专利名称：：改进的纤维素涂层焊条的制作方法
技术领域：
：本发明涉及电弧焊接
技术领域：
，更详细地讲，涉及一种含有外部纤维素涂层类的改进的焊条。
背景技术：
：纤维素涂层焊条通常用于管道焊接，然而，它们一般含有总焊条的1-3%的水分，因此，使在焊接操作的最终焊道中具有一定量孔的可能性。而且，具有较低堆积能力(stackability)的多孔焊条需要额外的焊道来填补形成管道的部件间的缝隙。堆积能力是指"堆积金属"进入焊接接缝的焊条的能力。与使用较低堆积能力的焊条相比，使用堆积能力好的焊条在管道接缝处沉积金属，会用更少的焊道来填补接缝。对于给定的焊条尺寸，在标准焊接条件下，堆积能力是以每单位时间完成的长度或者焊道长度来测量。短的完成长度比长的完成长度要好，因为焊条的所有金属在相同尺寸的接缝内沉积更短的距离。在可接受的堆积能力下，焊接机控制熔池，而不是熔池控制焊接机。快速凝固的熔渣和金属增加堆积能力。堆积能力是与实际转移到焊接接缝的金属的沉积速率相关。本发明所涉及的焊条特别设计为移动更慢和沉积更重的焊珠，所以焊接机可以用更少的焊道来填满在管道部件之间的焊接接缝。然而，仍然希望改进焊条的堆积能力。更重要地，使用纤维素涂层焊条，需要降低在焊接操作过程中所沉积的上部焊道的孔隙率，这种孔隙率的降低可以通过增加涂层的水分来达到。
发明内容本发明涉及一种在标准的纤维素涂层焊条上的改进，该焊条设计为更高的堆积能力。本发明的改进减小了沉积的焊接金属出现孔的可能性，同时增加了焊条的堆积能力。本发明涉及一种在焊丝上设有涂层的焊条的改进，其中焊丝或焊芯占总重量的80-90%。焊条的剩余重量为外部涂层，其包括粉末状纤维素、镁/钙碳酸盐、金红石、水玻璃粘结剂和合金颗粒如镍、锰和/或钼、有铁粉或没有铁粉。涂层中的水玻璃粘结剂所占比例约少于涂层的35%，优选为28%。使用常规的、水约占60%的水玻璃溶液的粘结剂，其具有粘度为，允许挤出涂层到焊丝上，然后通过随后的加热工艺固化该涂层。一些大家熟悉的焊条具有良好的堆积能力，但是有在盖面焊道上产生孔的可能性。构成本发明焊条的改进是以减少产生孔可能性的涂层的配方。而且仍保持焊条的高堆积能力，的确，本发明的一个方面增加了堆积能力。粘结剂改性以减少在焊接操作的盖面焊道中出现不希望的孔的可能性。通过增加涂层中水分含量，减少孔的量。在以前，水分含量必须低于约焊条总重量的3%。该水分含量是由构成涂层的15%、且含水60%的粘结剂提供的。已知纤维素焊条中的更高水分含量将减少孔的问题，然而，在标准焊条涂层的粘结剂中，增加的水分含量在推进的焊条的表面会引起蒸汽泡。在焊接工艺过程中，这样的水泡改变电弧方向，并且降低焊接质量。为了防止焊接操作中在涂层表面形成蒸汽泡或水泡，至今为止，涂层的湿度维持在低于焊条约3%的水平。期望增加焊条的水分含量，但不能用现在使用的常规粘结剂来达到目的。本发明解决了由增加焊条外部涂层的水分含量而引起的问题。本发明包括在焊条涂层中添加更多的水分而不引起水泡，按照这样的方式，本发明的焊条减少了盖面焊道的孔的数量。而且，本发明包括涂层的变化，以进一步增加在焊接工艺过程中的堆积能力。纤维素焊条的更高的堆积能力是通过实质上增加二氧化钛百分含量来获得的，即从常规的低于10%的水平增加到实质上高于12%的水平，按照这样的方式，在焊接工艺过程中，焊条移动更慢，并且改善了焊接操作的堆积能力。因此，对现有的高堆积能力焊条的改进，是通过改性涂层以增加涂层的水分含量，且在推进的焊条的表面不引起水泡。通过增加形成涂层焊剂体系的二氧化钛到高于11%的水平，优选高于12%，的确保持和增加了堆积能力。通过增加涂层中水分含量和涂层中二氧化钛的量，新型焊条得到改进。在现有的纤维素焊条中，粘结剂约为涂层的35%，二氧化钛约为涂层的10%。涂层约为焊条的15%。通过减少涂层中粘结剂的量少于35%、和加入约为5_30%的水稀释常规的水玻璃粘结剂，本发明控制涂层的水分来改菩焊接金属的孔隙率。