镀铜耐磨板堆焊药芯焊丝生锈的原因很多, 诸如车间内酸雾浓重, 耐磨焊丝清洗不彻底, 镀层质量不良, 工艺执行不严格如用手或有油污的手套接触成品耐磨焊丝等, 以及包装质量不佳, 缺乏基于防蚀要求的后处理工艺等。但是, 这些还不是镀铜耐磨板堆焊药芯焊丝易生锈的根本原因。
从本质上讲, 镀铜耐磨板堆焊药芯焊丝易生锈的根本原因是电化学腐蚀。从电化学的原理出发, 采用镀铜层作为气体保护耐磨焊丝的防蚀层是不合理的。因为铜对铁的防蚀是阴极防护, 必须致密无孔才能达到防蚀的目的。但镀铜气体保护耐磨焊丝, 在含铜量受限制的情况下, 不可能获得致密无孔的镀铜层。
Cu 的标准电极电位(Cu2+/ Cu)为+0.337V ,而Fe 的标准电极电位(Fe2+ / Fe)为-0.4402V ,前者比后者高0.7772V , 故镀铜层对铁基体的保护为阴极防护, 只能是一种机械的防护层。在电化学介质中, 这对电化学偶, Cu 为阴极受到Fe 的保护,而Fe 的电极电位低, 成为阳极受到腐蚀。在镀铜层不致密时, 不是Cu 保护Fe , 而是Fe 保护Cu , 由于Cu 的存在加速了暴露在大气中铁基体的腐蚀。
因此, 要防止镀铜CO2耐磨板堆焊药芯焊丝中的铁被腐蚀, 镀铜层必须足够厚, 至少要大于5μm。但这是不允许的, 因为钢中铜的含量受到限制, 目前推荐的ER70S -6 气保焊丝 规定w(Cu)≯0.5 % 。
(2)镀铜耐磨板堆焊药芯焊丝表面润滑剂造成焊接飞溅
既然镀铜层不能保护铁基耐磨焊丝不生锈, 那如何解释普通镀铜耐磨板堆焊药芯焊丝仍具有一定的防蚀性能呢?笔者分析认为, 现有的镀铜耐磨焊丝之所以有一定的防蚀效果, 主要不是镀铜层的作用, 而是耐磨焊丝拉拔(抛光)时附着在镀铜层上的润滑剂膜起作用。
金属在大气中的腐蚀以电化学腐蚀为主(因酸雾而引起的腐蚀不在此讨论), 它实际上是一种氧去极化的电化学腐蚀过程:
2Me +2H2O +O2 →2Me(OH)2
就钢铁材料而言, 反应产物为Fe(OH)2 , 它又在氧作用下生成疏松的Fe(OH)3 , 故不具有保护作用, 甚至吸收潮气促进腐蚀。钢铁的氧去极化反应包括阳极过程(电子由阳极传到阴极)和阴极过程, 以及离子在水溶液中的扩散, 三者形成一串联的闭合环,其中任何一步受到阻断, 便可阻止腐蚀的进行。只要润滑剂所形成的膜有一定的厚度, 足以阻断其中一步, 便可阻止耐磨板堆焊药芯焊丝生锈。
润滑剂膜的厚度因制造方法的不同而异。
众所周知, CO2 焊丝的制造有镀铜后拉拔与拉拔后镀铜两种。镀铜后拉拔的耐磨焊丝上附有一层较厚的金属皂膜, 此金属皂膜看似很脏, 甚至露铁, 但抗蚀性较好。这层厚的润滑剂膜, 使焊接 时产生较大烟雾及飞溅, 影响焊缝质量。拉拔后镀铜是拉拔至接近耐磨焊丝直径后镀铜, 再加抛光液用抛光膜抛光、定径。此时, 耐磨焊丝上附着的润滑剂膜较薄, 防蚀性较前者差, 但飞溅小, 焊接工艺性较好。抛光液中含有苯并三氮唑, 它可防止铜层变色、腐蚀。根据上述抗大气腐蚀的原理, 整体耐磨板堆焊药芯焊丝有一定的抗腐蚀性。
(3)提高镀铜耐磨板堆焊药芯焊丝防锈能力的方法有限
目前, 提高耐磨焊丝防锈能力常用的方法有:在抛光液中加入有效的防腐剂;耐磨焊丝上盘前进行镀后处理;增加一道烘干处理工序;采用气象防锈法以及加强包装等。这些方法可对焊丝的抗蚀性有一定的提高, 但都不能从根本上解决耐磨焊丝生锈的问题。
(4)镀铜耐磨焊丝上的镀铜层易剥落
在生产和使用中耐磨板堆焊药芯焊丝镀铜层极易剥落, 焊接时剥落的铜层较终积累于焊枪的铜质导电嘴上, 在焊接高温下铜粉在导电嘴上烧结, 使导电嘴的有效孔径变小, 从而导致耐磨板堆焊药芯焊丝送丝不畅。
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