用于焊接电极的系统和方法
【专利摘要】本发明主要涉及焊接，并且更具体地涉及用于电弧焊例如气体保护金属极电弧焊(GMAW)或药芯焊丝电弧焊(FCAW)的焊丝。在一个实施例中，一种管状焊丝包括套管和内芯。而且，所述内芯包括碳源以及含有I族或II族化合物、二氧化硅和二氧化钛的烧结物。另外，碳源和烧结物共同构成内芯的小于10％的重量。
【专利说明】用于焊接电极的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年4月17日提交的申请号为61/625，488且发明名称为“SYSTEMSAND METHODS FOR WELDING ELECTRODES(用于焊接电极的系统和方法)”的美国临时专利申请的优先权及其受益权，在此以参见方式引入其全部内容以用于所有目的。
【技术领域】
[0003]本发明主要涉及焊接，并且更具体地涉及用于电弧焊例如气体保护金属极电弧焊(GMAff)或药芯焊丝电弧焊(FCAW)的电极。
【背景技术】
[0004]焊接是一种已经在很多行业普及的用于多种应用场合的过程。例如，经常要在例如造船、海上平台、建筑物、轧管机等应用场合使用焊接。某些焊接技术(例如气体保护金属极电弧焊(GMAW)、气体保护药芯焊丝电弧焊(FCAW-G)和气体保护钨极电弧焊(GTAW))通常使用保护气(例如氩气、二氧化碳或氧气)以于焊接过程期间在焊弧和熔池内及其周围提供特定的局部氛围，而另一些焊接技术(例如药芯焊丝电弧焊(FCAW)、埋弧焊(SAW)和自动保护金属极电弧焊(SMAW))则并没有这样做。另外，某些类型的焊接可以涉及焊丝形式的焊接电极。焊丝通常可以在焊接过程期间提供用于焊缝的填料金属供给并且提供用于电流的路径。而且，某些类型的焊丝(例如管状焊丝)可以包括通常能够改变焊接过程和/或所得焊缝性质的一种或多种成分(例如焊药、稳弧剂或其他添加剂)。
【发明内容】
[0005]在一个实施例中，一种管状焊丝包括套管和内芯。而且，所述内芯包括碳源以及含有I族或II族化合物、二氧化硅和二氧化钛的烧结物(agglomerate)。另外，碳源和烧结物共同构成内芯的小于10%的重量。
[0006]在另一个实施例中，一种含有碳源的粒状焊丝内芯包括石墨、炭黑或灯黑。而且，粒状内芯包括含有氧化钾或氧化钠、二氧化硅、二氧化钛和氧化锰的烧结物。另外，碳源和烧结物共同构成内芯的小于10%的重量。
[0007]在另一个实施例中，一种制作管状焊丝的方法包括在金属套管内放置内芯。内芯包括碳源和烧结物。而且，烧结物包括下述每一种元素的至少一种氧化物:1族或II族金属、硅和锰。另外，碳源和烧结物共同构成管状焊丝的小于10%的重量。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]本发明的各种特征、应用和优点将在参照附图阅读以下的详细说明时得到更好的理解，其中同样的附图标记在附图中始终表示相同的部件，在附图中:
[0009]图1是根据本公开实施例得到的气体保护金属极电弧焊(GMAW)系统的框图；
[0010]图2是根据本公开实施例得到的管状焊接电极的截面图；
[0011]图3是根据本公开实施例得到的一种过程，通过该过程即可将管状焊接电极用于焊接工件；以及
[0012]图4是根据本公开实施例得到的一种用于制作管状焊接电极的过程。
【具体实施方式】
