试论焊丝表面电镀铜的优点和不足

试论焊丝表面电镀铜的优点和不足

——关于焊材行业焊丝化学镀铜正在取代电镀铜的一点想法

浙江海翔焊接材料有限公司 陈金福

文章摘要

本文从焊丝表面镀铜的生产效率、焊丝表面电镀铜的质量、镀液中主要材料的消耗、生产设备的投资以及电能的耗用等几个方面，对电镀铜和化学镀铜两种常见的生产工艺进行了对比，得出了比较客观的结论。本文同时提及焊丝表面镀铜生产中电镀废水的处理。

本文对目前有些焊丝厂表面电镀铜生产线不合理的阳极布置提出了改进意见。 本文对打算进行技术改造的焊丝生产厂有一定的参考价值。

关键词 焊丝 镀铜 点评

在《重要用途线材制品生产新技术》一书中有这样一段话:“焊丝电镀铜的方法和实践应用有很多类型,还有不断推出的快速电镀、一步电镀（即预镀正镀合

（1）一）、无氰电镀等。但是在焊丝行业，化学镀铜取代电镀铜是一个大趋势。”（见

该书第41页），然后在该书第49~52页又详细介绍了展开式多丝化镀生产技术，并列举此种生产线的特点。该书中的这一观点，应该说十分切合国情，于是，这种样式的焊丝化学镀铜生产线，在国内焊丝生产厂很快得到推广应用。而对焊丝电镀铜的优点已很少有人了解，或者一提到电镀铜就会被认为是一种生产效率低的、对环境有污染的、高成本的和将被淘汰的生产技术。

下面，仅就焊丝行业化学镀铜能否取代电镀铜谈一点个人不成熟的看法，仅供参考。

1 化学镀铜的生产效率并不比电镀铜高很多。

1.1 镀铜生产线的效率是由根数和线速度来决定的，而线速度则取决与生产线的长度。

首先，我们来了解一下20根线化学镀铜生产线的长度。

假如我们将该生产线由化镀转化为电镀，除了将化镀这道工序更新为电镀以外，其余工艺流程大致相同。

1.2 其次，我们来计算一下，电镀槽的长度。

（1）钢丝表面电镀时间的计算公式是:

60W（2）102 《钢丝镀层及防腐》 t =第13页

Cikk

上式中：

t——电镀时间（min）

W——镀层重量（g/m2）

C ——析出金属的电化当量（g/A·H）

ik—— 阴极电流密度（A/dm2）

——阴极电流效率 ( % ) 

根据上面的公式和已知条件,便可计算出电镀时间,再根据钢丝运行速度,计算出镀槽的长度。

(2) 镀层重量和镀层厚度所表达的是同一概念(《钢丝镀层及防腐》第13页)，设镀层厚度为δ，单位为微米（μm）,则1m2钢丝表面上密度为的金属镀层的重量为：

W = δ(g/m2)

式中 δ ——镀层厚度（μm）,假设焊丝表面镀铜层厚度为0.25μm

——镀层金属的密度，铜的密度是8.92

由此可假设金属镀层的重量：

W =0.25×8.92 = 2.23（g/m2）

C ——铜的析出金属电化当量为 2.371（g/A·H）。（引自《钢丝镀层及防腐》附表1）

ik—— 阴极电流密度,碱性电镀通常选用范围7～10（A/dm2）,假定为8（A/dm2）; 酸性电镀通常选用范围18～28（A/dm2）,假定为18（A/dm2）。 ——阴极电流效率，碱性镀铜：焦磷酸盐的电流效率大于90%，常选用90%； 

酸性镀铜可接近100%，通常选用95%。

（引自《金属制品》第28卷第1期：[王天冲 热扩散法多线电镀黄铜作业线的调试]） （3）

(3) 接下来，便可以计算出电镀时间为 60W60　2.23102= t =×10-2 = 0.033（min），即1.98秒。 Cikk2.371　180.95

(4) 接下来,计算电镀槽的长度。假定电镀线生产速度为4m/sec,(按:《重要用途线材制品生产新技术》一书中介绍展开式多线化镀生产线的生产线速度是0～180m/min.即最高速度为3 m/sec，这里我们且按4m/sec来计算)则可计算出

镀槽的有效长度L为：

L = 4×1.98 = 7.92 m;实际长度可取10 m，与化镀槽长度相等。当有碱性电镀预镀时，还需增加10m 长的预镀槽和随后约5 m长的清洗槽，但可以不设8 m长的活化槽，这样一来，在同等速度下，采用电镀后，生产线的总长度将比化镀生产线长出约7 m。这是比较客观的推论。实际上需要增加的长度还要小，因为：（A）焊丝表面化学镀铜层厚度在0.3μm左右，由于电镀铜致密，镀层厚度，还可以小一些；（B）用预镀打底时已经镀上了0.05μm厚的铜层,加厚镀时可以适当减小一些。也就是说在速度不变的条件下，镀槽长度可以再短一些。 退一步来说，即便加长了7m，与原长度160 m对比，也只增长了4%而已。

1.3 简短小结

如果说，“„该生产线„„产能是单丝电镀线约6倍以上”（引自《重要用途线

材制品生产新技术》一书中第52页），指的是化学镀铜生产线与单丝电镀线而不是与多丝电镀线的比较，那是对的，但若引伸为化学镀铜一定比电镀铜效率高，而且高出很大，乃就不对了。

客观地说,焊丝化镀的生产效率比电镀要高,但决非高得很多.