二氧化钛的量增加到至少总涂层重量的11%。对稀释的水玻璃粘结剂的改进，增加了表面张力和熔渣的熔点，以增加堆积能力，并且对所得的焊接金属提供更好的焊道形状。通过增加二氧化钛的量，堆积能力也得到改善，所以在固化转移过程中熔渣固化得更快来保持焊接金属。因此，改变粘结剂和增加本发明中使用的二氧化钛，会增加堆积能力，并改善焊道的形状和焊接金属的外形。而且更重要地是，粘结剂的新的改性允许所含的水的百分比通常在焊条的2-10%范围内，优选通常在焯条的4-7%的范围内。通过对涂层使用改进的粘结剂的设想，固化涂层需要更少的加热时间，所以不会在固化涂层周围形成玻璃样的表层。因此，涂层中可保留约两倍的水分，而没有由纤维素焊条中的更高水分含量所引起的水泡的有害作用。固化或者干燥的涂层的外部表层不是不能透过水蒸汽的玻璃层，因此，固化的涂层表面实际上会呼吸。焊接过程中所达到的电弧温度排出水分，而不在焊条的表面下形成蒸汽泡。蒸汽泡或者水泡会改变电弧的方向和稳定性，因而，更高水分含量可以引入焊条，结果使焊接工艺过程中沉积焊接金属的焊道上形成更好的孔隙率。依据本发明，提供一种具有中心合金焊丝和外部纤维素涂层类型的焊条的改进。涂层含有粉末状焊剂、合金粉末、纤维素粉末和粘结剂，本发明的改进包括含有硅酸钠和以重量计61-78%水的稀溶液的粘结剂。在另一方面，相对于涂层的百分比，减少粘结剂。使用稀释的硅酸钠和涂层中减小百分比的粘结剂，在焊条中产生至少以重量计约4%的水。优选焊条中水分含量一般范围为5-8%，这降低了孔隙率，并且，通过使用本发明焊条，在推进的焊条上没有导致破裂的蒸汽泡。涂层含有25-35%的粘结剂，优选约30%的粘结剂。减少的粘结剂量和用作粘结剂的非常稀的水玻璃共同使焊条中水分含量增加。依据标准方式，纤维素粉末是木质纤维，并以重量计占涂层约20-30%的范围。涂层的焊剂包括作为主要组分的二氧化钛。依据本发明的另一方面，二氧化钛的比例增加到高于涂层的11%的水平，因此，已经具有优良堆积能力的焊条的堆积能力得到改善。在使用本发明的改进焊条时，该额外的特征是本发明的更进一步的优点。依据本发明的进一步的方面，提供一种用于电弧焊接的焊条的制备方法，该方法包括在常规的水玻璃粘结剂中加入5-30%的水；在粘结剂中加入粉末状焊剂、合金粉末和纤维素粉末，以生产出一种柔软的、可挤出的块体。将该块体挤出在合金焊丝的周围，加热使块体硬化在焊丝周围。该方法制得一种具有增加水分含量的改进的纤维素焊条。通过增加二氧化钛量，其堆积能力也增加了。本发明主要目的是提供一种设计为高堆积能力类型的改进的纤维素焊条，在该焊条中，涂层中的水分含量高于焊条的4%，以提供减少的孔隙率。本发明的另一目的是提供一种上述的改进焊条，该焊条的粘结剂是由非常稀的水玻璃溶液形成的，以减少涂层中的固体和增加焊条中的水分含量。仍然是本发明的另一目的，是提供一种上述的改进的焊条，该焊条具有涂层，其中增加了二氧化钛焊剂，以提高堆积能力但并不妨碍焊条改进的孔隙率。本发明的进一步目的是提供一种制备焊条的方法，该方法包括使用非常稀的水玻璃溶液和减少的粘结剂的百分比，以提供一种可挤压的形成焊条涂层的块体。本发明的一个基本目的是上述焊条的改进，该改进包括用额外的水稀释常规的水玻璃和使用更少用于焊条涂层的该粘结剂。涂层中粘结剂的量稍稍减少，以控制其可挤出性。结合附图和以下的描述，本发明的这些和其它目标与优点将会变得清楚。图1是纤维素焊条示意图2是沿着图1中线2-2的放大的截面图3是用于本发明所涉及类型的焊条的部分生产线的简要流程图4A是本发明所涉及的现有技术涂层沿着图3中线4-4放大的截面图4B是本发明涂层沿着图3中线4-4放大的截面图5A是图4A中的圆区域5A的局部放大截面图5B是图4B中的圆区域5B的类似于图5A的图；图6是在焊接工艺中使用的现有技术的纤维素焊条的局部放大截面图；图7是图6中的圆形区域"图7"的局部放大截面图；图8是使用本发明技术所得的改进的类似于图7的局部放大截面图。