焊丝的制作方法

专利名称：焊丝的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于Ti基材料MIG焊的焊丝。本发明尤其涉及一种可以在稳定的电弧和稳定的熔滴过渡之间实现兼容性的焊丝，从而能够形成优良的焊道形状。而且，当本发明的焊丝用于Ti热喷涂中时，也可以实现电弧的稳定性，于是可以获得优良的热喷涂涂层。
背景技术：
对于Ti或Ti合金制成的部件的焊接，焊接效率更优的MIG焊(金属极惰性气体保护焊)已经引起注意，以代替TIG焊(钨极惰性气体保护焊)。MIG焊可以按下述实施方式进行。在Ti或Ti合金制成的焊丝从送丝机送入，且待焊母材金属由保护气体包围的条件下，在两者之间产生电弧。在该步骤产生的焊丝熔滴过渡并落在被焊母材上，从而连续地形成焊道。
在该步骤考虑的事项为产生的电弧稳定化；熔滴在焊接区从焊丝稳定过渡和下落。当产生的电弧不稳定时，或熔滴没有稳定地过渡到焊接区时，例如如图7所示，在形成的焊道中出现收缩，不能得到均匀的覆盖状态。很难说这种形状的焊道能保证焊接区强度特征的可靠性。
顺便提及的是，Ti是活性金属。所以，当用含氧气体作为保护气时，不仅焊道表面氧化，而且会导致焊接区的延展性降低。既然如此，通常，使用高纯度的惰性气体比如纯Ar气作为保护气。然而，还已知下述事实当保护气中含有氧时，电弧产生时阴极斑点固定在焊丝下方的被焊母材金属上；结果，电弧被稳定(参见文献1)这意味着如下内容氧气供应到产生的电弧场，而使阴极斑点稳定，因此产生的电弧也稳定。基于这一事实，已经建议了下述Ti材料焊丝(参见文献2)。这种焊丝是一种如下构成的焊丝在由Ti或Ti合金制成的焊丝表面层部分上，形成具有比焊丝内层部分更高的氧浓度的富氧层，且富氧层的厚度大于焊丝表面上存在的非常薄的自然氧化物膜的厚度。
这种焊丝以下述方式制成。例如，优选细成的Ti材料进行一次轧制，然后在含氧气氛中进行热处理，形成比表面层部分上的自然氧化物膜更厚的Ti氧化物层(富氧层)。然后，将形成的焊丝冷轧至规定的焊丝直径。然后，这种焊丝用作MIG焊的焊丝。结果，即使在没有使用含氧气体作为保护气时，氧也从富氧层送至产生的电弧场。所以，阴极斑点稳定。结果，形成良好形状的焊道。
文献1 日本焊接学会全国会议论文集(Proceedings of National Meetingof Japan Welding Society)65(1999)，276文献2 JP2003-326389A然而，根据对文献2中的焊丝的后续研究，已经证实，当利用这种焊丝进行MIG焊时，出现下述现象。
首先，当引出、稳定且没有波动时，产生的电弧的阴极斑点位于被焊母材金属的焊丝下方的位置。然而，在焊丝的顶端，产生两种类型的电弧如图8所示形状的集中电弧(在下文中称作集中电弧)；如图9所示形状的扩散电弧(在下文中称作扩散电弧)。前一种电弧已经稳定，而后一种电弧不稳定。
这样，当前者集中电弧产生时，焊丝的顶端总是以熔滴的形式释放，熔滴过渡到焊接区。因此，形成的焊道形状/外观良好。然而，当产生后者扩散电弧时，熔滴可能不从焊丝顶端释放。即使当熔滴释放时，释放所需的时间也较长。因此，熔滴过渡到焊接区的时间也长。结果，熔滴不能在一个脉冲电流期间过渡到焊接区，而使下一个脉冲电流在熔滴过渡完成之前进行。
因此，形成焊道的覆盖状态不均匀，沿焊接方向可能局部出现收缩或类似的情况。而且，产生大量飞溅，导致焊道的外观较差。可以想象，这种现象是由于焊丝顶端，即阳极斑点不稳定产生的。
本发明的目的是提供一种解决这一问题的焊丝，借此使电弧放电时阴极斑点和阳极斑点都稳定，从而电弧稳定，熔滴的过渡也稳定。

发明内容
本发明人已经进行了热切的研究来调查该问题。结果，已经发现前述目的可以通过以下焊丝实现。利用这一发现，完成本发明。