以上是从生产效率方面对焊丝表面化镀和电镀作出比较，下面再从环境保护、产品质量、辅助材料消耗、能源消耗、设备投资和生产成本等各个方面作逐一比较。

2 焊丝生产中的环境保护

2.1化镀和“水污染防治法”

当今世界,环境保护已成为头等大事，生产、生活与环保息息相关。我国《水污染防治法》第42条明文规定：“国家禁止新建不符合国家产业政策的小型造纸、制革、印染、染料、炼焦、炼硫、炼砷、炼汞、炼油、电镀、农药、石棉、水泥、玻璃、钢铁、火电以及其他严重污染水环境的生产项目。”

根据这一法规，小型的电镀厂不准开办，凡涉及生产工序内有电镀的工厂，也因此不能开办。大中型的和已经建成的不严重污染水环境的企业也许可以另当别论。化镀是化镀，电镀是电镀，“水污染防治法”没有提化镀，那就不在规定的范畴。由于这方面的原因，有的企业，明知焊丝表面化镀的质量不如电镀的好，为了通过环保的审批，也放弃了电镀工艺改用化镀工艺。

我国《水污染防治法》的规定毫无疑问是正确的，试想一个小工厂能有能力为污水处理投入几十万甚至上百万资金去建设污水处理设施吗？很不可能。而大中型企业就不一样，只要企业领导层有强烈的环保意识，舍得在环保上下功夫，污水完全是可以防治的。

2.2 焊丝化镀排放的污水不比电镀排放的污水少

化学镀铜与电镀铜工艺流程大致是相同的，化学镀铜和电镀铜工艺流程分别如下。

A 化学镀铜工艺流程：

放线—热水洗—电解除油—气吹冲洗—电解酸洗—气吹冲洗—活化—化学镀铜—气吹冲洗—烘干—抛光—收线

B 电镀铜工艺流程：

放线—热水洗—电解除油—气吹冲洗—电解酸洗—气吹冲洗—预镀—气吹冲洗—加厚镀—气吹冲洗—烘干—抛光—收线

从工艺流程来看，化镀有三处气吹冲洗，即有三处污水排放；电镀则有四处，似乎多了一处，实际都只有一处污水排放。在布局合理时，因为电解酸洗和镀铜后排放的污水中都不存在影响前道工序的杂质，完全可以用作前道工序的冲洗水，因此并不直接排放。只有电解碱洗后的冲洗水是直接排放的。由此可知，电镀和化镀污水的排放在通常情况下，排放的量是一样多，污水的成分也大体相同。 有一点应指出的是：焊丝化学镀铜是铁与铜的置换,硫酸铜溶液中的硫酸亚铁不断增多,一个容量为4吨硫酸铜溶液的镀槽,其中的硫酸亚铁,在生产了约1000吨焊丝后,因为其中的硫酸亚铁含量过高,影响镀铜质量,若要回用，代价又高,一般的做法是倒掉换新。而电镀溶液除了老化时换新，一般可以连续使用好多年。

2.3 焊丝镀铜能够实现污水零排放

由于金属氰化镀液中氰化物的剧毒，使人“闻风丧胆”，听到电镀就心生恐怖。其实，在很久以前就已开发出诸如酸性硫酸盐镀铜、焦磷酸盐镀铜等无氰低毒电镀。这些镀种，只有轻微的毒性，只要措施和管理得当，对人体健康没有影响。

随着国家对环境保护的重视及污水处理技术的进步，在一些焊丝生产企业已经实现了焊丝镀铜污水的零排放。下面便是生产废水零排放处理工艺流程。

为了节约镀液材料的消耗和减少污水中重金属离子的含量,一种陶瓷高压气吹器(如右图),在镀线上被人们广泛采用,由此大大降低了镀液材料的消耗,与此同时降低了污水中重金属离子的含量。在用通常化验镀液的方法来检测生产废水时，没有测到铜的存在。由此也给污水处理

排放实现零排放创造了条件。

3 焊丝表面电镀铜的质量好于化学镀铜

3.1 焊丝表面化学镀铜层的致密性差，不

如电镀的好，直接影响到焊丝的防锈能力。

由于焊丝表面电镀铜，是一种溶液中的 铜离子Cu2+ 在作为阴极的焊丝表面得到电子后生成金属铜的结果（Cu2++2e-=Cu）；而化学镀铜只是溶液中的铜离子与焊丝表面的铁离子进行置换的结果。可以这样来理解：前者铜层是原子间的结合，后者则是晶体间的结合，因此后者铜层的致密性要比前者差得很多。

严格而言，钢的表面利用镀铜层防锈并非最隹选择。“在自然界中，钢丝的腐蚀绝大部分是由电化学原因引起的„„都是由于钢丝的表面与某种电解质水溶液接触，因而有可能在钢丝/电解质表面发生阳极溶解。这时界面上还有相应的共轭阴极还原反应过程配合，电解质起着离子导体的作用，钢丝本身则是电子导体，这就构成了一种自发电池，使钢丝的阳极溶解能持续进行”（引自《钢丝镀层及防腐》第191页），以上表达的便是钢丝的电化学腐蚀过程。由于Fe2+的电极电位是-0.440V, Cu2+的电极电位是+0337V，二者间存在0.777V电位差,因此,当镀铜不致密(如化镀)时,在露铁部分极易发生电化学腐蚀,焊丝表面的化学镀铜层,在一定的温湿度和环境下,不但起不到防锈作用,相反能加速了焊丝的锈蚀。 焊丝表面采用化学镀的生产厂，大多有过焊丝生锈的经历，特别在雨季，有的厂因焊丝生锈报废的产品甚至高达10%。大连有一家临近渤海边的民营焊丝厂,由于空气中盐分大,每到雨季,怕焊丝生锈,只好被迫减产和停产。

3.2 焊丝表面化学镀铜的结合力差,不如电镀的好。由于化镀的致密性差，其与焊丝本体的结合力也较电镀铜要差得多。结合力不好的焊丝，当通过焊枪的导电咀时，在磨擦力的作用下，导致铜屑脱落，造成送丝不流畅、电弧不稳定、中断焊接等缺陷，引发用户的极大不满。镀铜焊丝的这一缺点，也是开发无铜实芯焊

