具有碱土金属的焊接电极焊丝制造技术

所披露的技术总体上涉及焊接，并且更具体地涉及用于金属电弧焊的可消耗电极焊丝，以及使用所述可消耗电极焊丝的用于金属电弧焊的方法和系统。在一个方面，被配置用于在金属电弧焊期间充当电极的可消耗焊丝包含基于所述焊丝的总重量处于在0.005％与10％之间的浓度的一种或多种碱土金属元素。

Welding electrode wire with alkaline earth metal

The disclosed technology relates generally to welding, and more particularly to consumable electrode wires for metal arc welding, and methods and systems for metal arc welding using the consumable electrode wires. In one aspect, a consumable wire configured to act as an electrode during metal arc welding includes one or more alkaline earth metal elements based on a concentration of between 0.005% and 10% of the total weight of the wire.

【技术实现步骤摘要】
具有碱土金属的焊接电极焊丝背景
所披露的技术总体上涉及焊接，并且更具体地涉及用于金属电弧焊的可消耗电极焊丝。
技术介绍
在金属电弧焊技术中，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的熔融金属焊丝的液滴，形成焊道。随着焊接要求的复杂性持续增长，正在提出各种用于解决日益复杂的要求的技术方法。例如，竞争性的要求包括实现针对生产率的高沉积速率，并同时实现在外观和机械特性(例如高屈服强度、延展性和断裂韧性)方面的高品质的焊道。特别地，重快原子轰击(heavyfab)使用者经常希望非常高的沉积速率，例如约30lbs/hr或更高的沉积速率，用于明弧焊。一些焊接技术旨在通过改进耗材来解决这个和其他的要求，例如，通过改进电极焊丝的物理设计和组成。然而，在现有技术的电极中，以如此高的沉积速率进行沉积经常导致等离子弧的不稳定性，这进而导致焊道的不可接受的品质。因此，需要能够在高沉积速率下使用并同时产生高品质焊缝的可消耗焊接电极焊丝。
技术实现思路
在一个方面，被配置用于在焊接期间充当电极的可消耗焊丝(例如，金属芯可消耗焊丝)包括具有第一基础金属组合物的鞘。该焊丝还包括芯，该芯被该鞘包围并且包括颗粒，这些颗粒具有与基于该焊丝的总重量处于0.005％与10％之间的浓度的一种或多种碱土金属元素混合的第二基础金属组合物。另一方面，一种金属电弧焊方法包括提供被配置用于充当电极的可消耗焊丝，例如金属芯可消耗焊丝，该焊丝包含基于该金属芯焊丝的总重量处于0.005％与10％之间的浓度的一种或多种碱土金属元素，其中该一种或多种碱土金属元素的原子与基础金属组合物合金化。该方法此外包括施加电流以产生足以产生由该焊丝的材料形成的稳定熔融液滴流的等离子弧，从而以超过30磅/小时的沉积速率将这些熔融液滴沉积到工件上。在另一方面，一种用于金属电弧焊的系统包括被配置用于充当电极的可消耗焊丝，例如金属芯可消耗焊丝，其中该焊丝包含基于该焊丝的总重量处于0.005％与10％之间的浓度的一种或多种碱土金属元素，并且其中该一种或多种碱土金属元素的原子与基础金属组合物合金化。该系统此外包括电源，该电源被配置用于施加电流以产生足以产生由该焊丝的材料形成的稳定熔融液滴流的等离子弧。该系统还包括焊枪，该焊枪被配置用于以超过30磅/小时的沉积速率将熔融液滴沉积到工件上。在另一个方面，一种电弧焊方法包括：提供包含一种或多种碱土金属元素的焊丝。该方法还包括：向该焊丝施加功率以产生足以熔化该焊丝的等离子弧。该方法还包括：以超过30磅/小时的沉积速率将通过熔化该焊丝而形成的熔融液滴沉积到工件上、同时进行调节以维持传递给该等离子弧的基本上恒定功率。在另一方面，一种电弧焊方法包括：向焊丝施加功率以产生足以熔化该焊丝的等离子弧。该方法还包括：以超过30磅/小时的沉积速率将通过熔化该焊丝而形成的熔融液滴沉积到工件上。执行沉积时调节传递给该等离子弧的功率，使得传递给该等离子弧的功率的标准偏差小于传递给该等离子弧的平均功率的2％。在另一方面，一种电弧焊方法包括：向焊丝施加功率以产生足以熔化该焊丝的等离子弧。该方法还包括：以超过30磅/小时的沉积速率将通过熔化该焊丝而形成的熔融液滴沉积到工件上，其中，执行沉积时调节传递给该等离子弧的功率。调节功率包括限制电流的变化量。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2A是根据实施例的包含一种或多种碱土金属元素的电极焊丝的示意图。图2B是根据实施例的使用包含一种或多种碱土金属元素的电极焊丝的焊道形成的示意图。图2C是沿着图2B的焊缝中心线AA’的该一种或多种碱土金属元素的浓度分布的示意图。图3A是根据实施例的具有包含一种或多种碱土金属元素的芯的金属芯电极焊丝的示意图。图3B是根据实施例的具有包含一种或多种碱土金属元素的芯的金属芯电极焊丝的示意图。图4是根据实施例的具有包含一种或多种碱土金属元素以及含氟颗粒的芯的金属芯电极焊丝的示意图。图5是根据实施例的被配置用于高沉积速率的、使用包含一种或多种碱土金属元素的电极焊丝的金属电弧焊系统的示意图。图6是根据实施例的使用包含一种或多种碱土金属元素的电极焊丝的金属电弧焊方法的流程图。图7是展示根据实施例的包含一种或多种碱土金属元素的电极焊丝的实验性电弧不稳定性监测结果的图表。图8展示了根据实施例在调节功率式电弧焊期间、以及在恒定电压电弧焊期间产生的实验性波形的比较。图9展示了根据多个不同实施例的用于调节功率式电弧焊的方法。图10A展示了根据实施例在调节功率式电弧焊期间产生的实验性波形。图10B展示了在恒定电压电弧焊期间产生的对比实验性波形。图11A展示了根据实施例在调节功率式电弧焊期间产生的实验性波形。图11B展示了根据实施例的、用于包括限制电流的变化量的调节功率式电弧焊的示例性方法。具体实施方式图1是金属电弧焊方法中的电极的配置的示意图。在金属电弧焊中，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。可消耗金属焊丝6朝向工件2推进，并且金属焊丝6的熔融液滴沉积到该工件上，从而形成焊道。广泛使用的电弧焊方法尤其包括：可以采用实心电极焊丝(GMAW)或金属芯焊丝(GMAW-C)的气体-金属电弧焊方法；药芯焊丝电弧焊方法(FCAW)，其可以是气体保护的药芯焊丝电弧焊(FCAW-G)或自保护的药芯焊丝电弧焊(FCAW-S)；有保护的金属电弧焊(SMAW)；和埋弧焊(SAW)。如本文所述，金属芯电极(GMAW-C)是指具有芯的电极，该芯的成分主要为金属。当存在时，该芯中的非金属组分具有基于每个电极的总重量的小于5％、3％或1％的组合浓度。GMAW-C电极的特征在于喷射电弧和优异的焊道性能。在使用实心电极(GMAW)或金属芯电极(GMAW-C)的气体-金属电弧焊中，使用保护气体来对焊接熔池和焊道提供保护以防止焊接过程中的大气污染。当使用实心电极时，它们与活性成分适当地合金化，这些活性成分结合保护气体被设计成用于提供无孔隙焊缝，这些焊缝具有所得焊道的所需物理和机械特性。当使用金属芯电极时，一些活性成分被添加在金属外鞘的芯中并被设计成用于提供与在实心电极情况下相似的功能。实心电极和金属芯电极被设计成用于在适当的气体保护下提供具有屈服强度、拉伸强度、延展性和冲击强度的实心的、基本无孔隙的焊缝以便在最终应用中令人满意地表现。这些电极还被设计成使焊接期间产生的熔渣量最小化。对于一些应用，金属芯电极可以用作实心焊丝的替代品，以提高生产率。金属芯电极是复合电极，其具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电弧焊方法，包括：/n提供包含一种或多种碱土金属元素的焊丝；/n向所述焊丝施加功率以产生足以熔化所述焊丝的等离子弧；并且/n以超过30磅/小时的沉积速率将通过熔化所述焊丝而形成的熔融液滴沉积到工件上、同时进行调节以维持传递给所述等离子弧的基本上恒定功率。/n