本发明主要涉及以下各项(1)一种焊丝，包含Ti或Ti合金，其中该焊丝具有在其表面的富氧层；以及具有至少一种选自碱金属和碱土金属构成的组中的金属的金属化合物。
(2)如项(1)所述的焊丝，其中所述金属化合物的含量以焊丝总重量为基准按重量计为0.002至0.050％。
(3)如项(1)所述的焊丝，其中所述焊丝在表面具有裂纹，且所述金属化合物位于所述裂纹中。
(4)如项(1)所述的焊丝，其中所迷金属的沸点为2000℃或以下。
(5)如项(1)所述的焊丝，其中所述金属化合物是含Ca的金属化合物。
(6)如项(1)所述的焊丝，其中Tw/Dw的值为0.3×10-3至1×10-3，其中Tw表示所述富氧层的厚度，Dw表示所述焊丝的丝直径，且其中所述富氧层的平均氧浓度按重量计不小于1％。
(7)如项(6)所述的焊丝，其中所述富氧层的平均氧浓度按重量计为1至40％。
(8)如项(1)所述的焊丝，其中按JIS B0601规定的Ry表示的表面粗糙度，所述焊丝的表面粗糙度为10μm或以下。
(9)如项(6)所述的焊丝，其中Tw/Dw的值为1×10-3至50×10-3，其中Tw表示所述富氧层的厚度，Dw表示所述焊丝的丝直径，且其中所述富氧层的平均氧浓度按重量计为1至30％。


图1是本发明的焊丝表面的显微照片。
图2是本发明的焊丝的表面层部分的截面显微照片。
图3是本发明的焊丝在制造过程中拔丝之前的表面层部分的显微照片。
图4是每种金属的电离电压和沸点之间的关系图。
图5是本发明中定义的集中电弧的说明图。
图6是示出了使用实验示例6的焊丝形成的焊道的照片。
图7是示出了缺陷形状的焊道的照片。
图8是示出了集中电弧示例的照片。
图9是示出了扩散电弧示例的照片。
具体实施例方式
前述效果通过一种包含Ti或Ti合金的焊丝来实现，其中该焊丝具有在其表面的富氧层；以及具有至少一种选自碱金属和碱土金属构成的组中的金属的金属化合物。
在本发明中，术语“焊丝”的含义包括用于热喷涂的丝材(热喷涂丝)以及用于焊接的丝材。
首先，本发明的焊丝表面层部分的表面显微照片和截面显微照片分别在图1和2中示出。如图1所示，这种焊丝是这样形成的，即所述表面覆盖有富氧层，且在后面描述的拔丝步骤中产生的微细表面裂纹分布在整个焊丝表面上。上述表面裂纹，如图2所示，形成具有从焊丝表面上的富氧层朝向母材内层部分的深度的裂纹。然后，在所述裂纹中，填塞后面描述的包括碱金属或碱土金属的化合物。
在本发明中，富氧层及其平均氧浓度定义如下。即，焊丝的截面进行镜面抛光，并利用EPMA(电子探针显微分析)对氧浓度分布进行面分析。通过分析获得的焊丝中心部分的氧浓度作为1，氧浓度为1.2或更高的区域(即，氧浓度不小于中心部分浓度的1.2倍)视为富氧层。而且，在氧浓度为1.2或更高的区域的氧浓度平均值(5个测量点)视为富氧层的平均氧浓度。顺便提及的是，当氧浓度沿焊丝截面的圆周方向变化时，浓度测量圆设定在沿截面半径不同的位置，且氧浓度沿各浓度测量圆进行平均，从而确定沿周向平均的、沿截面半径的氧浓度分布。这样，在沿截面半径的氧浓度分布中，氧浓度不小于中心部分氧浓度的1.2倍大的区域作为富氧层。
本发明的富氧层厚度优选大于焊丝表面产生的自然氧化物膜厚度。自然氧化物膜的厚度通常为40至100nm。
而且，本发明的富氧层优选满足下述关系。
即，优选Tw/Dw的值为0.3×10-3至1×10-1，其中Tw表示富氧层的厚度，Dw表示焊丝的丝直径，且富氧层的平均氧浓度按重量计不小于1％。通过形成具有这样厚度和平均氧浓度的富氧层，可以很大程度上改进焊丝通过送丝机导管的输送性能。而且，进行电弧焊或电弧热喷涂的电弧稳定性也良好。
当Tw/Dw小于0.3×10-3(Tw为Dw的0.03％)时，或富氧层的平均氧浓度按重量计小于1％时，输送性能的改进效果不足。而且，电弧更可能不稳定，导致不利于形成均匀焊道或喷涂沉积物。当Tw/Dw为1×10-3(Tw为Dw的10％)或更大时，富氧层的形成处理需要非常长的时间，且因为形成困难，效果较差。当用于焊接等时，还可能产生有害作用，比如焊接结构的焊接接头强度降低。
