减少铜裂纹的焊剂体系的制作方法

专利名称：减少铜裂纹的焊剂体系的制作方法
技术领域：
本发明整体上涉及焊接领域，更特别地针对具有改进的焊缝形成性质的焊剂，更加特别地针对涉及用于焊极的以减少在形成的焊缝中产生铜裂纹的焊剂体系。
背景技术：
在电弧焊接领域内，焊接工艺的主要种类使用实心焊丝的熔化极气体保护电弧焊(GMAW)或者使用金属芯焊丝的熔化极气体保护电弧焊(GMAW-C)、气体保护药芯焊丝电弧焊(FCAW-G)、自保护药芯焊丝电弧焊(FCAW-S)、焊条电弧焊(SMAW)以及埋弧焊(SAW)。这些工艺中，使用实心或者金属芯焊条的熔化极气体保护电弧焊正日益用于连接和被覆金属部件。由于该类型的焊接工艺具有高的生产性和通用性，因此，其变得日益普及。这种生产性和通用性的提高来自于熔化极气体保护电弧焊(GMAW &GMAW-C)中焊条的连续性，其具有超过焊条电弧焊(SMAW)的相当高的生产率。而且，这些焊条形成非常漂亮的焊缝，其具有非常少的熔渣，这样就节省了用于清洁焊缝以及处理熔渣的时间和成本，而这是其它焊接工艺所常见的问题。熔渣熔渣在使用实心或者金属芯焊条的熔化极气体保护电弧焊中，在焊接过程中使用保护气体来为焊缝提供保护免受空气污染。实心焊条适当掺杂配料，与保护气体相结合提供具有期望的物理和机械性能的无孔焊缝。在药芯焊条中，这些配料在内部，在金属外壳的中心(填充物)，并提供了与实心焊条相类似的功能。
设计实心或者药芯焊条以在适当的气体保护的情况下提供实心实质上无孔的焊缝，该焊缝具有屈服强度、抗张强度、延性以及冲击强度以在最终的应用中发挥令人满意的功能。也将这些焊条设计成在焊接过程中使所产生的熔渣量最小化。药芯焊条日益成为实心焊条的替代品，因为其在结构部件的焊接加工中具有高的生产率。药芯焊条是一种组合焊条，其由包围芯体(填充物)材料的金属外壳组成。该芯体可以主要由金属粉末组成。该芯体可以还含有焊剂组分以协助电弧稳定性、焊缝润湿性(wetting)以及外形等，以便在焊接中获得需要的物理和机械性能。药芯焊条通过下述方法制造混合芯体材料的成分，并将其堆积在成型条带(formed strip)内，接着将条带闭合并拉伸至最终的直径。与实心焊条相比，药芯焊条具有更高的沉积速率，形成更宽、更一致的熔接透入轮廓(weld penetration profile)。而且，与实心焊条相比，它们具有改善的电弧行为、产生更少的烟雾和飞溅并赋予焊接沉积物更好的润湿性能。
在焊接领域中，以往在开发以预定方式发挥功能的具有预定焊剂组分的焊剂组合物方面已经花费了许多的精力。已经开发了多种组合物用作电弧焊的焊剂，同时也可以作为一般的焊接焊剂。在电弧焊接中使用焊剂用于控制电弧稳定性、改性焊接金属组成并提供防止大气污染的保护。电弧稳定性通常通过改变焊剂组成来控制。焊剂也通过在金属中提供更易熔的杂质和可以与这些杂质结合的且优先于金属形成熔渣的物质来调节焊接金属组成。熔渣可以加入其它的材料来降低熔渣熔点、提高熔渣的流动性并作为焊剂颗粒的粘结剂。