具体实施例方式在管道焊接中，焊接工艺是沿两侧的管道周围垂直向下，并且用图1和图2中所示的焊条10来进行。焊条10有中心棒或者合金焊丝12和修整焊接端或者放电端14，以及无涂层的夹持端16。外部涂层20有外表面22。在管道焊接中，涂层20—般是纤维素类涂层，该纤维素是木质纤维或者其它纤维素颗粒，所以纤维素颗粒通过在焊接操作过程中分解成二氧化碳气体，产生保护气。在管道上焊接是垂直向下的，涂层20中纤维素粉末的体积因素帮助固定金属在沿焊接操作前进的位置。本发明涉及具有纤维素为基础的如图1和2中所示的外部涂层20的纤维素焊条，在现有技术中，这样的焊条最多有3%的来自于焊条粘结剂中的水分，该含量是很低的，并且有时候导致在盖面焊道中形成孔，而这在焊接操作中是不希望的特征。因此，需要一种用于焯条的纤维素涂层，该涂层具有增加整个焊条中的水分含量但不起泡的能力。依照本发明构成的焊条10的特征和改进，在本申请的介绍部分已经阐述，在此，引入到优选的实施例的描述中，所以，有关本发明的优点和定义没有再进行复制。焊条10有纤维素外部涂层20，该涂层含有粉末状焊剂、合金粉末、纤维素粉末，以产生稳定性、保护气和粘结剂。粘结剂包括硅酸钠溶液和61-78%的水，粘结剂构成25-35%的涂层，以产生以重量计至少4%的整个焊条的水分，优选粘结剂约有61-78%的水，稀释的粘结剂减少为涂层的30%。本发明的粘结剂是水玻璃和传统的60%水，该水玻璃是液相的硅酸钠，该硅酸钠包括相对于氧化钠约2-4倍的二氧化硅。现有技术的纤维素涂层包括实质上小于焊条总重量的3%的水分，本发明采用稀释的常规的硅酸钠溶液的概念，通过添加以重量计5-30%的水，然后减少涂层中稀释的粘结剂。按照这种方式，涂层中的水分含量增加，所以焊条中总的水分含量超过4%，优选为约5-8%之间。这降低了焊接金属的孔隙率。涂层20中的合金粉末一般是镍、锰和铁钼合金，这些合金粉末与木质纤维形式的粉末纤维素结合使用。粘结剂也包括形成熔渣的粉末，如产生一定量保护气的碳酸盐、铁粉末和非常稀的粘结剂，使用这些通过非常稀的硅酸钠结合在一起的粉末组分的焊条10具有如下组分表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>通过使用本发明，焊条10的水分含量增加到约4-8%的湿度水平，这降低了管道焊接操作中的焊道的孔隙率。粘结剂优选约为涂层的30%，该含量是从在现有技术焊条中使用的常规含量35%减小而来的。减少粘结剂的量，同时增加水分含量；然而，通过稀释粘结剂来增加水分含量，不能减小粘度，以防碍后面将会解释的必要的挤出操作。因此，涂层20的水分含量不高于焊条总量的约10%，并且仍然保持为可挤出的块体。将粘结剂的所有颗粒混合在一块，并且具有形成可挤出块体的水分含量。依照本发明的另一方面，构成涂层20的焊剂体系的主要组分二氧化钛是从传统的10%增加到大于11%的水平，优选为12%。二氧化钛的增加减慢了移动速度，增加了焊接金属的堆积能力。因此，增加二氧化钛至11-15%水平，会增加堆积能力和沉积在管道部件间沟槽中的焊接金属的量。二氧化钛的增加结合非常稀的粘结剂，构成本发明的主要方面，该主要方面允许增加湿度而得到更好的孔隙率，无需改变焊接操作且确保盖面焊道的低孔隙率。制造焊条10包括挤出涂层20到焊丝12上，然后，通过加热工艺干燥涂层以排出一定量的水分。依照本发明，剩余的水分一般占焊条的以重量计4-8%。在干燥之前，刷焊条10的顶端16以露出焊丝12,其目的是为了在焊接工艺中装到焊条夹内。切去放电端14的涂层，暴露出焊丝12。在制造焊条过程中，本发明涉及制造工艺中的M段。在这个制造工艺中，焊丝12按照图3中的箭头指示移动通过导辊30进入标准的挤出机40。