埋弧焊方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固体润滑剂的焊丝的制作方法
【专利说明】埋弧焊方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固体润滑剂的 焊丝
[0001] 本申请是2009年6月5日递交的申请号为200980132452. 2、发明名称为"埋弧焊 方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固体润滑剂的焊丝"的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本申请涉及埋弧焊方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固体润滑剂的焊丝。
【背景技术】
[0003] 气体保护金属极电弧焊
[0004] 气体保护金属极电弧焊（GMW)(有时以其子类型惰性气体保护金属极电弧焊 (MIG)或活性气体保护金属极电弧焊（MG)被提及）是半自动或自动的弧焊过程，其中连续 的和可消耗的焊丝电极（"焊丝"）以及保护气体通过焊枪被输送。
[0005] 图1和2说明传统工业GMAW系统的基本设计。正如在这些图中示出的，GMAW系统 10包括电源12、焊丝驱动组件14、保护气体供应系统16和用于将电功率、焊丝和保护气体 携至要被焊接的工件20的缆线组件18。焊丝驱动组件14 一般包括携带连续的、可消耗的 焊丝电极的线轴24的卷轴架22以及包括一个或更多个驱动轮（未示出）的驱动机构26， 用以将焊丝从线轴24经缆线组件18驱至工件20。同时，保护气体供应系统16通常包括保 护气体源28和与缆线组件18流体连通的气体供应导管30。
[0006] 正如尤其在图2中说明的，缆线组件18 -般采取细长的柔韧缆线32的形式，所述 缆线32的一端连接电源12、焊丝驱动组件14和气体供应系统16,而另一端连接焊枪34。 正如在图3 (柔韧缆线32的径向横截面）中说明的，这个柔韧缆线通常包括用以提供焊接 电功率至焊枪40的接触末端的电缆34、用以输送保护气体的气体导管36和用以置放焊丝 的柔韧鞘48。
[0007] 在实践中，柔韧缆线32通常至少10英尺（~3m)长，更一般地至少15英尺（~ 4. 6m)、至少20英尺（~6.Im)、至少25英尺（~7. 6m)或甚至至少30英尺（~9.Im)长， 以致电源12、焊丝驱动组件14和保护气体供应系统16可以基本上保持固定，同时焊枪34 被手动移动至各种不同的位置。此外，柔韧缆线32通常被制造地尽可能柔韧，因为这在移 动和定位焊枪34到任何期望的位置方面提供最大程度的灵活性。所以，例如，柔韧缆线32 通常被制造得足够柔韧以致可以形成相对急促的弯曲（tightbends)，例如正如在图2中 说明的，被盘绕为多个圈。
[0008] 为了防止焊丝在柔韧缆线32内缠结（snagging)，焊丝穿过柔韧鞘48的内部。这 个柔韧鞘通常由以螺旋方式紧紧地缠绕的金属丝制成，其内径仅仅稍大于焊丝的外径，因 为这个结构在柔韧缆线32中提供高度的适应性，同时防止焊丝和柔韧缆线内其他组件之 间的接触。
[0009] 由于细长的柔韧缆线32的长度和适应性，柔韧缆线32经常用相对大的量的力来 将焊丝从线轴24经缆线组件18驱至工件20上。因此，在工业中常见的实践是，为焊丝涂 覆固体润滑剂例如石墨、二硫化钼等，以减少焊丝的外表面和焊丝经过的柔韧鞘的内表面 之间的摩擦系数。
[0010] 埋弧焊
[0011] 埋弧焊（SAW)与GMW的不同在于，在SAW中不使用外部保护气体。作为替代，熔融 焊缝和电弧区被埋在粒状可熔焊剂的覆盖层之下，所述粒状可熔焊剂覆盖层当熔融时在电 极和正被焊接的工件之间提供电流路径，并且为焊件提供免于接触周围空气的保护。参见 示意性地说明SAW的图4,图4示出焊丝50由驱动辊子52驱动在工件56中形成焊缝58， 焊丝的末端形成电弧54,所述电弧54完全被埋在焊剂60的层中。