丝三个出发点之一。（另外二个是镀铜生产中的环境污染和铜能降低焊缝金属的韧性。但后一个原因，对电镀铜层是不相关的,因为铜含量在0.4%以下时,对韧性影响不大;电镀铜层增加的铜含量多数不超过0.15%）。

因此，从提高焊丝铜层结合力和焊丝防锈性能的角度来看，焊丝表面镀铜生产工艺理应首选电镀。

3.3 焊丝表面化学镀铜的质量稳定性较差 。

在生产过程中由于工字轮的卸、装和焊丝断头等原因，难免会出现停机现象。停机时间的长短与工人的操作熟练程度有关。对于电镀而言，停机对镀铜层的影响较小，只能使局部焊丝表面的铜层厚度有所增加，但一般情况下不会脱落，除非时间过长；对于化镀而言，即使时间不长，也将会使一部焊丝存在铜层脱落的严重缺陷。这是造成化学镀铜质量不稳定的一大因素。其次，化学镀铜质量的优劣，在很大程度上取决于镀铜添加剂的质量和含量，而镀铜添加剂的质量和含量的控制，通常都依靠平时积累的经验,人为因素颇大,缺少可操作性。相反,电镀铜的工艺参数都能通过仪器仪表进行检测和控制,因此稳定可靠。

4 镀液中主要材料的消耗。

在行业以外的人的心目中，都以为电镀的制造成本比化镀的要高。然而，事实并非如此，如单纯以镀液中的材料消耗而言，电镀的费用比化镀的要少。暂且不说由于电镀铜层比化镀均匀致密，电镀可以比化镀镀得薄一些，所消耗的铜要少一些；就说这镀铜层铜的来源，电镀的直接取之于铜板（阳极），而化镀的则来源于硫酸铜。由铜和硫酸制成硫酸铜，再将硫酸铜中的铜镀到焊丝上，究竟何种工艺化费更高的代价,不言而喻。当然硫酸铜也可以从硫酸铜矿制取,价格也许会便宜一些。铜与硫酸铜,二者分子量的比是1:3.93;而市埸上铜价与硫酸铜价的比例,基本上也在3.6～3.9之间。

在采用化镀时，容量为4吨的镀槽，每生产约1000吨焊丝就需更换一次镀液，(因为镀液中的硫酸亚铁超标,影响镀铜质量)其中约有300公斤的硫酸铜和300公斤的纯硫酸,被倒掉。也即每吨焊丝额外需增加0.3公斤的硫酸铜和0.3公斤（或0.16升）的纯硫酸。按目前硫酸铜每公斤15元和纯硫酸每升5元计算,每吨焊丝因此增加材料费5.30元.

另外有一点，往往被人忽略，就是电镀铜时，铜消耗的重量是组成焊丝重量的一部分,有一定价值；而化镀时，焊丝上的铁被铜置换出来，硫酸铜消耗了,焊丝的重量并没有增加。

当焊丝直径为φ1.2㎜,镀铜层厚度为0.3μm时,铜按百分比含量计算是: 0.3×0.379 = 0.114 % ,

即千分之1.114。与化学镀比较，电镀铜时可为每吨焊丝节省1.114公斤。如每公斤焊丝为6.4元计算，则节约了7.13元。

(注:0.379是当焊丝直径为φ1.2㎜时, 镀铜层厚度和铜百分比含量之间的换算系数) 由上述两项相加,电镀与化镀相比,可节省材料费12.43元。

5 焊丝表面电镀铜的不足。

近年来,焊丝表面镀铜逐渐由化镀取代电镀,这是不争的事实。采用电镀工艺时有二个不足之处,一是生产设备投资高,二是电耗大。定性分析如此，但究竟生产设备投资高多少，电耗大到什么程度，应该有一个接近的量的分析，才能真正分清利弊得失。

5.1 生产设备投资

B 一条20根线的展开式电镀铜线的造价则应为:

化学镀铜线的造价+镀槽增长部分的造价+二台电镀电源的造价

在本文的前面已算出与化镀线比较，电镀线应增长7米。设增长部分镀槽每米的造价为1万元,7米合计7万元；二台电镀电源，每台按2万元计算，合计4万元，则电镀铜生产线的造价应为：

225+7+4= 236万元。

比化学镀铜线的造价225万元，增加了11万元，但相对而言，仅增加了不到5%。当采用电镀铜工艺时，生产设备的投资确实高了一些，但高不了多少。

5.2 电能消耗

当采用电镀铜工艺时，生产线的极大部分与化镀一样，只是增加了10KVA(用于预镀) 和20 KVA (用于加厚镀) 的电镀电源各一台和一组10kW的电加热管（用于加热预镀铜溶液）， 总计增加了40kW，使生产线的总装机容量由366 kW，增至406 kW。相对而言，增幅为10.9%。

据测算镀铜生产线的产量,当焊丝直径为φ1.2㎜,线速度为4m/s时，每小时产量为：π/4×1.2×1.2×4×3600×7.85×20÷1000000 = 2.55吨;

每小时耗用电费为:0.72元×406 = 292.32元 (0.72元为每度电的平均电费) 由此可知每镀1吨焊丝,电费为:

292.32÷2.55 = 114.64元.它的10.9%是:12.50元。

综上4和5所述,焊丝表面镀铜,采用电镀后,如不考虑劣质产品带来的经济损失,生产成本几乎相等;若将劣质产品带来的经济损失考虑在内,生产成本应该有所下降。

6 关于电镀线的阳极布置

现在正在焊丝厂运转的大多数电镀生产线的阳极布置是不合理的，这一点严重影响了它实现多根焊丝在同一条生产线上生产出优质焊丝。下面的图中表示的是三种不同的阳极布置。图A和图B的布置，由于阴极到阳极的距离有差异,电流在焊丝圆周上的分布也有差异,其结果镀层不匀。尤其图B那样布置，靠近极板和远离极板的焊丝，镀层厚度会相差很大。图C才是合理的阳极布置，它可以