[0013]如上所述，某些类型的焊接电极(例如管状焊丝)可以包括通常能够改变焊接过程和/或所得焊缝性质的一种或多种成分(例如焊药、稳弧剂或其他添加剂)。例如，本发明的焊接电极实施例可以包括稳定剂例如碳化合物、碱金属化合物、碱土金属化合物、稀土化合物等。另外，如下所述，公开的焊接电极中的某些稳定成分能够以烧结物的形式存在于焊接电极的内芯中。正如以下详细介绍的那样，将一种或多种稳定成分设置为烧结物就使稳定化合物能够以比非烧结物状的化合物更好地适用于焊接环境的形式输送。例如，在某些实施例中，公开的电弧稳定成分可以提供“软电弧(soft arc)”，所述软电弧通常能够向工件提供适当的热量以熔化工件的各个部分和/或气化甚至是薄工件的涂层(例如镀锌工件的锌涂层)而不会导致烧穿。在某些实施例中，由本发明公开的焊接电极中的一种或多种稳定剂提供的“软电弧”可以实现无涂层和有涂层(例如镀覆、镀锌、喷涂、镀铝、渗碳或类似涂覆)工件的焊接改善。另外，本发明的方法可以有效用于焊接较薄的工件，例如厚度小于16gauge(0.051英寸)、小于20gauge (0.032英寸)、小于22gauge (0.25英寸)或约为24gauge (0.02英寸)的工件。
[0014]应该意识到如本文所用的术语“管状焊接电极”或“管状焊丝”可以指代具有金属套管和粒状或粉末状内芯的任意焊丝或电极，例如金属内芯或药芯的焊接电极和焊丝。还应该意识到术语“稳定剂”通常可以被用于指代管状焊丝中改善电弧和/或焊缝质量的任何成分，例如某些公开的碳源、碱金属化合物、碱土金属化合物和稀土化合物。
[0015]转至附图，图1根据本公开示出了使用焊接电极(例如管状焊丝)的气体保护金属极电弧焊(GMAW)系统10的实施例。应该意识到尽管此处的讨论可以具体关注图1所示的GMAW系统10，但是本文公开的焊接电极也可以有助于任何使用焊接电极的电弧焊过程(例如FCAW、FCAff-G, GTAff, SAW、SMAff或类似的电弧焊过程)。焊接系统10包括焊接供电单元12、焊接送丝机14、供气系统16和焊枪18。焊接供电单元12通常为焊接系统10供电并且可以通过缆束20耦合至焊接送丝机14以及利用具有夹头26的引线电缆24耦合至工件22。在图示的实施例中，焊接送丝机14通过缆束28耦合至焊枪18，目的是为了在焊接系统10工作期间向焊枪18提供可消耗的管状焊丝(也就是焊接电极)和电力。在另一个实施例中，焊接供电单元12可以耦合至焊枪18并直接为焊枪18供电。
[0016]焊接供电单元12通常可以包括从交流电源30 (例如交流电网、发动机/发电机组或其组合)接收输入功率、调制输入功率并通过电缆20提供直流或交流输出功率的功率转换电路。因此，焊接供电单元12可以根据焊接系统10的要求给焊接送丝机14供电，从而相应地给焊枪18供电。终止于夹头26的引线电缆24将焊接供电单元12耦合至工件22以闭合焊接供电单元12、工件22和焊枪18之间的电路。焊接供电单元12可以包括能够根据焊接系统10的要求所规定的那样将交流输入功率转换为直流正接(DCEP)输出、直流反接(DCEN)输出、直流可变极性、脉冲直流或可变平衡(例如平衡或非平衡)交流输出的电路元件(例如变压器、整流器、开关等)。应该意识到本文公开的焊接电极(例如管状焊丝)能够针对多种不同的供电结构实现焊接过程的改进(例如改进电弧稳定性和/或改进焊缝质量)。
[0017]图示的焊接系统10包括从一个或多个保护气源17向焊枪18提供保护气或保护气体混合物的供气系统16。在图示的实施例中，供气系统16通过导气管32直接耦合至焊枪18。在另一个实施例中，供气系统16可以改为耦合至送丝机14，并且送丝机14可以调节从供气系统16到焊枪18的气体流量。如本文所用的保护气可以指代能够为了提供特定的局部氛围(例如保护电弧、提高电弧稳定性、限制金属氧化物的形成、改善金属表面的润湿、改变焊缝熔敷的化学性质等)而提供给电弧和/或熔池的任何气体或气体混合物。在某些实施例中，保护气流可以是保护气或保护气体混合物(例如氩气(Ar)、氦气(He)、二氧化碳(CO2)、氧气(O2)、氮气(N2)、类似合适的保护气或其任意的混合物)。例如，(通过譬如管路32输送的)保护气流可以包括Ar、KrfCO2混合物、Ar/C02/02混合物、Ar/He混合物等。例如，在某些实施例中，保护气可以是75 %的Ar和25 %的CO2的混合物或者是90 %的Ar和10%的CO2的混合物。