[0012]SAW的具体优势在于高沉积速率是可能的。例如，与GMW每小时5-10镑（~ 2-4kg/h)相比，用SAW的每小时超过100镑应用焊接金属（45kg/h)或更多的沉积速率是可 能的。SAW的具体缺点在于，作为实践问题，由于重力通常将导致粒状焊剂从非水平表面滑 落，只有水平表面可以被焊接。由于这些约束条件，SAW通常被用在这样的应用中，即在大 的、水平放置的目标物（例如，管制作）中形成高沉积速率焊缝。
[0013] 图5说明这样的SAW系统。在这个系统中，从供丝线轴64获得的焊丝62借助于 包括驱动辊子（未示出）的供丝组件66经焊枪68被输送至安装在台70上的固定位置中 的工件（未示出），被输送通过焊枪68,在焊枪68处焊丝62形成焊缝。在所示出的具体实 施方案中，供丝线轴64、供丝组件66和焊枪68被安装在架71上的固定位置中，架71沿导 轨72是可移动的，以致连续的焊缝可以沿工件的整个长度形成。在其他实施方案中，供丝 线轴64、供丝组件66和焊枪68被安装在固定位置中，而工件沿台70是可移动的，以提供连 续的伸长的焊缝。在两者中的任一情况中，适合的焊剂供应系统（未示出）通常被提供，来 自动地用焊剂覆盖要被焊接的位置。
[0014]取决于应用，就整个系统被永久地安装在单一使用位置中的意义而言，这个SAW系统可以是固定的。在其他的应用中，就这个系统在例如焊接桥大梁时可以在不同的使用 位置之间移动的意义而言，这个SAW系统可以是移动的。
[0015] 在工业上，在如图5所说明的线轴上或者在筒、杆（stem)或卷轴上的焊丝62被供 给到焊枪68。在所有情况中，这种焊丝供应件通常被安装在相对于焊枪68的固定位置并且 通常相当靠近焊枪68。类似地，供丝组件66通常也被安装在相对于焊枪68的固定位置并 且相当靠近焊枪68。作为这些特征的结果，引导系统，例如在图1-3中说明的GMW系统中 的柔韧鞘48不是必需的。这是因为在焊丝62和将该焊丝从供丝线轴64输送到焊枪68的 结构元件之间基本上没有滑动摩擦。因此，SAW系统的焊丝不被提供一般在GMAW系统使用 的用于减少滑动摩擦的固体润滑剂。
[0016] 正如在上面指出的，SAW中的沉积速率通常比GMAW中的高很多。通过利用比GMAW 粗的焊丝以及使用更多的电功率来使之成为可能。例如，用于SAW的焊丝直径通常为1/16 英寸（~I. 6mm)或更大，而用于GMAW的焊丝具有约1/16英寸（~I. 6mm)或更小的直径。 不管怎样，由于SAW中的这些基本上更强烈的条件，焊丝通过的焊枪接触末端的使用寿命 因为摩擦和磨粒磨损（abrasivewear)的缘故可以是非常短的。例如，当与清洁的（没有 吸收肥皂残留物）裸（即，未覆盖）标准钢SAW焊丝一起被用于SAW焊接时，标准的商用铍 铜接触末端的使用寿命可以短至四小时或更少。
[0017] 由于这个问题，商业SAW焊丝几乎总是覆盖有铜覆层。令人遗憾的是，当焊丝穿过 滚花（knruled)的驱动辊子（例如，在图4中的驱动辊子52)和一般在标准SAW焊丝输送 系统中看到的焊丝矫直器时，这个铜覆盖部分经常从所述焊丝被剥落。久而久之，该剥落的 铜可以在输送系统中累积成为铜薄片（flakes)，并且甚至可以污染正在形成的焊缝。取决 于一种液态金属脆化的、被称为"铜裂（coppercracking) "的现象，这种铜污染转而能危害 焊缝完整性。
【发明内容】
[0018] 通过用于埋弧焊的焊丝解决了该问题，具体地是具有权利要求11以及权利要求1 和9方法的特征的SAW焊丝。本发明的各种示例性实施方案在从属权利要求中限定并且将 在下面详细讨论。依据本发明，业已发现，传统焊丝固体润滑剂在减少埋弧焊中接触末端磨 粒磨损方面起的作用将基本上与铜覆盖的一样好。由此，依据本发明，这样的效果是可能 的，即消除通常在埋弧焊中使用铜覆盖SAW焊丝时遇到的铜浪费和污染问题，同时仍维持 铜覆盖能够实现的改善的接触末端使用寿命。
[0019] 因此，本发明提供用于埋弧焊的新的焊丝，所述焊丝包括埋弧焊焊丝基体和在所 述焊丝基体的表面上的细粒固体润滑剂。
[0020] 本发明还提供一种用于减少在埋弧焊中使用的焊枪的接触末端上的磨粒磨损的 方法，所述方法包括将在表面上具有固体润滑剂的焊丝基体用作焊丝。
[0021] 其中，所述焊丝具有大于1/16英寸（~I. 6mm)的直径。
[0022] 其中，所述埋弧焊焊丝基体不含铜覆盖。
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