铝或铝合金的电焊的制作方法

专利名称：铝或铝合金的电焊的制作方法
铝或铝合金的电焊本发明涉及铝或铝合金的电焊方面，并且特别地焊接是在存在强磁场的地点，如 铝电解车间(electrolysis hall)执行的。更具体地说，本发明涉及一种如在所附的权利要求1的前序中公开的电焊的方 法，用于电焊工艺且如在所附的权利要求12的前序中公开的焊接电极，用于电焊接且如在 各自所附的权利要求15的前序中公开的设备，用于制造焊丝(welding wire)且如在所附 的权利要求28的前序中公开的方法，如在权利要求33中公开的焊丝的应用，如在权利要求 36中公开的可补给(feedable)和可消耗(consumable)焊丝，用于制造焊丝和如在所附的 权利要求37的前序中公开的装置，以及用于焊接工艺且如在所附的权利要求41的前序中 公开的焊枪。在本文中，术语“焊丝”应理解为与术语“焊接电极”是同义的。为了说明现有技术，可以提及US 3894210、US2004/0173593A1、US 6303892、日本 专利摘要 &JP 04365881、GB 285674 和 GB731836。US 3894210描述了一种其中铝不加入焊池的方案，如仅使用非可消耗的钨电极。 该文献描述了一种用于铝的TIG焊接的方波交流电的电路。在这种情况下，对于氧化物清 洗来说，交流电是必需的。方波形式而非正弦形式促进了零交叉过程中的再点火。而且，电 流幅度可以是脉冲的(用于熔池控制)并且在起动/停止时增大/减小。如今这是标准商 业TIG程序。它不能与MIG(GMAW)焊接一起使用。US 2004/0173593 A1描述了在GMAW焊接铝中使用保护气体以防止焊穿，从而桥 接较大的根部间隙(焊缝根部面积，root gap)并增加焊接速率。通过减小的焊透和每安 培电流强度更多的沉积，交流电的使用有助于此。少量反应气体以及氦被加入到氩保护气 体中。关于交流电，在该情况下似乎涉及的频率在0. 4-0. 25Hz的范围内。US 6303892仅涉及在保护气体中利用额外大量的氦(83_95% )来交流TIG焊接 铝。为了使该加入稳定，少量不同的多原子反应气体与剩余氩气一起加入。众所周知的是， 交流电减少穿透深度，而加入氦气增加穿透深度。因此氦气用于补偿交流电。日本专利摘要&JP 04365881描述了电阻点焊并且与电弧焊无关。铝的点焊比钢 的点焊更困难，因为基材(basic material)易于粘附至铜合金的压力电极。为了防止此， 钢(即，工件)通过阳极氧化给出额外厚的氧化层。该氧化层然后被涂覆有薄金属层，该薄 金属层给出良好的电接触。GB 285674涉及电弧焊初期的技术，其涉及覆盖的电极(屏蔽的金属电弧 焊，SWAW)。GMAW在当时尚未发明。该文件提供了一种适合于焊接和低温焊(软钎焊， soldering)铝的焊剂(flux)屏蔽的配方。屏蔽用于防止在熔融液滴和熔融池上形成氧化 铝。保护气体当然没有用于该方法中。该文件指出铝条可在将焊剂屏蔽设置在外部之前用 铜或镍电解涂覆。可选地，目的不仅在于减少熔体中氧化物的量。铜是作为用作焊剂的粘 接剂的目的而施加的。焊剂看似具有防止熔池与空气反应的用途，即与在GMAW焊接中加入 保护气体相同的功能。GB 731836描述了加入到电极、保护气体、或工件上的各种添加剂，以便能够执行使用交流电的GMAW焊接。添加剂的目的是降低熔融金属的电离电势，以便促进零交叉过程 中的电弧的再点火。在8个测试实施例中，有7个实施例涉及钢，并且1个实施例涉及铝。有案可查地，可以提及的是，公知的是钢可在8_16kHz频率范围内的磁场中焊接。 然而，这里焊弧的不对称性不是问题，因为电极是热的并且因此具有高的电子发射率，这会 产生对称电流。因此，与强磁场中铝和铝合金的焊接关联的问题与先前已知的非常不同。已知存在大量涉及执行铝的电焊接的实际问题。