埋弧焊方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固體潤滑劑的焊絲的制作方法
【專利說明】埋弧焊方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固體潤滑劑的 焊絲
[0001] 本申請是2009年6月5日遞交的申請?zhí)枮?00980132452. 2、發(fā)明名稱為"埋弧焊 方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固體潤滑劑的焊絲"的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本申請涉及埋弧焊方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固體潤滑劑的焊絲。
【背景技術(shù)】
[0003] 氣體保護金屬極電弧焊
[0004] 氣體保護金屬極電弧焊（GMW)(有時以其子類型惰性氣體保護金屬極電弧焊 (MIG)或活性氣體保護金屬極電弧焊（MG)被提及）是半自動或自動的弧焊過程，其中連續(xù) 的和可消耗的焊絲電極（"焊絲"）以及保護氣體通過焊槍被輸送。
[0005] 圖1和2說明傳統(tǒng)工業(yè)GMAW系統(tǒng)的基本設(shè)計。正如在這些圖中示出的，GMAW系統(tǒng) 10包括電源12、焊絲驅(qū)動組件14、保護氣體供應(yīng)系統(tǒng)16和用于將電功率、焊絲和保護氣體 攜至要被焊接的工件20的纜線組件18。焊絲驅(qū)動組件14 一般包括攜帶連續(xù)的、可消耗的 焊絲電極的線軸24的卷軸架22以及包括一個或更多個驅(qū)動輪（未示出）的驅(qū)動機構(gòu)26， 用以將焊絲從線軸24經(jīng)纜線組件18驅(qū)至工件20。同時，保護氣體供應(yīng)系統(tǒng)16通常包括保 護氣體源28和與纜線組件18流體連通的氣體供應(yīng)導(dǎo)管30。
[0006] 正如尤其在圖2中說明的，纜線組件18 -般采取細長的柔韌纜線32的形式，所述 纜線32的一端連接電源12、焊絲驅(qū)動組件14和氣體供應(yīng)系統(tǒng)16,而另一端連接焊槍34。 正如在圖3 (柔韌纜線32的徑向橫截面）中說明的，這個柔韌纜線通常包括用以提供焊接 電功率至焊槍40的接觸末端的電纜34、用以輸送保護氣體的氣體導(dǎo)管36和用以置放焊絲 的柔韌鞘48。
[0007] 在實踐中，柔韌纜線32通常至少10英尺（~3m)長，更一般地至少15英尺（~ 4. 6m)、至少20英尺（~6.Im)、至少25英尺（~7. 6m)或甚至至少30英尺（~9.Im)長， 以致電源12、焊絲驅(qū)動組件14和保護氣體供應(yīng)系統(tǒng)16可以基本上保持固定，同時焊槍34 被手動移動至各種不同的位置。此外，柔韌纜線32通常被制造地盡可能柔韌，因為這在移 動和定位焊槍34到任何期望的位置方面提供最大程度的靈活性。所以，例如，柔韌纜線32 通常被制造得足夠柔韌以致可以形成相對急促的彎曲（tightbends)，例如正如在圖2中 說明的，被盤繞為多個圈。
[0008] 為了防止焊絲在柔韌纜線32內(nèi)纏結(jié)（snagging)，焊絲穿過柔韌鞘48的內(nèi)部。這 個柔韌鞘通常由以螺旋方式緊緊地纏繞的金屬絲制成，其內(nèi)徑僅僅稍大于焊絲的外徑，因 為這個結(jié)構(gòu)在柔韌纜線32中提供高度的適應(yīng)性，同時防止焊絲和柔韌纜線內(nèi)其他組件之 間的接觸。
[0009] 由于細長的柔韌纜線32的長度和適應(yīng)性，柔韌纜線32經(jīng)常用相對大的量的力來 將焊絲從線軸24經(jīng)纜線組件18驅(qū)至工件20上。因此，在工業(yè)中常見的實踐是，為焊絲涂 覆固體潤滑劑例如石墨、二硫化鉬等，以減少焊絲的外表面和焊絲經(jīng)過的柔韌鞘的內(nèi)表面 之間的摩擦系數(shù)。
[0010] 埋弧焊
[0011] 埋弧焊（SAW)與GMW的不同在于，在SAW中不使用外部保護氣體。作為替代，熔融 焊縫和電弧區(qū)被埋在粒狀可熔焊劑的覆蓋層之下，所述粒狀可熔焊劑覆蓋層當(dāng)熔融時在電 極和正被焊接的工件之間提供電流路徑，并且為焊件提供免于接觸周圍空氣的保護。參見 示意性地說明SAW的圖4,圖4示出焊絲50由驅(qū)動輥子52驅(qū)動在工件56中形成焊縫58， 焊絲的末端形成電弧54,所述電弧54完全被埋在焊劑60的層中。
[0012]SAW的具體優(yōu)勢在于高沉積速率是可能的。例如，與GMW每小時5-10鎊（~ 2-4kg/h)相比，用SAW的每小時超過100鎊應(yīng)用焊接金屬（45kg/h)或更多的沉積速率是可 能的。SAW的具體缺點在于，作為實踐問題，由于重力通常將導(dǎo)致粒狀焊劑從非水平表面滑 落，只有水平表面可以被焊接。由于這些約束條件，SAW通常被用在這樣的應(yīng)用中，即在大 的、水平放置的目標物（例如，管制作）中形成高沉積速率焊縫。