熔渣在管截面的焊接中，通常要使用一种或多种焊条，将该焊条加料到要连接的管截面之间的凹槽内，将该管截面连接在一起。在管截面之间的凹槽内一般填充有颗粒焊料，用于保护焊缝免受大气污染。在焊接工艺过程中，来自熔化的焊条的熔化金属被由颗粒焊剂形成的熔化的熔渣所覆盖。焊接焊条，无论是实心焊丝或芯焊丝，一般都含有铜外层，其用于在焊接焊条及电焊机电源之间形成电连接。铜层的电阻率非常低，以致于电流从焊枪的接触端传到焊接焊条时，不会产生大量的热损失。在焊条通过焊枪给料焊条时，铜片通常要从焊条的外表面被去除。这些铜片或铜颗粒通常在焊接过程中与颗粒焊剂相混合。这些铜片或铜颗粒在焊接过程中从被加热的熔渣中熔化出来，然后经过熔渣并与所形成的焊缝相接触。所形成的铁基合金焊缝一般在约1400-1800EC下开始固化。铜的熔点是约1085EC。因此，熔化的铜常常经过熔化的熔渣，并最终在固化的焊缝的上表面上凝固。熔化的铜有低的表面张力，因此容易在焊缝的晶界处移到固化的焊缝中。熔化的铜移入晶界内会导致铜裂纹。在管焊接中任何种类的裂纹都是不能被接受的缺陷。当再循环再利用颗粒焊剂时，铜裂纹的发生率就变得更加明显，由于该再利用的颗粒焊剂具有增加的铜片或铜颗粒含量。在再利用的颗粒焊剂中增加铜片或铜颗粒的量，会导致在所形成的焊缝中增加铜裂纹的发生率。为了降低铜裂纹的可能性，通常建议只一次性使用颗粒焊剂。这个建议既昂贵，并会导致对大量有效颗粒焊剂的浪费。另一个降低铜裂纹发生的方法，是减少焊条上焊接端的研磨行为，因此降低铜从焊条上剥落的发生率。这种方式要求要经常注意焊机，这既浪费时间又导致相对高频率的停工期，以用于更换焊枪的部件。因此，这两种方法既降低了铜裂纹的发生率，又增加了成本和时间，因此，增加了形成焊缝的成本，也增加了形成焊缝的时间。
根据焊接技术的现状，需要一种颗粒焊剂，可以降低铜裂纹的发生率，同时可以使再利用颗粒焊料成为可能。

发明内容
本发明属于用于焊接的熔渣体系，更特别地属于与焊条一起使用的颗粒焊剂体系，它是为降低形成焊缝时铜裂纹的发生率而配制的。颗粒焊剂体系是针对应用于埋弧焊工艺而特别配制的，且将在此外的特别说明中进行描述；然而，可以理解，该颗粒焊剂体系可以用于其它种类的焊接工艺中，颗粒焊剂体系还针对通过埋弧焊工艺将管子截面焊接在一起而特别配制，且将在此外的特别说明中进行描述；然而，可以理解，用本发明的颗粒体系可以将其他种类的加工件焊接在一起。颗粒焊剂体系是为降低在焊接过程中铜裂纹的发生率而配制的。当熔化的铜移到固化的焊缝时会产生铜裂纹。铜一般来源于在焊接操作中，当铜表皮焊条经过焊枪时，落入颗粒焊剂的铜片。在颗粒焊剂中的部分铜片由于焊接电弧产生的热量而熔化，并且移通过颗粒焊剂及在焊接过程中产生的熔化的熔渣。由于熔化的铜的低表面张力，所以熔化的铜最终移过熔渣到与刚刚固化的焊缝相接触，继续进入继续冷却形成焊缝的固态焊缝的晶界中。铜进入焊缝的晶界中可能导致裂纹。本发明的颗粒焊剂体系是为降低熔化的铜与刚刚固化的焊缝相接触的发生率而配制的，其通过加快熔化熔渣的凝固速率，和/或制造较高结晶度结构的固化熔渣。已经发现，通过加快熔化熔渣的凝固或固化速率，可以减少与刚刚固化的焊缝相接触的熔化的铜的量。熔化熔渣的凝固速率可以随熔渣的溶化温度的升高而提高。由于熔渣的熔化温度升高，所以将溶化熔渣冷却到低于其熔点温度所需要的时间就会缩短，因此增加了熔化熔渣的凝固速率。当熔渣处于熔化状态时，熔化的铜就很容易移过熔渣与焊缝相接触。一旦熔渣凝固，熔化的铜经过固化熔渣的移动速率会显著降低或停止。通过停止熔化的铜流经固态熔渣的速率，减少了渗透过熔化熔渣及晶粒而与焊缝相接触的熔化的铜的量，因此降低了铜裂纹的产生率。熔化的铜在固态熔渣中的不良移动，其结果是铜在到达与焊缝相接触之前，就最终固化于熔渣内了，因此限制了该铜在焊缝中造成铜裂纹的机会。停止熔化的铜移过熔化熔渣的速率，其结果是减少与固化的焊缝相接触的熔化的铜量。如前所述，一旦熔化的熔渣固化，熔化的铜移过固化的熔渣的速率会显著减少或停止。进而还发现，通过配制颗粒焊剂，从而形成具有增加的晶体结构的固态熔渣，可以减小熔化的铜移过固态熔渣的速率。一定的熔渣组分当冷却到固态形式时，具有形成玻璃态结构的趋势，而其他熔渣组分在固化时形成晶体结构。玻璃态结构是更易流动的结构，并允许熔化的铜移过固态熔渣。已发现晶体结构基本上阻挡了熔化的铜的移动。因此，增加熔渣固化时形成晶体结构的熔渣组分的百分比，会明显阻止熔化的铜移过固态熔渣。
