用于被特别地覆盖的金属的消耗品的制作方法
【技术领域】
[0001] 某些实施方案设及在弧焊应用中使用的消耗性焊条。更特别地，某些实施方案设 及在气体保护金属极弧焊（GMAW)或气体保护焊药忍弧焊（FCAW-G)应用中，在具有金属覆 盖层的工件上使用的抗孔隙度的（porosityresistant)、低烟尘的消耗性焊条。再更特别 地，本发明设及分别根据权利要求1、10、12W及13的前序部分的使用于设及具有锋覆盖层 的工件的弧焊应用的消耗性焊条、包括所述焊条的焊接系统、焊接方法W及所述焊条的用 途。
【背景技术】
[0002] 金属，比如铁或钢，可W被锻锋（galvanized)，例如，用锋覆盖。锋覆盖层通过形 成物理屏障防止下面的铁或钢腐蚀。另外，即使当屏障被刮坏或损坏时，锋可W充当保护铁 或钢的牺牲阳极。锻锋钢可W被焊接，但是锋覆盖层造成许多问题。除了被产生的氧化锋 烟尘，锋覆盖层可能产生能够不利地影响焊缝质量的挥发物和氧化物。例如，锋蒸气可能 被困在焊接烙池中，运随后可能导致在完成的焊缝中的高孔隙度。当焊接烙池在蒸气能够 逸出之前冷却时，当没有蒸气的逸出路径时，和/或当有高浓度的锋挥发物时，运种情况发 生。另外，锋挥发物和锋氧化物可能干扰电弧并且产生高度飞瓣，造成不稳固的（unsound) 焊缝。由于运些问题，锻锋工件通过（例如通过在主要的焊接操作之前磨削）去除锋覆盖 层来被常规地准备。然而，在焊接之前准备工件是耗时的且效率低的。因此，趋势是在所述 覆盖层之上焊接而不是首先去除所述覆盖层。然而，运种方法造成具有显著的飞瓣的焊缝， 当工件之后被涂覆时所述显著的飞瓣会引起问题和/或所述显著的飞瓣可能引起内部孔 隙度，所述内部孔隙度造成差的机械性质（疲劳寿命）。
[0003] 通过将常规的、传统的W及已提出的手段与如在本申请的其余部分中参照附图所 阐述的本发明的实施方案相比，对本领域技术人员来说运样的手段的进一步的局限性和缺 点将会变得明显。
【发明内容】
[0004] 本发明的实施方案包括使用于弧焊的，使用在具有金属覆盖层（例如锋覆盖层） 的工件上的消耗性焊条，所述弧焊比如气体保护弧焊（GMAW)应用或气体保护焊药忍弧焊 (FCAW-G)应用。运样的应用可W包括针焊化razing)、烙敷（cladding)、堆焊化uilding up)、填充、表面硬化化ard-化cing)烙覆、接合W及焊接应用中的任一个。所述焊条包括围 绕忍的金属銷，W及被置于所述忍中的填充材料。所述填充材料可W包括例如在焊条的重 量的8%至12%的范围内的铁。当然，除了在填充材料中的铁，金属銷也可W包括铁。例 如，金属銷可W是100%的铁。填充材料还包括焊药材料，所述焊药材料便利将工件的覆盖 层分配（partition)到至少部分地由焊药材料形成的烙渣中。所述焊药材料包括在焊条重 量的2%至6%的范围内的脱氧材料。所述脱氧材料可W包括侣和/或儀。为了减少烟尘 形成，在所述忍中形成烙渣的材料的浓度被限定为将足够的覆盖金属从焊缝/烙渣界面分 配出去w产生几乎不具有或不具有孔隙度的焊缝所需要的浓度。本发明的进一步的实施方 案和优势可W从后续的说明书、附图和权利要求推断。 阳〇化]从如下的说明书和附图，所要求保护的本发明的运些和其他特点W及图示说明的 本发明的实施方案的细节将会被更加完整地理解。
[0006] 附图简要描沐
[0007] 通过参照附图详细描述本发明的示例性实施方案，本发明的上述和/或其他方面 将会更加明显，在所述附图中： 阳00引图1图示说明与本发明一致的用于GMAW应用或FCAW-G应用的示例性系统的功能 性示意框图；
[0009] 图2图示说明可W在图1的系统中使用的消耗性焊条的示例性实施方案；W及
[0010] 图3图示说明使用图2的消耗品的由图1的系统产生的焊缝/烙渣界面的指导性 剖视图。
[0011] 具体描沐
[0012] 现在将在下面通过参照所附的附图描述本发明的示例性实施方案。所描述的示例 性实施方案意图帮助理解本发明，而不意图W任何方式限制本发明的范围。相似的参考编 号在通篇中设及相似的要素。 阳01引图1图示说明用于GMAW应用或FCAW-G应用的示例性系统的功能性示意框图。虽 然本发明是关于使用于GMW/FCAW-G应用的消耗品被描述的，但是本发明也可W被使用在 其他类型的方法中。所述系统包括焊接电源供应器80。所述电源供应器80是脉冲直流 值C)电源供应器，尽管交流（AC)或其他类型的电源供应器也是可能的。电源供应器80的 配置是本领域公知的，为了简要起见，将不进一步讨论。