下面描述富氧层的平均氧浓度的上限值。当整个富氧层由氧化钛形成时，富氧层的平均氧浓度最大。可以想象，该值等于从形成的氧化物分子式计算出的氧含量比值。例如，当形成的氧化物是TiO2时，按化学计量氧含量计算出的平均氧浓度按重量计为40.06％(假定Ti的原子量为47.88，氧的原子量为16.0进行计算)。或者，可以形成具有比TiO2更高氧的氧化学计量比值的Ti氧化物。例如当形成Ti2O5时，平均氧浓度的上限比值按重量计为45.52％。所以，通常不会想到富氧层的平均氧浓度的最大值按重量计超过45.52％。结果，在本发明中，可以说富氧层的平均氧浓度的最大值按重量计为45.52％。然而，当富氧层的平均氧浓度的值设为按重量计45.52％时，可能出现比如焊接接头延展性下降的有害影响。所以，富氧层的平均氧浓度按重量计优选不大于40％。
为了使电弧稳定作用更明显，富氧层的厚度Tw与丝直径Dw的比值Tw/Dw优选在1×10-3至1×10-1的范围内调节。尤其是，当除了最外表面层部分的氧化钛层(厚度等于自然氧化物膜的约40-100nm的厚度或更大)之外，形成氧扩散层时，富氧层的厚度由于氧扩散层的厚度而增加了。所以，Tw/Dw落入上述优选范围内的可能性更高。
富氧层的Tw/Dw值和平均氧浓度的优选上限在本发明的焊丝用作焊接丝材的情况和焊丝用作热喷涂丝材的情况之间变化。当本发明的焊丝用作热喷涂丝材时，在许多情况下(当然有例外)强度需求对于喷涂沉积物来说可能不必象焊接接头部分那样严格。例如，空气可以用作熔融金属的喷涂介质。在这种情况下，层中的氧浓度也不可避免地增加，因为熔融的Ti金属在与空气中的氧反应的同时沉积为喷涂沉积物。然而，当不是特别要求高强度时，这对于实际使用来说足以。而且，当本发明的焊丝用作热喷涂丝材时，考虑到在熔融状态下最终发生氧化，即使富氧层的Tw/Dw的值和平均氧浓度增加到上限值，也不会造成任何妨碍。
另一方面，当用作焊接丝材时，富氧层的过大的厚度或其过高平均氧浓度可能有时候不利地导致形成的焊接结构的焊接接头强度或喷涂沉积物的强度降低。所以，当用作焊接丝材时，优选限制Tw/Dw为1.0×10-3至50×10-3(Tw为Dw的1至5％)，富氧层的平均氧浓度按重量计为1至30％。当用作热喷涂丝材时，以及当需要使用惰性气体比如氩气作为喷涂介质，使氧化程度最小而形成高强度的喷涂沉积物时，Tw/Dw和平均氧浓度可以优选限制在同样范围内。
本发明的焊丝含有作为主要成分的Ti。在本发明中，“含有作为主要成分的Ti”的措词指的是在焊丝中具有最高含量的成分是Ti。优选含有的Ti按重量计不小于50％的量。当采用Ti合金时，目的在于提高形成的焊接区或喷涂沉积物的强度或延展性等，可以含有作为次要成分的各种添加元素。下面描述可采用的添加元素的示例及其添加的优选含量范围。
(1)Al按重量计不大于9％Al具有稳定Ti的低温相α相的功能，且固溶在α相中使其增强。然而，当其含量按重量计超过9％时，形成大量的中间相(金属间化合物)Ti3Al等，导致韧性和延展性受到限制。另一方面，为了使前述作用明显，Al优选以按重量计不小于1％的量加入，且更为优选的是以按重量计在2至8％的范围内添加。
(2)N和O至少一种按重量计总量不大于0.5％N和O也起到与Al相同的α相稳定和增强元素的作用。尤其是，添加0的效果显著。然而，这些元素的总量按重量计起过0.5％导致韧性或延展性受限。另一方面，为了使前述作用明显，这些元素优选以按重量计总量不小于0.03％的量加入，且更为优选的是以按重量计在0.08至0.2％的范围内的量添加。顺便提及的是，此时的氧含量表示内层部分的氧含量，而绝不是富氧层。
