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一、傳統(tǒng)CO₂氣體保護(hù)焊鍍銅焊絲存在的問題

CO₂氣體保護(hù)焊是目前世界范圍內(nèi)使用最廣泛的焊接方法，其突出優(yōu)點是焊接效率高，焊絲價格低，但是其許多缺點也一直困擾著焊接界，成為難以解決的錮疾。這些問題主要是：焊接煙塵中有毒物質(zhì)Cu含量高；焊接飛濺大；焊接成形差；鍍銅層易剝落，造成送絲軟管堵塞，影響送絲，防銹性能仍不理想；制造過程中對環(huán)境的污染大等, 這些缺欠都嚴(yán)重阻礙了CO₂氣體保護(hù)焊的進(jìn)一步發(fā)展。

 

1 焊接煙塵中含有毒的Cu粒子

實芯焊絲焊接煙塵中主要物質(zhì)是金屬氧化物和金屬蒸氣, 德國金屬制造業(yè)健康與安全委員會編制的《在焊接及相關(guān)工藝過程中的有害物質(zhì)》指出：近95%的焊接煙霧來自于填充金屬，因此焊絲表面鍍的銅不可避免的大量進(jìn)人焊接煙塵中，成為煙塵中的主要有毒物質(zhì)。焊工吸入過量含銅煙塵可引起金屬銅煙霧熱急性綜合癥，銅鹽能引起腸胃功能紊亂，可出現(xiàn)溶血和肝、腎損害。

 

2 穩(wěn)弧性差、焊接飛濺大

傳統(tǒng)鍍銅焊絲由于沒有類似焊條和藥芯焊絲中的穩(wěn)弧成分，電弧穩(wěn)定性較差， 熔滴基本上以短路形式過渡，電弧處于頻繁的短路、燃弧、開路狀態(tài)，焊接電流、電壓波動極大。以上對焊接過程帶來的影響是電弧“ 爆燥”， 焊接飛濺極大。大量的飛濺不僅影響焊接質(zhì)量，而且還惡化了焊工作業(yè)環(huán)境，這是焊工最討厭的事。

 

3 焊縫成形不良

傳統(tǒng)鍍銅焊絲焊后的焊縫成形凸起, 余高過大, 焊縫的魚鱗紋粗糙, 焊縫兩邊噴灑的飛濺較多, 從而增加了焊后的清理工作量, 降低了焊接接頭的力學(xué)性能。

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4 防銹性能不過關(guān)

實芯焊絲表面鍍銅主要是為了防銹，但在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)鍍銅焊絲的防銹性能并不理想。經(jīng)仔細(xì)觀察常常看到鍍銅焊絲腐蝕是從鍍銅層下的鐵基表面首先開始的，在外部鍍銅層形成的點狀銹斑下早已有更大的銹斑。造成這種情況的根本原因在于鍍銅層不僅不能防止鐵基焊絲發(fā)生電化學(xué)腐蝕,反而會加劇這種趨勢。Cu( Cu²⁺/Cu)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為0.337V，而Fe的( Fe²⁺/Fe) 的電極電位為-0.4402V前者比后者高0.7772V 一旦發(fā)生電化學(xué)腐蝕，Fe反而會優(yōu)先腐蝕。因此表面鍍銅僅僅相當(dāng)于一種機(jī)械保護(hù)層，只有在焊絲表面致密無孔的條件下才能達(dá)到防銹目的。

另外, 焊縫中銅含量較高對焊縫的力學(xué)性能不利, 各國的標(biāo)準(zhǔn)中都有嚴(yán)格的規(guī)定, 即ω_Cu≤0.5%。經(jīng)測算,Ф1.2mm焊絲鍍銅層的厚度僅為0.34-0.56um, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于達(dá)到致密要求的5um,而且采用通常的化學(xué)鍍方法鍍銅層和鐵基焊絲結(jié)合的緊密性難以得到良好控制。因此這種不很致密的鍍銅層, 不但不能保護(hù)內(nèi)部鐵基焊絲, 反而加速了鐵基焊絲在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕。

 

5 送絲性能不理想

實芯焊絲通常采用大電流自動或半自動焊接,對送絲性能的要求較高。一般認(rèn)為焊絲表面鍍銅可以減少焊絲的表面粗糙度, 從而改善送絲性能, 但在實際應(yīng)用中常常并非如此。前面已提到鍍銅焊絲腐蝕是從鍍銅層下的鐵基表面先開始的, 這種腐蝕現(xiàn)象極易造成表面鍍銅層的成片剝落, 堵塞送絲軟管, 從而影響正常送絲。另外, 在鍍銅焊絲生產(chǎn)過程中因焊絲清洗不徹底、鍍層質(zhì)量不良以及送絲輪與焊絲的摩擦也會加速鍍銅層的脫落。

 

6 生產(chǎn)過程造成環(huán)境污染

鍍銅焊絲的生產(chǎn)過程中存在更為嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。無論是化學(xué)鍍還是電鍍, 其鍍液對人體都有極大的危害, 同時廢棄的配液還會進(jìn)一步污染環(huán)境。現(xiàn)在發(fā)展綠色制造已成共識, 鍍銅工藝終將被淘汰。

 

二、環(huán)保型無鍍銅氣保護(hù)實芯焊絲與傳統(tǒng)鍍銅焊絲的對比我公司科技人員運(yùn)用現(xiàn)代金屬表面工程技術(shù)結(jié)合焊接材料和金屬制品生產(chǎn)工藝, 于2015年成功研制出“無鍍銅氣保護(hù)實芯焊絲”，從根本上解決了傳統(tǒng)鍍銅氣保護(hù)實芯焊絲的上述缺點, 經(jīng)國內(nèi)多家企業(yè)應(yīng)用, 反映良好。卞面以該系列產(chǎn)品中的GHS-50無鍍銅焊絲為例, 來說明其所具有的性能特點。

