用于形成奥氏体钢和双相钢焊接金属的电极制造技术

所披露的技术总体上涉及可消耗电极焊丝，并且更具体地涉及具有芯壳结构的可消耗电极焊丝，其中该芯包含铬。在一个方面，焊丝包括具有钢组合物的皮和由该皮包围的芯。该芯包含：基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的铬(Cr)、基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的锰(Mn)、基于该焊丝的总重量浓度在0与约5重量％之间的镍(Ni)、以及浓度大于0重量％的碳(C)，其中，Ni、C和Mn的浓度是使得[Ni]+30[C]+0.5[Mn]小于约12重量％，其中，[Ni]、[C]和[Mn]表示对应元素基于该焊丝的总重量的重量百分比。所披露的技术还涉及被适配成用于使用这些含铬电极焊丝的焊接方法和系统。

Electrodes for forming welded metals of austenitic and duplex steels

The disclosed technology generally relates to consumable electrode wires, and more specifically to consumable electrode wires with a core-shell structure, in which the core contains chromium. In one aspect, the welding wire includes a skin having a steel composition and a core surrounded by the skin. The core consists of chromium (Cr) based on the total weight concentration of the wire between about 12% and 18%, manganese (Mn) based on the total weight concentration of the wire between about 12% and 18%, nickel (Ni) based on the total weight concentration of the wire between 0 and about 5% and carbon (C) with a concentration of more than 0% weight, in which the concentrations of Ni, C and Mn make [Ni]+30 [C]+0. 5 [Mn] is less than about 12 wt%, where [Ni], [C] and [Mn] denote the weight percentage of the corresponding elements based on the total weight of the wire. The disclosed technology also relates to welding methods and systems adapted to use these chromium-containing electrode wires.

