用于管狀焊絲的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種管狀焊絲包括粒芯和環(huán)繞所述粒芯的金屬護(hù)套。而且，所述金屬護(hù)套包括按重量計(jì)至少約0.3％的錳以及按重量計(jì)至少約0.05％的硅。
【專利說明】用于管狀焊絲的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般而言涉及焊接，更具體而言涉及用于電弧焊，例如氣體保護(hù)金屬極電弧焊(GMAW)或藥芯焊絲電弧焊(FCAW)的電極。

【背景技術(shù)】
[0002]焊接已成為各個(gè)行業(yè)各種應(yīng)用中普遍使用的工藝。例如，焊接經(jīng)常用在諸如造船、海上平臺(tái)、建筑以及軋管機(jī)等應(yīng)用中。某些焊接技術(shù)(例如氣體保護(hù)金屬極電弧焊(GMAW)、埋弧焊(SAW)或藥芯焊絲電弧焊(FCAW))通常采用焊絲形式的焊接電極。焊絲一般可以提供焊縫填充金屬供給，并在焊接過程中提供電流通路。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一個(gè)實(shí)施例中，管狀焊絲包括粒芯和環(huán)繞所述粒芯的金屬護(hù)套。而且，所述金屬護(hù)套包括按重量計(jì)至少約0.3%的錳以及按重量計(jì)至少約0.05%的硅。
[0004]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種制造管狀焊絲的方法包括壓縮粉芯周圍的含金屬護(hù)套。而且，所述含金屬護(hù)套包括按重量計(jì)至少約0.6%的錳，并且包括按重量計(jì)至少約0.1%的硅。
[0005]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種在工件上產(chǎn)生焊縫的方法包括將管狀焊接電極提供至工件附近的焊炬。所述管狀焊接電極具有圍繞粒芯的金屬護(hù)套，并且所述金屬護(hù)套包含錳和硅。所述方法進(jìn)一步包括在所述管狀焊接電極與所述工件之間形成電弧，以及將來自所述金屬護(hù)套的至少一部分所述錳結(jié)合到所述焊縫中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]參照附圖閱讀以下詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好的理解，在附圖中相同的符號(hào)代表相同的部件，其中:
[0007]圖1是根據(jù)本公開實(shí)施例的氣體保護(hù)金屬極電弧焊(GMAW)系統(tǒng)的方框圖；
[0008]圖2是根據(jù)本公開實(shí)施例的管狀焊接電極的截面視圖；
[0009]圖3是根據(jù)本公開實(shí)施例的可使用管狀焊接電極來焊接工件的過程的流程圖；并且
[0010]圖4是根據(jù)本公開實(shí)施例的制造管狀焊接電極的過程的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]以下將描述本公開的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例。試圖提供這些實(shí)施例的簡(jiǎn)要說明，所以說明書中可能沒有描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。應(yīng)領(lǐng)會(huì)在任何這種實(shí)際實(shí)施方式的開發(fā)中，如同在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須做出很多特定實(shí)施方式的決定，以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如符合系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的限制，在不同的實(shí)施方式中這種限制可能不同。而且，應(yīng)領(lǐng)會(huì)這種開發(fā)工作可能復(fù)雜且耗時(shí)，然而對(duì)于得益于本公開的普通技術(shù)人員來說卻是例行的設(shè)計(jì)、制作和制造工作。