[0018]因此，图示的焊枪18通常是接纳焊接电极(也就是管状焊丝)、接收来自焊接送丝机14的电力以及来自供气系统16的保护气流，其目的是为了执行工件22的GMAW。在工作期间，焊枪18可以送到工件22附近以使得在可消耗的焊接电极(也就是离开焊枪18接触端的焊丝)和工件22之间能够形成电弧34。另外，如下所述，通过控制焊接电极(也就是管状焊丝)的组成即可改变电弧34和/或得到的焊缝(例如组成和物理特性)的化学性质。例如，焊接电极可以包括能够影响焊缝机械性质的焊药和/或合金成分。而且，焊接电极(也就是焊丝)的某些成分还可以在电弧附近提供附加的保护氛围，影响电弧的传导性质和/或给工件表面脱氧等。
[0019]图2示出了本发明公开的焊丝实施例的截面图。图2示出的管状焊丝50包括封装粒状或粉末状内芯54的金属套管52。金属套管52可以由任意合适的金属或合金(例如高碳钢、低碳钢或其他合适的金属或合金)制成。应该意识到由于金属套管52通常可以提供用于焊缝的一部分填料金属，因此金属套管52的组成可以影响所得焊缝的组成。所以金属套管52可以包括能够选择用于提供期望焊缝性质的添加剂或杂质(例如碳、碱金属、锰、镍、铜或者类似的化合物或元素)。
[0020]图示管状焊丝50的粒状内芯54通常可以是压缩粉末，其组成如下所述可以包括一种或多种稳定成分。例如，为了稳定电弧34，粒状内芯54的某些实施例可以包括碳源、碱金属化合物或烧结物、碱土金属化合物或烧结物以及稀土化合物中的一种或多种。而且，在某些实施例中，稳定剂(例如碳源和一种或多种稳定烧结物)可以占据粒状内芯约10%的重量或更少。粒状内芯54的各种成分可以均质或非均质地(例如成块或成团56地)分布在粒状内芯54中。正如以下详细阐述的那样，粒状内芯54中的一种或多种稳定成分(例如一种或多种碱金属化合物和/或碱土金属化合物)可以用烧结物或熔块的形式设置在粒状内芯54内。另外，对于某些焊接电极的实施例(譬如金属芯焊接电极)，粒状内芯54可以包括能够为焊缝提供至少一部分填料金属的一种或多种金属(例如铁、镍、铜、高碳铁粉末、钥铁合金粉末或其他合适的金属)。可以存在于管状焊丝50内的其他成分的示例包括例如能够在可从Illinois Tool Works公司购得的METALLOY X-CEL?焊接电极中发现的其他稳定成分、焊药成分和合金成分。
[0021]一般地说，在某些实施例中，管状焊丝50内的稳定剂组合(例如一种或多种碳源、碱金属化合物、碱土金属化合物和/或稀土化合物)相对于粒状内芯54或整个管状焊丝50的总百分比可以在约0.01%的重量到约10%的重量之间。例如，在某些实施例中，一种或多种稳定剂的组合相对于粒状内芯54或整个管状焊丝50的总百分比可以在约0.01%的重量到约8%的重量之间、在约0.05%的重量到约5%的重量之间或者在约0.1 %的重量到约4%的重量之间。应该意识到在有电弧34的条件下，焊丝的组件(例如金属套管52、粒状内芯54等)可以改变物理状态、化学反应(例如氧化、分解等)或者变成基本上未被焊接过程改性地熔入焊缝中。