本发明水稀释的粘结剂存储在供应器42中，而构成涂层20的固体粉末存储在供应器44中，输出部42a、44a引导非常稀的液体粘结剂和固体粉末到混合器50内，该混合器是机械转动的混合器，形成并且引导可挤出的块体通过输出线52到挤出机40的料斗60内，然后，当焊丝向干燥器70移动时，挤出机把已挤出的可流动的固体块体20a放置到焊丝12上。干燥器固化或者硬化块体20a成为外部硬化的涂层20，干燥或者硬化工艺从涂层中排出一定量的水分，但是来自供应器42的稀释粘结剂中的水分，在干燥工艺中仍然保持至少4-8%重量的水，优选地是，干燥或者硬化涂层的水分含量高于5%。在现有技术中，正如图4A和5A所示，干燥工艺形成在表面22'周围具有外部薄的表层100的涂层20'，该表层是由加热表面的硅酸钠溶液而形成的，该工艺步骤在涂层20'周围硬化一薄层。本发明稀释了粘结剂，所以不形成不能透过的外部表层100。因此，正如图4B，5B所示的，涂层20具有表面22，该表面22没有硬化的表层，因而，在焊接工艺过程中，允许水分移动过涂层到大气中，具有结合图6-8将会讨论的、和在介绍中提到的优点。如图6和7所示的现有技术的焊条10'是应用于管道焊接操作，其中，焊条由交流电弧熔融，在加工件WP上形成焊接金属，该加工件WP是两个管道部件间的沟槽。能量供应PS具有输出引线120和122，用来形成在焊条和加工件间产生交流电弧的电流AC。在该焊接操作过程中，电弧在焊条10'的推进端产生高温，高温煮沸涂层20'中的水分，引起表面起水泡B，水泡使交流电弧偏斜，并且一般会使焊接工艺不稳定。因此，在现有技术中，焊条IO'的水分含量少于焊条10'总重量的3%，以减少引起水泡的可能性。还没有能力增加涂层20'的水分含量以降低焊道的孔隙率问题，这是因为当在涂层中使用高的水含量时，焊接工艺会不稳定。依据本发明，使用非常稀的粘结剂不会在表面22形成硅酸钠的富集，所以焊条10(如图8中所示)具有无外部硬化表层100的硬化涂层20。没有不能透过的表层，使水分通过表面22溢出作为必要条件，同时引入较高百分比的水分到焊接工艺中。依照这种方式，孔隙率是更好的，并且仍然保持与纤维素焊条10'相联系的堆积能力。为了增加新型焊条10的堆积能力，形成基本的焊剂组分的二氧化钛增加到超过涂层的11%，并且主要地在11-15%范围。实际上，二氧化钛的量为12%，因此，焊条10具有新型的高水含量的纤维素涂层20和增加的二氧化钛量，从而改善了焊接工艺性能。权利要求1.一种用于电弧焊接的焊条，在焊接工艺过程中具有改进的堆积能力的性质、并且保持低的盖面焊道孔隙率，所述焊条包括中心焊丝和外部涂层，所述外部涂层包括粉末状焊剂、纤维素粉末和粘结剂，所述外部涂层包括最多约35重量百分比的粘结剂，所述外部涂层含有水分，所述水分大于所述焊条的约3％重量百分比。2.根据权利要求1所述的焊条，其中，所述中心焊丝构成所述焊条的至少约80重量百分比。3.根据权利要求1或2所述的焊条，其中，所述粘结剂包含水分，所述水分是所述焊条的至少约4重量百分比。4.根据权利要求1-3中任一项所述的焊条，其中，所述水分是所述焊条的最多约10重量百分比。5.根据权利要求1-4中任一项所述的焊条，其中，所述外部涂层包含大于约ll重量百分比的二氧化钛。6.根据权利要求5所述的焊条，其中，所述外部涂层包括至少约12重量百分比的二氧化钛。7.根据权利要求5或6所述的焊条，其中，所述外部涂层包括最多约15重量百分比的二氧化钛。8.根据权利要求1-7中任一项所述的焊条，其中，所述外部涂层包括约5-35重量百分比的粘结剂。9.根据权利要求8所述的焊条，其中，所述外部涂层包括约30重量百分比的粘结剂。10.根据权利要求1-9中任一项所述的焊条，其中，所述粘结剂包括硅酸钠和水的溶液，所述水构成溶液的约61-78重量百分比。11.根据权利要求10所述的焊条，其中，所述水构成约70重量百分比的所述溶液。12.