用于焊接带有轧制氧化皮的工件的系统和方法技术方案

本发明专利技术概括地涉及气体保护金属极电弧焊接(GMAW)，更具体地涉及带有轧制氧化皮的钢工件的金属芯电弧焊接(MCAW)。公开了一种金属芯焊丝，该金属芯焊丝包括鞘和芯，能够在没有预先去除轧制氧化皮的情况下焊接带有轧制氧化皮的工件。金属芯焊丝具有按金属芯焊丝的重量计占约0.04％至约0.18％的硫源，并且具有按金属芯焊丝的重量计占约0.09％至约0.54％的纤维素源。

System and method for welding workpieces with rolled oxide skin

The present invention relates generally to gas shielded metal arc welding (GMAW), and more particularly to metal cored arc welding (MCAW) with rolled oxide skin. A metal cored wire includes a sheath and a core that can weld workpieces with rolled oxide skin without the prior removal of rolled oxide skin. The metal cored wire has a sulfur source of about 0.04% to about 0.18% according to the weight of the metal cored wire and has a cellulose source that accounts for about 0.09% to about 0.54% of the weight of the metal cored wire.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于焊接带有轧制氧化皮的工件的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2014年10月17日提交的题为“用于焊接带有轧制氧化皮的工件的系统和方法(SYSTEMSANDMETHODSFORWELDINGMILLSCALEDWORKPIECES)”的美国临时申请序列号为62/065,371的优先权和权益，出于所有目的其全部内容通过引用并入本文中。
技术介绍
本专利技术概括地涉及气体保护金属极电弧焊接(GMAW)，更具体地涉及带有轧制氧化皮的钢工件的金属芯电弧焊接(Metal-coredArcWelding(MCAW))。电弧焊接通常用于诸如造船、海上平台、建筑、重型设备、轧管机等多种应用中。某些电弧焊接工艺(例如，气体保护金属极电弧焊接(GMAW)和金属芯电弧焊接(MCAW))使用焊丝，焊丝通常为焊缝熔敷提供填充金属的供给，并且在电弧焊过程中提供电流通路。管状焊丝例如包括围绕颗粒状芯的金属鞘。具体地，金属芯焊丝是一种类型的管状焊丝，其通常形成基本上无渣的焊缝熔敷，与其他类型的管状焊丝(例如药芯管状焊丝)相比，金属芯焊丝减少了焊后加工工序。结构和重型设备应用中常见的一种类型的钢工件是热轧钢。由于热轧钢通常在含氧气氛中冷却，所以它形成混合的铁氧化物覆盖层，通常被称为轧制氧化皮。这种轧制氧化皮覆盖物提供了阻挡层，同时它保持完整无缺，保护下面的钢免于进一步氧化。在GMCW或MCAW工艺中使用之前，通常将带有轧制氧化皮的钢工件通过酸洗或喷砂去除轧制氧化皮覆盖物，而这大大增加了焊接过程的时间和成本。
技术实现思路