[0022]存在于粒状内芯54和/或金属套管52内的碳源可以有多种形式并且可以稳定电弧34和/或增加焊缝中的碳含量。例如，在某些实施例中，石墨、石墨烯、纳米管、富勒烯或类似基本为Sp2杂化的碳源均可被用作管状焊丝50内的碳源。而且，在某些实施例中，石墨烯或石墨还可以被用于提供可能存在于碳板之间孔隙空间内的其他成分(例如水分、气体、金属等)。在另一些实施例中，基本为SP3杂化的碳源(例如微米或纳米金刚石、碳纳米管、巴克球)可以被用作碳源。在又一些实施例中，基本为无定形的碳(例如炭黑、灯黑、烟灰或类似的无定形碳源)可以被用作碳源。而且，尽管本公开可以将这种成分称作“碳源”，但是应该意识到碳源也可以是能够包含非碳元素(例如氧、卤素、金属等)的化学改性碳源。例如，在某些实施例中，管状焊丝50可以(例如在粒状内芯54和/或金属套管54内)包括炭黑碳源，其中可以包含约20%的锰含量。另外，在某些实施例中，碳源以重量计可以占据粒状内芯54的约0.01%到9.9%之间、约0.05%到5%之间、约0.1%到3%之间、约0.25%到2%之间、约0.4%到I %之间或者约0.5%。
[0023]另外，管状焊接电极50还可以包括用于稳定电弧34的一种或多种碱金属和/或碱土金属化合物。也就是说，管状焊丝50的粒状内芯54可以包括一种或多种I族和2族元素，也就是锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)或钡(Ba)的化合物。示例性化合物的非限制性列表包括I族(也就是碱金属)和2族(也就是碱土金属)的硅酸盐、钛酸盐、钛酸锰盐、藻酸盐、碳酸盐、齒化物、磷酸盐、硫化物、氢氧化物、氧化物、高锰酸盐、硅齒化物、长石、铯榴石、辉钥矿和钥酸盐。例如，在一个实施例中，管状焊丝50的粒状内芯54可以包括钛酸锰钾、硫酸钾、钠长石、钾长石和/或碳酸锂。发明名称为“STRAIGHT POLARITY METAL CORED WIRES”的美国专利US7087860和发明名称为“STRAIGHT POLARITY METAL CORED WIRE”的美国专利US6723954中介绍了可以使用的碳源和碱金属化合物的类似示例，这两篇文献的全部内容以参见方式被引入以用于所有目的。此外，在某些实施例中，上述的I族和2族化合物可以直接设置在管状焊丝50的内芯54中，而在另一些实施例中，上述的I族和2族化合物可以被用于形成烧结物，正如以下详细阐述的那样。应该意识到某些上述的化合物可以在结块过程期间转化为另一种类型的化合物(例如碳酸钾可以变成氧化钾)。
[0024]另外，管状焊丝50还可以包括其他的稳定成分。具体地，稀土化合物(例如稀土硅化物、稀土氧化物等)主要可以为电弧34提供稳定性并且可以影响所得焊缝的性质。因此，本发明公开的焊丝的某些实施例可以包括一种或多种稀土化合物(例如镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)或其他合适的稀土金属的化合物)。示例性化合物的非限制性列表包括:稀土硅化物、氧化物、硅酸盐、钛酸盐、藻酸盐、碳酸盐、卤化物、磷酸盐、硫化物、氢氧化物、高锰酸盐、齒化硅、长石、铯榴石、辉钥矿和钥酸盐。例如，在某些实施例中，管状焊丝50可以使用稀土硅化物，例如其中可以包括稀土元素(譬如铈)的(譬如可从伊利诺斯州的Miller and Company of Rosemont公司购得的)稀土娃化物。作为进一步的示例，在某些实施例中，管状焊丝50可以包括一种或多种稀土元素的氧化物(例如氧化铈、氧化镧、氧化钐等)以在焊接操作期间为电弧34提供稳定性。正如以下详细讨论的那样，在某些实施例中，稀土化合物跟烧结物(例如碱金属化合物和/或碱土金属化合物)结合使用以为电弧提供组合稳定效果。
