专利名称：无镀层焊丝的制作方法
技术领域：
本发明是关于不施镀焊丝的发明，具体说就是关于即使表面不镀铜，也能具有优良供料性能和电弧稳定性的无镀焊丝的发明。
在这样的自动焊接和应用范围多样化情况下焊接条件也具有多种形式，为了要开发适用的焊丝，焊丝要以作为焊条基本质量要求的稳定电弧移动为基础，作为焊丝基本特性，供料性能(feedability)成为影响其质量的重要因素。
为了要满足对这样焊丝质量的要求，现在是采用在焊丝表面镀铜等具有导电性的金属；来确保焊丝的性能，也就是导电性、供料性能、防锈性能等。也就是通过在焊丝表面镀铜等具有导电性的金属材料，提高与电触点的通电性能和电弧的稳定性，减少焊接飞溅和生成的焊接烟雾，确保良好的焊接操作性能。
可是镀铜焊丝施镀质量的偏差直接影响到焊丝产品的质量，所以焊丝质量管理中施镀质量成为最重要的管理因素。这是因为焊丝施镀质量不好时，镀层下的铁的基体会突出，这样就会直接造成接触点(contact tip)的导电性能问题、在导管(conduit cable)内因摩擦造成的供料性能问题、焊丝的防锈性能等问题。因此为了改善镀铜焊丝质量，一直在努力获得良好的施镀质量。
另一方面评价这样的施镀质量的项目中最常用的是镀层附着力，对此的评价方法在JIS H 8504(镀层附着性试验方法)中做了详细说明。其中最简单的评价方法是卷绕方式，这是把焊丝绕手柄轴和焊丝本身数圈以上时，在焊丝表面形成的镀层开裂或剥离的现象，用显微镜放大进行评价的方法。用上述方式评价时，附着力越好的焊丝镀层的裂纹和剥落的现象发生的越少，这直接与焊接时焊丝的供料性能有关。
可是近年来尽管镀铜焊丝有各种优点，由于施镀质量管理困难、施镀工艺产生的环境问题、质量不能达到满意的水平等，要求开发无镀焊丝，而且是具有比施镀焊丝更好质量的无镀焊丝技术。至今开发无镀焊丝技术仍然很活跃，无镀焊丝与镀铜焊丝相比事实是尚未在供料性能和其他的操作性能方面有更好的结果，没有达到商业化的阶段。特别是由于不施镀造成的在导电性能、供料性能、防锈性能等方面，为了改善这些性能必须要使这些性能更接近现有施镀焊丝。
另一方面至今为止介绍的无镀焊丝不可避免地要在焊丝表面导入表面处理剂，日本特许公报2682814(电弧焊丝)、日本公开特许公报平11-147174(钢用无镀焊丝)、日本公开特许公报2000-94178(无镀焊丝)等，为了提高供料性能而单独或混合使用供料用润滑粉(例如MoS2、WS2、C)或涂敷供料用润滑油等，就是这样的例子。再有日本公开特许公报2000-117484(焊丝)中，发表了用沿焊丝圆周方向具有一定波长的凹凸型焊丝，用频谱测定的峰值强度管理可以具有优良的起弧性能，日本公开特许公报2000-317679(无镀电弧焊丝和电弧焊接方法)中，发表了用水溶性高分子使一定量微小颗粒的绝缘性的无机粉末和导电性无机粉末附着在焊丝表面，以此来减少焊接烟雾和焊接飞溅的技术。可是上述专利由于在焊丝表面涂敷微小的粉末，所以不能避免焊接烟雾的产生，又由于难以均匀涂敷粉末不仅涂敷量的管理困难，而且涂敷不均匀时反而有增加焊接飞溅量的缺点。
此外也试验过利用焊丝表面最大限度的光滑，减小导管(Conduit liner)内的摩擦，以提高供料性能(例如大韩民国专利第134857号等)。
可是上述例子中的无镀焊丝在制造焊丝的最后阶段一般要用湿式表面光滑(skin pass)处理方式，所以大部分是要对此进行润滑池的管理、表面处理剂的选择和均匀涂敷，以确保焊丝防锈性能的方式。
可是上述方式的无镀焊丝存在有焊丝表面平滑程度和抗拉强度(T/S)等因素对供料的影响非常敏感，必须通过长的导管，在供料条件恶劣的高速焊接中，供料性能比现有的施镀焊丝差的问题，这与焊接时供料部件的供料辊产生打滑，使供料不稳定有关。