按照本发明的一个方面，提供了一种颗粒焊剂体系，包括增加的氧化镁和/或氧化钙的量。在颗粒焊剂体系内的氧化镁和/或氧化钙的增加量，其结果是提高熔化熔渣的熔点，且促进更多晶体熔渣的形成。在本发明的一个实施方式中，颗粒焊剂体系中的氧化钙的重量百分比是至少约3重量％，更有代表性地是约3.5-8重量％，且更有代表性地是约5-6重量％。在本发明的另一个和/或可替代的实施方式中，在颗粒焊剂体系内的氧化镁重量百分比至少约10重量％，更有代表性地是约12-20重量％，更有代表性地是约15.75-17重量％。在仍然是本发明的另一和/或可替代的实施方式中，颗粒焊剂体系内的氧化钙和氧化镁的重量百分比是至少约15重量％，更有代表性地是约18-28重量％，更有代表性地是约20.7-23.5重量％。
仍然按照本发明的另一和/或可替代的方面，提供了一种颗粒焊剂体系，包括减少量的氧化钠、二氧化硅和/或氧化锆。颗粒焊剂体系中的氧化钠、二氧化硅和/或氧化锆会导致造成熔渣熔点的降低和/或促进形成更多的玻璃-态熔渣。在颗粒焊剂体系中减少氧化钠、二氧化硅和/或氧化锆，可以用于提高熔渣的熔点、和/或造成熔渣形成更多晶体结构。在本发明的一个实施方式中，颗粒焊剂体系中氧化钠的重量百分比小于约6重量％，更有代表性地是约0-4重量％，且更有代表性地是约1.5-3重量％。在本发明的另一个和/或可替代的实施方式中，颗粒焊剂体系中二氧化硅的重量百分比是小于约30重量％，更有代表性地是约10-25重量％，且更有代表性地是约15-20重量％。仍然在本发明的另一个和/或可替代的实施方式中，颗粒焊剂体系中氧化锆的重量百分比是小于约6重量％，更有代表性地是约0-3重量％，且更有代表性地是约0-1重量％。还是在本发明的另一个和/或可替代的实施方式中，颗粒焊剂体系中氧化钠、二氧化硅和/或氧化锆的重量百分比是小于约40重量％，更有代表性地是约10-25重量％，且更有代表性地是约15-24.2重量％。
仍然按照本发明的另一个和/或可替代的方面，提供了一种颗粒焊剂体系，具有下列重量百分比组成组份实施例A实施例B实施例C实施例D实施例EAl2O310-40％15-30％20-35％22-33％24-29％CaO 3-10％ 4-8％ 5-9％ 4-7％ 5-7％CaF28-20％ 10-20％10-18％10-18％12-15％FeOx0-5％ 0-4％ 0-3％ 0-3％ 0.5-2％K2O0-4％ 0-3％ 0-3％ 0-2％ 0-1％MgO 8-25％ 10-20％12-20％14-22％14-18％MnO 5-20％ 8-18％ 9-16％ 10-16％10-14％Na2O 0-6％ 0-4％ 0-4％ 1-4％ 1-3％SiO210-25％12-22％12-20％14-20％15-18％TiO20-8％ 0-5％ 0-4％ 0-3％ 0.1-1％ZrO20-4％ 0-3％ 0-2％ 0-2％ 0-2％仍然按照本发明的另一个和/或可替代的方面，在埋弧焊工艺中，使用颗粒焊剂的金属焊条，一般是实心金属焊丝、或在焊丝的芯里含有金属粉末的金属焊丝。