在用于铝工厂的生产车间中，所 用的电轨(动力轨道，power rail)通常由铝制成，并且为了接合这样的电轨，存在两种可 能性使用以螺母和螺栓紧固的接合板(鱼尾板，fish plate)，或使用焊接在成层上以在 接头位置上方形成电桥连接的接合板。通常，优选避免首先提及的可选方案而是试图焊接 接头。因为相当大的直流电在轨道中流动，在磁场(通常是非常强的磁场，例如100高斯 或更强磁场)中焊接铝轨道，通常使得焊接不可能发生，这是由于例如没有电弧的点火。在 较弱的磁场中，将产生不对称焊接以及因此更差的焊接质量。磁场中铝的焊接因而通常是 有问题的。因此，一个任务是在强磁场中在焊弧中获得对称性，以便最小化在铝生产中为维 护和保养需要的停止，并且同时减少熔炼厂的能量消耗。而且，通常在铝的焊接中，已经发现难于获得满意的焊接，因为电弧具有移动到邻 近所形成的焊接接头的区域的趋势。这通常是由于电弧具有从焊丝向氧化涂层移动的趋 势，这总会在焊点处出现，即在邻近焊接接头位置的区域。通常已知铝是反应性的、负电性金属，由于在空气中存在氧气，其本质上由A1203 组成的氧化涂层保护。该薄且致密的陶瓷涂层也称为氧化铝，是自修复的并防止铝的进一 步氧化或腐蚀。还已知，氧化铝通常具有比纯铝表面更低的电离电势。这意味着电弧将优 先点火这些区域，即使存在具有较短的飞弧距离(闪络距离，flash-overdistance)的纯铝 表面。这是由称为电离电势，对于其另一术语是“功函数”的现象引起的。因此，结合焊接尝试一个明显的解决方案，从而预抛光接头的边缘区域，以便除去 尽可能多的氧化铝层。然而，因为可影响加工工具的强磁场，这样的解决方案被证明是笨拙 的且有害的，但是相当重要的是它不实用，因为在任何情况下，氧化层几乎立即在铝或铝合 金上形成。因此，需要改进从焊丝到工件的电弧，使得如果可能，可以在焊丝的端部与实际焊 池之间最大限度地移动。然而，这不是结合铝或铝合金的焊接中所看到的仅有挑战，因为例如当在铝制造 厂(电解车间)中焊接铝或铝合金时，必要的是，在焊接发生时尽可能少的车间(Plant)关 闭。在这样的电解车间中，时时特别需要能够接合铝或铝合金的载流轨道。虽然在焊 接发生时，没有电流携带在要接合的轨道中，然而邻近电轨将同时是载流的，其中电流强度 在10000安培或更高的量级，这会引起强大且复杂的磁场区域，在该磁场区域中要进行焊 接，这又对电弧行为产生不利效果。此外，焊接设备也在该磁场区域中。根据本发明的一个发明特征，由所述磁场区域引起的不利效果被不是以传统方式 供以直流电而是通入中频或高频交流电的焊丝抵消。这很大程度上解决的问题涉及磁场对 焊弧所具有的“冲击(blowing)”效果。作为保护气体，氩气用于测试，虽然可能使用了其它保护气体。这样的交流电应具有这样的高频率，其最小频率被设定为主要磁场的函数。电弧 中的对称交流电将减小磁场对其的影响，由于作用于电弧的力在每个半周期中将转移180 度。增加的交流电频率将减小来自磁场的影响。可以理解，在受磁场影响的交流电中存在 可选的直流电分量。并且，电流在电极上的不规则几何或空间分布将在电极的熔融端产生 直流电分量，这将引起电极，即可消耗焊丝产生的熔融液滴被抛到侧边。便利地，使用的交 流电是正弦电流或具有近似正弦形式的电流，但这不是绝对要求。然而，可以看到这没有为获得满意的焊接工艺中涉及的问题提供完整的解决方 案，并且通过允许除了包含小部分氧气的保护气体的额外的发明特征，在很大程度上可以 防止电弧在实际焊池侧边再点火的意义上，焊接结果被显著改善。该解决方案涉及要形成 的接头中实际熔池被供给有少量氧气，这引起电弧具有趋于目前更多含氧的熔池而非趋于 有氧化涂层的焊池边缘部分的更好的再点火条件。由于存在的通常遵循最短路径的电弧将 在再点火后优选焊池中的经氧化的铝而非纯铝，这样的少量氧气供应给焊池将因此引起电 弧行经从焊接电极(焊丝)到焊池的最短路径，焊池在由此被供应氧气时获得稍微氧化的 表面。氧气的添加因此对于改善焊点的电弧条件是重要的。