[0014] 电源供应器80被可操作地连接到被容纳在焊炬10中的导电管（contact 化be)20。导电管20与消耗性焊条40进行接触。电源供应器80可W包括电弧引发电路 (未示出）W在消耗性焊条40和工件50之间创建电弧30。一旦电弧30被形成，电源供应 器80经由导电管20、消耗性焊条40W及电弧30提供电流W加热工件50并且形成焊接烙 池45。在操作期间，电弧30烙化消耗性焊条40,运为接合、焊接、针焊、烙敷等提供填充材 料。随着焊条40被消耗，焊丝输送系统90朝工件50输送消耗性焊条40。工件50还具有 锋覆盖层52,所述锋覆盖层52在加热过程期间被电弧30烙化或蒸发。为了帮助减少归因 于大气氮和氧的在完成的焊缝层中的孔隙度，气体供应器60向焊炬10提供保护气体70。 保护气体70取代大气而在电弧30和焊接烙池45周围形成保护物。如下面进一步讨论的， 在焊接过程期间，在消耗性焊条40中的填充材料与覆盖层52和工件50的相互作用产生焊 缝/烙渣层54。
[0015] 如上面讨论的，锋覆盖层52问题在于其在完成的焊缝中产生孔隙度。为了解决该 问题，如在图2中图示说明的，本发明提供抗孔隙度的低烟尘的消耗性焊条100,所述焊条 100被设计用于被覆盖的金属，例如，锻锋钢。在本发明的示例性实施方案中，消耗性焊条 100可W是具有钢銷110的有忍填充焊丝。所述銷110围绕具有铁粉130、焊药材料140W 及合金剂150的忍120。在一些示例性实施方案中，消耗性焊条100可W是焊药忍填充焊 丝。在其他的示例性实施方案中，焊条100是金属忍填充焊丝。在本发明的示例性实施方 案中，焊条100可W被特别地设计W在焊接时与保护气体一起使用。在再其他的实施方案 中，消耗性焊条100被设计使用在直流电极接负值CEN)配置中。 阳016]在本发明的示例性实施方案中，銷110可W由具有銷110的重量的0.05%至 0.1%的碳的低碳钢构成。关于在忍120中的填充材料，所述忍的主要组分是铁130。在忍 120中的铁130的填充百分比在忍120的重量的49%至80%的范围内。所述忍还含有焊药 材料140。如下面进一步讨论的，焊药材料140被包括W至少产生烙渣，运便利锋的去除和 /或帮助防止氮进入焊接烙池。焊药材料140可W包括金属氣化物（或酸性氧化物）W及 脱氧金属。在本发明的一些示例性实施方案中，所述氣化物可W是，例如，氣化领、氣化巧和 /或氣化锁。当然，本发明不仅限于运些氣化物，而可W包括其他氣化物，只要它们便利烙 渣的形成。在一些实施方案中，所述脱氧材料可W是儀和/或侣。同样地，本发明不仅限于 运些脱氧剂，而可W包括其他脱氧金属，只要它们如下面讨论的便利将锋分配在烙渣中。基 于焊接方法和期望的焊缝特点，焊条100还可化含有合金剂150,比如碳、儘、娃、铁、铭、儀、 棚、钢、错、巧和/或领。当然，合金剂150不限于上面的元素和化合物，而可W基于期望的 焊缝特点包括其他的合金剂。
[0017] 如上面讨论的，当焊接锻锋金属时，重要的考虑是归因于被困住的锋蒸气的孔隙 度。然而，所述孔隙度也可能由当填充焊丝被转移到焊接烙池时被困在所述焊接烙池中的 大气氮而引起。就运一点而言，上面讨论的金属氣化物（或酸性氧化物）和脱氧金属可W 帮助防止大气氮和氧与焊接烙池进行接触。在焊接过程期间，氣化物和脱氧剂从消耗性焊 条100被释放W帮助形成烙渣。烙渣富含氧化物并且将在侣、儀W及其他材料与大气中的 氧反应时形成。烙渣先于焊接烙池W及在焊接烙池顶上的漂浮物冷却并固化。随后烙渣充 当帮助防止大气氮和氧进入焊接烙池45的屏障。
[0018] 此外，在本发明中，烙渣还帮助从焊接烙池45去除在焊接过程期间形成的锋挥发 物和锋氧化物。如在图3中图示说明的，当焊接锻锋钢时，两相烙渣层310/320在焊缝层300 的顶上形成。在焊缝/烙渣界面305,侣和/或儀氧化物形成相对致密的烙渣层310。较不 致密的并且主要由锋氧化物构成的第二烙渣层320在所述致密的烙渣层310的顶上形成。 也就是，锋从焊缝/烙渣界面305被分配出去，被分配到烙渣的更多孔的区中。锋的分配类 似于炼钢中的脱硫过程。在该过程中，助烙添加剂增加烙渣的硫容量，由此减少被困在钢中 的硫。类似地，通过使用侣和儀将锋从焊缝/烙渣界面305分配出去，更少的锋被困在焊接 烙池45中。在运种情况下，焊缝/烙渣界面305将主要地是氧化物，所述氧化物富含侣和 /或儀。
[0019] 虽然烙渣在充当阻隔大气氮和氧的屏障W及将锋从焊缝分配出去方面具有有益 作用，但是被用来产生烙渣的氣化物、氧化剂W及氧化物中的一些形成烟尘。例如，比如氣 化巧、氣化领和氣化锁的氣化物W及比如儀的脱氧剂产生显著的烙渣并产生烟尘。另外，由 于必须将烙渣从完成的焊缝移除，过多的烙渣使得制造过程低效。因而，在本发明的示例性 实施方案中，为了减少烟尘和烙渣形成，在忍120中形成烙渣的材料的浓度被限定为将足 够的锋从焊缝/烙渣界面305分配出去W产生几乎不具有或不具有孔隙度的焊缝300所需 要的浓度。运样的焊缝可W达到在450M化至900Mpa范围内的抗拉强度。在本发明的示例 性实施方案中，在消耗性焊条100中的氣化物可W在焊条100的重量的0%至2.2%的范围 内。在一些实施方案中，氣化物