当金属焊条是带芯的金属焊丝时，一般，焊丝的金属外壳主要由铁(如碳钢、低碳钢、不锈钢、低合金钢等)制成；然而，金属外壳可以主要由其他材料制成。一般填充组分占焊条总重量的至少约1重量％，且不超过焊条总重量的80重量％，且一般是焊条总重量的约8-60重量％，更有代表性地为焊条总重量的约10-40重量％。填充组分包含一种或多种金属合金化试剂，其针对至少接近满足焊接金属组分的需要和/或获得所形成的焊缝所需的性质来选择。该合金金属的非限定性例子包括铝、锑、铋、硼、钙、碳、铬、钴、铜、铁、铅、锰、钼、镍、铌、硅、锡、钛、钨、钒、锌、锆等。
仍然是本发明的进一步和/或可替代的方面，与焊条和颗粒焊剂体系相协同作用的保护气，对焊缝提供保护，以防止大气中的元素和/或化合物。保护气通常包含一种或多种气体。这些一种或多种气体通常是惰性的、或对于焊缝组分来讲实质上是惰性的。在一种实施方式中，氩气、二氧化碳或其混合物至少部分用作保护气。该实施方式的一个方面，保护气包括约2-40体积％的二氧化碳，其余是氩气。该实施方式的另一个和/或可替代的方面，保护气包括约5-25体积％的二氧化碳，其余是氩气。能够理解，可以使用其他和/或另加的惰性或实质上惰性的气体。
本发明的主要目的是提供焊接工艺，其结果是减少焊缝中的铜裂纹。
本发明的另一个和/或可替代的目的，是提供可减少焊缝中铜裂纹的颗粒焊剂。
仍然是本发明的另一个和/或可替代的目的，是提供颗粒焊剂体系，其形成在较高温度下固化或凝固的熔渣，和/或形成具有较高结晶度结构的固体熔渣。
仍然是本发明的另一个和/或可替代的目的，是提供可再利用的颗粒焊剂，而不造成焊缝中铜裂缝发生率的实质性增加。
这些或其他目的或优点，将在本发明与现有技术之间区别的讨论中，并结合如附图所示的优选实施方式，变得清晰。


图1是埋弧焊系统的流程示意图；
图2是图1沿2-2线的横截面放大示意图；图2A是与图2相似的横截面放大示意图，示出以芯焊条作为焊丝；图3示出焊条与周围具有在埋弧焊工艺中使用的焊剂的加工件之间关系的侧面示意图；图4示出现有技术中，如图3所示的现有焊接工艺中，当大颗粒纯铜沉积于固化焊接金属外表面时，铜移入或渗入晶界的横截面放大示意图；图5示出当熔化的熔渣冷却时，现有的熔渣以及由本发明的颗粒焊剂所形成的熔渣的粘度随时间变化的曲线图；图6示出在现有技术的熔渣中、以及在由本发明的颗粒焊剂所形成的熔渣中，熔化的铜的移动速率随时间的变化曲线图。
发明的详细描述现更详细地参见附图，其中所示的内容，目的仅在于说明本发明的优选实施方式，不在于限定本发明，图1示意性地示出使用电弧焊丝W的埋弧焊工艺，该电弧焊丝W设置于卷轴10上，且通过驱动辊12，14从卷轴上拉出。本发明的颗粒焊剂体系，主要配制用于埋弧焊工艺；然而，可以理解，该颗粒焊剂体系也可以用于其他种类的焊接工艺。再参见图1，辊给焊丝W施力，使其经接触点16至接地的加工件WP，在此处，焊丝被来自AC、DC+或DC-电源20的电流熔化。为了执行焊接工艺，电源线22与焊枪的接触点16相连接。按照标准技术，焊丝是实心焊丝、焊剂芯焊丝或金属芯焊丝。实心金属焊丝如图2所示。实心金属焊丝W包括实心金属芯30，其具有用低电阻率表层40覆盖或涂覆的圆筒状外表皮32。按照工业实施标准，低电阻率表层40主要是纯铜。图2示出金属芯焊丝W。金属芯焊丝包括金属外壳120和在金属外壳内的金属粉末122。该金属外壳具有用低电阻率表层130如主要是纯铜覆盖或涂覆的圆筒状外表皮124。