[0012]在引入本公開各個(gè)實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一”、“一種”、“該”和“所述”意為存在一個(gè)或多個(gè)元件。技術(shù)術(shù)語“包括”、“包含”和“具有”是包容性的，意思是除了所列元件之夕卜，還可能存在其他元件。
[0013]本公開的管狀焊絲實(shí)施例可以包括一般來說改變焊接過程和/或產(chǎn)生焊縫的特性的一種或多種成分(例如焊劑、電弧穩(wěn)定劑或其他助劑)。而且，可以領(lǐng)會(huì)，除了管狀焊絲所提供的化學(xué)特性(例如焊縫的化學(xué)成分以及焊接過程中產(chǎn)生的煙)之外，可能希望管狀焊絲還具有某些物理特性。例如，由于在焊接過程中消耗管狀焊絲，因此可以不斷將焊絲從卷軸(例如在焊絲送絲器中)輸送至焊炬。這樣，例如如果焊絲的剛度太低，那么在放絲和/或送絲過程中當(dāng)焊絲遇到阻力時(shí)焊絲就可能起皺、纏結(jié)或以其他形式被不適當(dāng)?shù)厮统觥＿@對(duì)于直徑較小的管狀焊絲來說尤其是個(gè)問題，因?yàn)檫@樣的管狀焊絲更容易彎曲。在送絲過程中當(dāng)管狀焊絲彎曲時(shí)，其可能形成纏結(jié)的“鳥巢”，這通常會(huì)浪費(fèi)焊絲及操作者的時(shí)間，而且，在某些情況下，對(duì)焊接系統(tǒng)(例如焊絲送絲器、焊絲卷軸或焊接系統(tǒng)的類似送絲部件)的操作造成不利影響。此外，當(dāng)較大直徑焊絲的剛度太低時(shí)，焊絲可能更容易受擠壓(例如使管狀焊絲具有“卵形”形狀)，這可能造成送絲時(shí)滑移或其他不一致現(xiàn)象，進(jìn)而可能對(duì)焊接過程產(chǎn)生有害影響。因此，可能需要具有較高剛度的焊絲，使其在整個(gè)焊接過程中不太容易遇到放絲或送絲問題。
[0014]這樣，這里所述的管狀焊絲實(shí)施例具有金屬護(hù)套，該護(hù)套包含一種或多種成分，例如錳和/或硅，而本公開的其他焊絲的金屬護(hù)套可能不包含這些成分。應(yīng)領(lǐng)會(huì)這些成分可以包括常規(guī)焊絲的粒芯所提供的成分。而且，某些公開的管狀焊絲實(shí)施例，由于這些成分裝載到金屬護(hù)套而非粒芯中，因此也具有優(yōu)良的物理特性(即剛度和/或硬度)。具體而言，所公開的管狀焊絲實(shí)施例包含比常規(guī)金屬護(hù)套高得多(例如高兩倍至三倍)的錳含量，這可以提高管狀焊絲的剛度并起到提高焊縫中錳含量的作用。此外，某些管狀焊絲實(shí)施例包含比常規(guī)金屬護(hù)套高得多(例如高兩倍至十倍)的硅含量，這可以提高管狀焊絲的剛度并起到提高焊縫中硅含量的作用。這樣，本公開的管狀焊絲使得選擇粒芯時(shí)能夠具有較大靈活性，因?yàn)檫@些成分中的至少一部分可以改為由金屬護(hù)套提供。而且，由于所公開的管狀焊絲還提供除了提高剛度之外的益處，應(yīng)理解雖然目前的討論可能針對(duì)管狀焊絲，但目前也考慮具有類似成分的其他實(shí)施例(例如焊條)。