[0013] 圖5說明這樣的SAW系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，從供絲線軸64獲得的焊絲62借助于 包括驅(qū)動輥子（未示出）的供絲組件66經(jīng)焊槍68被輸送至安裝在臺70上的固定位置中 的工件（未示出），被輸送通過焊槍68,在焊槍68處焊絲62形成焊縫。在所示出的具體實 施方案中，供絲線軸64、供絲組件66和焊槍68被安裝在架71上的固定位置中，架71沿導(dǎo) 軌72是可移動的，以致連續(xù)的焊縫可以沿工件的整個長度形成。在其他實施方案中，供絲 線軸64、供絲組件66和焊槍68被安裝在固定位置中，而工件沿臺70是可移動的，以提供連 續(xù)的伸長的焊縫。在兩者中的任一情況中，適合的焊劑供應(yīng)系統(tǒng)（未示出）通常被提供，來 自動地用焊劑覆蓋要被焊接的位置。
[0014]取決于應(yīng)用，就整個系統(tǒng)被永久地安裝在單一使用位置中的意義而言，這個SAW系統(tǒng)可以是固定的。在其他的應(yīng)用中，就這個系統(tǒng)在例如焊接橋大梁時可以在不同的使用 位置之間移動的意義而言，這個SAW系統(tǒng)可以是移動的。
[0015] 在工業(yè)上，在如圖5所說明的線軸上或者在筒、桿（stem)或卷軸上的焊絲62被供 給到焊槍68。在所有情況中，這種焊絲供應(yīng)件通常被安裝在相對于焊槍68的固定位置并且 通常相當(dāng)靠近焊槍68。類似地，供絲組件66通常也被安裝在相對于焊槍68的固定位置并 且相當(dāng)靠近焊槍68。作為這些特征的結(jié)果，引導(dǎo)系統(tǒng)，例如在圖1-3中說明的GMW系統(tǒng)中 的柔韌鞘48不是必需的。這是因為在焊絲62和將該焊絲從供絲線軸64輸送到焊槍68的 結(jié)構(gòu)元件之間基本上沒有滑動摩擦。因此，SAW系統(tǒng)的焊絲不被提供一般在GMAW系統(tǒng)使用 的用于減少滑動摩擦的固體潤滑劑。
[0016] 正如在上面指出的，SAW中的沉積速率通常比GMAW中的高很多。通過利用比GMAW 粗的焊絲以及使用更多的電功率來使之成為可能。例如，用于SAW的焊絲直徑通常為1/16 英寸（~I. 6mm)或更大，而用于GMAW的焊絲具有約1/16英寸（~I. 6mm)或更小的直徑。 不管怎樣，由于SAW中的這些基本上更強烈的條件，焊絲通過的焊槍接觸末端的使用壽命 因為摩擦和磨粒磨損（abrasivewear)的緣故可以是非常短的。例如，當(dāng)與清潔的（沒有 吸收肥皂殘留物）裸（即，未覆蓋）標準鋼SAW焊絲一起被用于SAW焊接時，標準的商用鈹 銅接觸末端的使用壽命可以短至四小時或更少。
[0017] 由于這個問題，商業(yè)SAW焊絲幾乎總是覆蓋有銅覆層。令人遺憾的是，當(dāng)焊絲穿過 滾花（knruled)的驅(qū)動輥子（例如，在圖4中的驅(qū)動輥子52)和一般在標準SAW焊絲輸送 系統(tǒng)中看到的焊絲矯直器時，這個銅覆蓋部分經(jīng)常從所述焊絲被剝落。久而久之，該剝落的 銅可以在輸送系統(tǒng)中累積成為銅薄片（flakes)，并且甚至可以污染正在形成的焊縫。取決 于一種液態(tài)金屬脆化的、被稱為"銅裂（coppercracking) "的現(xiàn)象，這種銅污染轉(zhuǎn)而能危害 焊縫完整性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 通過用于埋弧焊的焊絲解決了該問題，具體地是具有權(quán)利要求11以及權(quán)利要求1 和9方法的特征的SAW焊絲。本發(fā)明的各種示例性實施方案在從屬權(quán)利要求中限定并且將 在下面詳細討論。依據(jù)本發(fā)明，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)焊絲固體潤滑劑在減少埋弧焊中接觸末端磨 粒磨損方面起的作用將基本上與銅覆蓋的一樣好。由此，依據(jù)本發(fā)明，這樣的效果是可能 的，即消除通常在埋弧焊中使用銅覆蓋SAW焊絲時遇到的銅浪費和污染問題，同時仍維持 銅覆蓋能夠?qū)崿F(xiàn)的改善的接觸末端使用壽命。
[0019] 因此，本發(fā)明提供用于埋弧焊的新的焊絲，所述焊絲包括埋弧焊焊絲基體和在所 述焊絲基體的表面上的細粒固體潤滑劑。
[0020] 本發(fā)明還提供一種用于減少在埋弧焊中使用的焊槍的接觸末端上的磨粒磨損的 方法，所述方法包括將在表面上具有固體潤滑劑的焊絲基體用作焊絲。
[0021] 其中，所述焊絲具有大于1/16英寸（~I. 6mm)的直徑。
[0022] 其中，所述埋弧焊焊絲基體不含銅覆蓋。
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