图3更详细地示出埋弧焊工艺，其中焊丝W的低端50面向加工件WP。当焊条或焊丝W以如图3所示的箭头的方向横向移动时，来自电源20的电流产生电弧A。焊接工艺从加工件和前进的焊丝W上熔化下金属，形成最终固化成焊缝60的熔化金属浆。焊丝W从大量颗粒焊剂62中移过。颗粒焊剂配制成在焊接过程中部分熔化，并在焊缝60上形成保护熔渣层80。该熔渣层是设计用于保护焊缝，防止大气中的不利分子(如氧氮等)和/或化合物(如水等)与熔化的焊缝相接触。
在焊接过程中，当焊丝经过焊枪时，将铜片或铜颗粒70从焊丝W外表面刮下。这些铜片或铜颗粒70相当大量地且在某些情况下以球状积累于颗粒焊剂62内，如在图3中示意性地示出。这些大量来自焊丝W表层40的金属颗粒或片70，在焊接工艺中熔化，并移过颗粒焊剂72和/或熔化的熔渣80。移动路线90表示熔化的铜颗粒或块状物70移过熔化的熔渣80。熔渣一般配制为固化温度低于被焊金属或焊缝60的固化温度；然而，如移动路线90所示，熔化的铜片或颗粒70可以移动到与固化并形成晶粒的焊接金属相接触。
参见图4，熔化的铜示于热焊缝60的上表面64上。在这种情况下，一块铜70a已经移过熔化的熔渣80到达焊缝60的上表面64上。这种现象是本发明所针对的现有技术存在的问题。在焊缝60的上表面64上，纯铜块70a具有低的表面张力，并容易渗入至固体焊缝的晶粒102、104的晶界100内。虽然熔化的铜颗粒70a的大小与晶界的大小100不成比例；但是图4示意性地示出当熔化的纯铜块移过熔化的熔渣80并与焊接金属焊缝60相接合。纯铜进入固化的焊缝的晶界内。因此会降低整个焊接的强度，在存在残余应力的位置将形成裂纹。这种裂纹是不可接受的缺陷。
本发明的颗粒焊剂，为降低铜裂纹的发生率而配制，即使在多次循环利用颗粒焊剂时。选择颗粒焊剂组分，基于1)提高熔化熔渣的熔点温度，因此使熔渣更快地凝固，和/或2)形成在结构中有更多晶体的固体熔渣。颗粒焊剂是现有的具有低熔点熔化熔渣、并形成玻璃态熔渣的焊剂体系的改进。将一种现有技术中的颗粒焊剂体系与新的颗粒焊剂体系的非限定性例子相比较，焊剂体系的重量百分比如下所示化合物 现有技术新配方Al2O326.6％ 27.3％CaO4.97％ 5.81％CaF213.5％ 13.9％FeOx1.2％ 1.7％K2O 0％ 0％
MgO15.7％ 16.6％MnO10.5％ 12.5％Na2O 3.1％ 2.3％SiO219％ 17.7％TiO20.8％ 0.8％ZrO22.2％ 0％颗粒焊剂体系的新配方克服了一些与焊缝内铜裂纹相关的以前的问题。新配方形成具有大量晶体结构的熔渣，而现有技术形成玻璃态熔渣。作为这些新配方的特征所带来的结果，在焊接工艺中，明显地更少量熔化的铜移过熔渣，因此在焊接冷却时，进入固化焊缝晶界内的熔化的铜的量有明显减少。减少熔化的铜移过熔渣的量的效果示于图5和6中。图5示出用实线表示的由本发明的颗粒焊剂所形成的一种非限定性熔渣的粘度，相对于用虚线表示的由与如上所述的例子相似的现有技术的颗粒焊剂所形成的熔渣的粘度。如图5所示，当熔化的熔渣冷却且形成具有晶体结构的熔渣时，如垂直线所示出的，粘度会非常快地上升。由现有的颗粒焊剂所形成的熔化的熔渣具有较低的粘度，其粘度逐渐上升直到熔渣冷却并凝固或固化。由现有的焊剂体系所形成的熔渣具有较低的熔点，因此与按照本发明的颗粒焊剂相比，要用更长时间来固化。由现有的焊剂所形成的熔渣一旦固化，就形成玻璃态熔渣，其与由按照本发明的焊剂体系所形成的晶体结构熔渣相比，具有较低的最终粘度。由现有的焊剂体系所形成的熔渣的最终粘度用线的扁率来表示。由按照本发明的焊剂体系所形成的熔化熔渣快速凝固时间所带来的结果是，可以使更少的熔化的铜移过熔渣。