[0015]一般而言，使用如目前所公開的管狀焊絲是有利的，這種管狀焊絲的粒芯中通常具有改為由金屬護(hù)套提供的一種或多種成分。也就是說，典型管狀焊絲的某些成分可存于粒芯內(nèi)，以影響焊縫的化學(xué)性質(zhì)。而且，由于管狀焊絲具有有限內(nèi)部容積，通過將一種或多種成分(例如錳和/或硅源)從粒芯中移至金屬護(hù)套中，可在管狀焊絲的芯中為其他成分(例如其他金屬、焊劑、穩(wěn)定劑或類似成分)留出更多空間。也就是說，管狀焊絲內(nèi)新獲得的空間可以用于其他助劑，例如以提高焊接沉積率。一般而言，本公開的管狀焊絲的金屬護(hù)套所提供的錳和硅含量可以使焊池脫氧，這還可有助于對(duì)所焊接的基底金屬進(jìn)行焊池潤(rùn)濕。具體舉例來說，硅可以使得焊珠潤(rùn)濕得以改進(jìn)。對(duì)于所公開的實(shí)施例，可以對(duì)金屬護(hù)套中所包含的相對(duì)錳和硅含量加以平衡，以平衡所需化學(xué)特性(例如脫氧和潤(rùn)濕性)和機(jī)械特性(例如剛度)。
[0016]而且，通過將一種或多種成分(例如錳和/或硅源)從粒芯移至含金屬護(hù)套，還可改變焊接過程的化學(xué)過程。例如，將某些成分(例如錳和/或硅源)放入含金屬護(hù)套而非粒芯中，可以更自由地為粒芯選擇其他成分(例如包括否則不會(huì)與錳和/或硅源相容的成分)。進(jìn)一步舉例來說，在某些實(shí)施例中，通過將一種或多種成分(例如錳和/或硅源)放入含金屬護(hù)套而非粒芯中，可以使這些成分中的一大部分結(jié)合在焊縫金屬中(例如而不是與粒芯中的其他成分反應(yīng)和/或形成煙氣)。因此，可能希望改為使用管狀焊絲的金屬護(hù)套將這些成分傳送至焊縫。
[0017]轉(zhuǎn)到附圖，圖1是根據(jù)本公開的使用管狀焊絲12的氣體保護(hù)金屬極電弧焊(GMAW)系統(tǒng)10的實(shí)施例的方框圖；應(yīng)領(lǐng)會(huì)雖然這里的討論可能集中于圖1所示的GMAW系統(tǒng)10，但本公開的焊絲可以有利于使用管狀焊絲(例如管狀焊接電極或焊條)的任何電弧焊過程(例如FCAW、FCAff-G, GTAW、埋弧焊(SAW)或類似電弧焊過程)。應(yīng)領(lǐng)會(huì)使用所公開的焊絲或焊接電極的某些焊接系統(tǒng)實(shí)施例(例如SAW焊接系統(tǒng)或GTAW焊接系統(tǒng))可以包含本示例GTAW系統(tǒng)10中未說明的成分(例如焊劑漏斗、焊劑傳送部件、焊條焊接電極等)并且/或者不包含本示例GTAW系統(tǒng)10中說明的成分(例如供氣系統(tǒng)16)。還應(yīng)領(lǐng)會(huì)在其他實(shí)施例中，本公開的管狀焊絲可以用作“冷焊絲”，其中在焊接過程中管狀焊絲不承載電流(例如不在工件表面形成電弧)。
[0018]焊接系統(tǒng)10包括焊接電力單元13、焊絲送絲器14、供氣系統(tǒng)16和焊炬18。焊接電力單元13 —般為焊接系統(tǒng)10提供電力，并且可通過電纜束20聯(lián)接至焊絲送絲器14，并使用配備夾具26的導(dǎo)線電纜24聯(lián)接至工件22。在所示實(shí)施例中，焊絲送絲器14通過電纜束28聯(lián)接至焊炬18，以便在焊接系統(tǒng)10的操作過程中向焊炬18提供可消耗的管狀焊絲12(例如焊接電極)和電力。在另一個(gè)實(shí)施例中，焊接電力單元13可聯(lián)接至焊炬18并向焊炬18直接供電。
[0019]焊接電力單元13—般可以包括電源轉(zhuǎn)換電路，該電源轉(zhuǎn)換電路接收來自交流電源30 (例如交流電網(wǎng)、發(fā)動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)組、或其組合)的輸入電源，調(diào)節(jié)該輸入電源，并通過電纜20提供直流或交流輸出電源。這樣，根據(jù)焊接系統(tǒng)10的需求，焊接電力單元13可以為焊絲送絲器14提供動(dòng)力，焊絲送絲器14進(jìn)而為焊炬18提供動(dòng)力。尾端在夾具26中的導(dǎo)線電纜24將焊接電力單元13聯(lián)接至工件22，以接通焊接電力單元13、工件22與焊炬18之間的電路。根據(jù)焊接系統(tǒng)10的需求，焊接電力單元13可包括能夠?qū)⒔涣鬏斎腚娫崔D(zhuǎn)換成直流正接(DCEP)輸出、直流反接(DCEN)輸出、直流變極性或變平衡(例如平衡或不平衡)交流輸出的電路元件(例如變壓器、整流器、開關(guān)等)。應(yīng)領(lǐng)會(huì)本公開的管狀焊絲12可以實(shí)現(xiàn)對(duì)很多不同電源配置的焊接過程的改進(jìn)(例如改進(jìn)送絲、改進(jìn)電弧穩(wěn)定性和/或改進(jìn)焊縫質(zhì)量)。