然而，同时发现存在一些其他现象，其阻碍最优的焊接结果。在靠近的高速摄像机 辅助的研究中，发现不仅要接合的铝或铝合金引起问题，而且焊丝也引起问题，因为所执行 的研究揭示在交流电的一个半周期中，在焊丝自由端的上游上的区域与靠近在形成的焊接 接头的区域之间存在电弧现象。焊丝的自由端于是携带不对称电流，这又导致对磁场的不 对称影响。因此，该发现也认识到需要这样的解决方案，其使得可以在交流电的两个半周期 中，在焊丝的端部与在形成的焊接接头之间获得甚至更稳定的电弧。为了进一步改进焊接工艺，根据本发明的又一个另外特征，焊丝，即铝或铝合金的 可补给和可消耗焊丝被提供有例如铜的氧化抑制涂层的外覆层或外壳(sheath)，已知在 电流的一个半周期中，没有这样的涂层的电弧将遗憾地推进位于焊丝的端部上游的氧化涂 层，即不朝向焊丝的熔融端。该措施导致焊接工艺的显著改善。通过由此抵消铝丝上的氧 化涂层，确保电弧将总是从焊丝/电极的端部烧蚀。根据本发明，用于电焊的前述方法的特征在于所附的权利要求1中阐述的特征， 并且另外的实施方式可从从属权利要求2-11中看出。为了获得焊接工艺的最优结果，前述焊接电极的特征在于所附的权利要求12中 阐述的特征，即，铝或铝合金的可补给和可消耗焊丝形式的焊接电极具有氧化涂层的外覆 层或外壳，在非限制性实例中，为薄铜层。传统上，在铜上形成氧化涂层之前要花费一定时 间。焊丝的其它实施方式在从属权利要求13和14中阐述。类似于上面结合该方法所陈述的，前述设备的特征在于所附的权利要求15中阐 述的特征。如权利要求15中定义的设备的另外的实施方式在从属权利要求16-27中阐述。提供有氧化抑制涂层的铝或铝合金的焊丝是以前未知的，并且作为本发明的本质 方面，因此提供了一种制造具有氧化抑制涂层的铝或铝合金焊丝的方法，如从权利要求28 的特征部分中可以看出的。该方法的另外的实施方式在所附的从属权利要求29-32中阐 述。根据该方法制造的焊丝的使用也在所附的权利要求33及其相关的从属权利要求34和 35中公开。
此外，权利要求36公开了涉及可补给和可消耗焊丝的特征。为了执行制造具有氧化抑制涂层的铝或铝合金焊丝的方法，本发明指出了如在所 附的权利要求37中限定的装置。该装置的另外的实施方式在所附的从属权利要求38-40 中公开。当焊接铝或铝合金时，传统上，焊枪用于气体-金属电弧焊接，所谓的GMAW。当焊 枪而非供给直流电适于被提供有在500Hz-100kHz频率范围中选择的交流电形式的焊接电 流时，指出，根据本发明的另外的方面，焊枪内和焊枪上的所有部件由非磁性材料构成，正 如权利要求41中所公开的。当焊枪在磁场中操作时，如当焊接电轨在存在强磁场的电解车 间中，这也是有意义的。在该情形中，防止焊枪的使用避免由于不可控地移动而产生危害也 是重要的，这是因为焊枪上安装有或含有铁磁性部件。铁磁性部件也将被基于交流电的焊 接电流感应加热。加热的程度将是频率和电流的函数。虽然本发明结合在强磁场中焊接将是特别有用的，但是应当理解，本发明也可完 美地结合弱磁场或磁场效果不显著的焊接而使用。当然，焊接也可在不存在磁场的情况下 执行。现在，将参考附图更详细地解释本发明，这些附图示出了非限制性的示例性实施 方式。

图1示出了要接合的铝或铝合金的邻近部分的焊接接头和相关电弧现象。图2完全示意性示出了熔炼厂中电轨的焊接条件。图3示意性地且没有按比例地示出了根据本发明的焊丝的横截面。图4是典型焊枪的截面图。图5示出了根据本发明的焊接设备。图6示出了如果当来自气体制造厂的保护气体不具有所限定的氧气含量，则将氧 气引入到保护气体中的原理。图7示出了在焊接工艺过程中用于将氧气供应到保护气体的可选解决方案。图8a示出了在焊丝上制造氧化抑制涂层的装置的透视俯视图，并且图8b是其俯 视图。如开始提到的，结合用于铝或铝合金电焊的方法和设备，已经确定，邻近在形成的 焊接接头的这样的金属具有氧化层。