这种现象示于图6中。如图6所示，熔化的铜移过按照本发明的焊剂体系所形成的熔化熔渣的速率是相对低的，认为这部分由于熔化熔渣的较高粘度和/或熔渣的结构。当熔化的熔渣固化时，熔渣的晶体结构根本上阻止了熔化的铜进一步通过熔渣的移动。由现有的颗粒焊剂所形成的溶化的熔渣在形成时具有较低的粘度，因些熔化的铜通过熔化的熔渣的移动速率较大。当熔化的熔渣开始冷却时，熔渣的粘度升高且熔化的铜通过熔渣的移动速率降低。一旦熔渣固化，熔化的铜通过固态熔渣的移动速率会更低，但是由于固态熔渣的玻璃态结构，所以熔化的铜仍然可以移过固态熔渣，从而渗过熔渣至固态金属焊缝。每条线下的面积表示在熔化的及固态熔渣内移动的熔化的铜的相对量。表示按照本发明的焊剂体系所形成的熔渣的实线下的面积，明显小于表示由现有焊剂体系所形成熔渣的虚线下的面积。这种移过按照本发明的焊剂体系所形成的熔渣的熔化的铜的显著减少，其结果是显著减少了在焊缝冷却中熔化的铜渗入到焊缝晶粒的事故。因此，通过使用本发明的焊剂体系所以减少了铜裂纹的发生。事实上，本发明的颗粒焊剂体系所形成的熔渣允许非常少量的铜移过熔渣，没有使用的颗粒焊剂可以在其他焊接操作用再使用，不会造成铜裂纹发生率的明显增加。
所讨论的实施方式、以及本发明的其他实施方式的这些或其他变化，从此处所公开的内容，对于本领域技术人员来讲是显而易见的、且有启示的，因此，可以明确理解，前面的叙述性的内容仅解释为对本发明的描述，且不作为其限定。
权利要求
1.一种颗粒焊剂，其为减少在焊接过程中移过熔渣的熔化的铜的量而配制，所述颗粒焊剂包含至少约15重量％的高熔点组分，以及小于约40重量％的促进玻璃态熔渣的组分，所述高熔点组分与所述促进玻璃态熔渣的组分的重量比至少约为0.86∶1，所述高熔点组分包括从下列物质组成的组中选择的化合物CaO、MgO或其组合，所述促进玻璃态熔渣的组分包括从下列物质组成的组中选择的化合物Na2O、SiO2、ZrO2或其组合。
2.如权利要求1所述的颗粒焊剂，其中，所述高熔点组分与所述促进玻璃态熔渣的组分的重量比约为0.9-1.5∶1。
3.如权利要求2所述的颗粒焊剂，其中，所述高熔点组分与所述促进玻璃态熔渣的组分的重量比约为0.95-1.2∶1。
4.如权利要求1-3任一所述的颗粒焊剂，其中，所述高熔点组分的重量百分比大于所述促进玻璃态熔渣的组分的重量百分比。
5.如权利要求1-4任一所述的颗粒焊剂，其中，所述Na2O、SiO2、ZrO2或其组合构成最多约30重量％的所述颗粒焊剂。
6.如权利要求5所述的颗粒焊剂，其中，所述Na2O、SiO2、ZrO2或其组合构成最多约24.2重量％的所述颗粒焊剂。
7.如权利要求1-6任一所述的颗粒焊剂，其中，所述CaO、MgO或其组合构成至少约18重量％的所述颗粒焊剂。
8.如权利要求7所述的颗粒焊剂，其中，所述CaO、MgO或其组合构成至少约20.7重量％的所述颗粒焊剂。
9.如权利要求1-8任一所述的颗粒焊剂，其中，所述CaO构成至少约3重量％的所述颗粒焊剂。
10.如权利要求1-9任一所述的颗粒焊剂，其中，所述MgO构成至少约10重量％的所述颗粒焊剂。
11.如权利要求1-10任一所述的颗粒焊剂，其中，所述Na2O构成小于约6重量％的所述颗粒焊剂。
12.如权利要求1-11任一所述的颗粒焊剂，其中，所述SiO2构成小于约30重量％的所述颗粒焊剂。
13.如权利要求1-12任一所述的颗粒焊剂，其中，所述ZrO2构成小于约6重量％的所述颗粒焊剂。