焊丝,-极焊丝,-极焊丝,-极铜板,+极铜板,+极

图

铜板,+极图图保证每一根焊丝及其在圆周上获得均匀的镀层。

7 关于无铜焊丝

“在实芯焊丝的制造工艺上，前几年国外推出的不镀铜、而采用特殊涂层的焊丝制造工艺，国内也有类似的产品推出，但这种焊丝对导电咀磨损较大和承载大电流的能力较差尚须进一步解决。”（摘自2009年第3期焊接材料，《纵观焊接材

（4）料发展，启示产业战略调整》第7页）

无铜焊丝的开发是基于以下的观点:“在焊丝表面镀铜不均匀的情况下,由于焊接时焊丝与接触焊咀之间的磨擦,微小的铜片从焊丝的表面脱落,并集中在接触焊咀内的一部分上,从而造成接触焊咀的阻塞.这种阻塞现象导致了送丝和电弧的不稳定,同时增大了飞溅量。除了上述问题以外，镀铜焊丝在电镀过程中产生有害的废水，从而加剧环境污染。”（引自《最新焊丝选型设计生产制造与专利技术配

（5）方标准大全》之《气体保护电弧焊的无铜焊丝》第1486页）

优质的镀铜焊丝具有良好的导电性、耐锈性和送丝性。无铜焊丝如何做到这几点？多数专利的发明者，通过试验，发现当焊丝表面的粗糙度在一定范围内时，比如0.25～0.10μm (Ra标准)，就能提高焊丝的送丝性和导电性。问题的关键就在于如何保证焊丝表面获得在一定范围内的粗糙度。比如，有的专利中提出首先要控制经拉拔前处理后的原料质量，以确保原料进入拉拔前的表面粗糙度低于0.40微米,然后在拉拔过程控制拉拔速度„„使最终焊丝的表面粗糙度为0.25～0.10微米。这种在试验室中能实现的产品，真要进行批量生产就不是一件轻易的事。

看来，在国内推行无铜焊丝，还有待时日，决不会一蹴而就。在无铜焊丝尚需进一步完善以前，不妨在如何进一步提高镀铜的结合力、降低铜层的厚度、降低电耗和成本以及实现镀铜生产废水零排放等方面多下一点力气。比如说充分发挥电镀铜铜层致密性好的优点,把铜层厚度降到0.15μm以下,以此降低生产成本;又比如,改焊丝成品镀为半成品镀,然后进行湿拔,这样,可以大大提高镀铜线的生产效率，等等。

酸性硫酸盐镀铜的溶液成分和化学镀铜的溶液成分相同，是早已被大家接受的镀种；对焦磷酸盐镀铜也许有些陌生，但它确是“经过生产实践，证明它是一项符合大规模生产的新工艺。它的特点是：消除了氰化物的剧烈毒害，生产中不产生有害气体，不需要通风设备的吸风装置即可进行正常生产，„„操作简便，溶

液稳定，电流效率高，均镀和深镀能力较好，镀层结晶细致、颜色鲜艳光亮„”

（6）（摘自《焦磷酸盐镀铜》一书第1页）。因此用焦磷酸盐镀铜作预镀，用酸性

硫酸盐镀铜来加厚镀层，既无毒性可言，又能保证质量和提高生产效率。那时，无铜焊丝是否有必要取代镀铜焊丝，又应打上问号。

回顾多少年前，焊丝表面电镀铜生产技术曾经有过一段辉煌的历史，在《重要用途线材制品生产新技术》一书中，原冶金部金属制品研究院副院长戴宝昌高工曾这样写道：“国内焊丝厂采用电镀工艺的占一半以上”。我们希望焊丝表面电镀铜生产技术能够再创辉煌。

“近年来我国气保焊丝产能和产量不断增长，质量持续提高，品种日渐增加。我国现有气保焊用实心焊丝生产企业200余家，年产能在5～10万吨以上的气保焊实芯焊丝骨干企业群已初步形成。我国气保焊用实芯焊丝的产量持续增长，年平均增长率在30%以上。占全部焊材的比例由1999年的10%提高到2008年的30%，达120万吨„„”（摘自2009年第3期焊接材料第7页）

焊材生产的前景看好，企业间的竞争也很激烈，如何提高焊材质量和降低生产成本也应是永恒的主题。

8 结论

综上所述，可以得出如下结论：

8.1 化学镀铜的生产效率并不比电镀铜高很多。

8.2 焊丝化镀排放的污水不比电镀排放的污水少。

8.3 焊丝表面电镀铜的质量好于化学镀铜。

8.4 镀液中主要材料的消耗费用，电镀的比化镀的低。

8.5 焊丝表面电镀铜的不足是设备投资和电耗略高于化学镀。

参考文献

（1）《重要用途线材制品生产新技术》 戴宝昌 冶金工业出版社 2001

（2）《钢丝镀层及防腐》 徐民奎 湘潭钢铁工业职工大学 1988

（3）《金属制品》第28卷第1期：（王天冲 热扩散法多线电镀黄铜作业线的调试）

（4）2009年第3期焊接材料，《纵观焊接材料发展，启示产业战略调整》第7页）

（5）《最新焊丝选型设计生产制造与专利技术配方标准大全》之《气体保护电弧焊的无铜焊丝》第1486页） （）（3）中国化工出版社 2009

（6）《焦磷酸盐镀铜》 邵景峰 人民铁道出版社 1978

作者介绍 陈金福，1936年生，1955年毕业于上海船舶制造学校，焊接专业。1955年至1994年在铁道部大连机车车辆工厂工作，从事焊接材料生产，高级工程师。现受聘于浙江台州海翔焊接材料有限公司，于技术开发部工作，总工程师。