[0020]所示焊接系統(tǒng)10包括供氣系統(tǒng)16，該供氣系統(tǒng)16將來自一個(gè)或多個(gè)保護(hù)氣體源17的保護(hù)氣體或保護(hù)氣體混合物提供至焊炬18。在所描繪的實(shí)施例中，供氣系統(tǒng)16通過氣體導(dǎo)管32直接聯(lián)接至焊炬18。在其他實(shí)施例中，供氣系統(tǒng)16可以改為聯(lián)接至送絲器14，并且送絲器14可以調(diào)節(jié)從供氣系統(tǒng)16到焊炬18的氣體流。這里所使用的保護(hù)氣體可以是指為了提供具體局部氣氛(例如保護(hù)電弧、提高電弧穩(wěn)定性、限制金屬氧化物的形成、改進(jìn)金屬表面的潤(rùn)濕、改變焊縫沉積物的化學(xué)性質(zhì)等)而可以提供給電弧和/或焊池的任何氣體或氣體混合物。在某些實(shí)施例中，保護(hù)氣體流可以是保護(hù)氣體或保護(hù)氣體混合物(例如氬(Ar)、氦(He)、二氧化碳(C02)、氧氣(02)、氮?dú)?N2)、類似的適當(dāng)保護(hù)氣體、或其任何混合物)。例如，保護(hù)氣體流(例如通過導(dǎo)管32傳送)可以包括Ar、Ar/C02混合物、Ar/C02/02混合物、Ar/He混合物等。
[0021]因此，所示焊炬18 —般接收焊接電極(即焊絲)、來自焊絲送絲器14的電力、以及來自供氣系統(tǒng)16的保護(hù)氣體流，以便執(zhí)行工件22的GMAW。在操作過程中，可將焊炬18拿到工件22附近，從而在可消耗的焊接電極(例如從焊炬18的觸頭排出的管狀焊絲12)與工件22之間形成電弧34。此外，如以下所論述，通過控制焊接電極(例如管狀焊絲12)的組成，可以調(diào)節(jié)電弧34和/或產(chǎn)生的焊縫的化學(xué)性質(zhì)(例如組成和物理特性)。例如，管狀焊絲12可以包括可起到電弧穩(wěn)定劑作用的任何數(shù)量的焊劑和/或合金成分，并且進(jìn)一步可以至少部分結(jié)合在焊縫中，影響焊縫的機(jī)械性能。而且，焊接電極(即管狀焊絲12)的某些成分還可以提供電弧34周圍的附加保護(hù)氣氛，影響電弧34的轉(zhuǎn)移特性，并且/或者對(duì)工件22的表面進(jìn)行脫氧。
[0022]焊絲送絲器14還包括用于在控制器36的控制下將管狀焊絲12送至焊炬18從而送至焊接應(yīng)用的部件。例如，在某些實(shí)施例中，可在焊絲送絲器14中容置一個(gè)或多個(gè)管狀焊絲12的供絲器(例如焊絲卷軸38)。送絲器驅(qū)動(dòng)單元40可以從卷軸38放出管狀焊絲12，并將管狀焊絲12逐步送至焊炬18。為此，送絲器驅(qū)動(dòng)單元40可以包括諸如電路、電機(jī)、輥等部件，這些部件以合適的方式配置以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)乃徒z。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，送絲器驅(qū)動(dòng)單元40可以包括送絲電機(jī)，該送絲電機(jī)與送絲輥嚙合以將焊絲從焊絲送絲器14推向焊炬18。此外，來自焊接電力單元13的電力可以施加到所輸送的焊絲上。