14.如权利要求1-13任一所述的颗粒焊剂，其中，所述颗粒焊剂以重量百分比计包含Al2O310-40％CaO 3-10％CaF228-20％FeOx0-5％K2O 0-4％MgO 8-25％MnO 5-20％Na2O0-6％SiO210-25％TiO20-8％ZrO20-4％。
15.如权利要求1-13任一所述的颗粒焊剂，其中，所述颗粒焊剂以重量百分比计包含Al2O315-30％CaO 4-8％CaF210-20％FeOx0-4％K2O 0-3％MgO 10-20％MnO 8-18％Na2O0-4％SiO212-22％TiO20-5％ZrO20-3％。
16.如权利要求1-13任一所述的颗粒焊剂，其中，所述颗粒焊剂以重量百分比计包含Al2O320-35％CaO 5-9％CaF210-18％FeOx0-3％K2O 0-3％MgO 12-20％MnO 9-16％Na2O0-4％SiO212-20％TiO20-4％ZrO20-2％。
17.如权利要求1-13任一所述的颗粒焊剂，其中，所述颗粒焊剂以重量百分比计包含Al2O322-33％CaO 4-7％CaF210-18％FeOx0-3％K2O 0-2％MgO 14-22％MnO 10-16％Na2O1-4％SiO214-20％TiO20-3％ZrO20-2％。
18.如权利要求1-13任一所述的颗粒焊剂，其中，所述颗粒焊剂以重量百分比计包含Al2O324-29％CaO5-7％CaF212-15％FeOx0.5-2％K2O 0-1％MgO14-18％MnO10-14％Na2O 1-3％SiO215-18％TiO20.1-1％ZrO20-2％。
19.一种方法，用于减少在焊接工艺中在焊缝硬化和冷却中所形成的晶粒内所沉积的熔化的铜的量，包括a)提供可消耗的焊接焊条，所述焊条包括外部导电的铜涂层；b)通过焊枪加料所述可消耗的焊接焊条，在通过焊枪加料所述可消耗的焊接焊条时，至少部分所述铜层从所述可消耗的焊接焊条上剥落；c)至少部分熔化所述可消耗的焊接焊条，以造成将所述可消耗的焊接焊条的熔化部分沉积于加工件上，以在至少一个工作件上形成焊接金属；d)在所述焊接金属形成的区域内，提供颗粒焊剂；e)至少部分熔化所述颗粒焊剂，以在至少部分所述焊接金属周围形成熔化的熔渣，所述颗粒焊剂为减少移过所述熔渣的熔化的铜而配制，所述颗粒焊剂包含至少约15重量％的高熔点组分，以及小于约40重量％的促进玻璃态熔渣的组分，所述高熔点组分与所述促进玻璃态熔渣的组分的重量比至少约为0.86∶1。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述焊接工艺是埋弧焊工艺。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述可消耗的焊条含有实心金属芯。
22.如权利要求19所述的方法，其中，所述可消耗的焊条含有粉末金属芯。
23.如权利要求19-22任一所述的方法，其中，包括引导保护气至所述加工件上，至少部分保护所述沉积于加工件上的焊接金属。
24.如权利要求24所述的方法，其中，所述保护气包括氩气、二氧化碳或其混合物。
25.如权利要求19-24任一所述的方法，其中，所述高熔点组分与所述促进玻璃态熔渣的组分的重量比约为0.9-1.5∶1。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述高熔点组分的重量百分比大于所述促进玻璃态熔渣的组分的重量百分比。