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浙江海翔焊接材料有限公司 陈金福

文章摘要

本文从焊丝表面镀铜的生产效率、焊丝表面电镀铜的质量、镀液中主要材料的消耗、生产设备的投资以及电能的耗用等几个方面，对电镀铜和化学镀铜两种常见的生产工艺进行了对比，得出了比较客观的结论。本文同时提及焊丝表面镀铜生产中电镀废水的处理。

本文对目前有些焊丝厂表面电镀铜生产线不合理的阳极布置提出了改进意见。 本文对打算进行技术改造的焊丝生产厂有一定的参考价值。

关键词 焊丝 镀铜 点评

在《重要用途线材制品生产新技术》一书中有这样一段话:“焊丝电镀铜的方法和实践应用有很多类型,还有不断推出的快速电镀、一步电镀（即预镀正镀合

（1）一）、无氰电镀等。但是在焊丝行业，化学镀铜取代电镀铜是一个大趋势。”（见

该书第41页），然后在该书第49~52页又详细介绍了展开式多丝化镀生产技术，并列举此种生产线的特点。该书中的这一观点，应该说十分切合国情，于是，这种样式的焊丝化学镀铜生产线，在国内焊丝生产厂很快得到推广应用。而对焊丝电镀铜的优点已很少有人了解，或者一提到电镀铜就会被认为是一种生产效率低的、对环境有污染的、高成本的和将被淘汰的生产技术。

下面，仅就焊丝行业化学镀铜能否取代电镀铜谈一点个人不成熟的看法，仅供参考。

1 化学镀铜的生产效率并不比电镀铜高很多。

1.1 镀铜生产线的效率是由根数和线速度来决定的，而线速度则取决与生产线的长度。

首先，我们来了解一下20根线化学镀铜生产线的长度。

假如我们将该生产线由化镀转化为电镀，除了将化镀这道工序更新为电镀以外，其余工艺流程大致相同。

1.2 其次，我们来计算一下，电镀槽的长度。

（1）钢丝表面电镀时间的计算公式是:

60W（2）102 《钢丝镀层及防腐》 t =第13页

Cikk

上式中：

t——电镀时间（min）

W——镀层重量（g/m2）

C ——析出金属的电化当量（g/A·H）

ik—— 阴极电流密度（A/dm2）

——阴极电流效率 ( % ) 

根据上面的公式和已知条件,便可计算出电镀时间,再根据钢丝运行速度,计算出镀槽的长度。

(2) 镀层重量和镀层厚度所表达的是同一概念(《钢丝镀层及防腐》第13页)，设镀层厚度为δ，单位为微米（μm）,则1m2钢丝表面上密度为的金属镀层的重量为：

W = δ(g/m2)

式中 δ ——镀层厚度（μm）,假设焊丝表面镀铜层厚度为0.25μm

——镀层金属的密度，铜的密度是8.92

由此可假设金属镀层的重量：

W =0.25×8.92 = 2.23（g/m2）

C ——铜的析出金属电化当量为 2.371（g/A·H）。（引自《钢丝镀层及防腐》附表1）

ik—— 阴极电流密度,碱性电镀通常选用范围7～10（A/dm2）,假定为8（A/dm2）; 酸性电镀通常选用范围18～28（A/dm2）,假定为18（A/dm2）。 ——阴极电流效率，碱性镀铜：焦磷酸盐的电流效率大于90%，常选用90%； 

酸性镀铜可接近100%，通常选用95%。

（引自《金属制品》第28卷第1期：[王天冲 热扩散法多线电镀黄铜作业线的调试]） （3）

(3) 接下来，便可以计算出电镀时间为 60W60　2.23102= t =×10-2 = 0.033（min），即1.98秒。 Cikk2.371　180.95

(4) 接下来,计算电镀槽的长度。假定电镀线生产速度为4m/sec,(按:《重要用途线材制品生产新技术》一书中介绍展开式多线化镀生产线的生产线速度是0～180m/min.即最高速度为3 m/sec，这里我们且按4m/sec来计算)则可计算出

镀槽的有效长度L为：

L = 4×1.98 = 7.92 m;实际长度可取10 m，与化镀槽长度相等。当有碱性电镀预镀时，还需增加10m 长的预镀槽和随后约5 m长的清洗槽，但可以不设8 m长的活化槽，这样一来，在同等速度下，采用电镀后，生产线的总长度将比化镀生产线长出约7 m。这是比较客观的推论。实际上需要增加的长度还要小，因为：（A）焊丝表面化学镀铜层厚度在0.3μm左右，由于电镀铜致密，镀层厚度，还可以小一些；（B）用预镀打底时已经镀上了0.05μm厚的铜层,加厚镀时可以适当减小一些。也就是说在速度不变的条件下，镀槽长度可以再短一些。 退一步来说，即便加长了7m，与原长度160 m对比，也只增长了4%而已。

1.3 简短小结

如果说，“„该生产线„„产能是单丝电镀线约6倍以上”（引自《重要用途线

材制品生产新技术》一书中第52页），指的是化学镀铜生产线与单丝电镀线而不是与多丝电镀线的比较，那是对的，但若引伸为化学镀铜一定比电镀铜效率高，而且高出很大，乃就不对了。

客观地说,焊丝化镀的生产效率比电镀要高,但决非高得很多.

