铝金属芯焊丝制造技术

本发明专利技术涉及一种金属芯焊丝，更具体地说，涉及一种用于诸如气体金属电弧焊(GMAW)和气体钨电弧焊(GTAW)的电弧焊的金属芯焊丝。公开的金属芯铝焊丝包括金属护套和设置在金属护套内的粒状芯。粒状芯包括具有多种元素的第一合金，其中第一合金具有低于第一合金的多种元素的各自熔点的固相线。

Aluminum metal cored wire

The invention relates to a metal cored wire, in particular to a metal cored wire for arc welding of gas metal arc welding (GMAW) and gas tungsten arc welding (GTAW). The open metal core aluminum welding wire includes a metal sheath and a granular core set in a metal sheath. The granular core comprises a first alloy with a variety of elements, in which the first alloy has a solid phase line that is lower than the melting point of a variety of elements of the first alloy.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铝金属芯焊丝相关申请的交叉引用本申请要求于2015年2月25日提交的题为“铝金属芯焊丝”的美国临时申请号为62/120,752的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
本专利技术涉及一种金属芯焊丝，更具体地说，涉及一种用于电弧焊，例如气体金属电弧焊(GMAW)和气体钨电弧焊(GTAW)的金属芯铝焊丝。与其他金属相比，铝和铝合金的密度相对较低，耐腐蚀性较好，广泛用作建筑材料。例如，铝合金可以提供约50兆帕(MPa)和约700兆帕(MPa)之间的强度。对于施工应用，铝材料通常通过焊接方式连接。由于铝对氧具有高亲和力，因此铝焊接通常涉及使用惰性保护气体来限制或防止形成氧化铝(氧化铝)和不期望的夹杂物。典型的铝焊丝是实芯焊丝。这些实心焊丝通常通过连续铸造和随后轧制合金以形成具有预定直径的条来制造。通过多个模具拉制所得到的条以减小直径，形成所需尺寸的铝焊丝。由于通常选择铝焊丝的组成以与工件的组成紧密匹配，所以以这种方式生产某些铝焊丝对于不太适合于拉制的某些铝合金是有问题的。铝焊接的一个问题是焊缝孔隙率。通常希望焊缝具有低的孔隙率，在铝焊缝中观察到的孔隙可能由许多来源引起。这些孔的一个显著的来源是在凝固焊接金属过程中释放并形成空隙的氢。氢气可能是在焊弧附近的含氢材料(例如水分或有机材料，例如润滑剂)的分解所形成的。因此，期望防止含氢材料被引入到焊接环境中。
技术实现思路
在一个实施方式中，金属芯铝焊丝包括金属护套和设置在金属护套内的粒状芯。粒状芯包括具有多种元素的第一合金，其中第一合金具有低于第一合金的多种元素的各自熔点的固相线。在一个实施方式中，制造金属芯铝焊丝的方法包括在金属护套内设置粒状芯。粒状芯包括包含多种元素的第一合金，其中第一合金具有低于第一合金的多种元素的各自熔点的固相线。在一个实施方式中，焊接方法包括使用金属芯铝焊丝在工件上形成熔池，其中金属芯铝焊丝包括设置在金属护套内的粒状芯。粒状芯包括包含多种元素的第一合金，其中第一合金具有低于第一合金的多种元素的各自熔点的固相线。附图说明当参考附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本公开的这些和其它特征、方面和优点，其中在所有附图中相同的符号表示相同的组件，其中：图1是根据本公开的使用金属芯铝焊丝的气体金属电弧焊(GMAW)系统的实施方式的示意图；图2A是根据本技术的实施方式的无缝金属芯铝焊丝的横截面示意图；以及图2B是根据本技术的实施方式的包括接缝的金属芯铝焊丝的横截面示意图。具体实施方式下面将描述本公开的一个或多个具体实施方式。为了提供这些实施方式的简明描述，在说明书中可能不会描述实际实施的所有特征。应当理解，在任何这样的实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出许多实施特定的决定来实现开发者的具体目标，例如遵守与系统相关的和与业务相关的约束，这些约束从一个实施到另一个实施可以变化。此外，应当理解，这样的开发工作可能是复杂和耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，它们将是设计、制造和制备的常规工作。当引入本公开的各种实施方式的元素时，用语“一”、“一种”、“该”和“所述”旨在表示存在一种或多种元素。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包容性的，意味着除了所列出的元素之外可以存在附加元素。此外，如本文所用，在某些实施方式中，“约”通常指与实际值具有小于0.01％、小于0.1％或小于1％的差异(例如，较高或更低)的近似值。也就是说，在某些实施方式中，“近似值”可以精确地在所述值的(例如，正或负)0.01％、0.1％或者1％之内。同样地，被描述为“基本上相同”或“基本相似”的两个值大致相同，被描述为“基本上不含”某物质的材料含有约0％的该物质。术语“金属芯”和“金属芯”在本文中指具有金属护套和粒状芯的管状焊丝，其中芯主要包括具有小量(即，小于约5重量％)的非金属组分(例如，成渣剂、金属氧化物、稳定剂等)的金属合金粉末。