[0023]然而，在該送絲過程中，如果管狀焊絲12的剛度不足，焊絲12則可能起皺、纏結(jié)或以其他方式被不適當(dāng)?shù)厮统?。例如，管狀焊絲12可能形成纏結(jié)的焊絲“鳥巢”(例如在卷軸38和/或送絲器驅(qū)動(dòng)單元40中)，而沒有適當(dāng)?shù)厮椭梁妇?8。由于這種焊絲誤輸送可能導(dǎo)致焊接操作者停止焊接操作，從而可以將不適當(dāng)輸送的管狀焊絲去除，因此這種誤輸送一般來講浪費(fèi)操作者時(shí)間和管狀焊絲。此外，在某些情況下，這種焊絲誤輸送可能不利地影響焊接系統(tǒng)10 (例如焊接系統(tǒng)10的焊絲送絲器40、焊絲卷軸38或類似送絲部件)的操作，產(chǎn)生附加費(fèi)用。因此，本公開的管狀焊絲12的某些實(shí)施例使用金屬護(hù)套或具有錳和/或硅(例如合鑄到金屬中)含金屬護(hù)套。在某些實(shí)施例中，這些較高合金金屬護(hù)套呈現(xiàn)改進(jìn)的剛度，這一般可以改進(jìn)通過焊接系統(tǒng)10對(duì)管狀焊絲12進(jìn)行的輸送。
[0024]圖2示出了本公開的管狀焊絲12 (或管狀焊條)的實(shí)施例的截面。圖2是管狀焊絲12的實(shí)施例的截面視圖，該管狀焊絲12包括包覆粒芯或粉芯54的含金屬護(hù)套52。例如，管狀焊絲12可以是金屬芯管狀焊絲。此外，在某些實(shí)施例中，粒芯54可以部分或完全不存在，在管狀焊絲12內(nèi)留出空隙。
[0025]根據(jù)本技術(shù)的各個(gè)方面，含金屬護(hù)套52可以包含具有錳和/或硅含量的任何適當(dāng)金屬或合金(例如鐵、高碳鋼、低碳鋼或其他適當(dāng)金屬或合金)。例如，在某些實(shí)施例中，含金屬護(hù)套52可以包含80%、90%、95%或98%的鐵或鋼。應(yīng)領(lǐng)會(huì)由于含金屬護(hù)套52 —般可以提供用于焊縫的至少一部分填充金屬，因此含金屬護(hù)套52的組成可能影響產(chǎn)生的焊縫的組成。例如，除了錳和/或硅之外，含金屬護(hù)套52還可以包含其他助劑或雜質(zhì)(例如碳、硫、磷、銅、鎳、錫、鉻和/或其它元素)，這些助劑或雜質(zhì)也可能影響焊縫的特性。例如，在某些實(shí)施例中，含金屬護(hù)套52可以包含按重量計(jì)低于約0.1 %、低于約0.02%、或介于約0.08%與0.1%之間的碳。此外，在某些實(shí)施例中，含金屬護(hù)套52可以包含按重量計(jì)低于約0.02%、低于約0.015%、或低于約0.01%的硫。而且，在某些實(shí)施例中，含金屬護(hù)套52可以包含按重量計(jì)低于約0.02%、低于約0.015%、或低于約0.01%的磷。
[0026]對(duì)于錳含量，在某些實(shí)施例中，含金屬護(hù)套52的錳含量按重量計(jì)一般可以高于約0.3%或0.6%。在某些實(shí)施例中，含金屬護(hù)套52可以包含按重量計(jì)約0.1%與約2%之間的錳、按重量計(jì)約0.2%與約1.9%之間的錳、按重量計(jì)約0.6%與約1.8%之間的錳、按重量計(jì)約0.8%與約2%之間的錳、按重量計(jì)約0.9%與約1.1%之間的錳、或它們之間的任何子范圍。對(duì)于硅含量，在某些實(shí)施例中，含金屬護(hù)套52的硅含量按重量計(jì)一般可以高于約
0.05 %或0.1 %。在某些實(shí)施例中，含金屬護(hù)套52可以包含按重量計(jì)約0.2 %與約0.3 %之間的硅、按重量計(jì)約0.25%與約0.35%之間的硅、按重量計(jì)約0.3%與約0.75%之間的硅、按重量計(jì)約0.25%與約0.75%之間的硅、或它們之間的任何子范圍。
[0027]如上所述，含金屬護(hù)套52中所包含的錳和/或硅可能影響含金屬護(hù)套52及管狀焊絲12的物理特性。例如，含金屬護(hù)套52的實(shí)施例的斷裂韌性可以使得只有大于約68，OOOpsi或介于68，OOOpsi與69，OOOpsi之間的壓力才可引起斷裂。對(duì)比之下，本公開的缺少錳和/或硅含量的類似大小的含金屬焊帶可具有斷裂韌性，使得介于約43，OOOpsi與52，OOOpsi之間的壓力可引起斷裂。因此，向含金屬護(hù)套52加入錳和/或硅一般可以提供改進(jìn)的機(jī)械和/或物理特性(例如斷裂韌性、抗張強(qiáng)度、剛度等)，這可以提高產(chǎn)生的管狀焊絲12在焊接系統(tǒng)10內(nèi)適當(dāng)輸送的能力。