[0025]进一步地，管状焊丝50可以附加或可选地包括其他的元素和/或矿物质以控制所得焊缝的化学性质。例如，在某些实施例中，管状焊丝50的粒状内芯54和/或金属套管52可以包括某些元素(例如钛、锰、锆、氟或其他元素)和/或矿物质(例如黄铁矿、磁铁矿等)。作为具体的示例，某些实施例在粒状内芯54中可以包括硅化锆、镍锆或者钛、铝和/或锆的合金。具体地，包括各种硫化物、硫酸盐和/或亚硫酸盐化合物(例如二硫化钥、硫化铁、亚硫酸锰、硫酸钡、硫酸钙或硫酸钾)的含硫化合物或者含硫化合物或矿物质(例如黄铁矿、石膏或类似含硫物质)均可被包含在粒状内芯54中以通过改进焊道形状和有助于焊渣脱离来提高所得焊缝的质量，这一点在如下所述焊接镀锌工件时特别有效。进一步地，在某些实施例中，管状焊丝50的粒状内芯54可以包括多种硫源(例如亚硫酸锰、硫酸钡和黄铁矿)，而管状焊丝50的另一些实施例可以仅包括单种硫源(例如黄铁矿或硫化铁)且不包括有效含量的另一种硫源(例如硫酸钾)。
[0026]而且，在本发明公开的管状焊丝50的某些实施例中，多种稳定成分(例如一种或多种碱金属化合物和/或碱土金属化合物)可以存在于粒状内芯54中以作为烧结物或熔块。例如，管状焊丝50的某些实施例可以包括含有一种或多种碱金属化合物和碱土金属化合物以及一种或多种粘合物(例如硅酸钾、硅酸钠或其组合)和/或干燥剂(例如氟化锂)的烧结物或熔块。如本文所用的术语“烧结物”或“熔块”是指已在煅烧炉或烤炉内烧制或加热以使混合物中的成分彼此间紧密接触的化合物的混合物。应该意识到烧结物跟用于构成烧结物的混合物中的个体成分相比可以具有略微或明显不同的化学性质和/或物理性质。例如，在某些实施例中，混合并随即在烧制后烧结的碳酸钾、沙砾和金红石可以提供包括氧化钾、二氧化硅和二氧化钛混合物的烧结物。
[0027]正如本发明公开的那样，将某些稳定成分(例如一种或多种碱金属化合物、碱土金属化合物或任意其他合适的稳定成分)烧结为熔块就能以跟未烧结化合物相比更好地适用于焊接环境的形式输送这些稳定化合物。尽管不希望受限于理论，但烧结物可以改善粒状内芯54的化学和/或物理性质的一种方式是在引入焊弧34的状态之前确保烧结的稳定成分保持干燥(例如从大气或周围环境中吸收很少的湿气或不吸收湿气)。另外，烧结物可以改善粒状内芯54的化学和/或物理性质的另一种方式是在输送至焊弧34之前使稳定成分能够具有特定的相对比例和局部浓度。
[0028]在某些实施例中，管状焊丝50的粒状内芯54可以包括含有一种或多种碱金属化合物(例如氧化钾、氧化钠或其他合适的碱金属化合物)和/或一种或多种碱土金属化合物(例如氧化镁、氧化钙或其他合适的碱土金属化合物)的烧结物。例如，在某些实施例中，粒状内芯54可以包括含有氧化钾和氧化钠组合的烧结物。在某些实施例中，管状焊丝50的粒状内芯54也还可以包括含有其他氧化物(例如二氧化硅、二氧化钛、二氧化锰或其他合适的金属氧化物)和/或某些干燥剂或粘合剂(例如硅酸盐、氟化锂等)的烧结物。例如，管状焊丝50的一个实施例可以包括含有氧化钾、二氧化硅和二氧化钛混合物的烧结物。作为具体示例，管状焊丝50的某些实施例可以在粒状内芯54中包括烧结物(例如占粒状内芯的约1%到约10%之间，或者占粒状内芯的约2% )，并且烧结物可以包括氧化钾(例如占稳定烧结物重量的约22%到约25%之间)、二氧化硅(例如占稳定烧结物重量的约10%到约18%之间)、二氧化钛(例如占稳定烧结物重量的约38%到约42%之间)以及氧化锰或二氧化锰(例如占稳定烧结物重量的约16%到约22%之间)的混合物。