以上是从生产效率方面对焊丝表面化镀和电镀作出比较，下面再从环境保护、产品质量、辅助材料消耗、能源消耗、设备投资和生产成本等各个方面作逐一比较。

2 焊丝生产中的环境保护

2.1化镀和“水污染防治法”

当今世界,环境保护已成为头等大事，生产、生活与环保息息相关。我国《水污染防治法》第42条明文规定：“国家禁止新建不符合国家产业政策的小型造纸、制革、印染、染料、炼焦、炼硫、炼砷、炼汞、炼油、电镀、农药、石棉、水泥、玻璃、钢铁、火电以及其他严重污染水环境的生产项目。”

根据这一法规，小型的电镀厂不准开办，凡涉及生产工序内有电镀的工厂，也因此不能开办。大中型的和已经建成的不严重污染水环境的企业也许可以另当别论。化镀是化镀，电镀是电镀，“水污染防治法”没有提化镀，那就不在规定的范畴。由于这方面的原因，有的企业，明知焊丝表面化镀的质量不如电镀的好，为了通过环保的审批，也放弃了电镀工艺改用化镀工艺。

我国《水污染防治法》的规定毫无疑问是正确的，试想一个小工厂能有能力为污水处理投入几十万甚至上百万资金去建设污水处理设施吗？很不可能。而大中型企业就不一样，只要企业领导层有强烈的环保意识，舍得在环保上下功夫，污水完全是可以防治的。

2.2 焊丝化镀排放的污水不比电镀排放的污水少

化学镀铜与电镀铜工艺流程大致是相同的，化学镀铜和电镀铜工艺流程分别如下。

A 化学镀铜工艺流程：

放线—热水洗—电解除油—气吹冲洗—电解酸洗—气吹冲洗—活化—化学镀铜—气吹冲洗—烘干—抛光—收线

B 电镀铜工艺流程：

放线—热水洗—电解除油—气吹冲洗—电解酸洗—气吹冲洗—预镀—气吹冲洗—加厚镀—气吹冲洗—烘干—抛光—收线

从工艺流程来看，化镀有三处气吹冲洗，即有三处污水排放；电镀则有四处，似乎多了一处，实际都只有一处污水排放。在布局合理时，因为电解酸洗和镀铜后排放的污水中都不存在影响前道工序的杂质，完全可以用作前道工序的冲洗水，因此并不直接排放。只有电解碱洗后的冲洗水是直接排放的。由此可知，电镀和化镀污水的排放在通常情况下，排放的量是一样多，污水的成分也大体相同。 有一点应指出的是：焊丝化学镀铜是铁与铜的置换,硫酸铜溶液中的硫酸亚铁不断增多,一个容量为4吨硫酸铜溶液的镀槽,其中的硫酸亚铁,在生产了约1000吨焊丝后,因为其中的硫酸亚铁含量过高,影响镀铜质量,若要回用，代价又高,一般的做法是倒掉换新。而电镀溶液除了老化时换新，一般可以连续使用好多年。

2.3 焊丝镀铜能够实现污水零排放

由于金属氰化镀液中氰化物的剧毒，使人“闻风丧胆”，听到电镀就心生恐怖。其实，在很久以前就已开发出诸如酸性硫酸盐镀铜、焦磷酸盐镀铜等无氰低毒电镀。这些镀种，只有轻微的毒性，只要措施和管理得当，对人体健康没有影响。

随着国家对环境保护的重视及污水处理技术的进步，在一些焊丝生产企业已经实现了焊丝镀铜污水的零排放。下面便是生产废水零排放处理工艺流程。

为了节约镀液材料的消耗和减少污水中重金属离子的含量,一种陶瓷高压气吹器(如右图),在镀线上被人们广泛采用,由此大大降低了镀液材料的消耗,与此同时降低了污水中重金属离子的含量。在用通常化验镀液的方法来检测生产废水时，没有测到铜的存在。由此也给污水处理

排放实现零排放创造了条件。

3 焊丝表面电镀铜的质量好于化学镀铜

3.1 焊丝表面化学镀铜层的致密性差，不

如电镀的好，直接影响到焊丝的防锈能力。

由于焊丝表面电镀铜，是一种溶液中的 铜离子Cu2+ 在作为阴极的焊丝表面得到电子后生成金属铜的结果（Cu2++2e-=Cu）；而化学镀铜只是溶液中的铜离子与焊丝表面的铁离子进行置换的结果。可以这样来理解：前者铜层是原子间的结合，后者则是晶体间的结合，因此后者铜层的致密性要比前者差得很多。

严格而言，钢的表面利用镀铜层防锈并非最隹选择。“在自然界中，钢丝的腐蚀绝大部分是由电化学原因引起的„„都是由于钢丝的表面与某种电解质水溶液接触，因而有可能在钢丝/电解质表面发生阳极溶解。这时界面上还有相应的共轭阴极还原反应过程配合，电解质起着离子导体的作用，钢丝本身则是电子导体，这就构成了一种自发电池，使钢丝的阳极溶解能持续进行”（引自《钢丝镀层及防腐》第191页），以上表达的便是钢丝的电化学腐蚀过程。由于Fe2+的电极电位是-0.440V, Cu2+的电极电位是+0337V，二者间存在0.777V电位差,因此,当镀铜不致密(如化镀)时,在露铁部分极易发生电化学腐蚀,焊丝表面的化学镀铜层,在一定的温湿度和环境下,不但起不到防锈作用,相反能加速了焊丝的锈蚀。 焊丝表面采用化学镀的生产厂，大多有过焊丝生锈的经历，特别在雨季，有的厂因焊丝生锈报废的产品甚至高达10%。大连有一家临近渤海边的民营焊丝厂,由于空气中盐分大,每到雨季,怕焊丝生锈,只好被迫减产和停产。

3.2 焊丝表面化学镀铜的结合力差,不如电镀的好。由于化镀的致密性差，其与焊丝本体的结合力也较电镀铜要差得多。结合力不好的焊丝，当通过焊枪的导电咀时，在磨擦力的作用下，导致铜屑脱落，造成送丝不流畅、电弧不稳定、中断焊接等缺陷，引发用户的极大不满。镀铜焊丝的这一缺点，也是开发无铜实芯焊

