用于二氧化碳气体保护电弧焊的钢丝及使用此钢丝的焊接法制造技术

在利用由二氧化碳作为主要成分所组成的保护气体进行的二氧化碳气体保护电弧焊中，提议了一种焊丝，它使熔滴的喷射过渡成为可能，并且除了甚至减少高速焊接的飞溅量以外，还提供了出色的焊缝形状，并且提议了一种使用该焊丝的焊接法。作为特定的方法，使用了一种用于正极性二氧化碳气体保护电弧焊的焊丝，它包含一钢条，该钢条含有０．００３－０．２０质量％的Ｃ、０．０５－２．５质量％的Ｓｉ、０．２５－３．５质量％的Ｍｎ、０．０１５－０．１００质量％的ＲＥＭ（稀土元素）、０．００１－０．０５质量％的Ｐ、０．００１－０．０５质量％的Ｓ，或进一步含有０．０１００质量％以下的Ｏ，或进一步含有０．０２－０．５０质量％的Ｔｉ、０．０２－０．５０质量％的Ｚｒ和０．０２－３．００质量％的Ａｌ中的一种或两种以上元素，或进一步含有０．０００１－０．０１５０质量％的Ｋ，或进一步含有３．０质量％以下的Ｃｒ、３．０质量％或更少的Ｎｉ、１．５质量％或更少的Ｍｏ、３．０质量％或更少的Ｃｕ、０．０１５质量％或更少的Ｂ、０．２０质量％或更少的Ｍｇ、０．５％或更少的Ｎｂ、０．５质量％或更少的Ｖ和０．０２０质量％或更少的Ｎ，并且余量为Ｆｅ和不可避免的杂质。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于正极性二氧化碳气体保护电弧焊的焊丝，尤其涉及这样的用于二氧化碳气体保护电弧焊的丝(以下称为焊丝)，即它能够在正极侧(即正极)使用焊丝并实现最稳定的熔滴过渡形态，由于飞溅少而获得了出色的焊缝形状。
技术介绍
以CO2气体为保护气体的气体保护电弧焊因CO2气体廉价且效率高而被广泛用于钢铁材料的焊接。尤其是，随着自动焊的迅速普及，该焊接法已被用于各种领域如造船、建筑、桥梁、汽车和土建机械。在造船、建筑和桥梁领域中，该焊接法大多被用于厚板的高强电流多层焊中，而在汽车和土建机械领域中，该焊接法主要用于薄板角焊。将Ar气和CO2气的混合气(混合比2-40体积％)用作保护气体的焊接法(所谓的混合气体保护电弧焊)可以使熔滴直径小于焊丝直径的精细喷射过渡成为可能。在众多过渡方式中，熔滴喷射过渡最出色并且它被视为是飞溅发生少、焊缝形状出色并适用于高速焊的方式。因此，混合气体保护电弧焊已用于需要高质量焊接的领域。然而，由于Ar气成本是CO2气体的五倍，所以在实际焊接作业中，减少Ar气用量且CO2气体的混合比为50体积％以上的混合气体大多被用作保护气体。当使用CO2气体的混合比为50体积％以上的保护气体时，与使用含Ar-CO2(混合比2-40体积％)的保护气体的焊接法(所谓的混合气体保护电弧焊)相比，粗大了10-20倍的熔滴悬垂在焊丝前端上并通过电弧力边摇晃边过渡(所谓的熔滴过渡)。当发生这种熔滴过渡时，由于出现与基材(即钢板)的短路以及由再起弧引起的大量飞溅，因此焊缝形状不稳定。尤其是在高速焊中，已经存在着焊缝形状易变得凹凸不平(所谓的焊道隆起)的问题。关于这个问题，在日本专利申请公开号JP-A-6-218574中公开了一种通过添加K来抑制飞溅的方法。但在此技术中，当提高焊接速度和将保护气体中的CO2气增至50体积％以上时，未必实现飞溅量的减少和焊缝形状被稳定的效果。在日本专利申请公开号JP-A-7-47473和JP-A-7-290241中，公开了一种脉冲二氧化碳气体保护电弧焊接法，它通过在一个熔滴的过渡时间内产生一个脉冲而减少了飞溅量。在以含Ar-CO2(5-25体积％)混合气体为保护气体的MAG焊接中，确立了一个熔滴使用一个脉冲的过渡焊接技术。在该技术中，借助Ar-CO2(5-25体积％)焊接的熔滴细微，并且通过向下的等离子强气流，该熔滴在峰值期间内的长大和在峰谷期间内的熔滴过渡高效地进行。另外，形成一个熔滴所需的时间也短至1ms-2ms，并且即使一个熔滴在一个脉冲内未过渡，只要该熔滴在下一脉冲内过渡，就不会有大熔滴悬垂在焊丝前端上，所述脉冲发挥了减少飞溅的效果。然而，在日本专利申请公开号JP-A-7-47473和JP-A-7-290241中的、使用以CO2为主要成分的保护气体(CO2气体的混合比为50体积％以上)的二氧化碳气体保护电弧焊中，熔滴较粗并且向下的等离子气流较弱，熔滴在脉冲峰值期间的前半段中过渡。在二氧化碳气体保护电弧焊中，熔滴从该峰值期间的中段到后半段长大并且通常在峰谷期间内悬垂在焊丝前端上，并且熔滴在下一个峰值期间的前半段内过渡到钢板侧。形成一个熔滴所用的时间长达10ms-20ms，因此，当一个熔滴在一个脉冲内没有过渡时，该熔滴在下个脉冲内过渡，粗大熔滴在此期间内悬垂在焊丝前端上，因此，因短路而大量出现粗大液滴的飞溅。