27.如权利要求19-26任一所述的方法，其中，所述促进玻璃态熔渣的组分包括从下列物质组成的组中选择的化合物Na2O、SiO2、ZrO2或其组合。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述Na2O、SiO2、ZrO2或其组合构成最多约30重量％的所述颗粒焊剂。
29.如权利要求28所述的方法，其中，所述Na2O、SiO2、ZrO2或其组合构成最多约24.2重量％的所述颗粒焊剂。
30.如权利要求19-29任一所述的方法，其中，所述高熔点组分包括从下列物质组成的组中选择的化合物CaO、MgO或其组合。
31.如权利要求30所述的方法，其中，所述CaO、MgO或其组合构成至少约18重量％的所述颗粒焊剂。
32.如权利要求31所述的方法，其中，所述CaO、MgO或其组合构成至少约20.7重量％的所述颗粒焊剂。
33.如权利要求19-32任一所述的方法，其中，所述CaO构成至少约3重量％的所述颗粒焊剂。
34.如权利要求19-33任一所述的方法，其中，所述MgO构成至少约10重量％的所述颗粒焊剂。
35.如权利要求19-34任一所述的方法，其中，所述Na2O构成小于约6重量％的所述颗粒焊剂。
36.如权利要求19-35任一所述的方法，其中，所述SiO2构成小于约30重量％的所述颗粒焊剂。
37.如权利要求19-36任一所述的方法，其中，所述ZrO2构成小于约6重量％的所述颗粒焊剂。
38.如权利要求19-37任一所述的方法，其中，所述颗粒焊剂以重量百分比计包含Al2O310-40％CaO 3-10％CaF28-20％FeOx0-5％K2O0-4％MgO 8-25％MnO 5-20％Na2O 0-6％SiO210-25％TiO20-8％ZrO20-4％。
39.如权利要求19-37任一所述的方法，其中，所述颗粒焊剂以重量百分比计包含Al2O315-30％CaO 4-8％CaF210-20％FeOx0-4％K2O 0-3％MgO 10-20％MnO 8-18％Na2O0-4％SiO212-22％TiO20-5％ZrO20-3％。
40.如权利要求19-37任一所述的方法，其中，所述颗粒焊剂以重量百分比计包含Al2O320-35％CaO 5-9％CaF210-18％FeOx0-3％K2O 0-3％MgO 12-20％MnO 9-16％Na2O0-4％SiO212-20％TiO20-4％ZrO20-2％。
41.如权利要求19-37任一所述的方法，其中，所述颗粒焊剂以重量百分比计包含Al2O322-33％CaO 4-7％CaF210-18％FeOx0-3％K2O 0-2％MgO 14-22％MnO 10-16％Na2O 1-4％SiO214-20％TiO20-3％ZrO20-2％。
42.如权利要求19-37任一所述的方法，其中，所述颗粒焊剂以重量百分比计包含Al2O324-29％CaO 5-7％CaF212-15％FeOx0.5-2％K2O0-1％MgO 14-18％MnO 10-14％Na2O 1-3％SiO215-18％TiO20.1-1％ZrO20-2％。
全文摘要
一种为在焊缝中减少铜裂纹而配制的颗粒焊剂。该颗粒焊剂在焊接工艺中形成熔渣，从而阻止或防止移过熔渣的熔化的铜的移动。
文档编号B23K35/38GK1927529SQ20061011597
公开日2007年3月14日 申请日期2006年8月22日 优先权日2005年9月8日
发明者马休·J.·詹姆斯, 特雷沙·梅尔菲 申请人:林肯环球公司