丝三个出发点之一。（另外二个是镀铜生产中的环境污染和铜能降低焊缝金属的韧性。但后一个原因，对电镀铜层是不相关的,因为铜含量在0.4%以下时,对韧性影响不大;电镀铜层增加的铜含量多数不超过0.15%）。

因此，从提高焊丝铜层结合力和焊丝防锈性能的角度来看，焊丝表面镀铜生产工艺理应首选电镀。

3.3 焊丝表面化学镀铜的质量稳定性较差 。

在生产过程中由于工字轮的卸、装和焊丝断头等原因，难免会出现停机现象。停机时间的长短与工人的操作熟练程度有关。对于电镀而言，停机对镀铜层的影响较小，只能使局部焊丝表面的铜层厚度有所增加，但一般情况下不会脱落，除非时间过长；对于化镀而言，即使时间不长，也将会使一部焊丝存在铜层脱落的严重缺陷。这是造成化学镀铜质量不稳定的一大因素。其次，化学镀铜质量的优劣，在很大程度上取决于镀铜添加剂的质量和含量，而镀铜添加剂的质量和含量的控制，通常都依靠平时积累的经验,人为因素颇大,缺少可操作性。相反,电镀铜的工艺参数都能通过仪器仪表进行检测和控制,因此稳定可靠。

4 镀液中主要材料的消耗。

在行业以外的人的心目中，都以为电镀的制造成本比化镀的要高。然而，事实并非如此，如单纯以镀液中的材料消耗而言，电镀的费用比化镀的要少。暂且不说由于电镀铜层比化镀均匀致密，电镀可以比化镀镀得薄一些，所消耗的铜要少一些；就说这镀铜层铜的来源，电镀的直接取之于铜板（阳极），而化镀的则来源于硫酸铜。由铜和硫酸制成硫酸铜，再将硫酸铜中的铜镀到焊丝上，究竟何种工艺化费更高的代价,不言而喻。当然硫酸铜也可以从硫酸铜矿制取,价格也许会便宜一些。铜与硫酸铜,二者分子量的比是1:3.93;而市埸上铜价与硫酸铜价的比例,基本上也在3.6～3.9之间。

在采用化镀时，容量为4吨的镀槽，每生产约1000吨焊丝就需更换一次镀液，(因为镀液中的硫酸亚铁超标,影响镀铜质量)其中约有300公斤的硫酸铜和300公斤的纯硫酸,被倒掉。也即每吨焊丝额外需增加0.3公斤的硫酸铜和0.3公斤（或0.16升）的纯硫酸。按目前硫酸铜每公斤15元和纯硫酸每升5元计算,每吨焊丝因此增加材料费5.30元.

另外有一点，往往被人忽略，就是电镀铜时，铜消耗的重量是组成焊丝重量的一部分,有一定价值；而化镀时，焊丝上的铁被铜置换出来，硫酸铜消耗了,焊丝的重量并没有增加。

当焊丝直径为φ1.2㎜,镀铜层厚度为0.3μm时,铜按百分比含量计算是: 0.3×0.379 = 0.114 % ,

即千分之1.114。与化学镀比较，电镀铜时可为每吨焊丝节省1.114公斤。如每公斤焊丝为6.4元计算，则节约了7.13元。

(注:0.379是当焊丝直径为φ1.2㎜时, 镀铜层厚度和铜百分比含量之间的换算系数) 由上述两项相加,电镀与化镀相比,可节省材料费12.43元。

5 焊丝表面电镀铜的不足。

近年来,焊丝表面镀铜逐渐由化镀取代电镀,这是不争的事实。采用电镀工艺时有二个不足之处,一是生产设备投资高,二是电耗大。定性分析如此，但究竟生产设备投资高多少，电耗大到什么程度，应该有一个接近的量的分析，才能真正分清利弊得失。

5.1 生产设备投资

B 一条20根线的展开式电镀铜线的造价则应为:

化学镀铜线的造价+镀槽增长部分的造价+二台电镀电源的造价

在本文的前面已算出与化镀线比较，电镀线应增长7米。设增长部分镀槽每米的造价为1万元,7米合计7万元；二台电镀电源，每台按2万元计算，合计4万元，则电镀铜生产线的造价应为：

225+7+4= 236万元。

比化学镀铜线的造价225万元，增加了11万元，但相对而言，仅增加了不到5%。当采用电镀铜工艺时，生产设备的投资确实高了一些，但高不了多少。

5.2 电能消耗

当采用电镀铜工艺时，生产线的极大部分与化镀一样，只是增加了10KVA(用于预镀) 和20 KVA (用于加厚镀) 的电镀电源各一台和一组10kW的电加热管（用于加热预镀铜溶液）， 总计增加了40kW，使生产线的总装机容量由366 kW，增至406 kW。相对而言，增幅为10.9%。

据测算镀铜生产线的产量,当焊丝直径为φ1.2㎜,线速度为4m/s时，每小时产量为：π/4×1.2×1.2×4×3600×7.85×20÷1000000 = 2.55吨;

每小时耗用电费为:0.72元×406 = 292.32元 (0.72元为每度电的平均电费) 由此可知每镀1吨焊丝,电费为:

292.32÷2.55 = 114.64元.它的10.9%是:12.50元。

综上4和5所述,焊丝表面镀铜,采用电镀后,如不考虑劣质产品带来的经济损失,生产成本几乎相等;若将劣质产品带来的经济损失考虑在内,生产成本应该有所下降。

6 关于电镀线的阳极布置

现在正在焊丝厂运转的大多数电镀生产线的阳极布置是不合理的，这一点严重影响了它实现多根焊丝在同一条生产线上生产出优质焊丝。下面的图中表示的是三种不同的阳极布置。图A和图B的布置，由于阴极到阳极的距离有差异,电流在焊丝圆周上的分布也有差异,其结果镀层不匀。尤其图B那样布置，靠近极板和远离极板的焊丝，镀层厚度会相差很大。图C才是合理的阳极布置，它可以