在一个实施例中，一种金属芯焊丝包括鞘和芯，并且能够在没有预先除轧制氧化皮的情况下焊接带有轧制氧化皮的工件。金属芯焊丝具有按金属芯焊丝的重量计占约0.04％至约0.18％的硫源，并且具有按金属芯焊丝的重量计占约0.09％至约0.54％的纤维素源。在一个实施例中，一种焊接带有轧制氧化皮的钢工件的方法包括：将金属芯焊丝向带有轧制氧化皮的钢工件推进，其中金属芯焊丝包括鞘和芯，并且其中金属芯焊丝包括硫源和纤维素源。该方法包括在带有轧制氧化皮的钢工件的表面附近提供保护气体流，以及对金属芯焊丝通电以在金属芯焊丝与带有轧制氧化皮的钢工件之间产生电弧。该方法还包括在带有轧制氧化皮的钢工件上形成焊缝熔敷，而不形成大量熔渣层。在一个实施例中，一种制造金属芯焊丝的方法包括：在金属鞘内设置颗粒状芯以形成金属芯焊丝。金属芯焊丝的芯包括：硫源，其按重量计占芯的约0.2％至约1％；以及纤维素源，其按重量计占芯的约1％至约3％。该方法还包括压制围绕芯的金属鞘以形成所述金属芯焊丝。附图说明参考附图阅读以下具体实施方式时，将更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点，整个附图中相同的附图标记表示相同的部件，其中：图1是根据本公开的实施例金属芯电弧焊接(MCAW)系统的框图；图2是根据本公开的实施例金属芯焊丝的横截面视图；图3是根据本公开的实施例金属芯焊丝可用于焊接带有轧制氧化皮的工件的工艺；以及图4是根据本公开的实施例制造金属芯焊丝的方法。具体实施方式下面将描述本公开的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明说明，实际实施方式的所有特征可能不在说明书中描述。实际实施方式的所有特征可能并没有在说明书中进行说明。应当理解，在任何此类实际实施方式的开发过程中，如同在任何工程或设计项目中，必须做出许多实施方式特定的决定，以实现开发者的特定目的，例如符合系统相关的和行业相关的约束，其可随着实施方式不同而有所变化。而且，应当理解，此类开发努力虽然可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，仍然是设计、加工以及制造的例行任务。当介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一”，“一个”，“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”，“包含”和“具有”是指包括性的，并意味着可以存在除所列元件之外的其他元件。应当理解，在本文中使用时，术语“管状焊接电极”或“管状焊丝”可以指具有金属鞘和颗粒状或粉末状芯的任何焊丝或电极，例如金属芯或药芯焊接电极。还应当理解，术语“稳定剂”或“添加剂”通常可用于指代提高电弧质量，焊接质量或以其他方式影响焊接工艺的管状焊接的任何组分。此外，在本文中使用时，“约”通常可以指近似值，在某些实施例中，可以表示与实际值(例如，大于或小于)的差异小于0.01％，小于0.1％或小于1％。也就是说，在某些实施例中，“近似”值可以精确到所述值的(例如，加或减)0.01％，0.1％或1％范围内。在本文中使用时，“源”(例如硫源)用来表示包括经鉴定的元素的化学物质或化合物，不考虑其化学状态(例如硫酸盐，亚硫酸盐，硫化物等等)。在本文中使用时，“基本上没有”或“基本上不含”可以指完全不存在的组分或特征、仅以非常有限的程度(例如，小于1％)存在的特征、或者以不显著水平存在的特征，如本领域普通技术人员所判断的。如上所述，带有轧制氧化皮的钢工件在结构和重型设备应用中很常见，通常在MCAW之前去除轧制氧化皮。由于在焊接带有轧制氧化皮的工件时，轧制氧化皮覆盖层的铁氧化物可以防止焊接池充分熔化并在(例如，充分浸润)坡脚线处流动，并且高行进速度使这个问题进一步恶化，所以通常进行这种去除轧制氧化皮(例如酸洗或喷砂)的处理。可以注意到，在药芯焊丝电弧焊接(FCAW)工艺中，可以不去除轧制氧化皮，而使用例如药芯焊丝来焊接带有轧制氧化皮的工件。然而，如上所述，药芯焊丝通常在焊缝熔敷上形成熔渣层，这增加了焊后去除处理的时间。此外，药芯焊丝产生更大量的焊接烟尘和飞溅，这对于某些应用来说是不允许的。因此，本实施例涉及金属芯焊丝，其能够在带有轧制氧化皮的钢工件上形成具有良好焊道形状的高质量焊缝熔敷。因此，所公开的金属芯焊丝实现了MCAW操作，而无需预先将带有轧制氧化皮的钢工件去除轧制氧化皮。