(c)	H1	12.4	非造粒	FA2	4.0	1.6	1.1	3.4		0.3	0.4													0.3	0.2	0.1	0.05	0.2	-	0.8	0.006
W46	20.4	FA2	4.0	1.6	1.1	3.4	0.3	0.4													0.3			0.2	0.1	0.05	0.2	8.2	0.8	0.006
										比较例				W47		12.4	FA2	4.0	1.6	1.1		3.4	0.3								0.4	0.3	0.2	0.1	0.05	0.2	-	0.8	0.009

备注：(1)氟化物：硅氟化钾

      (2)电弧稳定剂：钾长石、钛酸苏打

试验No.45、46(W45、46)是使用了本发明的药芯焊丝的情况，获得了良好的耐底漆性、焊道形状、外观及焊丝剥离性。

试验No.47(W47)为比较例，由于焊丝制造阶段的低氢化处理不够充分，焊丝中的含氢量过多，所以，容易出现凹坑、气槽。

实施例5

表11表示全位置焊接用药芯焊丝的焊着金属试验结果(根据JIS Z 313)。焊接条件是焊接电流为280A、电弧电压为31V、焊接速度为35cm/min、喷嘴·母材间距为25mm、保护气体为CO₂气体(流量为25L/min)。

                                                                 表11

发明区别	试验编号	焊丝编号	拉伸试验			冲击韧性试验		化学成分(重量％)
															YP(N/mm2)	TS(N/mm2)	E1(％)	vEr(J)		C	Si	Mn	P	S	N	O
			-20℃	0℃
					本发明	48	W37	50.6	57.5	24	70	112	0.06	0.46				1.32	0.013								0.008	0.005	0.063
49	W40	52.1	58.2	24											48	75	0.06			0.47	1.32	0.013	0.09	0.008	0.064
						比较例	50	W25	48.7	54.3	25	29	45	0.05				0.40	1.10							0.010	0.006	0.003	0.086
51	W41	54.0	60.4	24	18										30	0.06	0.46			1.34	0.013	0.008	0.012	0.064

试验No.48(W37)、No.49(W40)是使用了本发明的药芯焊丝的情况，作为490N/mm²级的高强度钢用焊丝，获得了很高的强度和冲击韧性。

试验No.50(W25)是使用了不含Al和Mg的焊丝的比较例，焊着金属的含氧量有所增加，冲击韧性下降。

试验No.51(W41)是使用了焊丝含氮量较高的焊丝的比较例，焊着金属的含氮量有所增加，冲击韧性下降。

如上所述，本发明提供了即使在大电流焊接条件下用于高速平角焊，也能够获得良好耐底漆性、焊道形状、外观及焊渣剥离性的角焊用气体保护电弧焊药芯焊丝，以及在包括大电流区域的较大的焊接条件范围内可使用的、以立焊的耐金属垂滴性良好为特色的各种焊接操作性俱佳的全位置焊接用药芯焊丝。提高了焊接操作效率及焊接部位的质量。

Claims (9)

1.一种气体保护电弧焊用药芯焊丝，其特征在于，在钢质外管内填入焊剂而形成的气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以重量％计，含有0.40~1.20％的C、5～12％的Si、19～42％的Mn，其余为Fe，且满足Si≥11.89-2.92C-0.077Mn(式1)，对应于全部焊丝重量，含有1.0％以上的粒径在212μm以下的铁系Si-Mn合金粉末，而且，含有2.0~7.0％的TiO₂、0.2~1.5％的SiO₂、0.1~1.2％的ZrO₂、0.01~0.3％的氟化物(F换算值)。

2.一种气体保护电弧焊用药芯焊丝，其特征在于，在钢质外管内填入焊剂而形成的角焊用气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以重量％计，含有0.40~1.20％的C、5～12％的Si、19～42％的Mn，其余为Fe，且满足Si≥11.89-2.92C-0.077Mn(式1)，对应于全部焊丝重量，含有1.0％以上的粒径在212μm以下的铁系Si-Mn合金粉末，而且，含有2.0~5.0％的TiO₂、0.2~1.2％的SiO₂、0.1~1.2％的ZrO₂、0.01~0.3％的氟化物(F换算值)。

3.一种气体保护电弧焊用药芯焊丝，其特征在于，在钢质外管内填入焊剂而形成的角焊用气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以重量％计，含有0.40~1.20％的C、5～12％的Si、19～42％的Mn，30％以下的Ni，其余为Fe，且满足Si≥11.89-2.92C-0.077Mn-0.062Ni(式2)，对应于全部焊丝重量，含有1.0％以上的粒径在212μm以下的铁系Si-Mn-Ni合金粉末，而且，含有2.0~5.0％的TiO₂、0.2~1.2％的SiO₂、0.1~1.2％的ZrO₂、0.01~0.3％的氟化物(F换算值)。

4.一种气体保护电弧焊用药芯焊丝，其特征在于，在钢质外管内填入焊剂而形成的全位置焊接用气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以重量％计，含有0.40~1.20％的C、5～12％的Si、19～42％的Mn，其余为Fe，且满足Si≥11.89-2.92C-0.077Mn(式1)，对应于全部焊丝重量，含有1.0％以上的粒径在212μm以下的铁系Si-Mn合金粉末，而且，含有4.0~7.0％的TiO₂、0.3~1.5％的SiO₂、0.3~1.2％的ZrO₂、1种或2种0.1~1.5％的Al(1.5％以下)或Mg(0.8％以下)、0.01~0.2％的氟化物(F换算值)。

5.一种气体保护电弧焊用药芯焊丝，其特征在于，在钢质外管内填入焊剂而形成的角焊用气体保护电弧焊用药芯焊丝中，以重量％计，含有0.40~1.20％的C、5～12％的Si、19～42％的Mn，30％以下的Ni，其余为Fe，且满足Si≥11.89-2.92C-0.077Mn-0.062Ni(式2)，对应于全部焊丝重量，含有1.0％以上的粒径在212μm以下的铁系Si-Mn合金粉末，而且，含有4.0~7.0％的TiO₂、0.3~1.5％的SiO₂、0.3~1.2％的ZrO₂、1种或2种0.1~1.5％的Al(1.5％以下)或Mg(0.8％以下)、0.01~0.2％的氟化物(F换算值)。

6.如权利要求1～5的任一项所述的气体保护电弧焊用药芯焊丝，其特征还在于，上述铁系Si-Mn合金粉末及铁系Si-Mn-Ni合金粉末的相对磁导率(μ)在1.10以下。

7.如权利要求1～5的任一项所述的气体保护电弧焊用药芯焊丝，其特征还在于，对应于全部焊丝重量，铁粉含量在10％以下。

8.如权利要求1～5的任一项所述的气体保护电弧焊用药芯焊丝，其特征还在于，对应于全部焊丝重量，焊丝的氢含量在0.007％以下。

9.如权利要求1～5的任一项所述的气体保护电弧焊用药芯焊丝，其特征还在于，对应于全部焊丝重量，焊丝的氮含量在0.010％以下。

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