【技术实现步骤摘要】
用于形成奥氏体钢和双相钢焊接金属的电极专利技术背景
所披露的技术总体上涉及可消耗焊接电极焊丝，并且更具体地涉及含铬的可消耗焊接电极焊丝，并且涉及被适配成用于使用所述含铬电极焊丝的焊接方法和系统。相关技术的说明各种焊接技术利用充当金属源的焊丝。例如，在金属电弧焊中，当施加电压时，在可消耗焊接电极焊丝与工件之间产生电弧，该可消耗焊接电极焊丝充当朝向该工件推进的一个电极，该工件充当另一电极。电弧熔化金属焊丝的尖端，由此产生沉积到该工件上以形成焊接件或焊道的熔融金属焊丝的液滴。对焊接技术的技术和经济需求的复杂性持续增长。例如，对外观和机械性能方面的更高焊道品质的需求持续增长，包括高屈服强度、延展性和断裂韧性。同时，经常需要更高焊道品质，同时保持经济可行性。一些焊接技术旨在通过改进耗材来解决这些竞争性需求，例如，通过改进电极焊丝的物理设计和/或组成。一种用于解决此类竞争性需求的方法是将添加剂结合到可消耗电极中。一种示例性添加剂是铬(Cr)，其可以被添加以改进所得焊接件的抗氧化/耐腐蚀性。然而，添加此类添加剂可能不足以同时满足一组竞争性焊接件特性，除了耐腐蚀性之外，该组竞争性焊接件特性还可以包括例如抗热裂性和高断裂韧性。此外，可能需要在保持经济可行性的同时满足该组竞争性焊接件性能，这在主要添加剂包括相对昂贵的元素(诸如Cr)时可能是困难的。在下文中，描述了能够满足这些和其他竞争性焊接件特性以及生产率和经济考虑的可消耗焊接电极焊丝、焊接方法和系统的各种实施例。
技术实现思路
所披露的技术总体上涉及可消耗焊接电极焊丝，并且更具体地涉及具有芯壳结构的含铬焊接可消耗电极焊丝，其中该芯包含铬。所披露的技术还涉及被适配成用于使用这些含铬电极焊丝的焊接方法和系统。在一个方面，焊丝被配置成用于在焊接过程中充当电极和焊接金属源。该焊丝包括具有钢组合物的皮和由该皮包围的芯。该芯包含：基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的铬(Cr)、基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的锰(Mn)、基于该焊丝的总重量浓度在0与约5重量％之间的镍(Ni)、以及浓度大于0重量％的碳(C)，其中Ni、C和Mn的浓度是使得[Ni]+30[C]+0.5[Mn]小于约12重量％，其中[Ni]、[C]和[Mn]表示对应元素基于该焊丝的总重量的重量百分比。在另一个方面，被配置成用于在焊接过程中充当电极和焊接金属源的焊丝包括由皮包围的芯。该焊丝包含：铁(Fe)、基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的铬(Cr)、基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的锰(Mn)、基于该焊丝的总重量浓度在0与约5重量％之间的镍(Ni)、基于该焊丝的总重量浓度大于0且小于约0.06重量％的碳(C)、以及基于该焊丝的总重量小于0.03重量％的氮(N)。在另一个方面，一种电弧焊方法包括提供被配置成用于在焊接过程中充当焊接金属源的焊丝。该焊丝包括具有钢组合物的皮和由该皮包围的芯。该芯包含基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的铬(Cr)并且进一步包含Ni、C和Mn，其中[Ni]+30[C]+0.5[Mn]小于约12重量％，其中[Ni]、[C]和[Mn]表示对应元素基于该焊丝的总重量的重量百分比。该方法另外包括施加足够的能量以产生稳定的熔融焊丝液滴流。该方法进一步包括使熔融液滴沉积到工件上。附图说明图1是金属电弧焊方法中的电极的配置的示意图。图2是根据实施例的被配置成用于形成奥氏体钢和双相钢焊接件的实心电极焊丝的示意图。图3A是根据实施例的被配置成用于形成奥氏体钢和双相钢焊接件的有芯电极焊丝的示意图。图3B是根据实施例的被配置成用于形成奥氏体钢和双相钢焊接件的有芯电极焊丝的示意图。图3C是根据实施例的被配置成用于形成奥氏体钢和双相钢焊接件的有芯电极焊丝的示意图。图3D是根据实施例的被配置成用于形成奥氏体钢和双相钢焊接件的有芯电极焊丝的示意图。图4是展示了根据实施例的被配置成用于形成具有不同铁素体含量的奥氏体钢和双相钢焊接件的焊丝的镍当量含量对比铬当量含量的图示。图5是根据实施例的被配置成用于形成奥氏体钢和双相钢焊接件的金属电弧焊系统的示意图。图6是根据实施例的用于形成奥氏体钢和双相钢焊接件的方法的流程图。具体实施方式对焊接技术的不同技术和经济需求(通常是竞争性需求)的复杂性不断增长。例如，通常需要在外观和机械性能方面的更高焊道品质，而不会产生负面的经济或生产率后果，例如更高的原材料和/或焊接成本。具体地，在钢基焊接中，可能需要改进或满足机械性能的竞争性特性，诸如屈服强度、延展性、耐腐蚀性、抗热裂性和断裂韧性，同时保持经济可行性。一些焊接技术旨在通过改进耗材来解决这些竞争性需求，例如，通过改进可消耗电极焊丝的物理设计和/或组成。作为一个实例，一些传统的可消耗电极结合添加剂，诸如铬(Cr)和镍(Ni)。向铁合金添加的铬和镍可以通过形成保护性氧化物层的能力来提供例如抗氧化性。然而，从成本的观点来看，大量的Cr和Ni可能是不希望的。此外，虽然提供了一个优点，但是一些添加剂可能不足以满足其他特性(例如竞争性特性)或者可能引入不希望的后果。例如，在提供抗氧化性和耐腐蚀性的同时，相对大量的Cr和Ni可能提升所得焊接件中的体心立方(BCC)铁素体的不希望量，这可能导致不希望的机械性能，包括更低的断裂韧性。在本文所述的不同实施例中，可消耗电极焊丝具有芯壳结构，其中Cr和Ni以特定量存在，例如与用于不锈钢焊接的Cr和Ni(其可以位于芯中)的传统量相比以相对更低的量存在。不同电极满足竞争性焊接件性能，诸如可接受的耐腐蚀性，同时具有高抗热裂性和高断裂韧性。此外，当在某些焊接过程(例如药芯电弧焊)中使用时，与钢基焊丝中的传统添加剂相比，所披露的电极可以提供更低成本的解决方案。用于形成奥氏体钢或双相钢焊接件的焊接过程图1是金属电弧焊过程中的电极的配置的示意图。在金属电弧焊，例如气体-金属电弧焊(GMAW)中，在与一个电极4(例如，阳极(+))电连接的可消耗金属焊丝6与充当另一电极(例如，阴极(-))的工件2之间产生电弧。此后，维持等离子体8，该等离子体含有中性和电离的气体分子，以及已被电弧汽化的金属焊丝6的材料的中性和带电的簇或液滴。在焊接过程中，将可消耗金属焊丝6朝向工件2推进，并且所得的金属焊丝6的熔融液滴沉积到该工件上，从而形成焊道。金属焊丝6可以是包含以下的焊丝：铁(Fe)、基于焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的铬(Cr)、基于焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的锰(Mn)、基于焊丝的总重量浓度在约0与约5重量％之间的镍(Ni)、基于焊丝的总重量浓度大于0且小于约0.06重量％的碳(C)、以及基于焊丝的总重量小于0.03重量％的氮(N)。在一些实施例中，焊丝6是在径向方向上具有基本均匀的元素浓度的实心电极。在一些其他实施例中，焊丝6是有芯电极。当被配置为有芯电极时，焊丝6包括具有钢组合物的皮和由该皮包围的芯。该芯包含：基于焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的铬(Cr)、基于焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的锰(Mn)、基于焊丝的总重量浓度在约0与约5重量％之间的镍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被配置成用于在焊接过程中充当电极的焊丝，该焊丝包括：皮，该皮具有钢组合物；以及由该皮包围的芯，该芯包含：基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的铬(Cr)，基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的锰(Mn)，基于该焊丝的总重量浓度小于约5重量％的镍(Ni)，以及基于该焊丝的总重量浓度大于0且小于约1重量％的碳(C)，其中，Ni、C和Mn的浓度是使得[Ni]+30[C]+0.5[Mn]小于约12重量％，其中，[Ni]、[C]和[Mn]表示对应元素基于该焊丝的总重量的重量百分比。

