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无镀铜焊丝的前景
发布时间:2016-6-2 10:12:55

 

一、传统CO2气体保护焊镀铜焊丝存在的问题
CO2气体保护焊是目前世界范围内使用最广泛的焊接方法,其突出优点是焊接效率高,焊丝价格低,但是其许多缺点也一直困扰着焊接界,成为难以解决的锢疾。这些问题主要是:焊接烟尘中有毒物质Cu含量高;焊接飞溅大;焊接成形差;镀铜层易剥落,造成送丝软管堵塞,影响送丝,防锈性能仍不理想;制造过程中对环境的污染大等, 这些缺欠都严重阻碍了CO2气体保护焊的进一步发展。
 
1 焊接烟尘中含有毒的Cu粒子
实芯焊丝焊接烟尘中主要物质是金属氧化物和金属蒸气, 德国金属制造业健康与安全委员会编制的《在焊接及相关工艺过程中的有害物质》指出:近95%的焊接烟雾来自于填充金属,因此焊丝表面镀的铜不可避免的大量进人焊接烟尘中,成为烟尘中的主要有毒物质。焊工吸入过量含铜烟尘可引起金属铜烟雾热急性综合症,铜盐能引起肠胃功能紊乱,可出现溶血和肝、肾损害。
 
2 稳弧性差、焊接飞溅大
传统镀铜焊丝由于没有类似焊条和药芯焊丝中的稳弧成分,电弧稳定性较差, 熔滴基本上以短路形式过渡,电弧处于频繁的短路、燃弧、开路状态,焊接电流、电压波动极大。以上对焊接过程带来的影响是电弧“ 爆燥”, 焊接飞溅极大。大量的飞溅不仅影响焊接质量,而且还恶化了焊工作业环境,这是焊工最讨厌的事。
 
3 焊缝成形不良
传统镀铜焊丝焊后的焊缝成形凸起, 余高过大, 焊缝的鱼鳞纹粗糙, 焊缝两边喷洒的飞溅较多, 从而增加了焊后的清理工作量, 降低了焊接接头的力学性能。
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4 防锈性能不过关
实芯焊丝表面镀铜主要是为了防锈,但在实际使用过程中发现镀铜焊丝的防锈性能并不理想。经仔细观察常常看到镀铜焊丝腐蚀是从镀铜层下的铁基表面首先开始的,在外部镀铜层形成的点状锈斑下早已有更大的锈斑。造成这种情况的根本原因在于镀铜层不仅不能防止铁基焊丝发生电化学腐蚀,反而会加剧这种趋势。Cu( Cu2+/Cu)的标准电极电位为0.337V,而Fe的( Fe2+/Fe) 的电极电位为-0.4402V前者比后者高0.7772V 一旦发生电化学腐蚀,Fe反而会优先腐蚀。因此表面镀铜仅仅相当于一种机械保护层,只有在焊丝表面致密无孔的条件下才能达到防锈目的。
另外, 焊缝中铜含量较高对焊缝的力学性能不利, 各国的标准中都有严格的规定, 即ωCu≤0.5%。经测算,Ф1.2mm焊丝镀铜层的厚度仅为0.34-0.56um, 远远小于达到致密要求的5um,而且采用通常的化学镀方法镀铜层和铁基焊丝结合的紧密性难以得到良好控制。因此这种不很致密的镀铜层, 不但不能保护内部铁基焊丝, 反而加速了铁基焊丝在腐蚀介质中的腐蚀。
 
5 送丝性能不理想
实芯焊丝通常采用大电流自动或半自动焊接,对送丝性能的要求较高。一般认为焊丝表面镀铜可以减少焊丝的表面粗糙度, 从而改善送丝性能, 但在实际应用中常常并非如此。前面已提到镀铜焊丝腐蚀是从镀铜层下的铁基表面先开始的, 这种腐蚀现象极易造成表面镀铜层的成片剥落, 堵塞送丝软管, 从而影响正常送丝。另外, 在镀铜焊丝生产过程中因焊丝清洗不彻底、镀层质量不良以及送丝轮与焊丝的摩擦也会加速镀铜层的脱落。
 
6 生产过程造成环境污染
镀铜焊丝的生产过程中存在更为严重的环境污染问题。无论是化学镀还是电镀, 其镀液对人体都有极大的危害, 同时废弃的配液还会进一步污染环境。现在发展绿色制造已成共识, 镀铜工艺终将被淘汰。
 