[0029]在某些实施例中，管状焊丝50的粒状内芯54可以包括含有一种或多种碱金属化合物(例如氧化钾、氧化钠或其他合适的碱金属化合物)以及零种或更多种碱土金属化合物(例如氧化镁、氧化钙或其他合适的碱土金属化合物)的烧结物，碱金属化合物和碱土金属化合物共同占据烧结物约5%到75%之间的重量。在另一些实施例中，一种或多种碱金属化合物以及零种或更多种碱土金属化合物可以占据烧结物约5%到95%之间的重量。此夕卜，在某些实施例中，当选择存在于烧结物中的每一种成分的相对含量时也可以考虑其他的化学和/或物理因素(例如烧结物的最大碱金属和/或碱土金属负载、酸度、稳定性和/或吸湿性)。另外，在某些实施例中，烧结物以重量计可以占据粒状内芯54的约0.01%到约9.9%之间、约0.05%到约5%之间、约0.1%到约4%之间、约1%到约3%之间、约1.5%到约2.5%之间或者约2%。
[0030]一般而言，管状焊丝50通常可以稳定用于工件22的电弧34的形成。因此，公开的管状焊丝50可以提高焊接过程期间的熔敷率同时减少焊瘤。进一步应该意识到改善了稳定性的电弧34基本上可以实现包覆金属工件的焊接。示例性包覆工件的非限制性列表包括喷涂、密封、镀锌、热镀锌、镀覆(例如镀镍、镀铜、镀锡或利用类似金属的电镀或化学镀)、镀铬、涂覆亚硝酸盐、镀铝或渗碳的工件。例如，在镀锌工件的情况下，本文公开的管状焊丝50基本上可以改善电弧34的稳定性和熔深以使得能够跟工件22外面的锌涂层无关地实现良好的焊缝。另外，通过改善电弧34的稳定性，公开的管状焊丝50跟使用其他焊接电极可以达到的效果相比基本上可以实现更薄工件的焊接。例如，在某些实施例中，公开的管状焊丝50可以被用于焊接厚度约为16-、20-、22-、24-gauge的金属或者甚至是更薄的工件。
[0031]此外，公开的管状焊丝50还可以跟某些焊接方法或技术(例如焊接电极在焊接操作期间以特定的方式移动的技术)相结合从而可以进一步增强焊接系统10用于特定类型工件的鲁棒性。例如，在某些实施例中，焊枪18可以被设置为将电极在焊枪18内以期望的模式(例如圆形、自旋弧或蛇形的模式)循环或周期性地移动，目的是为了将电弧34保持在管状焊丝50和工件22之间(例如仅保持在管状焊丝50的套管52和工件22之间)。作为具体的示例，在某些实施例中，公开的管状焊丝50可以跟例如在申请号为13/681，687且发明名称为“DC ELECTRODE NEGATIVE ROTATING ARC WELDING METHOD AND SYSTEM”的美国专利申请中介绍的那些焊接方法一起使用，在此以参见方式引入其全部内容以用于所有目的。应该意识到这样的焊接技术如上所述在焊接薄工件(例如具有16-、20-、22-、24-gauge或者甚至是更薄的厚度)时可以特别有效。
[0032]图3示出了工艺60的实施例，通过这种工艺即可利用公开的焊接系统10和管状焊丝50 (例如管状焊接电极50)来焊接工件22。图示的过程60以将管状焊接电极50 (也就是焊丝50)输送至焊接装置(例如焊枪18)开始(方框62)。另外，过程60包括在焊接装置的接触端(例如焊枪18的接触端)附近提供保护气流(例如100%的氩气、75%的氩气/25%的二氧化碳、90%的氩气/10%的氦气或者类似的保护气流)(方框64)。在另一些实施例中，可以使用未采用供气系统(例如图1所示的供气系统16)的焊接系统并且管状焊接电极50的一种或多种成分(例如铝、铁或氧化镁)可以提供保护气成分。接下来，管状焊接电极50可以被送到工件22附近以使得能够在管状焊接电极50和工件22之间形成电弧34 (方框66)。