(3)V、Mo、Nb和Ta中的一种，或二种或以上按重量计总量不大于45％所有这些元素都是Ti的高温相β相的稳定元素，且在通过改进可热处理性而改进可热加工性并实现更高的强度方面有效。然而，所有这些元素比重大，熔点高。因此，它们的过多的添加不仅损害重量轻和高比强度的效果，特别是对于Ti合金，而且由于增加了合金熔点而增加了熔融制造的难度。为此，这些元素的添加总量上限设为按重量计45％。另一方面，为了使效果明显，这些元素优选以按重量计不小于1％的总量添加。Mo或Ta可以少量添加，以提高合金的抗腐蚀性。
(4)Cr、Fe、Ni、Mn和Cu中的一种，或二种或以上按重量计总量不大于15％这些元素也具有稳定β相的作用，且在通过改进可热处理性而改进可热加工性并实现更高的强度方面有效。然而，这些元素中的任一种易于形成在其和Ti之间的中间相(例如，TiCr2，TiFe，Ti2Ni，TiMn或Ti2Cu)，且它们的过多的添加导致延展性和韧性下降。所以，这些元素的添加总量上限设为按重量计15％。另一方面，为了使效果明显，这些元素优选以按重量计总量不小于0.5％的量添加。可以少量添加Ni，以提高合金的抗腐蚀性。
(5)Sn和Zr的至少一种按重量计总量不大于20％这些元素被认为是用于增强α相和β相的中性型添加元素。然而，过多的添加导致作用饱和，所以这些元素的添加总量上限设定为按重量计20％。另一方面，为了使效果明显，这些元素优选以按重量计总量不小于0.5％添加。
(6)Si按重量计不大于0.7％Si具有提高合金的抗蠕变性(蠕变断裂强度)的作用，且提高耐热性。然而，由于形成金属间化合物，比如Ti5Si3，过多的添加反而导致蠕变断裂强度或延展性降低。所以，Si的添加量上限设定为按重量计0.7％。另一方面，为了使效果明显，Si优选以按重量计不小于0.03％的量添加，更可取的是以按重量计在0.05至0.5％的范围内的量添加。
(7)Pd和Ru的至少一种按重量计总量不大于0.5％这些元素具有提高合金的抗腐蚀性的作用。然而，考虑到作用饱和等，这些元素的添加量上限设定为按重量计0.5％，因为它们都是贵金属，因此价格昂贵。另一方面，为了使效果明显，这些元素优选以按重量计不小于0.02％的量添加。
合金组成的具体示例可以包括以下这些(顺便提及的是，组成以主要成分Ti打头表示，随后是用连字符连接的次要成分和组成数字，同时省略了按重量计的％单位(例如，Ti-按重量计6％的Al-按重量计4％的V合金简单地表示为Ti-6Al-4V))。
α型合金Ti-5Al-2.5Sn，Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si，和Ti-2.5Cu[2]近a型合金Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si，Ti-8Al-1Mo-1V，Ti-2.25Al-2Sn-4Zr-2Mo，Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-0.25Si，Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo，Ti-6Al-2Sn-1.5Zr-1Mo-0.35Bi-0.1Si，Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.2Si，和Ti-5Al-6Sn-2Zr-1Mo-0.25Si[3]α+β型合金Ti-8Mn，Ti-3Al-2.5V，Ti-6Al-4V，Ti-6Al-6V-2Sn，Ti-7Al-4Mo，Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo，Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