[0028]所示管狀焊絲12的粒芯54—般可以是壓實(shí)粉末，如以下所討論，其組成可以包括影響焊接過程的成分(例如填充金屬、焊劑、穩(wěn)定劑等)。例如，在某些實(shí)施例中，管狀焊接電極12的粒芯54可以包括元素(例如鐵、鈦、鋇、鋰、氟或其他元素)和/或礦物質(zhì)(例如黃鐵礦、磁鐵礦等)以提供電弧穩(wěn)定性并控制產(chǎn)生的焊縫的化學(xué)性質(zhì)。粒芯54的各種成分可以同質(zhì)地或不同質(zhì)地(例如以團(tuán)塊或團(tuán)簇56)設(shè)置在粒芯54內(nèi)。由于管狀焊絲12的錳和/或硅成分可由含金屬護(hù)套52提供，因此在某些實(shí)施例中，粒芯54可以基本上不含有(例如，按重量計(jì)含有約0%，僅包含微量或低于約0.01%或0.05%)錳和/或硅。例如，在某些實(shí)施例中，管狀焊絲12的粒芯54可以包含按重量計(jì)低于5%、2%、1%、0.5%、0.05%或0.01 %的錳。進(jìn)一步舉例來說，在某些實(shí)施例中，管狀焊絲12的粒芯54可以包含按重量計(jì)低于5%、2%、1%、0.5%,0.05%或0.01%的硅。應(yīng)領(lǐng)會(huì)在電弧34的條件下，管狀焊絲12的部件(例如金屬護(hù)套52、粒芯54等)可以改變物理狀態(tài)，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(例如氧化、分解等)，或結(jié)合到基本上沒有被焊接過程改性的焊縫中。
[0029]圖3是可使用所公開的焊接系統(tǒng)10和管狀焊接電極12來焊接工件22的過程60的流程圖，該焊接電極包括具有錳、硅或二者的金屬護(hù)套52。所示過程60的起始步驟是將管狀焊絲12輸送(方框62)至焊接裝置(例如焊炬18)，其中管狀焊絲12包含錳和/或硅。此外，過程60包括將保護(hù)氣體流(例如100%的氬、75%的氬/25%的二氧化碳、90%的氬/10%的氦、或類似的保護(hù)氣體流)輸送(方框64)至焊接裝置(例如焊炬18的觸頭)。在其他實(shí)施例中，可以采用不使用供氣系統(tǒng)(例如圖1所示的供氣系統(tǒng)16)的焊接系統(tǒng)，并且管狀焊絲12的一種或多種成分(例如鋁、鐵、各種氟化鹽或其他成分)可以提供保護(hù)氣體成分。然后，可將管狀焊絲12拿到工件22附近(例如0.25mm、0.5mm、lmm、2mm、3mm、5，mm、10mm、或一般小于30mm)(方框66)，使得可以在管狀焊絲12與工件22之間形成電弧34。應(yīng)領(lǐng)會(huì)GMAW系統(tǒng)10可以采用DCEP、DCEN、直流變極性、平衡或不平衡交流電源配置來產(chǎn)生電弧34。而且，在某些實(shí)施例(例如SAW焊接系統(tǒng))中，可在電弧和/或焊池處或附近設(shè)置粒狀焊劑(例如SAW焊劑)，從而除了保護(hù)氣體流之外還(或作為替代選擇)在電弧和/或焊池處或附近提供至少一部分空氣。然后，在工件22上形成焊縫時(shí)，消耗(方框68) —部分管狀焊絲12。在某些實(shí)施例中，可以釋放設(shè)置在含金屬護(hù)套52中的錳和/或硅，以與電弧34相互作用，并且/或者至少部分結(jié)合在焊縫中。
