用于焊接电极的系统和方法技术方案

本发明专利技术主要涉及焊接，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)的电极。在一个实施例中，一种管状焊丝包括套管和内芯。内芯包括共同构成内芯的10%以下重量的碳源和钾源。而且，碳源选自以下群组：炭黑、灯黑、碳纳米管和金刚石。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于焊接电极的系统和方法
本专利技术主要涉及焊接，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)的电极。
技术介绍
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)。
技术实现思路
在一个实施例中，一种管状焊丝型电极包括套管和内芯。内芯包括碳源和钾源，该碳源和钾源共同构成内芯的10％以下重量。而且，碳源选自以下群组：炭黑、灯黑、碳纳米管和金刚石。在另一个实施例中，一种焊接方法包括将焊丝型电极输送到焊接装置内。焊丝型电极包括套管和内芯，并且内芯包括碳源和稳定剂，该碳源和稳定剂共同构成内芯的10％以下重量。所述方法还包括在焊丝型电极和经包覆的金属工件之间形成焊弧。在另一个实施例中，一种焊接系统包括构造成接纳焊丝型电极的焊枪。焊丝型电极包括碳源和碱金属源，该碳源和碱金属源共同构成焊丝型电极的10％以下重量。而且，焊枪构造成在焊丝型电极和工件之间保持电弧的同时以所需模式循环移动焊丝型电极。附图说明本专利技术的各种特征、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：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；图2是根据本公开实施例得到的管状焊接电极的截面图；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)。相应地，本公开涉及加入了各种形式的碳(例如石墨、石墨烯、炭黑、灯黑、金刚石或类似碳源)以稳定电弧和/或改变焊缝化学性质(例如增加碳含量)的焊接电极组成。而且，本焊接电极实施例可以进一步包括其他的稳定剂，例如碱金属化合物(也就是1族元素，例如锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)或铯(Cs)的化合物)，碱土金属化合物(也就是2族元素，例如铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)的化合物)，稀土硅化物以及另一些元素(例如钛、锰或类似元素)和矿物质(例如黄铁矿、磁铁矿等)。如下所述，公开的焊接电极可以实现经包覆的工件(例如镀覆、镀锌、喷涂、镀铝、渗碳(carburized)或类似地经包覆的工件)和/或较薄的工件(例如20-、22-、24-gauge或更薄的工件)的焊接。另外，公开的焊接电极基本上实现了不同焊接结构(例如直流反接(DCEN)、直流正接(DCEP)、可变极性、脉冲直流(DC)、平衡或非平衡交流(AC)极性波形)和不同焊接方法(例如涉及焊接期间焊接电极的圆形或蛇形移动)下的可接受焊缝。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颗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。还应该意识到术语“稳定剂”通常可以用于指代提供电弧和/或焊缝质量改善的任何管状焊接件成分。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、FCAW-G、GTAW、SAW、SMAW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。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(condition)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)。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供应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反应等)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、Ar/CO2混合物、Ar/CO2/O2混合物、Ar/He混合物等。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用作稳弧剂并且进一步还可以变成至少部分地熔入焊缝从而影响焊缝机械性质的焊药或合金成分。而且，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管状焊丝，包括：套管和内芯，其中所述内芯包括共同构成内芯的10%以下重量的碳源和钾源，并且其中所述碳源选自以下群组：炭黑、灯黑、碳纳米管和金刚石。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.12 US 13/418,1481.一种管状焊丝，包括：套管和内芯，其中所述内芯包括碳源和钾源，所述碳源和钾源共同构成内芯的10％以下重量，并且其中所述碳源选自以下群组：炭黑、灯黑、碳纳米管和金刚石，其中所述内芯还包括硫源，所述硫源包括亚硫酸锰、二硫化钼、石膏、硫酸钙、硫酸钡或黄铁矿。2.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述钾源包括硅酸钾、钛酸钾、藻酸钾、碳酸钾、氟化钾、磷酸钾、硫化钾、氢氧化钾、氧化钾、高锰酸钾、氟硅酸钾、钾长石、钼酸钾或其组合。3.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述管状焊丝包括稀土硅化物。4.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述碳源和钾源共同构成内芯的0.1％到3％之间的重量。5.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述碳源和钾源共同构成内芯的0.01％到8％之间的重量。6.如权利要求1所述的管状焊丝，其中所述碳源和钾源共同构成内芯的0.05％到5％之间的重量。7.一种焊接方法，包括：将焊丝型电极输送到焊接装置内，其中所述焊丝型电极包括套管和内芯，并且其中所述内芯包括碳源和稳定剂，所述碳源和稳定剂共同构成内芯的10％以下重量，所述内芯还包括硫源，所述硫源包括亚硫酸锰、二硫化钼、石膏、硫酸钙、硫酸钡或黄铁矿；以及在焊丝型电极和经包覆的金属工件之间形成焊弧。8.如权利要求7所述的方法，包括向焊弧附近提供保护气流，其中所述保护气流包括氩气、二氧化碳、氧气、氮气、氦气或其组合。9.如权利要求7所述的方法，其中所述经包覆的金属工件包括经镀锌的工件。10.如权利要求7所述的方法，其中所述经包覆的金属工件包括热镀锌的工件。11.如权利要求7所述的方法，其中所述经包覆的金属工件包括已被喷涂、镀覆、渗碳、涂覆亚硝酸盐或其组合的金属工件。12.如权利要求7所述的方法，其中所述经包覆的金属工件包括已被镀铬、镀铝或其组合的金属工件。13.如权利要求7所述的方法，其中所述稳定剂包括硅酸钾、钛酸钾、藻酸钾、碳酸钾、氟化钾、磷酸钾、硫化钾、氢氧化钾、氧化钾、高锰酸钾、氟硅酸钾、钾长石、钾辉钼矿或其组合。14.如权利要求13所述的方法，其中所述稳定剂包括磁铁矿、黄铁矿、钛、锆、稀土硅化物或其组合。15.如权利要求7所述的方法，其中所述工件包括16gauge或更小的厚度。16.一种焊接系统，包括：构造成容纳焊丝型电极的焊枪，其中所述焊丝型电极包括碳源和金属源，所述碳源和金属源共同构成焊丝型电极的10％以下重量，其中所述金属源包括碱金属源、碱土金属源或其任意组合，并且其中所述焊枪构造成在焊丝型电极和工件之间保持电弧的同时以所需模式循环移动焊丝型电极，其中所述焊丝型电极包括套管和内芯，所述内芯包括硫源，所述硫源包括亚硫酸锰、二硫化钼、石膏、硫酸钙、硫酸钡或黄铁矿。17.如权利要求16所述的焊接系统，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·巴霍斯特，马里奥·阿马塔，
申请(专利权)人：霍伯特兄弟公司，
类型：发明
国别省市：美国;US