Mo-2Cr-0.25Si，Ti-10V-2Fe-3Al，Ti-4Al-2Sn-4Mo-0.2Si，Ti-4Al-4Sn-4Mo-0.2Si，Ti-2.25Al-11Sn-4Mo-0.2Si，Ti-5Al-2Zr-4Mo-4Cr，Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr，Ti-6Al-5Zr-4Mo-1Cu-0.2Si，和Ti-5Al-2Cr-1Fe[4]β型合金Ti-13V-11Cr-3Al，Ti-8Mo-8V-2Fe-3Al，Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr，Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn，Ti-11V-11Zr-2Al-2Sn，Ti-15Mo-5Zr，Ti-15Mo-5Zr-3Al，Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn，Ti-22V-4Al，和Ti-15V-6Cr-4Al[5]近β型合金Ti-10V-2Fe-3Al[6]耐腐蚀合金(虽然可用于焊接，但它们尤其适用于希望通过热喷涂形成耐腐蚀涂层时)Ti-0.15Pd，Ti-0.3Mo-0.8Ni，和Ti-5Ta本发明的焊丝可以通过一次轧制Ti或Ti合金锭而形成卷材，然后对轧制卷材进行氧化处理，从而在表面形成富氧层而获得。
更明确地说，在本发明的焊丝中，富氧层可以通过使金属焊丝在含氧气氛中经受热氧化处理而形成。可使用的含氧气氛是含有氧化合物的气体气氛，比如含氧氮气氛(包括空气)，或含氧惰性气体气氛，或还有水蒸气。为了形成具有必要和足够厚度的富氧层，优选使用氧分压为5×103至15×10-3Pa的含氧气氛。而且，处理温度优选设定为例如500至800℃。另一方面，除了热氧化处理之外，可采用的方法是使氧化钛晶粒嵌入焊丝表面，或通过气相沉积工艺形成氧化钛层，比如气相沉积或溅射，从而形成富氧层。或者，氧化钛层可以通过已知的溶胶-凝胶工艺形成。然后，当根据这些方法之一形成氧化钛层时，更为优选的是通过扩散热处理形成氧扩散层。
图3示出了前述状态下卷绕焊丝的截面显微照片。从图3可以明显看出，在此状态下富氧层形成的表面上没有产生裂纹。
随后，卷绕焊丝经过冷拔丝加工，形成具有优选丝直径的焊丝。在这一步骤，根据表面收缩率的大小，在焊丝的表面上，形成如图1所示的从表面朝向焊丝内部的裂纹，所述裂纹以在焊丝表面层部分中的大量表面裂纹的形式产生。
顺便提及的是，在本发明中，表面收缩率以下述等式定义表面收缩率(％)＝(拔丝前的焊丝截面面积-拔丝后的焊丝截面面积)/(拔丝前的焊丝截面面积)×100这样，最后，在表面裂纹中，填塞具有至少一种从碱金属和碱土金属中选择的金属的金属化合物，从而形成如图2所示的本发明的焊丝。
这样，制成本发明的具有富氧层和金属化合物的焊丝。
对于这些金属化合物，优选比如碳酸盐的金属化合物。特别优选碳酸钠、碳酸钾，和碳酸钙。
下面描述在裂纹中填塞金属化合物的方法。对于填塞方法，例如，可以提及下述方法将任意的这些金属化合物混合在润滑剂中，使用用于冷拔丝所述润滑剂进行拔丝；结果，产生表面裂纹，同时，将润滑剂填塞入其中；结果，在表面裂纹中填塞了金属化合物。
填塞的金属化合物量可以例如通过改变金属化合物与润滑剂的混合比例，改变富氧层的厚度或改变拔丝过程中的表面收缩率而进行调整。
顺便提及的是，通常使用包括比如氢氧化钙和硬脂酸钙的化合物的润滑剂作为润滑剂。对于这种润滑剂，例如混合了规定金属的碳酸盐，而使金部金属与钙结合填塞入表面裂纹中所以，当填塞除钙之外的金属化合物时，可以采用下述工序。在拔丝之后对焊丝进行一次清洗，从而去除表面裂纹的润滑剂。然后，通过使用规定的金属化合物，以0％的表面收缩率使焊丝经过拔丝机。