在焊接工艺过程中，焊丝1的自由端1’必须经焊枪3 中合适的焊丝导管(wiregUide)2供应有周围的保护气体。如图4所示的焊枪3是普通GMAW焊枪，其包括枪柄4、绝缘体5、用于电流馈电的 柔性铜导体6、用于传输保护气体的空间7、用于焊丝1的焊丝导管2、从枪柄延伸的外铜管 8、用于电流馈电的内铜管9、气体吹口(gas mouthpiece) 10、气体喷嘴(gas nozzle) 11、以 及用于将电流馈送至焊丝的接触管12。而且，焊枪装配有吊钩13。对于本发明总体上要解决的挑战，特别是在具有磁场(通常是强磁场)的焊接环 境中，结合本发明，已经发现使用交流电作为焊接电流是有利的，并且此外使用保护气体， 其中具有混合在其中的氧气，或者在焊接工艺过程中保护气体被供应氧气。最本质和最容易的方法是，保护气体具有包括在其中的由气体供应商以正确比例 提供的氧气。然而，含氧气的现成混合的保护气体可能不总是可用的，并且在这点上，如图 6所示，有利地使用混合阀门14，气体由第一气罐15和第二气罐16提供。第一气罐15包含例如氩气，而第二气罐16包含例如具有一定百分比的氧气的氩气或仅有氧气。例如，如 果离开混合阀门14的保护气体17需要的氧气，则第二气罐16例如可以包含具有2% 添加氧气的氩气。如果混合阀门14易于调整，并且因此可微调，则第二气罐例如可以包含 氧气。混合阀门可以可选地为喷射器型，例如基于Bernouilli管原理。在可替换的方法中，氧气可直接在焊点18处加入，例如如图7所示，经由独立的喷 射嘴(jet nozzle) 19。如先前描述的，当交流电用作焊接电流时，如图4所示，在交流电的一个半周期中 将存在这样的问题，即，焊丝1的天然氧化涂层1 ”吸引电弧20，这对于焊丝和整个焊接工艺 来说是不利的。在另一个半周期中，电弧20’将朝向焊池的边缘部分推进，此处，例如电轨 21、22具有氧化涂层21’、22’。这在图1中更详细地说明。为了弥补该缺陷，使用焊丝1，其 基本上由设置有氧化抑制涂层23’的铝或铝合金的芯23组成，该氧化抑制涂层23’形成焊 丝的外覆层或外壳。粘合层23”有利地位于涂层23’与芯23之间。这在图3中高度放大 地更详细地示出。为了进一步优化，除了使用交流电和特别设计的焊丝外，也可使用其中混合氧气 的保护气体作为所述保护气体，或在焊接工艺过程中保护气体被提供氧气，如上所述。在氧气混合在或加入到保护气体的情况下，体积量 将有利地在0. 1-5%的范围内 选择。氧气含量太高不是特别期望的，并且初步测试表明在0. 75% -2. 5%范围内的氧气的 体积量可能是足够的。如上所述，允许保护气体包含氧气，要么事先混合在其中要么在焊接工艺过程中 加入，这一要点是为了引起焊接接头中焊池18被供应有氧气，以便来自焊丝1的电弧试图 移动到其实际被预期的位置，也就是说朝向焊池18，这会在固化时形成焊接接头。在没有进 入到保护气体中的氧气的情况下，焊池将表现出更类似于纯铝或铝合金，并且电弧将因此 具有偏离期望的焊池的趋势。然而，初步测试表明保护气体中氧气含量或供应到其中的氧气的要求不总是严格 的，在一些情况下，使用具有正确调整的频率的交流电，特别设计的具有氧化抑制涂层的焊 丝和普通保护气体(即没有氧气)将是足够的或至少可接受的。除了可选存在氧气外，保护气体还将包含至少一种惰性气体。所用的交流电有利地在500Hz-500kHz的范围内选择。当焊接工艺在磁场中执行 时，例如当焊接电轨24-26在铝电解车间中时，必须选择焊接电流的最小频率作为磁场强 度的函数。磁场越大，所述频率必须越高。这意味着当焊接操作在磁场中进行时，从焊接电 流发生器25传递的焊接电流的频率必须总是至少在某个采用的最小频率上，以抵消磁场 的影响。焊接频率是焊接电流电路的共振频率的结果，且其通过调节器26自动调整，如图 5所示。当接合处(junction) 27以该方式焊接时，使用接合板28_31进行焊接通常是便利 的，这些接合板在邻近的轨道部件26’、26”上的层中被连续焊接。