[0030]一般可以領(lǐng)會(huì)，將成分(例如錳和/或硅)載入金屬護(hù)套52而非粒芯54中，還可以對(duì)這些材料如何在電弧34中反應(yīng)和/或結(jié)合在焊接過程中產(chǎn)生影響。也就是說，將錳和/或硅設(shè)置在含金屬護(hù)套52而非粒芯54中的優(yōu)點(diǎn)可能在于，更多的錳和/或硅到達(dá)焊縫(例如，而不是形成煙氣)。換言之，通過含金屬護(hù)套52而非粒芯54傳送的錳和/或硅，所經(jīng)歷的電弧34和/或焊池條件(例如溫度、電壓、反應(yīng)物相對(duì)位置等)可能存在很大或細(xì)微差異。因此，在某些實(shí)施例中，所公開的管狀焊絲12可以產(chǎn)生比其他焊絲的錳濃度低的煙氣，其他焊絲由粒芯54提供錳。而且，在某些實(shí)施例中，在通過含金屬護(hù)套52傳送成分(例如錳和/或硅)時(shí)，可以使用的該成分的總量可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在通過粒芯54傳送該成分時(shí)使用的該成分的總量，因?yàn)樵谛纬珊附痈碑a(chǎn)物(例如煙氣和/或熔渣)時(shí)消耗較少的該成分。
[0031]圖4是可以制造管狀焊接電極12的過程70的流程圖。過程70的起始步驟是通過若干模具輸送扁平金屬帶(即，包括錳、硅或二者)(方框72)，這些模具將金屬帶成型為部分圓形金屬護(hù)套52 (例如產(chǎn)生半圓或槽)。在金屬帶已被至少部分成型為金屬護(hù)套52之后，可以用粒芯材料54將其填充(方框74)。因此，部分成型的金屬護(hù)套52可以用各種粉末焊劑和合金成分(例如鐵、氧化鐵、氟化鹽或類似的焊劑和/或合金成分)填充。在某些實(shí)施例中，可能不向部分成型的金屬護(hù)套52加入錳或硅成分。一旦部分成型的金屬護(hù)套52已填充有粒芯54的各種成分，則可以通過一個(gè)或多個(gè)模具來輸送(方框76)部分成型的金屬護(hù)套52，模具一般將金屬護(hù)套52封閉，使金屬護(hù)套基本上包圍粒芯材料54 (例如形成接縫58，例如圖2所示)。此外，然后可以通過若干模具(例如拉模)來輸送(方框78)封閉的金屬護(hù)套52，以通過壓縮粒芯材料54來減小管狀焊絲12的直徑。
[0032]應(yīng)領(lǐng)會(huì)雖然提高管狀焊絲12的金屬護(hù)套的剛度可以改進(jìn)管狀焊絲12的輸送，但該方法還面臨某些挑戰(zhàn)。例如，通過提高管狀焊絲12的金屬護(hù)套52的剛度，用于成型粒芯54周圍的金屬護(hù)套52 (例如方框72、76和78中)的冷加工量也可增大。而且，因?yàn)榻饘僮o(hù)套52的硬度也可隨著錳和/或硅成分的加入而增大，可用于成型粒芯54周圍的金屬護(hù)套52的上述模具(例如方框72、76和78中)可能由于管狀焊絲12的剛度和/或硬度增大而更快地磨損。此外，在制造管狀焊絲12過程中用于成型金屬護(hù)套52的模具可以由也具有改進(jìn)機(jī)械性能的材料(例如更硬或更堅(jiān)固的模具材料)制成，以便適應(yīng)所公開的管狀焊絲12實(shí)施例的發(fā)生改變的機(jī)械性能。這樣，如本公開所述，在試圖通過提高金屬護(hù)套的剛度來改進(jìn)管狀焊絲12的輸送時(shí)可能存在設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
[0033]雖然這里已示出和描述了本發(fā)明的僅某些特征，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員還會(huì)想到很多修改和變化。因此，應(yīng)理解所附權(quán)利要求書旨在涵蓋所有落入本發(fā)明真正精神范圍內(nèi)的這種修改和變化。
【權(quán)利要求】
1.一種管狀焊絲，包括: 粒芯；以及 環(huán)繞所述粒芯的金屬護(hù)套，其中所述金屬護(hù)套包括按重量計(jì)至少約0.1%的錳以及按重量計(jì)至少約0.05%的硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀焊絲，其中所述金屬護(hù)套包括按重量計(jì)至少約0.6%的猛。