焊丝,-极焊丝,-极焊丝,-极铜板,+极铜板,+极

图

铜板,+极图图保证每一根焊丝及其在圆周上获得均匀的镀层。

7 关于无铜焊丝

“在实芯焊丝的制造工艺上，前几年国外推出的不镀铜、而采用特殊涂层的焊丝制造工艺，国内也有类似的产品推出，但这种焊丝对导电咀磨损较大和承载大电流的能力较差尚须进一步解决。”（摘自2009年第3期焊接材料，《纵观焊接材

（4）料发展，启示产业战略调整》第7页）

无铜焊丝的开发是基于以下的观点:“在焊丝表面镀铜不均匀的情况下,由于焊接时焊丝与接触焊咀之间的磨擦,微小的铜片从焊丝的表面脱落,并集中在接触焊咀内的一部分上,从而造成接触焊咀的阻塞.这种阻塞现象导致了送丝和电弧的不稳定,同时增大了飞溅量。除了上述问题以外，镀铜焊丝在电镀过程中产生有害的废水，从而加剧环境污染。”（引自《最新焊丝选型设计生产制造与专利技术配

（5）方标准大全》之《气体保护电弧焊的无铜焊丝》第1486页）

优质的镀铜焊丝具有良好的导电性、耐锈性和送丝性。无铜焊丝如何做到这几点？多数专利的发明者，通过试验，发现当焊丝表面的粗糙度在一定范围内时，比如0.25～0.10μm (Ra标准)，就能提高焊丝的送丝性和导电性。问题的关键就在于如何保证焊丝表面获得在一定范围内的粗糙度。比如，有的专利中提出首先要控制经拉拔前处理后的原料质量，以确保原料进入拉拔前的表面粗糙度低于0.40微米,然后在拉拔过程控制拉拔速度„„使最终焊丝的表面粗糙度为0.25～0.10微米。这种在试验室中能实现的产品，真要进行批量生产就不是一件轻易的事。

看来，在国内推行无铜焊丝，还有待时日，决不会一蹴而就。在无铜焊丝尚需进一步完善以前，不妨在如何进一步提高镀铜的结合力、降低铜层的厚度、降低电耗和成本以及实现镀铜生产废水零排放等方面多下一点力气。比如说充分发挥电镀铜铜层致密性好的优点,把铜层厚度降到0.15μm以下,以此降低生产成本;又比如,改焊丝成品镀为半成品镀,然后进行湿拔,这样,可以大大提高镀铜线的生产效率，等等。

酸性硫酸盐镀铜的溶液成分和化学镀铜的溶液成分相同，是早已被大家接受的镀种；对焦磷酸盐镀铜也许有些陌生，但它确是“经过生产实践，证明它是一项符合大规模生产的新工艺。它的特点是：消除了氰化物的剧烈毒害，生产中不产生有害气体，不需要通风设备的吸风装置即可进行正常生产，„„操作简便，溶

液稳定，电流效率高，均镀和深镀能力较好，镀层结晶细致、颜色鲜艳光亮„”

（6）（摘自《焦磷酸盐镀铜》一书第1页）。因此用焦磷酸盐镀铜作预镀，用酸性

硫酸盐镀铜来加厚镀层，既无毒性可言，又能保证质量和提高生产效率。那时，无铜焊丝是否有必要取代镀铜焊丝，又应打上问号。

回顾多少年前，焊丝表面电镀铜生产技术曾经有过一段辉煌的历史，在《重要用途线材制品生产新技术》一书中，原冶金部金属制品研究院副院长戴宝昌高工曾这样写道：“国内焊丝厂采用电镀工艺的占一半以上”。我们希望焊丝表面电镀铜生产技术能够再创辉煌。

“近年来我国气保焊丝产能和产量不断增长，质量持续提高，品种日渐增加。我国现有气保焊用实心焊丝生产企业200余家，年产能在5～10万吨以上的气保焊实芯焊丝骨干企业群已初步形成。我国气保焊用实芯焊丝的产量持续增长，年平均增长率在30%以上。占全部焊材的比例由1999年的10%提高到2008年的30%，达120万吨„„”（摘自2009年第3期焊接材料第7页）

焊材生产的前景看好，企业间的竞争也很激烈，如何提高焊材质量和降低生产成本也应是永恒的主题。

8 结论

综上所述，可以得出如下结论：

8.1 化学镀铜的生产效率并不比电镀铜高很多。

8.2 焊丝化镀排放的污水不比电镀排放的污水少。

8.3 焊丝表面电镀铜的质量好于化学镀铜。

8.4 镀液中主要材料的消耗费用，电镀的比化镀的低。

8.5 焊丝表面电镀铜的不足是设备投资和电耗略高于化学镀。

参考文献

（1）《重要用途线材制品生产新技术》 戴宝昌 冶金工业出版社 2001

（2）《钢丝镀层及防腐》 徐民奎 湘潭钢铁工业职工大学 1988

（3）《金属制品》第28卷第1期：（王天冲 热扩散法多线电镀黄铜作业线的调试）

（4）2009年第3期焊接材料，《纵观焊接材料发展，启示产业战略调整》第7页）

（5）《最新焊丝选型设计生产制造与专利技术配方标准大全》之《气体保护电弧焊的无铜焊丝》第1486页） （）（3）中国化工出版社 2009

（6）《焦磷酸盐镀铜》 邵景峰 人民铁道出版社 1978

作者介绍 陈金福，1936年生，1955年毕业于上海船舶制造学校，焊接专业。1955年至1994年在铁道部大连机车车辆工厂工作，从事焊接材料生产，高级工程师。现受聘于浙江台州海翔焊接材料有限公司，于技术开发部工作，总工程师。

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