专利名称：用于药芯焊条的钡和锂的比例的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于药芯焊条的钡和锂特别的比例，例如用于各种弧焊接工艺中的药芯焊条。
背景技术：
弧焊领域中，焊接工艺的主要类型是使用实心焊丝的气护金属电弧焊(GMAW)或者使用金属芯焊丝的气护金属电弧焊(GMAW-C)、气护药芯弧焊(FCAW-G)、自护药芯弧焊(FCAW-S)、焊条弧焊(SMAW)以及埋弧焊(SAW)。
金属芯焊条正日益被用作实心焊丝的替代品，由于在结构组件的焊接加工过程中的提高了生产率。金属芯焊条是由被金属外壳包围的芯(填充)材料所组成的复合焊条。该芯主要由铁粉和合金化组分和焊药组分以辅助弧稳定性、焊接润湿性(wetting)以及外形等，以便在焊接中获得需要的外观和机械性能。通过下列步骤制造药芯焊条混合芯体材料的成分，并将其堆积在成型的条带(formed strip)内，接着将条带闭合并拉伸至最终的直径。与实心焊条相比，药芯焊条具有更高的沉积速率，形成更宽、更一致的焊接透入轮廓(weld penetration profile)。而且，与实心焊条相比，它们具有改善的电弧行为、产生更少的烟雾和飞溅并赋予焊接沉积物更好的润湿性能。
在焊接过程中，FCAW-S焊条不使用任何保护，并通过使用去氧剂和去氮剂例如Al、Mg、Ti和Zr来达到保护焊接金属免受周围环境的影响。然而，通常使用一定的钡与锂的比例来控制熔渣和焊接熔池的熔化范围和流动性。可以将这种比例进行修改以使焊条足以在不在适当的位置进行焊接，例如垂直向上或者垂直向下。通过氟化钡、氟化锂和氟化锶的三元相图，已知熔点通常会随着氟化锂水平的提高而降低。
尽管已知含有钡和锂化合物的焊条，但对焊条和表现出提高性能的最终熔渣组合物仍有需求，特别是对于钡和锂的比例以及其所得到熔渣和焊接熔池的流动性能。
发明内容
在第一个方面中，本发明提供了一种药芯焊条，其中选择芯的组分以产生特别的熔渣系统。该芯焊条含有大约35％～大约55％的氟化钡，和大约2％～大约12％的氟化锂。
在另一个方面中，本发明提供了一种药芯焊条，其含有钡和锂，其中总钡比总锂的质量比为大约8∶1～大约12∶1。
在另一个方面中，本发明提供了一种来自药芯焊条的熔渣系统，其中该熔渣系统来自在焊条的芯中含有大约35％～大约55％的氟化钡，和大约2％～大约12％的氟化锂的焊条。
在另一个方面中，本发明提供了一种使用药芯焊条进行弧焊的方法。该方法包括提供一种药芯焊条，其产生来自在焊条的芯中含有(i)大约35％～大约55％的氟化钡和(ii)大约2％～大约12％的氟化锂的焊条的熔渣系统。该方法还包括将电流通过焊条，这样产生了熔渣系统。
在另一个方面中，本发明提供了一种使用药芯焊条进行弧焊的方法。该方法包括提供一种药芯焊条，其含有钡和锂，其中总钡比总锂的质量比为大约8∶1～大约12∶1。该方法还包括将电流通过焊条，这样产生了熔渣系统。
通过下面的描述，本发明的这些和其他的目标以及优点将变得清楚。
具体实施例方式
本发明基于发现如果在熔渣中以一定比例使用钡和锂，可以得到最终熔渣的非常好的性能。相应地，提供了熔渣系统、用于形成这些熔渣系统的焊条组合物以及所涉及使用的方法的各种优选实施方式。
根据本发明，优选的焊条组合物包括占芯材料大约35重量％～大约55重量％的氟化钡作为钡源，占芯材料大约2重量％～大约12重量％的氟化锂作为锂源，占芯材料大约0～大约8重量％的碳酸钡作为第二钡源，占芯材料大约0～大约8重量％的碳酸锂以碳酸锂作为第二锂源，占芯材料大约2％～大约15％的氧化锂，占芯材料大约5％～大约20％的氧化铁，占芯材料大约0～大约5％的氧化钙，
占芯材料大约0～大约5％的氧化硅，占芯材料大约0～大约5％的氧化锰，占芯材料达到大约25％的铝、镁、钛、锆或其组合以去氧和去氮，以及，剩余的含有例如但不限于铁、镍、锰和/或硅的金属的芯材料。
优选的，钡与锂的比例为大约8∶1～大约12∶1，其分别用于最佳可焊接能力和良好的操作范围。该比例是焊条中总钡与总锂的质量比。如果该比例小于大约8∶1，会造成差的电弧操作，而比例如果大于大约12∶1，则会造成差的电压范围并产生具有多孔的焊接。