当润滑剂本身含有优选的碱金属或碱土金属时，可以使用该润滑剂进行拔丝。
本发明的焊丝可用于Ti材料MIG焊中使用的用于焊接的丝材。而且，本发明的焊丝也具有电弧稳定性和熔滴过渡稳定性。所以，也可以用作电弧热喷涂方法中的用于热喷涂的丝材。
在本发明中，碱金属的示例包括Li、Na、K、Rb和Cs，碱土金属的示例包括Ca、Sr和Ba。而且，一种适当的金属选自碱金属，另一种适当的金属也选自碱土金属，该化合物可以一起使用。即，可一起包含碱金属和碱土金属。
本发明的金属化合物优选具有，碱金属或碱土金属中沸点为2000℃或以下的金属，更可取的是600-2000℃。尤其是，优选具有K、Na、Ca之一或更多。而且，含有Ca的金属化合物优选使用。
金属化合物的含量优选设定为以焊丝的总重量为基准按重量计0.002至0.050％。
这是出于下述原因。当该金属化合物的含量按重量计小于0.002％时，金属化合物的作用不足以发挥。因此，集中电弧出现的机率变小。结果，难以实现在一个脉冲电流期间产生一个熔滴的目的。这为形成良好焊道造成困难。当金属化合物的含量按重量计大于0.050％时，电弧力变得太强。因此，在熔滴过渡到焊接区的过程中，在熔滴中心出现飞溅现象。结果，在焊道中必然出现外部粗糙度，而且在除焊接区之外的位置也出现。
而且，考虑到在一个脉冲电流期间实现一个熔滴，该金属化合物的含量优选为以焊丝总重量为基准按重量计0.007至0.015％。
所有这些金属都具有比形成母材的主要成分Ti更低的沸点和电离电压。这在图4中示出。这些金属位于本发明的焊丝表面层部分的裂纹中。所以，在MIG焊中，在母材(Ti)被电弧热熔化之前，这些金属以电离的金属蒸汽形式存在于电弧场中。因此，产生的电弧变成集中电弧，且得以稳定。
顺便提及的是，本发明中所称的术语“集中电弧”定义为如下电弧。这参照图5进行描述。具有直径D的焊丝电弧放电，且可视觉上观察到电弧的边界部分。太模糊的以至于边界部分不能识别的电弧自然不能认为是集中电弧，而称作扩散电弧。
然后，假定一个截锥，其底面位于比焊丝下端面低焊丝直径D的位置。在θ≥60°的情况下，其中θ表示在截锥侧面和底面之间形成的角度，该电弧称作集中电弧。当设定θ≥60°，总是可以形成熔滴。
因为本发明的焊丝具有上述特性，所以它可以用于送丝机，比如进行MIG焊的设备。
从改善焊丝在送丝机中的输送性的角度来说，本发明的焊丝表面的称作Ry的表面粗糙度优选为最大高度10μm或以下，这样，富氧层形成具有前述厚度和平均氧浓度。这有利于获得已经将表面粗糙度调节到这种数值的焊丝表面。焊丝的表面粗糙度优选设为数学平均粗糙度Ra为0.5μm或以下。而且，最大高度Ry和数学平均粗糙度Ra的下限值不具体限制，考虑到成本权衡适当设定。顺便提及的是，本发明人证实，Ry可以减小到约1.0μm，Ra可以减小到0.1μm。顺便提及的是，在本说明书中，表面粗糙度表示通过JISB0601(1994)中规定的方法测量的值。
为了避免焊丝在送丝机中弯折，焊丝的拉伸强度优选为400至1500MPa。当拉伸强度小于400MPa时，难以充分地防止弯折。当拉伸强度超过1500MPa时，焊丝的挠性减弱，导致出现断裂和卷绕困难的缺陷。焊丝的拉伸强度可以例如通过调节冷加工拔丝最后阶段的冷加工表面收缩率而进行控制，或通过调节随后进行的去应力退火时的退火温度和时间而进行控制。焊丝的拉伸强度更为优选的是400至1200MPa。
示例现在参照示例和比较例更详细地阐述本发明，但应当理解，本发明不应理解为仅限于此。
实验示例1至25(1)焊丝的制造JIS H4670规定的Ti焊丝(JIS 2级，丝直径1.6mm)用于制备实验示例。实验示例1至22分别具有厚富氧层，通过在空气中750℃的温度下进行热处理6分钟而在表面形成富氧层制成。实验示例23至25分别具有薄富氧层，以与实验示例1至22相同的方式制成，除了热处理温度设为450℃之外。