本发明的另一个目的是可以提供焊接时能减少焊接烟雾的无镀焊丝，而不需要现在这样在无镀焊丝表面涂敷润滑粉等。
本发明的目的是提供具有优良供料性能的无镀焊丝，其特征为在焊丝表面圆周方向加工面和非加工面连续的无镀焊丝中，对于上述焊丝的4个面在焊丝表面任意的测定面积(10,000μm2＝100μm×100μm)中，把至少包含加工面和非加工面各2个以上的圆周方向任意长度直线作为测定直线(测定直线的起点和终点位于加工面和非加工面连接处)，把此测定直线在测定面积宽度方向(焊丝的长度方向)每5μm做一条线，设测定线通过加工面的长度总和为d，测定线的长度为t，用式(1)定义的LD/LT的值为0.51-0.84，在上述测定面积内长度100μm的任一圆周方向直线上加工面最大宽度用ly表示时，用式(2)定义的LY为10-40μm；LD/LT=180[Σn=14{Σx=120(ldlt)x}n]---(1)]]>LY=1kΣy=1kly---(2)]]>其中x＝1～20为焊丝各面的测定面积内的测定直线；n＝1～4为焊丝四周的4个面；k为一条直线上的加工面的个数。
本发明关注到要找到影响现有镀铜和不施镀的焊丝供料性能的因素，在边使用这些焊丝进行实际焊接边周密观察其特性的结果，发现在使用中镀铜焊丝和不施镀焊丝测定的作为评价供料性能标准的供料部件(feeder)供料负荷电流完全不同。
也就是镀铜焊丝情况下，由于焊接条件和导管的约束条件会稍有差异，供料负荷电流大多在1.9A左右(用Arc Monitoring SystemWAM-4000D(VER1.0)测定)，显示出很大的供料性能差(当然根据镀层的附着力和镀层厚度的不同，表现为临界负荷电流升高的现象)，在不施镀焊丝的情况下，临界负荷电流超过1.5A的情况下就不能正常焊接，根据这一点本发明人发现了镀铜焊丝和不施镀焊丝在供料时在导管内产生的摩擦力表现出本质的差异，因此对此问题集中进行了研究。
如前所述，现有不施镀焊丝是关注使导管内的摩擦力最小化，把无镀层作为产品开发方向，提高焊丝表面光滑性的方法适用于湿式拔丝方式(包括平整)，适用这样方式的焊丝不能克服供料部件产生的打滑(slip)现象，为了保持供料性能和防锈性能，使用的表面处理剂会诱发焊接时增加焊接烟雾等问题。也就是说至今为止，对供料性能仅仅关注了减小焊丝和导管之间的摩擦力的方向。
本发明人以与现在的观点完全不同的新观点提出要确保焊丝供料性能，与其力图使现有无镀焊丝表面光滑，不如使焊丝表面有适当的粗糙度，焊丝电弧放电后观察在焊缝上熔融金属移动现象的结果发现，电弧和产生焊接飞溅与焊丝和焊枪头部接触点的孔(contact tip hole)内面的接触现象有密切关系，并开始对这一点进行集中的研究。发现了焊丝和焊枪头部接触点的孔(contact tip hole)内面稳定接触最合适的范围，此范围是以加工面为基础，焊丝表面具有阴的(也就是向焊丝里面的方向)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范围，能提高供料性能和电弧稳定性。认为这是由于接触点的孔内面具有凹凸形状的粗糙度，与此相接触的焊丝由于具有一定的阴的粗糙度，接触点的孔内面凸的部位与焊丝加工面可以稳定接触。
这与大韩民国专利第134857号等用凹凸形状的粗糙度管理提高供料性能的概念完全不同，上述专利不考虑与接触点的接触，单纯从提高供料性能考虑的粗糙度管理，这一点是与本发明的差别。