如果接合处27是V形的， 则当然可以在层中执行焊接，直到接合处被填充有焊接上(welded-on)的铝或铝合金。如上所述，结合本发明，已经发现使用基本上由铝或铝合金组成并且还设置有氧 化抑制涂层的外覆层或外壳的焊丝是有利的。这防止了通常由焊丝上的铝氧化物(氧化 铝)涂层引起的不利效果，即，交流电相中的电弧倾向于位于焊丝的尖部上游的区域。作为氧化抑制涂层，尽管可以想到其它金属涂层，但是也可使用，例如铜(Cu)、金(Au)、银(Ag) 或钼(Pt)。在已经进行的初步测试中，已经发现铜是廉价的、合适的和易于应用的金属。铜的 一种类似于大量其它金属的特性是其非常慢地氧化，这与几乎和空气接触瞬间即氧化从而 形成非常硬的氧化涂层的铝形成强烈的对比。如图3所示，图3的比例有些不合适，例如，氧化抑制涂层23’与焊丝1的横截面 半径相比较薄，使得该涂层具有构成焊丝1的横截面半径的0. 025% -2. 5%的厚度。这意 味着，作为铝或铝合金的焊丝1的实际芯23构成焊丝材料体积的主要部分。如图3所示， 在焊丝中铝或铝合金的涂层之间，可形成所述粘合层23”，例如由锌(Zn)形成。氧化抑制层 23’应尽可能薄，但同时具有不易于从焊丝1剥离或剥落的厚度和强度。虽然可以允许焊丝具有较短长度的焊丝的形式，但优选为长焊丝，在焊接过程中 从焊枪连续可补给，且如GMAW型焊接中标准实践的那样使用。现在，具有这样的氧化抑制涂层的焊丝还不是商业产品。这是因为以前还没有采 用焊丝交流电用于铝或铝合金的焊接，特别是在焊接发生在存在强磁场的情况下，以及在 有较弱磁场的情况下。如上所述，以该方式焊接铝和铝合金提出了必须解决的严重问题。事 实上存在电缆，特别是对于音频设备，如扬声器，这里电缆具有涂覆有铜的铝芯，并且于是 具有应用的电绝缘外壳，但这样的电缆当然不是用于GMAW型的焊接。在本发明的起初和必须逐渐解决并被解决的挑战出现时，可以立即看到需要提供 这样的方法和装置，其用于制造用于铝或铝合金的电焊的焊丝。图8a和图8b示出了用于制造用于铝或铝合金的电焊的焊丝的装置。虽然考虑到 焊丝1 ；23-23”的更商业化的处理，图中所示装置以后可改进，但是图中示出了当前可实现 的用于促进这样的制造的装置。图8a和图8b示出了多个工作站32_35，其适于在焊丝通过工作站的过程中从铝或 铝合金的未处理焊丝23的第一货栈(store) 36到准备处理的焊丝1 ;23、23”、23’的第二货 栈37处理焊丝。这些多个焊接工作站依次由适于脱脂32’和清洗32”具有第一厚度并从第一货栈 提供的铝或铝合金焊丝23的第一工作站32、适于从焊丝除去氧化涂层的第二工作站33、适 于将粘合层施加到焊丝上的第三工作站34、和配置有穿通室(feedthrough chamber) 35，的 第四工作站35组成，该穿通室被设计用于将氧化抑制涂层23’电解施加在粘合层23”上。 在该穿通室35’中可以包括由氧化抑制材料制成的阳极(未示出)，或该室自身可由这样的 金属制成。例如，允许未处理的铝丝或铝合金丝23的存储线圈(st0ragec0ils)36被施加 负电压电势(voltage potential)可以是有利的，当然也可以允许处理就绪的焊丝1 ；23、 23”、23’的存储线圈37被施加这样的电势。于是为应用粘合层23”和氧化抑制层23’执行 电解的工作站34、35分别被施加正电势。在第四工作站35中施加了粘合层的焊丝23、23”的暴露时间被调整，使得氧化抑 制涂层23’在通过第四工作站35的下游端部35”后具有相对于第一工作站的上游端部32” 为焊丝上游的横截面半径的0. 025% -2. 5%的厚度。粘合层可在第三工作站34通过电解(电镀)，通过喷雾施加雾化粘合剂，或在通