由于焊接之后通常使用例如喷砂对工件进行清洁，所以本专利技术公开的金属芯焊丝实现了在仅经过单一(即，焊后)表面处理的带有轧制氧化皮的钢工件上进行焊接工艺，提高了焊接工艺的效率。具体地，所公开的金属芯焊丝包括某些组分，从而使电弧能够有效地穿透轧制氧化皮覆盖层并且使焊池能够有效地浸润带有轧制氧化皮的工件表面。这些组分包括有意添加的以下各项的一种或多种：硫源、锑源和纤维素源。在某些实施例中，所公开的金属芯焊丝包括硫源(例如硫酸钾)，以确保焊池有效地浸润工件的表面。在某些实施例中，所公开的金属芯焊丝包括锑源(例如，锑氧化物)，其作为表面活性剂，有助于在远离焊道坡脚线处形成硅岛，并且使硅岛朝向焊道的中心，在那里它们更容易去除。在某些实施例中，所公开的金属芯焊丝包括纤维素源(例如，纤维素纸，羧甲基纤维素钠)，有助于渗透轧制氧化皮覆盖层并浸润下面的钢表面。具体地，本专利技术人已经确定，虽然这些组分各自单独地提高带有轧制氧化皮的钢工件的可焊性，但是这些组分在组合(例如硫/锑、硫/纤维素、硫/锑/纤维素)时甚至更有效。此外，可以理解，通常，焊丝的硫含量往往减到最低限度以避免在焊缝熔敷中形成硫导致的裂缝，因此，在某些本专利技术公开的金属芯焊丝实施例中有意包含硫源，并不是金属芯焊丝的常规特征。参照附图，图1示出了根据本公开使用金属芯管状焊丝的金属芯电弧焊接(MCAW)系统10的一个实施例。焊接系统10包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属芯焊丝，包括鞘和芯，能够在没有预先去除轧制氧化皮的情况下焊接带有轧制氧化皮的工件，其中所述金属芯焊丝包括硫源和纤维素源，其中：所述硫源按重量计占所述金属芯焊丝的约0.04％至约0.18％；以及所述纤维素源按重量计占所述金属芯焊丝的约0.09％至约0.54％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.17 US 62/065,371;2015.10.09 US 14/879,5781.一种金属芯焊丝，包括鞘和芯，能够在没有预先去除轧制氧化皮的情况下焊接带有轧制氧化皮的工件，其中所述金属芯焊丝包括硫源和纤维素源，其中：所述硫源按重量计占所述金属芯焊丝的约0.04％至约0.18％；以及所述纤维素源按重量计占所述金属芯焊丝的约0.09％至约0.54％。2.如权利要求1所述的金属芯焊丝，其中所述硫源包括硫酸钾、铁硫化物、二硫化钼、或其组合。3.如权利要求1所述的金属芯焊丝，其中所述纤维素源包括羧甲基纤维素钠。4.如权利要求1所述的金属芯焊丝，其中所述金属芯焊丝包括锑源，所述锑源按重量计占所述金属芯焊丝的约0.09％至约0.36％。5.如权利要求4所述的金属芯焊丝，其中所述硫源按重量计占所述金属芯焊丝的约0.04％至约0.18％，所述锑源按重量计占所述金属芯焊丝的约0.09％至约0.36％，并且所述纤维素源按重量计占所述金属芯焊丝的约0.1％至约0.36％。6.如权利要求4所述的金属芯焊丝，其中所述硫源按重量计占所述芯的约0.2％至约1％，所述锑源按重量计占所述芯的约0.5％至约2％，并且所述纤维素源按重量计占所述芯的约1％至约3％。7.如权利要求4所述的金属芯焊丝，其中所述锑源包括合金化到所述金属鞘中的锑。8.如权利要求4所述的金属芯焊丝，其中所述锑源包括设置在所述芯中的锑氧化物。9.如权利要求1所述的金属芯焊丝，其中所述金属芯焊丝基本上不含铟。10.如权利要求1所述的金属芯焊丝，其中镍按重量计占所述金属芯焊丝的约0.25％至约0.75％。11.如权利要求1所述的金属芯焊丝，其中锰按重量计占所述金属芯焊丝的约2％至约2.5％。12.如权利要求1所述的金属芯焊丝，其中碳按重量计占所述金属芯焊丝的约0.13％至约0.21％。13.一种焊接带有轧制氧化皮的钢工件的方法，包括：将金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·爱德华·巴霍斯特，达里尔·L·邓肯，约瑟夫·C·邦迪，肖志刚，
申请(专利权)人：霍伯特兄弟公司，
类型：发明
国别省市：美国,US