也就是说，本发明的特征为对于上述焊丝的4个面在焊丝表面任意的测定面积(A)中，把至少包含加工面和非加工面各2个以上的圆周方向任意长度焊丝宽度方向直线作为测定直线，把此测定直线在测定面积宽度方向(焊丝的长度方向)每5μm做一条线，设测定线通过加工面的长度总和为d，测定线的长度为t，用式(1)定义的LD/LT的值为0.51-0.84，在上述测定面积内长度100μm的任一圆周方向直线上加工面最大宽度用ly表示时，用式(2)定义的LY为10～40μm。
为了使任意的焊丝的LD/LT值为0.51-0.84、LY(加工面的平均宽度)为10～40μm，必须对棒材坯料(Rod)去除氧化铁皮后的表面粗糙度和拔丝工艺的各种条件进行适当的管理。特别是去除氧化铁皮后的表面粗糙度的管理是重要的，实际上用去除氧化铁皮工序把棒材坯料(5.5mm)除去氧化铁皮后，棒材(Rod)表面粗糙度发生各种各样的变化，观察的结果表明去除氧化铁皮后的棒材表面粗糙度在0.36μm以下时，无论制造方式是干式还是湿式，所有焊丝由于总的断面压缩率(棒材坯料(5.5mm)→最终制品的线径)在90％以上，LD/LT值要超过0.84，相反去除氧化铁皮后的棒材表面粗糙度在0.75μm以下时，由于模具之间的断面压缩比，LD/LT值要低于0.51。因此为了使任意的焊丝的LD/LT值为0.51-0.84、LY(加工面的平均宽度)为10～40μm，重要的是把棒材坯料(Rod)去除氧化铁皮后的表面粗糙度调整到0.36～0.75μm，这可以在去除氧化铁皮工序中同时使用酸洗(Pickling)和机械除鳞(Mechanical Descaling)、调整拔丝速度、模具(Dies)形状(定径区长度、断面压缩角(Reduction Angle))以及模具之间的断面压缩率等来实现。当然LY值也可以通过上述各工序条件的组合(例如经过1次和(或)2次拔丝后酸洗的工序，或调整拔丝速度等)，把此值调整到本发明的10～40μm范围内。
下面对本发明中数值限定的原因进行说明。
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以下的话(例如去除氧化铁皮后的棒材表面粗糙度0.36μm以下(Ra标准，以下相同)、拔丝速度也过快等情况下发生)，在导管内的摩擦增加，供料负荷电流超过1.5A，因此供料性能降低，这是由于与要提高供料性能所需的供料物质的条件相反，承载供料用油的性能降低。
②加工面过多，LD/LT的值在0.84以上，加工面的尺寸大，LY的值超过40μm的话(例如去除氧化铁皮后焊丝表面粗糙度在0.36μm以下，拔丝时模具之间的断面压缩比非常大等情况下发生)，供料部件的供料辊打滑(Slip)比率增加，供料负荷电流上升，超过1.5A，因此供料性能降低。实际试验的结果表明这样的焊丝特别是在中等电流以上的焊接条件下，供料的情况最差。
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以下的话(例如去除氧化铁皮后的焊丝表面粗糙度大到0.75μm以上，拔丝时模具之间的断面压缩比也非常小，在拔丝中间工序中过电解酸洗等情况下发生)，在导管内的摩擦增加，供料负荷电流超过1.5A，因此供料性能降低，这是由于与导管内直接的摩擦力增加的缘故。
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以上的话(例如去除氧化铁皮后的焊丝表面粗糙度大于0.75μm，拔丝时模具之间的断面压缩比非常大，模具的导出角度不均匀等的情况下发生)，圆周方向的4个面加工面分布不均匀，供料性能和电弧不稳定。
从对下面本发明适用的实施例的说明可以进一步明确上述本发明的目的和其他特征、优点等。