根据权利要求1-11中任一项所述的焊条，其中，所述纤维素粉末构成至少约20重量百分比的所述外部涂层。13.根据权利要求12所述的焊条，其中，所述纤维素粉末构成约20-30重量百分比的所述外部涂层。14.根据权利要求1-13中任一项所述的焊条，其中，所述外部涂层包括碳酸盐化合物。15.根据权利要求14所述的焊条，其中，所述碳酸盐化合物构成少于约5重量百分比的所述外部涂层。16.根据权利要求1-15中任一项所述的焊条，其中，所述外部涂层构成约13-16重量百分比的所述焊条。17.根据权利要求1-16中任一项所述的焊条，其中，所述焊条的所述外部涂层以重量百分比计包括粉末状纤维素镁/转碳酸盐二氧化钛粘结剂金属粉末至少20%少于5%至少12%最多35%最多36%18.根据权利要求1-17中任一项所述的焊条，其中，所述焊条的所述外部涂层以重量百分比计包括粉末状纤维素镁/妈碳酸盐二氧化钛粘结剂口n偶铁粉末20-30%少于5%12-15%28-35%15-20%13-16%19.一种用于电弧焊接的焊条的制备方法，所述方法包括(a)提供粘结剂；(b)添加粉末状焊剂和纤维素粉末到所述粘结剂中，制备可挤出的块体；(c)将所述块体挤出到移动的焊丝上，在所述焊丝上形成外部涂层；以及(d)加热所述外部涂层，在所述焊丝周围硬化所述混合物，所述外部涂层包括最多约35重量百分比的粘结剂，所述外部涂层包括水分，所述水分大于所述焊条的约3重量百分比。20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述焊丝构成至少约80重量百分比的所述焊条。21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述粘结剂包括水分，所述水分是所述焊条的至少约4重量百分比。22.根据权利要求19-21中任一项所述的方法，其中，所述水分是所述焊条的最多约10重量百分比。23.根据权利要求19-22中任一项所述的方法，其中，所述外部涂层包括大于约11重量百分比的二氧化钛。24.根据权利要求19-23中任一项所述的方法，其中，所述外部涂层包括约5-35重量百分比的粘结剂。25.根据权利要求19-24中任一项所述的方法，其中，所述粘结剂包括硅酸钠和水的溶液，所述水构成溶液的约61-78重量百分比。26.根据权利要求19-25中任一项所述的方法，其中，所述纤维素粉末构成至少约20重量百分比的所述外部涂层。27.根据权利要求19-26中任一项所述的方法，其中，所述外部涂层包括碳酸盐化合物。28.根据权利要求19-27中任一项所述的方法，其中，所述焊条的所述外部涂层以重量百分比计包括粉末状纤维素至少20%镁/韩碳酸盐少于5%二氧化钛至少12%粘结剂最多35%金属粉末最多36%29.—种方法，用于在电弧焊接工艺中改进焊条堆积能力并在焊接工艺中保持低的盖面焊道孔隙率，所述方法包括(a)提供一种焊条，所述焊条包括中心焊丝和外部涂层，所述外部涂层包括粉末状焊剂、纤维素粉末和粘结剂，所述外部涂层包括最多约35%重量百分比的粘结剂，所述外部涂层包括水分，所述水分大于所述焊条的3%重量百分比，以及(b)至少部分熔化所述焊条，以形成焊道。全文摘要在用于电弧焊接的焊条中，该焊条具有中心合金焊丝和外部纤维素涂层，该涂层包括粉末状焊剂、合金粉末、纤维素粉末和粘结剂。焊条的改进包括由硅酸钠和61-78重量百分比水的溶液形成的粘结剂。粘结剂构成25-35％的涂层，以在焊条中产生以重量计至少约4％的水，而且，焊剂是百分数大于涂层的12重量百分比的二氧化钛。文档编号B23K35/365GK101168220SQ20061013719公开日2008年4月30日申请日期2006年10月23日优先权日2006年2月21日发明者乔恩·P.·基亚波恩,克雷格·B.·达勒姆,兰道尔·M.·博特,罗伯特·J.·韦弗申请人:林肯环球公司