应该意识到电弧34可以利用例如GMAW系统10所用的DCEP、DCEN、直流可变极性、脉冲直流、平衡或非平衡的交流电源结构来生成。而且，如上所述，在某些实施例中，管状焊接电极50可以根据特定的模式和/或几何形状(例如自旋弧、涡旋模式或蛇形模式)相对于工件22循环或周期性地移动(方框68)，以使得能够在焊接过程期间保持电弧34 (例如基本上保持在管状焊接电极50的金属套管52和工件22之间)。另外，在某些实施例中，管状焊接电极50和/或管状焊接电极50在焊接期间的循环移动通常可以实现较薄(例如小于20gauge)工件以及喷涂、镀锌、热镀锌、镀覆、镀铝、镀铬、渗碳或其他类似包覆工件的焊接。
[0033]图4示出了过程70的实施例，通过这种过程即可加工管状焊丝50。过程70以输送扁平金属条通过多个模具从而将金属条成形为部分圆形的金属套管52 (例如形成半圆形或凹槽)来开始(方框72)。在金属条已被至少部分成形为金属套管52之后，就可以用粒状内芯54进行填充(方框74)。因此，部分成形的金属套管52可以用各种粉末状的焊药和合金成分(例如铁氧化物、金属锌或者类似的焊药和/或合金成分)填充。另外，在某些实施例中，可以添加稳定成分(例如一种或多种碳源、和/或一种或多种碱金属化合物、和/或一种或多种碱土金属化合物、和/或一种或多种稀土金属化合物)以使这些稳定成分以重量计共同构成管状焊丝50和/或粒状内芯材料54的小于10%。另外，如上所述，在某些实施例中，碱金属化合物和/或碱土金属化合物能够以烧结物的形式存在于粒状内芯54中。而且，在某些实施例中，加入部分成形套管内的粒状内芯54中也可以存在其他的成分(例如稀土硅化物、磁铁矿、钛酸盐、黄铁矿、铁粉和/或其他类似成分)。
[0034]作为具体示例,在一个实施例中，粒状内芯54 (以重量计)可以包括约71.6%的铁粉、约1.1 %的钛铁粉、约17.1 %的硅锰粉、约4.0 %的铁硅粉、约0.4%的硫化铁(例如黄铁矿)、约0.5%的石墨、约3.3%的稀土硅化物以及约2%的烧结物。而且，也被称作锰硅铁的硅锰粉以硅锰粉的重量计可以包括约62%的锰、约30%的硅和约8%的铁。另外，在这样的实施例中，烧结物(以烧结物的重量计)可以包括约22%到约25%之间的氧化钾和/或氧化钠、约16%到约22%之间的氧化锰或二氧化锰、约10%到约18%之间的二氧化硅以及约38%到约42%之间的二氧化钛。而且，在某些实施例中，如上所述，稀土金属硅化物或稀土金属氧化物可以跟例如烧结物一起被包含在粒状内芯54中以稳定电弧。粒状内芯54的某些其他的实施例可以具有类似的配方，但是可以根据上述数值有所改动(例如改动约5%或更小)。
[0035]一旦粒状内芯材料54中的各种成分已被加入部分成形的金属套管52，那么随后部分成形的金属套管52即可被输送通过一种或多种设备(例如模具)从而可以基本上封闭金属套管52以使其基本上围绕粒状内芯材料54 (例如形成接缝58)(方框76)。另外，封闭的金属套管52随后可以被输送通过多种牵拉设备(例如拉伸模具)以通过压缩粒状内芯材料54来减小管状焊丝50的直径(方框78)。
[0036]尽管在本文中仅仅图示和介绍了本发明的某些特征，但是本领域技术人员可以得到多种变形和修改。因此应该理解所附权利要求意在覆盖落入本发明实质范围内的所有这些变形和修改。
【权利要求】
1.一种管状焊丝，包括: 套管和内芯，其中所述内芯包括碳源和烧结物，其中烧结物包括I族或II族化合物、二氧化硅和二氧化钛，并且其中碳源和烧结物共同构成内芯的小于10%的重量。
2.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述碳源和烧结物共同构成内芯的0.05%到5%之间的重量。