图16中，图16a和图16b为说明在任意表面(10,000μm2＝100μm×100μm)上测定LD/LT和LY方法的图示。
为了确定本发明的焊丝供料性能等，制造AWSER70S-6(JIS Z 3312YGW 12)焊丝(线径1.2mm)，用下述方法测定对比例和发明示例的表面粗糙度、焊丝表面的加工形状等，进行焊接试验，其结果示于表1。
测定去除氧化铁皮后的棒材坯料(Rod)、焊丝、触头的粗糙度。
*测定装置Surface roughness meter DIAVITE DH-5*粗糙度参数Ra*切断(Cut off)lc0.08mm*横向长度(Traversing length)lt15mm*测定长度(Measuring length)lm12.5mm测定LD/LT和LY
使用30mm焊丝试样，用SEM(X600)拍照，用图象分析仪(ImageAnalyzer；Media Cybemetics公司的Image Plus4.1)对测定范围为10,000μm2(100μm×100μm)在焊丝长度方向每5μm测定20次，在圆周方向的4个面(也就是总测定次数为80次)都进行测定，用下式计算出加工面和非加工面长度的比值(LD/LT)和平均加工面尺寸的值(LY)(参照图16a和图16b)。LD/LT=180[Σn=14{Σx=120(ldlt)x}n]---(1)]]>LY=1kΣy=1kly---(2)]]>其中d为测定直线上跨越加工面的测定直线长度的总和；t为测定直线的长度(但是测定直线(lt)其始点和终点位于非加工面和加工面的连接处)；x＝1～20为焊丝各面的测定面积内的测定直线；n＝1～4为焊丝四周的4个面；ly为测定面积内任一条长度100μm的直线上，跨越加工面的最大宽度尺寸；k为一条直线上的加工面的个数。
LY值为任意一直线上加工面最大宽度的平均值，由于焊丝在长度方向上被延伸，上述LY值可以代表焊丝整体中的一个加工面的尺寸。
焊接和供料性能试验条件电流(A)300，电压(V)34，速度(CPM)40气体CO2100％电缆(Cable)条件(长5m、直径300mm、2turn)供料电机和电弧稳定性评价装置Arc Monitoring SystemWAM-4000D(Ver.1.0)
表1
*供料性能和电弧稳定性评价○良好 △中等 ×差*打滑率(％)＝(供料辊转动速度-焊丝供料速度)/供料辊转动速度×100从表1可以看出，在本发明范围内的发明示例9～16与对比例相比，供料负荷低、电弧稳定、焊接飞溅量少，表现出优良的供料性能。此外在焊接烟雾生成量方面，对比例要采用现有方式提高供料性能，使用供料用油和润滑粉，与发明示例相比焊接烟雾生成的量也多。作为参考，前面的照片7和8为对应发明示例13和14的焊丝光学显微镜照片，照片9和10为发明示例12的焊丝表面SEM照片，照片9为倾斜的照片，照片10为平面的照片。
但是从表1可以看出，发明示例9、10的情况下，打滑率有一些升高，这是由于加工面和非加工面的比例高，加工面的尺寸相对较大的原因，特别是10由于增加的供料负荷电流，电弧多少有一些上升。此外15、16的情况是加工面和非加工面的比相对较低，由于导管内的摩擦力提高的原因，打滑率多少有一些增加。
图15a和图15b为表示LD/LT和供料负荷电流以及LY值和焊接飞溅生成量关系的曲线，是表示本发明的范围。