11过熔融粘合剂浴槽后粘附到脱脂的焊丝的层中被施加。然而，电解是目前优选的方法。有 利地，粘合层可由锌(Zn)组成，并且在目前优选的实施方式中，氧化抑制涂层的金属由铜 (Cu)制成。允许第二工作站33和第三工作站34在它们各自下游端部33”;34”除了具有各自 的清洗区段之外具有可选的冲洗区段33’ ;34’是有利的。这在工作站中不同处理浴具有更 长寿命的意义上是有利的，但如果更频繁改变处理液体是可接受的，则这样的另外清洗区 段可省略。参考标号38和39指代用于收集处理站可能发生的任何液体泄露的收集通道。如前面所述，以该方式制成的焊丝经过这些处理步骤后将特别适于结合使用频率 在500Hz-100kHz范围内的交流电形式的焊接电流并结合使用保护气体，该保护气体附加 有氧气或没有加入氧气。如上所述，这样的焊丝特别适于在磁场中焊接铝或铝合金。如上所提及的，使用交流电的焊接提出了关于在GMAW型的焊枪内或外部的铁磁 性部件的问题。在可能发生的高焊接频率处，这些部件对焊枪的功能和操作员以可靠方式 操作焊枪的可能性具有不利的影响。该类标准焊枪包含内弹簧4’、铁磁类型的螺钉和接头， 此外焊枪通常装配有软管夹、铁磁材料的连接器零件和挂钩13。因此，当焊枪适于被供应以在所述频率范围内选择的交流电形式的焊接电流时， 根据本发明，焊枪内和其上的所有部件均由非磁性材料组成是重要的。当焊接在磁场中执 行时，当然也存在该重要性。可以理解，在本发明不同方面的范围内，可以例如以与大体示出的实施例不同的 方式配置焊枪。图7所示的氧气或含氧气的保护气体的直喷嘴可借助非铁磁性紧固装置固 定到焊枪的外部。
权利要求
一种用于电焊铝或铝合金的方法，其中邻近正在形成的焊接接头的所述铝或铝合金具有氧化层，并且其中焊接电极的自由端被供应有周围的保护气体，其特征在于所述焊接在磁场中进行；使用交流电作为焊接电流，所述交流电具有作为所述磁场的强度的函数的最小频率；以及使用可补给和可消耗焊丝作为焊接电极，所述焊丝基本上由铝或铝合金组成，并且所述焊丝设置有形成所述焊丝的外覆层或外壳的氧化抑制涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用具有混合在其中的氧气的保护气体作为所述保护气体，或所述保护气体在焊接工 艺过程中被供应氧气。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于 混合的或加入的氧气的体积量在0. 1-5%的范围内。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于混合的或加入的氧气的体积量在0. 75-2. 5%的范围内。
5.根据权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于 除了前述氧气外，所述保护气体还包含至少一种惰性气体。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于 使用铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)或钼(Pt)作为所述氧化抑制涂层。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的方法，其特征在于 所述氧气经由混合阀门供应到其余的所述保护气体中。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于所用的涂层具有构成所述焊丝的横截面半径的0. 025% -2. 5%的厚度。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于供应至所述焊丝的所述交流电具有选自500Hz-500kHz范围内的频率。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于 使用的所述交流电是不含直流电分量的对称交流电。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于所述交流电是作为恒定交流电或者间歇交流电或脉动交流电而提供的。