【技术特征摘要】
2017.08.16 US 15/678,9541.一种被配置成用于在焊接过程中充当电极的焊丝，该焊丝包括：皮，该皮具有钢组合物；以及由该皮包围的芯，该芯包含：基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的铬(Cr)，基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的锰(Mn)，基于该焊丝的总重量浓度小于约5重量％的镍(Ni)，以及基于该焊丝的总重量浓度大于0且小于约1重量％的碳(C)，其中，Ni、C和Mn的浓度是使得[Ni]+30[C]+0.5[Mn]小于约12重量％，其中，[Ni]、[C]和[Mn]表示对应元素基于该焊丝的总重量的重量百分比。2.如权利要求1所述的焊丝，其中，Ni、C和Mn的浓度是使得[Ni]+30[C]+0.5[Mn]是在约6重量％与约11重量％之间。3.如权利要求1所述的焊丝，其中，该焊丝具有基于该焊丝的总重量大于0且小于约0.06重量％的碳(C)浓度。4.如权利要求1所述的焊丝，其中，该芯进一步包含基于该焊丝的总重量浓度在约0.2重量％与约0.8重量％之间的硅(Si)。5.如权利要求4所述的焊丝，其中，该芯进一步包含基于该焊丝的总重量浓度等于或大于0且小于约0.75重量％的Mo。6.如权利要求5所述的焊丝，其中，该芯进一步包含Nb，并且Cr、Mo、Si和Nb的浓度是使得[Cr]+[Mo]+1.5[Si]+0.5[Nb]是在约16重量％与约20重量％之间，其中，[Cr]、[Mo]、[Si]和[Nb]表示对应元素基于该焊丝的总重量的重量百分比。7.如权利要求1所述的焊丝，其中，该焊丝基本上不含氮。8.如权利要求1所述的焊丝，其中，该焊丝被配置成使得使用该焊丝形成的焊道具有在5与约35之间的铁素体数。9.如权利要求8所述的焊丝，其中，使用该焊丝形成的该焊道包含基于该焊丝的总重量小于约0.03重量％的氮(N)。10.一种被配置成用于在焊接过程中充当电极的焊丝，该焊丝包含：铁(Fe)；基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的铬(Cr)；基于该焊丝的总重量浓度在约12重量％与约18重量％之间的锰(Mn)；基于该焊丝的总重量浓度在0与约5重量％之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·约瑟夫·察达赫，巴德里·K·纳拉亚南，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US