另一方面，对比例1、2的情况加工面多，LD/LT的值在0.84以上，加工面尺寸小，LY值在10μm以下，超出本发明范围，由于导管内的摩擦增加，供料负荷电流超过1.5A，供料性能差，由于加工面积过大，供料部件的打滑率增加，电弧不稳定。作为参考的照片1为对比例1的焊丝表面光学显微镜照片。而触头的加工程度在比较粗的范围加工面的尺寸又小，接触不稳定，焊接飞溅生成量增加，与这种形式的焊丝要提高供料性能的供料物质必须的条件相反，承载润滑剂性能差，供料性能不好。
对比例3、4加工面过多，LD/LT的值在0.84以上，加工面尺寸大，LY值超过40μm的情况，仍然是偏离本发明的范围，在供料部件的供料辊上产生打滑现象，表现出非常差的供料性能。特别是在中等电流以上的供料条件下，焊接几乎是不可能的。可是发现对比例3加工面尺寸和LY在本发明范围内，与对比例4相比，电弧要稳定一些。作为参考，照片2为对比例3的焊丝表面光学显微镜照片，照片5和6为对比例4的焊丝SEM照片，照片5为倾斜的照片，照片6为平面的照片。
实际上几乎所有的触头其内面的粗糙度(Ra)的值在0.09～0.97μm范围内(参照照片11～14)，可以确认粗糙度在这样宽范围内的触头，也可以稳定地与本发明(特别是LY值)的焊丝接触，产生稳定的电弧。因此可以推断电弧的稳定性与本发明定义的LD/LT值相比，与LY值有更密切的关系。
对比例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对粗糙，导管内的摩擦增加，供料负荷电流急剧增加，供料性能恶化。所以触头的加工处于比较粗糙的范围(0.97μm)而加工面尺寸小的话，接触不稳定，焊接飞溅生成量增加。作为参考，照片3为对比例5的焊丝表面的光学显微镜照片。
对比例7、8由于加工面小，LD/LT的值在0.51以下，对比例7加工面尺寸稍大，LY值超过40μm的情况，在圆周方向4个面上的加工面不均匀，供料性能和电弧不稳定，对比例8加工面的尺寸(LY)处于能与触头稳定接触的本发明的范围内，可以看出电弧较稳定。作为参考，照片4为对比例8的焊丝表面的光学显微镜照片。
上述本发明通过把焊丝表面加工面尺寸的比例调整到特定的范围，提供不仅供料性能优良而且电弧稳定性好的焊丝，此外本发明的焊丝不仅不施镀，而且不用像现有无镀焊丝在表面涂敷润滑粉，具有焊接时减少焊接烟雾生成的效果。
上面用实施例对本发明进行了详细说明，本发明并不限定在实施例的内容，在本发明所属领域，具有一般的知识，不脱离本发明的思想和精神，可以对本发明进行修正和变更。
权利要求
1.在焊丝表面圆周方向加工面和非加工面连续的无镀焊丝中，对于上述焊丝的4个面在焊丝表面任意的测定面积(10,000μm2＝100μm×100μm)中，把至少包含加工面和非加工面各2个以上的圆周方向任意长度直线作为测定直线(测定直线的起点和终点位于加工面和非加工面连接处)，把此测定直线在测定面积宽度方向(焊丝的长度方向)每5μm做一条线，设测定线通过加工面的长度总和为d，测定线的长度为t，用式(1)定义的LD/LT的值为0.51-0.84，在上述测定面积内长度100μm的任一圆周方向直线上加工面最大宽度用ly表示时，用式(2)定义的LY为10-40μm；LD/LT=180[Σn=14{Σx=120(ldlt)x}n]---(1)]]>LY=1kΣy=1kly---(2)]]>其中x＝1～20为焊丝各面的测定面积内的测定直线；n＝1～4为焊丝四周的4个面；k为一条直线上的加工面的个数。
全文摘要
本发明涉及无镀焊丝。本发明构成的特征为:在焊丝表面任意的测定面积(10,000μm
文档编号B23K35/40GK1381333SQ0210859
公开日2002年11月27日 申请日期2002年4月4日 优先权日2001年4月19日
发明者金容哲, 李在炯 申请人:基斯韦尔株式会社