12.一种用于电焊铝或铝合金的焊接电极，其中邻近正在形成的焊接接头的所述铝或 铝合金具有氧化层，并且其中所述焊接电极的自由端在焊接过程中被供应有周围的保护气 体，其特征在于所述焊接电极被设计用于在磁场中焊接并由可补给和可消耗的焊丝形成，所述焊丝基 本上由铝或铝合金组成并具有氧化抑制涂层的外覆层或外壳。
13.根据权利要求12所述的焊接电极，其特征在于 所述涂层由铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)或钼(Pt)形成。
14.根据权利要求12或13所述的焊接电极，其特征在于所述涂层具有构成所述焊丝的横截面半径的0. 025% -2. 5%的厚度。
15.一种用于电焊铝或铝合金的设备，所述铝或铝合金具有邻近正在形成的焊接接头的氧化层，所述设备包括焊接电极，所述焊接电极的自由端可供应有来自保护气体源的周 围的保护气体，其特征在于所述设备被设计用于在磁场中焊接；所述焊接电极由可补给和可消耗的焊丝形成，所述焊丝适于被供以来自电源的交流 电，所述交流电具有作为所述磁场的强度的函数的最小频率；以及所述焊丝由铝或铝合金形成，并且设置有由氧化抑制涂层形成的外覆层或外壳。
16.根据权利要求15所述的设备，其特征在于所述保护气体包含氧气或存在用于在焊接过程中将氧气供应至所述保护气体的装置。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于所述氧气被加入到在所述保护气体源中的所述保护气体中。
18.根据权利要求16所述的设备，其特征在于设置用于在所述焊接接头处将氧气加入到所述保护气体中的装置。
19.根据权利要求16所述的设备，其特征在于所述含氧气的保护气体是由混合阀门补给的混合物，所述混合物由来自第一气体源的 无氧保护气体和来自第二气体源的含氧保护气体或氧气形成。
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于 所述混合阀门被配置为喷射器。
21.根据权利要求15-20中任一项所述的设备，其特征在于所述保护气体中混合或加入的氧气的量在0. 1-5%的范围内，优选在0. 75% -2. 5%的 范围内。
22.根据权利要求15-21中任一项所述的设备，其特征在于 除了所述氧气外，所述保护气体还包含至少一种惰性气体。
23.根据权利要求15-22中任一项所述的设备，其特征在于 所述氧化抑制涂层是铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)或钼(Pt)涂层。
24.根据权利要求15-23中任一项所述的设备，其特征在于所述氧化抑制涂层具有构成所述焊丝的横截面半径的0. 025% -2. 5%的厚度。
25.根据权利要求15-24中任一项所述的设备，其特征在于 供应的所述交流电具有选自500Hz-500kHz范围内的频率。
26.根据权利要求15-25中任一项所述的设备，其特征在于 采用的所述交流电是不含直流电分量的对称交流电。
27.根据权利要求15-26中任一项所述的设备，其特征在于所述交流电是作为恒定交流电或者间歇交流电或脉动交流电而提供的。