【技术特征摘要】
20180516 US 15/981,7881.一种电弧焊方法，包括：
提供包含一种或多种碱土金属元素的焊丝；
向所述焊丝施加功率以产生足以熔化所述焊丝的等离子弧；并且
以超过30磅/小时的沉积速率将通过熔化所述焊丝而形成的熔融液滴沉积到工件上、同时进行调节以维持传递给所述等离子弧的基本上恒定功率。


2.如权利要求1所述的方法，其中，所述焊丝中的一种或多种碱土金属元素的浓度基于所述焊丝的总重量是在0.005％与10％之间。


3.如权利要求1所述的方法，其中，所述焊丝是包括鞘和被所述鞘包围的芯的金属芯焊丝，其中所述芯包括所述一种或多种碱土金属元素。


4.如权利要求3所述的方法，其中，所述芯包括颗粒，所述颗粒具有与所述一种或多种碱土金属元素合金化的第一基础金属组合物。


5.如权利要求3所述的方法，其中，当存在时，所述芯中的非金属原子元素以基于所述焊丝的总重量不超过5％的浓度存在。


6.如权利要求5所述的方法，其中，所述方法是气体金属电弧焊(GMAW)，其中所述芯进一步包含氟聚合物。


7.如权利要求1所述的方法，其中，所述碱土金属包括Ba或Ca中的一种或多种。


8.一种电弧焊方法，包括：
向焊丝施加功率以产生足以熔化所述焊丝的等离子弧；并且
以超过30磅/小时的沉积速率将通过熔化所述焊丝而形成的熔融液滴沉积到工件上，其中，执行沉积时调节传递给所述等离子弧的功率，使得传递给所述等离子弧的功率的标准偏差小于传递给所述等离子弧的平均功率的2％。


9.如权利要求8所述的方法，其中，所述功率的标准偏差在至少200毫秒的时间段上是小于500瓦(W)。


10.如权利要求8所述的方法，其中，调节所述功率包括调节到大于20kW。


11.如权利要求8所述的方法，其中，调节所述功率包括向所述等离子弧传递超过约500安培(A)...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·B·谢弗，S·R·彼得斯，巴德里·K·纳拉亚南，廖彦志，
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