另一方面，制备表1所示的碱金属和碱土金属的碳酸盐粉末。对于润滑剂，准备KOSHIN(氢氧化钙和硬脂酸钙的混合物，商品名，KYOEISHA Chemical Co.，Ltd)。通过使用润滑剂，进行冷拔丝加工，形成丝直径(Dw)为1.0mm的焊丝。在该步骤的表面收缩率为37.5％。
当使除钙之外的金属单独与富氧层存在时，在拔丝之后焊丝利用LIGHTCLEAN(洗涤剂)进行一次清洗而洗去KOSHIN。然后，使用规定的金属碳酸盐粉末，焊丝经过拔丝机，表面收缩率为0％，而使粉末填塞入表面裂纹中。不具有富氧层金属的实验示例25用与上述相同的方式在拔丝之后仅仅进行清洗而制成。每种形成的焊丝按照下述规范进行金属化合物的金属含量(按重量计％)、富氧层的厚度(Twμm)、拉伸强度(MPa)、表面粗糙度和动摩擦系数的测量。
金属含量通过感应耦合等离子体发射光谱进行分析。
富氧层如上所述，焊丝的截面进行镜面抛光。抛光表面通过EPMA进行关于氧浓度分布的面分析。在截面中心部分的氧浓度视为1，氧浓度为1.2或以上(即，氧浓度不小于中心部分的1.2倍大)的焊丝区域视为富氧层。
平均氧浓度如上所述，确定富氧层中氧浓度的平均值(5个测量点)，作为富氧层的的平均氧浓度。
富氧层的厚度作为富氧层厚度的平均值。
拉伸强度从每种焊丝上切下100mm长的试样，通过Instron型拉伸试验机以1.0mm/min的十字头速度拉伸。这样，确定应力-应变曲线，最大应力值读为拉伸强度。
表面粗糙度按照将评估长度沿焊丝纵向方向设定的实施方案，利用JISB0601(1994)规定的方法确定粗糙度曲线。最大高度Ry(μm)和数学平均粗糙度Ra(μm)的数值分别读出。
动摩擦系数这利用Bowden-Leben型摩擦试验机进行测量。更明确地说，焊丝试样放在试样台上，用于加压的钢材从上方叠放在上面，以恒定的速度移动试样台，同时通过给定重物的重量对所述钢材加压。通过应变仪型的负载传感器检测该步骤的摩擦力。
上述结果汇总并示于表1中。
表1

(2)MIG焊利用表1中所示的每种焊丝进行在表2所示条件下的MIG焊。在这些MIG焊中，将Digital Pulse CPDP-350(DAIHEN Corporation制造)用作焊接电源。
表2

焊接过程中焊丝的输送性，电弧的稳定性，和产生的飞溅量按下述规范进行评定。形成的焊道形状，接头部分的拉伸强度和延伸率按下述规范进行评定。
焊丝的输送性在焊接过程中没有产生焊丝弯折的情况列为“AA”，产生焊丝弯折的情况列为“B”。
电弧稳定性产生的电弧状态通过High Speed Camera System 1000型照像(一个图像/ms；Nac Inc.制造)，在开始焊接后2秒至7秒进行5秒。这样，电弧的稳定性从图像评定。集中电弧的出现率为80％或以上的情况列为“AA”，65至80％的情况列为“A”，低于65％的情况列为“B”。
产生的飞溅量产生的飞溅量是按100mm的焊接长度，由沉积在母材金属上的直径为1mm或以上的飞溅物的量来评定。在完成焊接之后，可以视觉上观察到已经沉积在被焊母材金属上的飞溅物的状态。没有沉积直径为1mm或以上的飞溅物的情况列为“AA”，已经沉积了1至10个具有所述直径范围的飞溅物的情况列为“A”，已经沉积了11或更多个具有所述直径范围的飞溅物的情况列为“B”。
焊道形状在焊接之后，视觉观察焊道。宽度均匀且外观平滑的情况列为“AA”，焊道宽度的不规则性小的情况列为“A”，焊道宽度的不规则性大的情况列为“B”。
接头部分的拉伸强度测量值为340MPa或以上的情况列为“AA”，测量值等于或小于该值的情况列为“B”。
前述结果汇总并示于表3中。
表3

X*焊道形状非常差，没有进行测量。