例如，请参见“不锈钢焊接电极和焊条”的ANSI/ANSA5.9规范。如本文所用，术语“非金属组分”是指不是金属或类金属的元素和元素的化合物(例如氢、碳、氮、氧、磷、硫、卤化物)。如本文所用，“熔点”是指固体物质转化为液体的温度或温度范围。当固体物质是混合物时，如在合金和粉末混合物的情况下，熔点通常包括固相线和液相线之间的一定范围的温度，其中“固相线”是指混合物开始熔化的温度，“液相线”是指混合物完全液化的温度。相比之下，纯固体物质倾向于具有尖锐的、窄的熔点(即固相线和液相线基本相同)。下面更详细讨论的一种特殊混合物是共晶合金。如本文所用，“共晶合金”是指其中固相线和液相线基本相同的合金，其在低于合金的各个元素的熔点的共晶温度下具有尖锐的熔点。因此，可以理解，当涉及具有尖锐熔点的物质(例如纯物质和共晶合金)时，术语“固相线”和“熔点”在本文中可互换使用。如本文所用，“近共晶合金”是指由与共晶合金相同的元素组分产生轻微亚共晶或过共晶组合物制成的合金，只是这些元素的相对量稍微不同，其中液相线和固相线彼此相差小于约20％(例如，小于约10％，小于约5％)。本实施方式针对金属芯铝焊丝。所公开的金属芯铝焊丝包括围绕粒状芯的有缝或无缝铝或铝合金护套，该粒状芯是粉末金属、合金和/或非金属组分的压缩混合物。更具体地，如下面更详细地讨论的，所公开的金属芯铝焊丝实施方式包括在相对低的温度下至少部分熔化的芯，相对低的温度防止一部分粉末芯被保护气体带走，从而提高焊丝的沉积速度。因此，对于下面讨论的金属芯铝焊丝实施方式，芯包括至少一种合金，其熔点低于合金的各个元素的熔点、芯的其他组分的熔点、护套的熔点，或其组合。例如，对于下面讨论的金属芯焊丝实施方式，在芯内，一种或多种合金元素以具有明显低于合金的各个元素的熔点的熔点(或固相线)的合金(例如，共晶合金或近共晶合金)形式存在。在某些实施方式中，金属芯铝焊丝的芯可以包括至少一种具有明显低于芯的其它粉末金属组分的熔点(或固相线)的熔点(或固相线)的合金。在某些实施方式中，芯的组成可以使得芯开始熔化的温度(即，芯的固相线)与护套开始熔化的温度(即，护套的固相线)之间存在明显差异。如下所述，目前公开的金属芯铝焊丝能够以高的沉积速率产生低孔隙率和高强度焊缝。此外，所公开的金属芯铝焊丝能够显着地提高批量焊丝的柔韧性，能够按需生产有限数量的特定焊丝，其化学组成被精确调节以匹配特定工件的组成。此外，与实心铝焊丝相反，所公开的金属芯铝焊丝的组成不会显着影响制造焊丝的能力。图1示出了根据本公开的利用金属芯铝焊丝的气体金属电弧焊(GMAW)的实施方式。应当理解，尽管本讨论可以专门集中于图1所示的GMAW系统10，目前公开的焊丝可以与其他焊接工艺，特别是GTAW和钨惰性气体(TIG)焊接一起使用。所示的GMAW焊接系统10包括焊接电源12、焊丝进给器14、气体供应系统16和焊炬18。焊接电源12通常向焊接系统10供电，并且可以经由电缆束20与焊丝进给器14连接。焊接电源12还可以使用具有夹具26的引线电缆24联接到工件22。在所示实施方式中，焊丝进给器14通过电缆束28联接到焊炬18，以在焊接系统10的操作期间向焊炬18提供可消耗的管状焊丝(例如，金属芯铝焊丝)和电力。在另一实施方式中，焊接电源12可以联接并直接向焊炬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属芯铝焊丝，包括：金属护套；以及设置在所述金属护套内的粒状芯，其中所述粒状芯包括包含多种元素的第一合金，其中所述第一合金具有低于所述第一合金的所述多种元素的各自熔点的固相线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.25 US 62/120,752;2015.08.28 US 14/839,4061.一种金属芯铝焊丝，包括：金属护套；以及设置在所述金属护套内的粒状芯，其中所述粒状芯包括包含多种元素的第一合金，其中所述第一合金具有低于所述第一合金的所述多种元素的各自熔点的固相线。2.根据权利要求1所述的焊丝，其中，所述金属护套是包含挤出铝合金管的无缝金属护套。3.根据权利要求1所述的焊丝，其中，所述第一合金是共晶合金或近共晶合金。4.根据权利要求3所述的焊丝，其中，所述第一合金为铝-铍共晶合金、铝-铜共晶合金、铝-铁共晶合金、铝-锂共晶合金、铝-镁共晶合金、铝-硅共晶合金或铝-锌共晶合金。5.根据权利要求3所述的焊丝，其中，所述第一合金为钛-硼共晶合金、钛-锆共晶合金或锆-钒共晶合金。6.根据权利要求3所述的焊丝，其中，所述粒状芯包括为共晶或近共晶合金的第二合金。7.根据权利要求1所述的焊丝，其中，所述粒状芯包括附加合金，其中每个所述附加合金具有高于所述第一合金的固相线的固相线，并且其中所述粒状芯包括大于25％重量的所述第一合金。8.根据权利要求1所述的焊丝，其中，所述金属护套的固相线比所述第一合金的固相线大至少5％。9.根据权利要求1所述的焊丝，其中，所述焊丝包含小于约5％重量的非金属组分。10.根据权利要求1所述的焊丝，其中所述金属护套是6xxx系列铝合金或1xxx系列铝合金。11.一种制造金属芯铝焊丝的方法，包括：在金属护套内设置粒状芯，其中，所述粒状芯包括包含多种元素的第一合金，其中，所述第一合金具有低于所述第一合金的所述多种元素的各自熔点的固相线。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一合金是二元共晶合金或二元近共晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克·贝鲁比，格雷戈里·J·布拉默，
申请(专利权)人：霍伯特兄弟公司，
类型：发明
国别省市：美国,US