在脉冲二氧化碳气体保护电弧焊接法中，熔滴过渡间隔不稳定并且很难与一个熔滴过渡时间匹配地稳定产生一个脉冲。虽然，本专利技术人在本专利技术之前研究出了美国申请序列号US10/107623(2002年3月27日申请)的且名为“MAG焊接用钢丝及使用该钢丝的MAG焊接法”的专利技术，但该方法以焊接部有缝的薄钢板低强度电流(250A以下)焊接为对象，并且在借助二氧化碳气体保护电弧焊的高强电流(大于250A)焊接中，无法得到充分的稳弧效果。虽然，日本专利申请公开号JP-A-63-281796揭示了借助稀土元素能稳定二氧化碳气体保护电弧焊中的电弧的效果，但没有公开作为本专利技术最大特征的使焊丝为正极性的内容。通常，人们认识到，在焊丝为正极性的焊接中，形成了与焊丝为反极性的二氧化碳气体保护电弧焊中的熔滴相比更粗大的熔滴，因而，因大量短路而产生了粗大的飞溅，焊缝形状因熔滴过渡粗糙而不均匀，并且因为钢板侧的发热少且且深熔浅，所以易出现由易搭接引起的焊接缺陷。因此，对焊接技术人员来说，想不到在正极侧(即负极)使用焊丝，而通常想到的是使其为反极性(即焊丝在正极侧)。然而，在日本专利申请公开号JP-A-63-281796中，没有公开极性方面的内容。在这里的焊丝被视为反极性或正极性。在常用于二氧化碳气体保护电弧焊接法中的反极性的场合中，人们知道了通过添加REM而因电弧的收缩和回弹而加剧了大颗粒的飞溅，REM的添加没有稳弧效果。在正极性的情况下，没有公开关于如作为本申请特征的、稳弧所需的添加元素如P和S以及抑制因正极性而引起的熔滴过渡的喷射化和稳弧化效果的O的重要技术，因此，在二氧化碳气体保护电弧焊中，不能获得充分稳弧的效果及出色的焊缝形状。如上所述，当使用CO2气体与Ar气的混合比超过40体积％的保护气体时，与典型的混合气体保护电弧焊(CO2气体与Ar气的混合比为40体积％)相比，粗大的熔滴悬垂在焊丝前端上且因该电弧力而晃动。结果，在高速焊接中，加剧了与基材(即钢板)的不规则短路以及由再起弧引起的飞溅，并且焊缝形状变得不稳定。当使用含有以CO2气体为主要成分(CO2气体的混合比超过40体积％)的保护气体时，必须实现熔滴的喷射过渡，以解决此问题。然而，当熔滴的喷射过渡可以用于典型的混合气体保护电弧焊(CO2气体与Ar气的混合比为2-40体积％)时，在使用CO2气体的混合比超过40体积％的保护气体的焊接中，很难实现喷射过渡。
技术实现思路
鉴于上述问题而研究制定出本专利技术，它的目的是提出一种焊丝和使用该焊丝的焊接方法，其中，在CO2气体为主要成分(在这里，CO2气体的混合比超过60体积％时的效果更明显)的保护气体的二氧化碳气体保护电弧焊中，可以实现熔滴的喷射过渡，并且即便在进行高速焊接，也不仅减少了飞溅量，而且获得出色的焊缝形状。与在所谓的混合气体保护电弧焊中使用的、混有Ar气和CO2气体的保护气体(CO2气体的混合比为2-40体积％)相比，本专利技术的二氧化碳气体保护电弧焊是指一种借助以CO2气体为主的(CO2气体的混合比超过60体积％)的保护气体的焊接法。本专利技术的二氧化碳气体保护电弧焊是指主要使用CO2气体的焊接法(所谓的二氧化碳气体保护电弧焊)。本专利技术人对在使用以CO2气体为主要成分(CO2气体的混合比为60体积％以上)的保护气体的二氧化碳气体保护电弧焊中的、减少飞溅和改善焊缝形状进行了刻苦研究。结果，获得了下述观点。1)通过进行以焊丝为负极的正极性焊接，尽管熔滴变粗大了，但可以实现稳定的过渡。2)通过在焊丝中加稀土元素(以下称为“REM”)，防止了在低强度电压区内的断弧，并且可以实现熔滴的稳定过渡。3)通过在焊丝中加REM，保证了深熔并可以使焊缝变光滑。4)通过在焊丝中加REM并且规定P、S、O、Ca和K的含量，可以集中并稳定该阴极的电弧发生点。5)通过将强脱氧元素Ti、Zr和Al加至焊丝中，可以获得更稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于正极性二氧化碳气体保护电弧焊的钢丝，其特征在于，它含有０．００３－０．２０质量％的Ｃ、０．０５－２．５质量％的Ｓｉ、０．２５－３．５质量％的Ｍｎ、０．０１５－０．１００质量％的稀土元素、０．００１－０．０５质量％的Ｐ、０．００１－０．０５质量％的Ｓ以及余量为Ｆｅ和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：片冈时彦，池田伦正，安田功一，坂下干雄，时乘健次，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]