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀焊絲，其中所述金屬護(hù)套包括按重量計(jì)約0.8%與約2%之間的錳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀焊絲，其中所述金屬護(hù)套包括按重量計(jì)約0.9%與約1.1 %之間的錳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀焊絲，其中所述金屬護(hù)套包括按重量計(jì)至少約0.1%的硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀焊絲，其中所述金屬護(hù)套包括按重量計(jì)約0.2%與約0.3%之間的硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀焊絲，其中所述金屬護(hù)套包括按重量計(jì)約0.25%與約0.75%之間的硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀焊絲，其中所述金屬護(hù)套包括按重量計(jì)低于約0.1%的碳。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀焊絲，其中所述金屬護(hù)套包括按重量計(jì)低于約0.02%的磷。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀焊絲，其中所述金屬護(hù)套包括按重量計(jì)低于約0.02%的硫。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀焊絲，其中所述粒芯包括按重量計(jì)低于0.05%的錳。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管狀焊絲，其中所述粒芯包括按重量計(jì)低于0.01%的硅。
13.—種制造管狀焊絲的方法，包括:壓縮粉芯周圍的含金屬護(hù)套，其中所述含金屬護(hù)套包括按重量計(jì)至少約0.6%的錳，并且包括按重量計(jì)至少約0.1%的硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中壓縮所述含金屬護(hù)套包括通過一個(gè)或多個(gè)模具拉延所述含金屬護(hù)套，以成型所述粉芯周圍的所述金屬護(hù)套。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述含金屬護(hù)套包括按重量計(jì)低于約2%的錳。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述含金屬護(hù)套包括按重量計(jì)低于約0.75%的硅。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述粉芯包括包括按重量計(jì)低于0.05%的錳，并且包括按重量計(jì)低于0.01%的硅。
18.—種在工件上產(chǎn)生焊縫的方法，包括: 將管狀焊接電極提供至工件附近的焊炬，其中所述管狀焊接電極包括金屬護(hù)套，并且其中所述金屬護(hù)套包括錳和硅； 在所述管狀焊接電極與所述工件之間形成電??；以及 將來自所述金屬護(hù)套的至少一部分所述錳、硅或二者結(jié)合到所述焊縫中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述管狀焊接電極包括被金屬護(hù)套包圍的粒芯，其中所述粒芯基本上不含錳和硅。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，包括在所述焊縫附近設(shè)置埋弧焊(SAW)粒狀焊劑。
【文檔編號(hào)】B23K9/18GK104245208SQ201380019132
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月13日
【發(fā)明者】史蒂芬·巴霍斯特, 約瑟夫·邦迪, 邁克爾·伯特侖 申請(qǐng)人:霍伯特兄弟公司