3.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述碳源和烧结物共同构成内芯的I%到2.5%之间的重量。
4.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述I族或II族化合物包括I族或II族的氧化物或者I族或II族的氟化物。
5.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述烧结物包括氧化钾、氧化钠或其组合。
6.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述烧结物包括至少一种氧化形式的锰。
7.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述内芯包括稀土化合物。
8.如权利要求7所述的管状焊丝，其中所述内芯包括镧系金属氧化物或镧系金属硅化物。
9.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述内芯包括硫化铁。
10.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述碳源包括石墨。
11.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述管状焊丝用于焊接厚度为0.125英寸或更薄的镀锌或热镀锌工件。
12.—种粒状焊丝内芯，包括: 碳源，其包括石墨、炭黑或灯黑；以及 烧结物，其包括氧化钾或氧化钠、二氧化硅、二氧化钛和氧化锰，其中碳源和烧结物共同构成内芯的小于10%的重量。
13.如权利要求12所述的粒状焊丝内芯，其中所述烧结物包括至少一种钛的氧化物。
14.如权利要求12所述的粒状焊丝内芯，其中所述内芯包括稀土金属的氧化物。
15.如权利要求12所述的粒状焊丝内芯，其中所述内芯包括稀土金属的硅化物。
16.—种制作管状焊丝的方法，包括: 在金属套管内放置内芯，其中所述内芯包括碳源和烧结物，其中所述烧结物包括下述每一种元素的至少一种氧化物:1族或II族金属、硅和锰，并且其中所述碳源和烧结物共同构成管状焊丝的小于10%的重量。
17.如权利要求16所述的方法，包括形成含有I族或II族化合物、沙砾和金红石的混合物，然后加热所述混合物以形成烧结物。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述I族或II族化合物包括I族或II族的硅酸盐、I族或II族的钛酸盐、I族或II族的藻酸盐、I族或II族的碳酸盐、I族或II族的卤化物、I族或II族的磷酸盐、I族或II族的金属氢氧化物、I族或II族的氧化物、I族或II族的高锰酸盐、I族或II族的长石、I族或II族的铯榴石、I族或II族的钥酸盐或其组合。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述内芯包括氧化镧或氧化铈。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述内芯包括基本由硫化铁构成的单一硫源。
【文档编号】B23K35/368GK104271304SQ201380003671
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年4月16日 优先权日:2012年4月17日
【发明者】史蒂文·爱德华·巴霍斯特, 马里奥·安东尼·阿马塔 申请人:霍伯特兄弟公司