 

1 焊絲化學(xué)成分和熔敷金屬力學(xué)性能

GHS-50無鍍銅焊絲(ER50-6)與相同型號的鍍銅實芯焊絲相比, 其熔敷金屬的化學(xué)成分基本相同, 但由于后者表面鍍銅, 使其ω_Cu=0.18, 而前者僅為0.003%，比后者降低了兩個數(shù)量級。

GHS-50無鍍銅焊絲(ER50-6)由于采用了非鍍銅金屬表面改性工藝, 使力學(xué)性能,伸長率和低溫沖擊韌度有所提高。

具體數(shù)值參見表1、表2。

表1 GHS-50無鍍銅焊絲與GHS-50鍍銅焊絲化學(xué)成分對比(%)

牌號	C	Si	Mn	S	P	Cu
規(guī)定值	0.06-0.15	0.80-1.15	1.40-1.85	≤0.025	≤0.025	≤0.50
GHS-50無鍍銅	0.10	0.91	1.45	0.012	0.011	0.003
GHS-50鍍銅	0.08	0.87	1.48	0.015	0.010	0.18

 

表2 GHS-50無鍍銅焊絲與GHS-50鍍銅焊絲力學(xué)性能對比

牌號	抗拉強(qiáng)度/MPa	屈服強(qiáng)度/MPa	伸長率（%）	-40oC沖擊功(J)
規(guī)定值	≥500	≥420	≥22	≧40
GHS-50無鍍銅	548	468	28	92
GHS-50鍍銅	550	465	25	86

由表l、表2可以看出, 無鍍銅實芯焊絲化學(xué)成分、力學(xué)性能完全符合GB ER50-6要求，強(qiáng)度大致相同,伸長率和低溫沖擊韌度有所提高。2016年初，鑫宇公司生產(chǎn)的GHS-50無鍍銅氣保護(hù)實芯焊絲通過了國家焊接材料質(zhì)量監(jiān)督檢測中心的認(rèn)可。

 

2 送絲性能

由于GHS-50無鍍銅焊絲采用了特殊的表面處理工藝，不存在鍍銅層脫落現(xiàn)象, 可長時間維持穩(wěn)定送絲，即使在高速送絲狀態(tài)下送絲同樣平穩(wěn)可靠，能得到更高的焊接熔敷效率。

 

3 電弧穩(wěn)定性

通過GHS-50鍍銅焊絲與GHS-50無鍍銅焊絲的電弧波形對比可以看出: 在同樣的焊接規(guī)范條件下, 鍍銅焊絲和無鍍銅焊絲在焊接時熔滴都呈現(xiàn)短路過渡, 但前者電流、電壓波動劇烈; 而后者電流、電壓波動比較平穩(wěn), 短路次數(shù)明顯減少。可見采用無鍍銅焊絲比鍍銅焊絲焊接時電弧更加穩(wěn)定。

 

4 焊接飛濺量

GHS-50無鍍銅焊絲采用了特殊的表面處理技術(shù), 除了具有防銹、耐蝕作用之外還具有活性成分, 可有效地改善電弧穩(wěn)定性, 細(xì)化熔滴, 降低飛濺。參照《焊接工藝性能評定標(biāo)準(zhǔn)》中飛濺率測定的有關(guān)規(guī)定, 對規(guī)格為的Ф1.2mm 的GHS-50無鍍銅焊絲與相同成分鍍銅實芯焊絲的飛濺率進(jìn)行測定, 之后再選用不同孔徑的篩子對飛濺顆粒過篩后稱量，實驗結(jié)果表明，GHS-50無鍍銅焊絲比鍍銅焊絲的焊接飛濺率減少20%, 而且大顆粒飛濺大幅度降低。

 

GHS-50無鍍銅焊絲焊接作業(yè)

 

5 焊接煙塵量

在實芯焊絲焊接過程中煙塵主要是由金屬蒸氣氧化產(chǎn)生的, 而Cu是鍍銅實芯焊絲焊接時產(chǎn)生的主要有害元素。

GHS-50無鍍銅焊絲中Cu含量比傳統(tǒng)鍍銅焊絲大幅度降低, 同時，據(jù)有資料介紹, 非鍍銅焊絲的煙塵量比鍍銅焊絲下降約20%，因此無鍍銅焊絲更有利于保護(hù)焊工身體健康。

 

6 耐候性能

無鍍銅焊絲相比鍍銅焊絲不易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，有關(guān)數(shù)據(jù)說明，鍍銅焊絲在表面僅出現(xiàn)銹斑時內(nèi)部早已出現(xiàn)較大面積的腐蝕；而GHS-50無鍍銅焊絲即使表面產(chǎn)生輕微浮銹, 也并不影響正常送絲和焊縫質(zhì)量。

 

三 結(jié)論

GHS-50無鍍銅焊絲與傳統(tǒng)鍍銅焊絲相比, 具有送絲平滑、電弧更加穩(wěn)定、飛濺濺減少、熔敷效率高、成形美觀、煙霧較小、焊縫清理時間減少及全位置焊接操作更容易等優(yōu)點。由此可以預(yù)見,今后，國內(nèi)在環(huán)保型實芯焊絲可與鍍銅實芯焊絲并駕齊驅(qū), 并逐漸取代傳統(tǒng)鍍銅焊絲市場。