具有功能涂层的焊接电极制造技术

所披露的技术总体上涉及焊接电极，并且更特別是涉及具有功能涂层的可消耗焊接电极。在一方面，焊接电极包含具有基体金属组成的芯焊丝和覆盖该芯焊丝的至少一部分的两个或更多个涂层。该两个或更多个涂层包含导电涂层，除了铜(Cu)之外或者不同于铜，该导电涂层还包括一种或多种导电元素或化合物。该两个或更多个涂层另外包含附加功能涂层，该附加功能涂层包括一种或多种适配用于改变由焊接电极所形成的熔滴的表面张力的附加元素或化合物。在另一方面，一种制造焊接电极的方法包括提供具有基体金属组成的芯焊丝以及形成两个或更多个涂层层。层层。层层。

【技术实现步骤摘要】
具有功能涂层的焊接电极
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2021年9月21日提交的题为“WELDING ELECTRODE WITH FUNCTIONAL COATINGS[具有功能涂层的焊接电极]”的美国临时申请号63/261,462的权益，其内容特此通过引用以其整体并入。背景


[0002]所披露的技术总体上涉及焊接电极，并且更特别是涉及在芯焊丝(core wire)上具有功能涂层的可消耗焊接电极。

技术介绍

[0003]各种焊接技术利用充当焊接金属的来源的可消耗焊接电极。例如，在金属电弧焊中，当在可消耗焊接电极(充当朝向工件前进的一个电极)与工件(充当另一个电极)之间施加电压时产生电弧。电弧熔化金属焊丝的尖端，由此产生沉积到工件上以形成焊接金属或焊道的熔融金属电极的熔滴。
[0004]对焊接技术的技术和经济要求在复杂性上持续增长，其中对更高的制造灵活性的需要和对更高的机械性能的需要共存。另外，焊接金属的一个性能参数的优化可能损害另一个性能参数。一些焊接技术旨在通过改进耗材(例如，通过改进可消耗电极的物理设计和/或组成)来解决这些竞争性要求。所披露的技术解决对具有功能涂层的改进的可消耗焊接电极的需要。