二、环保型无镀铜气保护实芯焊丝与传统镀铜焊丝的对比
我公司科技人员运用现代金属表面工程技术结合焊接材料和金属制品生产工艺, 于2015年成功研制出“无镀铜气保护实芯焊丝”,从根本上解决了传统镀铜气保护实芯焊丝的上述缺点, 经国内多家企业应用, 反映良好。卞面以该系列产品中的GHS-50无镀铜焊丝为例, 来说明其所具有的性能特点。
 
1 焊丝化学成分和熔敷金属力学性能
GHS-50无镀铜焊丝(ER50-6)与相同型号的镀铜实芯焊丝相比, 其熔敷金属的化学成分基本相同, 但由于后者表面镀铜, 使其ωCu=0.18, 而前者仅为0.003%,比后者降低了两个数量级。
GHS-50无镀铜焊丝(ER50-6)由于采用了非镀铜金属表面改性工艺, 使力学性能,伸长率和低温冲击韧度有所提高。
具体数值参见表1、表2。
表1 GHS-50无镀铜焊丝与GHS-50镀铜焊丝化学成分对比(%)

牌号
C
Si
Mn
S
P
Cu
规定值
0.06-0.15
0.80-1.15
1.40-1.85
0.025
0.025
0.50
GHS-50无镀铜
0.10
0.91
1.45
0.012
0.011
0.003
GHS-50镀铜
0.08
0.87
1.48
0.015
0.010
0.18

 
表2 GHS-50无镀铜焊丝与GHS-50镀铜焊丝力学性能对比

牌号
抗拉强度/MPa
屈服强度/MPa
伸长率(%)
-40oC冲击功(J)
规定值
500
420
22
≧40
GHS-50无镀铜
548
468
28
92
GHS-50镀铜
550
465
25
86

由表l、表2可以看出, 无镀铜实芯焊丝化学成分、力学性能完全符合GB ER50-6要求,强度大致相同,伸长率和低温冲击韧度有所提高。2016年初,鑫宇公司生产的GHS-50无镀铜气保护实芯焊丝通过了国家焊接材料质量监督检测中心的认可。
 
2 送丝性能
由于GHS-50无镀铜焊丝采用了特殊的表面处理工艺,不存在镀铜层脱落现象, 可长时间维持稳定送丝,即使在高速送丝状态下送丝同样平稳可靠,能得到更高的焊接熔敷效率。
 
3 电弧稳定性
通过GHS-50镀铜焊丝与GHS-50无镀铜焊丝的电弧波形对比可以看出: 在同样的焊接规范条件下, 镀铜焊丝和无镀铜焊丝在焊接时熔滴都呈现短路过渡, 但前者电流、电压波动剧烈; 而后者电流、电压波动比较平稳, 短路次数明显减少。可见采用无镀铜焊丝比镀铜焊丝焊接时电弧更加稳定。
 
4 焊接飞溅量
GHS-50无镀铜焊丝采用了特殊的表面处理技术, 除了具有防锈、耐蚀作用之外还具有活性成分, 可有效地改善电弧稳定性, 细化熔滴, 降低飞溅。参照《焊接工艺性能评定标准》中飞溅率测定的有关规定, 对规格为的Ф1.2mm 的GHS-50无镀铜焊丝与相同成分镀铜实芯焊丝的飞溅率进行测定, 之后再选用不同孔径的筛子对飞溅颗粒过筛后称量,实验结果表明,GHS-50无镀铜焊丝比镀铜焊丝的焊接飞溅率减少20%, 而且大颗粒飞溅大幅度降低。
 
GHS-50无镀铜焊丝焊接作业
 
5 焊接烟尘量
在实芯焊丝焊接过程中烟尘主要是由金属蒸气氧化产生的, 而Cu是镀铜实芯焊丝焊接时产生的主要有害元素。
GHS-50无镀铜焊丝中Cu含量比传统镀铜焊丝大幅度降低, 同时,据有资料介绍, 非镀铜焊丝的烟尘量比镀铜焊丝下降约20%,因此无镀铜焊丝更有利于保护焊工身体健康。
 
6 耐候性能
无镀铜焊丝相比镀铜焊丝不易发生电化学腐蚀,有关数据说明,镀铜焊丝在表面仅出现锈斑时内部早已出现较大面积的腐蚀;而GHS-50无镀铜焊丝即使表面产生轻微浮锈, 也并不影响正常送丝和焊缝质量。
 
三 结论
GHS-50无镀铜焊丝与传统镀铜焊丝相比, 具有送丝平滑、电弧更加稳定、飞溅溅减少、熔敷效率高、成形美观、烟雾较小、焊缝清理时间减少及全位置焊接操作更容易等优点。由此可以预见,今后,国内在环保型实芯焊丝可与镀铜实芯焊丝并驾齐驱, 并逐渐取代传统镀铜焊丝市场。
 




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