28.—种制造用于电焊铝或铝合金的焊接电极的方法，其特征在于所述焊接电极由用于在磁场中焊接的可补给和可消耗的焊丝形成，并且其中所述制造 通过以下步骤而完成a)提供具有第一厚度的铝或铝合金焊丝；b)向所述焊丝提供形成粘合层的第一涂层；c)向所述第一涂层提供第二涂层，所述第二涂层是氧化抑制性的并适于形成所述焊接 电极的外覆层。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于所述第二涂层的厚度为所述第一厚度的0. 025% -2. 5%。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其特征在于步骤a)包括脱脂所述焊丝、清洗所述焊丝以及从所述焊丝除去氧化涂层；以及 步骤c)包括通过将具有所述粘合层的所述焊丝行进通过包括或形成由氧化抑制金属 构成的阳极的室而电解施加所述第二涂层。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于步骤a)还包括在除去所述氧化涂层后清洗或冲洗所述焊丝；以及 步骤b)包括在施加所述粘合层后，清洗具有所施加的粘合层的所述焊丝。
32.根据权利要求28-31中任一项所述的方法，其特征在于 所述粘合层由锌(Zn)组成；以及所述氧化抑制金属是铜(Cu)。
33.通过根据权利要求28-32中任一项所述的方法制造的焊丝在使用具有选自 500Hz-500kHz范围内频率的交流电并使用包含氧气的保护气体来焊接铝或铝合金中的应用。
34.根据权利要求33所述的焊丝的应用，其中，所述交流电是不含直流电分量的对称 交流电。
35.根据权利要求33或34所述的应用，其中所述交流电是作为恒定交流电或者间歇交 流电或脉动交流电而提供的。
36.一种用于焊接铝或铝合金的可补给和可消耗的焊丝，其中，所述焊丝是根据权利要 求28-32中任一项所述的方法制造的。
37.一种用于制造用于电焊铝或铝合金的焊接电极的装置，其特征在于 所述焊接电极是用于在磁场中焊接的可补给、可消耗的焊丝；多个工作站适于在所述焊丝从未处理的铝或铝合金的焊丝的货栈到处理就绪的焊丝 的货栈行进通过所述工作站的过程中处理所述焊丝，其中所述多个工作站依次由下列组 成适于脱脂和清洗所述焊丝的第一工作站； 适于从所述焊丝除去氧化涂层的第二工作站； 适于将粘合层施加至所述焊丝的第三工作站；配置有适于将氧化抑制金属涂层电解施加至所述粘合层的焊丝穿通室的第四工作站。
38.根据权利要求37所述的装置，其特征在于调整施加有粘合层的所述焊丝在第四工作站中的暴露时间，使得所述氧化抑制涂层在 行进出所述第四工作站的下游端时具有相对于所述第一工作站的上游端为所述焊丝的上 游厚度的0. 025% -2. 5%的厚度。
39.根据权利要求37所述的装置，其特征在于所述第二工作站和所述第三工作站在它们各自的下游端还具有清洗区段。
40.根据权利要求37、38或39所述的装置，其特征在于 所述粘合层由锌(Zn)组成；并且所述氧化抑制金属为铜(Cu)。
41. 一种在电焊铝或铝合金中使用的用于气体金属电弧焊接、所谓GMAW的焊枪，其特 征在于所述焊枪被构造用于在磁场中焊接，其中所述焊枪内和其上的所有部件均由非磁化材 料组成；并且所述焊枪适于被供应选自500Hz-500kHz频率范围内的交流电形式的焊接电流，其中 施加的用于所述交流电的最小频率是磁场强度的函数。
全文摘要
本发明涉及在磁场中电焊铝或铝合金的方面，其中邻近正在形成的焊接接头(18)的铝或铝合金(21；22)具有氧化层(21’；22’)，并且其中焊丝(1)的自由端(1’)被供应有周围的保护气体。交流电，例如在50Hz-500kHz范围内选择的交流电被用作焊接电流。而且，所用焊丝基本上由设置有氧化抑制涂层(23’)的铝或铝合金组成，例如铜，其形成焊丝的外覆层或外壳，和/或使用具有混合在其中的氧气的保护气体作为保护气体，或所述保护气体在焊接工艺过程中被供应氧气。氧气相对于保护气体的体积量在0.1-5％的范围内。当焊接工艺在磁场中进行时，选择焊接电流的最小频率作为磁场强度的函数。本发明还提出了一种制造焊丝的方法和用于可用焊枪的必须材料条件。
文档编号B23K9/073GK101952073SQ200880125242
公开日2011年1月19日 申请日期2008年12月17日 优先权日2007年12月21日
发明者克蒂尔·霍内斯 申请人:Efd感应股份有限公司