技术实现思路

[0005]在第一方面，焊接电极包含具有基于铁(Fe)的基体金属(base metal)组成的实心芯焊丝和形成在该实心芯焊丝上的导电涂层。除了铜(Cu)之外或者不同于铜，该导电涂层还包括一种或多种导电元素或化合物。该焊接电极另外包含形成在该导电涂层上并包括元素锑(Sb)和一种或多种Sb氧化物中的一者或两者的附加功能涂层。
[0006]在第二方面，焊接电极包含具有基于铁(Fe)的基体金属组成的实心芯焊丝和覆盖该芯焊丝的至少一部分的两个或更多个涂层。该两个或更多个涂层包含形成在该实心芯焊丝上的导电涂层，除了铜(Cu)之外或者不同于铜，该导电涂层还包括一种或多种导电元素或化合物。该两个或更多个涂层另外包含具有形成在该导电涂层上的多孔结构并包括锑(Sb)的附加功能涂层。
附图说明
[0007]图1示出了可以与根据本文所披露的实施例的可消耗电极结合使用的电弧焊接系统。
[0008]图2示出了使用根据本文所披露的实施例的可消耗电极的焊接工艺。
[0009]图3示出了根据实施例的药皮式焊接可消耗电极(covered welding consumable electrode)。
[0010]图4A示出了根据实施例的包含两个或更多个涂层的药皮式焊接可消耗电极。
[0011]图4B示出了根据实施例的包含三个或更多个涂层的药皮式焊接可消耗电极。
[0012]图5示出了根据实施例的制造药皮式焊接可消耗电极的方法。
[0013]图6A示出了使用常规可消耗电极所形成的焊接金属。
[0014]图6B示出了使用根据实施例的具有功能涂层的可消耗电极所形成的焊接金属。
具体实施方式
[0015]一些焊接电极具有两个主要部件：芯焊丝或棒以及药皮(covering)或涂层。芯包括焊接金属的基体合金元素。涂层可以包括提供各种功能的各种材料。例如，涂层尤其可以用于提供：焊接金属的保护、电弧的稳定化、焊接金属的合金元素的各种物理特性、熔渣的助熔(slag for fluxing)、焊接金属中气窝的减少、提高的导电性或绝缘性、对环境的保护、进料的润滑和美观等。
[0016]一些传统的实心焊丝在焊丝的表面上涂覆有包含铜的涂层，以增强焊丝和焊接喷嘴的导电性和耐腐蚀性，以及减少与进料软管或焊接喷嘴的摩擦。然而，在焊接工艺期间，一些铜可能不期望地熔化到焊接点中。焊接点的铜污染可能导致“铜开裂”或降低焊接接头的机械特性，尤其是在低温下的冲击韧性和伸长率。铜也氧化成铜颗粒并逸出到空气中，其在吸入时对人类健康有害。铜涂层焊丝的生产也可能产生废酸和环境污染。因此，需要一种涂层焊丝，其至少减少或消除来自焊接电极的涂层中的铜，同时保持其功能益处。
[0017]为了解决这些和其他需要，本文所披露的实施例涉及一种焊接电极，其包含具有基体金属组成的芯焊丝和覆盖芯焊丝的至少一部分的两个或更多个涂层。该两个或更多个涂层包含导电涂层，除了铜(Cu)之外或者不同于铜，该导电涂层还包括一种或多种导电元素或化合物。该两个或更多个涂层另外包含附加功能涂层，该附加功能涂层包括一种或多种适配用于改变由焊接电极所形成的熔滴的表面张力的附加元素或化合物(熔融焊接金属表面张力改性剂)。用于用具有功能涂层的电极焊接的电弧焊接工艺
[0018]电弧焊是用于接合金属的几种熔合工艺之一。通过施加强烈的热量，将两个零件之间的接头处的金属熔化并引起直接地或更通常地与中间熔融填充金属混杂。
[0019]可以与本文所披露的实施例结合使用的电弧焊系统100示出于图1中。将包括AC或DC电源和控制器的电源系统110通过工作电缆114连接至待焊接的工件102，并通过“热”电缆连接至使得与焊接电极106电接触的电极夹持器118。当通电电路与电极尖端接触工件102并缩回、但仍紧密接触时，在工件102与焊接电极106之间的间隙上产生电弧。电弧可以在焊接电极106(其可以是充当一个电极(例如，DC中的阳极(+))的可消耗电极)与工件102(其充当另一个电极(例如，DC中的阴极(
‑
)))之间产生。在电弧引发之后，维持等离子体108，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的材料的中性和带电的簇或熔滴。焊接电极106朝向工件102推进，并且金属焊丝的熔滴沉积到工件上，从而形成焊道或焊接金属。电弧可以在尖端处产生高达约6500
°
F的温度。该热量熔化工件102和焊接电极106两者，从而产生熔融金属池，有时称为“弧坑”。当弧坑沿接头移动时，其在电
极后面凝固。在冷却并凝固时，产生冶金结合。由于接合是金属的混杂物，最终的焊接件可以具有与工件102的零件的金属相当的或基本上相同的机械特性，例如，强度。这与接合的非熔合工艺(例如，软钎焊、硬钎焊等)形成了显著的对比，在非熔合工艺中，基体材料的机械和物理特性在接头处可能与工件102不可比。
[0020]在高温下金属倾向于与空气中的元素
‑
氧和氮发生化学反应。当熔池中的金属与空气接触时，可能形成氧化物和氮化物，这可能不利地影响焊接接头的强度和韧性。因此，一些电弧焊接工艺提供了用气体、蒸气和/或熔渣的防护性保护覆盖电弧和熔池的一些手段。这被称为电弧保护。这种保护使熔融金属与空气的接触减少或最小化。保护也可以改进焊接点。实例是助焊剂(flux)，其可以包括用于焊接金属的脱氧剂。
[0021]在焊接中，电弧不仅提供熔化电极和基体金属所需的热量，而且在某些条件下还必须提供将熔融金属从电极的尖端运送至工件的手段。存在几种用于金属转移的机制。实例包括表面张力转移和喷射电弧，在表面张力转移中，熔融金属的熔滴接触熔融金属池并通过表面张力被拉入熔融金属池中，在喷射电弧中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焊接电极，其包含：具有基于铁(Fe)的基体金属组成的实心芯焊丝；导电涂层，其形成在该实心芯焊丝上并且除了铜(Cu)之外或者不同于铜还包括一种或多种导电元素或化合物，以及附加功能涂层，其形成在该导电涂层上并且包括元素锑(Sb)和一种或多种Sb氧化物中的一者或两者。2.如权利要求1所述的焊接电极，其中，相对于在相同焊接条件下从除了Sb的存在之外与该焊接电极相同的参考焊接电极所形成的参考熔滴，该焊接电极中Sb的总量有效地将由该焊接电极所形成的熔滴的表面张力降低10％或更多。3.如权利要求2所述的焊接电极，其中，Sb的总量是该焊丝的0.0005重量％
‑
2重量％。4.如权利要求1所述的焊接电极，其中，该附加功能涂层包含含有该元素Sb和该一种或多种Sb氧化物的亚微米颗粒。5.如权利要求4所述的焊接电极，其中，该亚微米颗粒包含元素Sb颗粒和Sb2O3颗粒。6.如权利要求4所述的焊接电极，其中，该附加功能涂层是多孔层，其包含在相邻的这些亚微米颗粒之间所形成的多个孔。7.如权利要求6所述的焊接电极，其中，这些孔暴露下面的这些导电涂层。8.如权利要求2所述的焊接电极，其中，该焊接电极被配置成用于以相对于用于在使用除了Sb或一种或多种Sb氧化物的存在之外与该焊接电极相同的该参考焊接电极的相同焊接条件下形成参考焊接金属的行进速度高30％或更多的行进速度形成焊接金属。9.如权利要求1所述的焊接电极，其中，该一种或多种导电元素或化合物选自由镁(Mg)、铝(Al)、锌(Zn)、锡(Sn)、铬(Cr)、铂(Pt)、银(Ag)、石墨、石墨烯、氧化石墨烯和钛(Ti)组成的组。10.如权利要求9所述的焊接电极，其中，该一种或多种导电元素或化合物存在于没有Cu的该导电涂层中。11.如权利要求9所述的焊接电极，其中，除了Cu之外，该一种或多种导电元素或化合物以超过该一种或多种导电元素或化合物和Cu的合并总和的90原子％的量存在。12.如权利要求3所述的焊接电极，其中，该焊接电极被配置成使得使用该焊接电极所形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：