下面表1所列出的是用于形成优选熔渣系统的药芯焊条的代表性芯配方。表1中所有的百分比是基于焊条芯配方的重量，并且该焊条芯占焊条的大约20重量％。
表1代表性芯配方
接下页表1，接上页
熔渣系统以及用于形成这些系统的焊条的优选实施方式可以采用用于焊条的宽范围化合物以提供所得到熔渣的钡源。例如，可以预计的是焊条中使用单高铁酸钡(barium monoferrate，BaFe2O4)以及BaO、Fe2O3、CaO、SiO2和/或TiO2的复合物。尽管通常由于其强烈的吸湿性能而不太优选，BaO自身在某些实施方式中可以用于焊条中。
熔渣系统以及用于形成这些系统的焊条的优选实施方式可以采用用于焊条的化合物的多种组合以提供所得到熔渣的锂源。例如可以预计的是焊条中使用Li2O、Fe2O3、MnO2、CaO、SiO2和/或TiO2的各种复合物。尽管通常由于其强烈的吸湿性能而不太优选，Li2O自身在某些实施方式中可以用于焊条中。
可以改变氟化钡和氟化锂的水平来评价这些单独的熔渣形成剂对电弧稳定以及防止多孔性的效果。使用在垂直向下位置上，在连续提高的电压下的自动焊接测试来评估焊条产品的操作范围。提高的氟化钡添加使焊条的焊接性能更好，但不提高焊条的可操作范围。在自动的遥控机械测试中，提高的氟化锂添加提高了焊条的电压范围。降低的氟化锂降低了焊条的操作范围。
本发明特别针对于提供焊条，特别是用于弧焊的药芯焊条，其利用相对大量的氟化钡和氟化锂。尽管该开发包括具有碳酸钡和/或碳酸锂，但该开发主要针对氟化钡和氟化锂是主要组分的焊条组合物，可以选择的是，这样的氟化物可以和较少量的碳酸钡和/或碳酸锂进行组合。
在美国专利5,369,244、5,365,036、5,233,160、5,225,661、5,132,514、5,120,931、5,091,628、5,055,655、5,015,823、5,003,155、4,833,296、4,723,061、4,717,536、4,551,610以及4,186,293中提供了另外的焊接材料的细节，特别是用于焊接的芯焊条，在这里将所有的作为参考文献加以引用。
在本发明中，前面的描述应被认为是本发明的优选实施方式。然而，可以预计的是可以进行对于本领域技术人员来说清楚地各种改变和修饰，而不离开本发明的范围。因此，前面的描述是为了覆盖所有在本发明的原理和范围中所包括的改变和修改，其包括所有的等价方面。
权利要求
1.一种具有芯组合物的药芯焊条，其含有占芯材料的重量为大约35％～大约55％的氟化钡；和大约2％～大约12％的氟化锂。
2.根据权利要求1所述的具有芯组合物的药芯焊条，其还含有占芯材料的重量最多达到大约8％的碳酸钡。
3.根据权利要求1所述的具有芯组合物的药芯焊条，其还含有占芯材料的重量最多达到大约8％的碳酸锂。
4.根据权利要求1所述的药芯焊条，其还含有占芯材料的重量为大约2％～大约15％的氧化锂。
5.根据权利要求1所述的药芯焊条，其还含有占芯材料的重量为5％～大约20％的氧化铁。
6.根据权利要求1所述的药芯焊条，其还含有下面(i)、(ii)和(iii)中的至少一种占芯材料的重量(i)最多达到5％的氧化钙；(ii)最多达到5％的氧化硅；(iii)最多达到5％的氧化镁。
7.根据权利要求1所述的药芯焊条，其还含有占芯材料的重量最多达到大约25％的从由铝、镁、钛、锆及其组合所组成的组中选择的试剂。
8.根据权利要求1所述的药芯焊条，其中芯材料还含有至少一种从由铁、镍、锰、硅及其组合所组成的组中选择的试剂。
9.一种药芯焊条，其含有钡和锂，其中总钡比总锂的质量比为大约8∶1～大约12∶1。
10.根据权利要求9所述的药芯焊条，其中该焊条含有从由氟化钡、碳酸钡、单高铁酸钡、氧化钡、含有氧化钡的复合物以及其组合组成的组中选择的钡源。
11.根据权利要求9所述的药芯焊条，其中该焊条含有从氟化锂、碳酸锂、氧化锂、含有氧化锂的复合物及其组合组成的组中选择的锂源。
12.根据权利要求9所述的药芯焊条，其中该焊条含有氟化钡和氟化锂。
13.根据权利要求12所述的药芯焊条，其还含有碳酸钡。
14.根据权利要求12所述的药芯焊条，其还含有碳酸锂。