从表1和3可以看出，当使用具有碱金属或碱土金属的实验示例的焊丝时，电弧稳定，且焊道形状在任何情况下都良好。而且，在焊丝含有适当量的金属化合物的每个实验示例1至20中，效果更好。
然而，当使用根本没有金属化合物，且富氧层的厚度较小的实验示例25的焊丝时，集中电弧的产生减少，飞溅量增加，导致产生较差的焊道形状。
顺便提及的是，在图6中示出了使用实验示例6的焊丝形成的焊道形状的照片。从图中可以看出，使用这种焊丝能形成具有均匀宽度以及均匀覆盖形式，且外观和形状良好的焊道。
实验示例26至41除了使用表4中所示成分的Ti合金材料作为母材，且按照表4所示类型和含量使用碱金属和碱土金属之外，用与实验示例1至25相同的方式制造焊丝。
表4

利用实验示例26至41的焊丝，进行MIG焊。结果示于表5中。
表5

实验示例42至53以这样的方式制造焊丝，即如示例1-24那样由JIS 2级制成母材，且根据表6所示的类型和含量使用碱金属和碱土金属。
表6

实验示例42至53的焊丝安装在送丝机的热喷涂单元中，且送入焊枪而在被处理工件表面进行热喷涂。分析该步骤的焊丝输送性和电弧的稳定性。结果示于表7中。
表7

碱金属或碱土金属的沸点和电离电位分别低于Ti的沸点和电离电位。所以，在母材(Ti或Ti合金)被电弧热熔化之前，碱金属或碱土金属以电离的金属蒸汽形式存在于产生的电弧场中。因此，产生的电弧柱稳定，形成集中电弧。而且，富氧层中的氧也稳定产生的电弧，同时，减小焊丝表面的表面张力，而使产生的熔滴更可能从焊丝顶端释放。
这样能使一个熔滴在MIG焊的一个脉冲电流期间可靠地过渡到焊接区。结果，可以形成形状和外观良好的焊道。
利用本发明的焊丝，产生的电弧成为集中电弧，可以在一个脉冲电流期间可靠地实现一个熔滴过渡。所以，焊接区的焊道形状和外观优良。这种焊丝适于用作Ti材料MIG焊中的焊接丝材，或用作Ti热喷涂时的热喷涂丝材。
虽然已经参照具体实施例详细地描述了本发明，但显然对于本领域的技术人员来说，可以作出各种变化和改变，而不脱离其主旨和范围。
本申请基于2004年10月14日提交的日本专利申请No.2004-300497，在此通过引用而包含其内容。
权利要求
1.一种焊丝，包含Ti或Ti合金，其中该焊丝具有在其表面的富氧层；以及具有至少一种选自碱金属和碱土金属构成的组中的金属的金属化合物。
2.如权利要求1所述的焊丝，其中所述金属化合物的含量以焊丝总重量为基准按重量计为0.002至0.050％。
3.如权利要求1所述的焊丝，其中所述焊丝在表面具有裂纹，且所述金属化合物位于所述裂纹中。
4.如权利要求1所述的焊丝，其中所述金属的沸点为2000℃或以下。
5.如权利要求1所述的焊丝，其中所述金属化合物是含Ca的金属化合物。
6.如权利要求1所述的焊丝，其中Tw/Dw的值为0.3×10-1至1×10-1，其中Tw表示所述富氧层的厚度，Dw表示所述焊丝的丝直径，且所述富氧层的平均氧浓度按重量计不小于1％。
7.如权利要求6所述的焊丝，其中所述富氧层的平均氧浓度按重量计为1至40％。
8.如权利要求1所述的焊丝，其中按JIS B0601规定的Ry表示的表面粗糙度，所述焊丝的表面粗糙度为10μm或以下。
9.如权利要求6所述的焊丝，其中Tw/Dw的值为1×10-3至50×10-3，其中Tw表示所述富氧层的厚度，Dw表示所述焊丝的丝直径，且所述富氧层的平均氧浓度按重量计为1至30％。
全文摘要
本发明提供了一种包括Ti或Ti合金的焊丝，其中该焊丝具有在其表面的富氧层；以及具有至少一种选自碱金属和碱土金属构成的组中的金属的金属化合物。
文档编号B23K35/32GK1762646SQ20051012490
公开日2006年4月26日 申请日期2005年9月29日 优先权日2004年10月14日
发明者堀尾浩次, 高桥亮次, 南川裕隆, 中条屋真 申请人:大同特殊钢株式会社