15.根据权利要求9所述的药芯焊条，其产生熔渣系统，其还含有大约0～大约8％的碳酸钡；和大约0～大约8％的碳酸锂。
16.根据权利要求15所述的药芯焊条，其产生熔渣系统，其还含有大约2％～15％的氧化锂。
17.根据权利要求16所述的药芯焊条，其产生熔渣系统，其还含有大约5％～20％的氧化铁。
18.根据权利要求17所述的药芯焊条，其产生熔渣系统，其还含有下面(i)、(ii)和(iii)中的至少一种(i)大约0～大约5％的氧化钙；(ii)大约0～大约5％的氧化硅；(iii)大约0～大约5％的氧化镁。
19.根据权利要求18所述的药芯焊条，其产生熔渣系统，其还含有最多达到大约25％的从由铝、镁、钛、锆及其组合所组成的组中选择的试剂。
20.一种来自于药芯焊条的熔渣系统，该熔渣系统含有大约35％～大约55％的氟化钡；和大约2％～大约12％的氟化锂。
21.根据权利要求20所述的熔渣系统，其还含有最多达到大约8％的碳酸钡。
22.根据权利要求20所述的熔渣系统，其还含有最多达到大约8％的碳酸锂。
23.根据权利要求20所述的熔渣系统，其还含有大约2％～大约15％的氧化锂。
24.根据权利要求20所述的熔渣系统，其还含有大约5％～大约20％的氧化铁。
25.根据权利要求20所述的熔渣系统，其还含有下面(i)、(ii)和(iii)中的至少一种(i)大约0～大约5％的氧化钙；(ii)大约0～大约5％的氧化硅；(iii)大约0～大约5％的氧化镁。
26.根据权利要求20所述的熔渣系统，其还含有最多达到大约25％的从由铝、镁、钛、锆及其组合所组成的组中选择的试剂。
27.一种使用药芯焊条进行弧焊的方法，该方法包括提供一种药芯焊条，其产生含有一种熔渣，该熔渣含有(i)大约35％～大约55％的氟化钡，和(ii)大约2％～大约12％的氟化锂；以及将电流通过该焊条，这样产生了熔渣系统。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所产生的熔渣还含有最多达到大约8％的碳酸钡。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所产生的熔渣还含有最多达到大约8％的碳酸锂。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所产生的熔渣还含有大约2％～大约15％的氧化锂。
31.根据权利要求27所述的方法，其中所产生的熔渣还含有大约5％～大约20％的氧化铁。
32.根据权利要求27所述的方法，其中所产生的熔渣还含有下面(i)、(ii)和(iii)中的至少一种(i)最多达到大约5％的氧化钙；(ii)最多达到大约5％的氧化硅；(iii)最多达到大约5％的氧化镁。
33.根据权利要求27所述的方法，其中所产生的熔渣还含有最多达到大约25％的从由铝、镁、钛、锆及其组合所组成的组中选择的试剂。
34.根据权利要求27所述的方法，其中所产生的熔渣还含有至少一种从由铁、镍、锰、硅及其组合所组成的组中选择的试剂。
35.一种使用药芯焊条进行弧焊的方法，该方法包括提供一种药芯焊条，其中含有钡和锂，其中总钡比总锂的质量比为大约8∶1～大约12∶1；以及将电流通过该焊条，这样产生了熔渣系统。
36.根据权利要求35所述的方法，其中该焊条含有从由氟化钡、碳酸钡、单高铁酸钡、氧化钡、含有氧化钡的复合物以及其组合组成的组中选择的钡源。
37.根据权利要求35所述的方法，其中该焊条含有从氟化锂、碳酸锂、氧化锂、含有氧化锂的复合物及其组合组成的组中选择的锂源。
38.根据权利要求35所述的方法，其中该焊条含有氟化钡和氟化锂。
39.根据权利要求35所述的方法，其中该焊条还含有碳酸钡。
40.根据权利要求35所述的方法，其中该焊条还含有碳酸锂。
全文摘要
提供了各种熔渣系统，其表现出提高的流动特征和焊接熔池性能。同时提供了用于产生所述熔渣系统的药芯焊条以及所涉及的弧焊方法。
文档编号B23K9/00GK1895839SQ200610100539
公开日2007年1月17日 申请日期2006年7月3日 优先权日2005年7月12日
发明者巴德利·K.·那拉亚男, 帕特里克·T.·索尔蒂斯 申请人:林肯环球公司