具有更薄护套以提高沉积速率的管状焊丝的制作方法

本申请要求于2015年8月11日申请的、标题为“具有更薄护套以提高沉积速率的管状焊丝(TUBULAR WELDING WIRE WITH A THINNER SHEATH FOR IMPROVED DEPOSITION RATES)”的美国临时申请序列号62/203,627的优先权和权益，该申请的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开通常涉及焊接，并且更具体地说，涉及用于诸如气体金属弧焊(GMAW)、焊药芯弧焊(FCAW)和埋弧焊(SAW)等的弧焊过程的管状焊丝。

背景技术：

焊接是一种在各种行业中已变成普遍用于各种应用的过程。例如，焊接通常用在诸如造船、海上平台、建筑物、轧管机等等的应用中。某些焊接技术(例如，GMAW、SAW或FCAW)通常采用形式为焊丝的焊接电极。焊丝通常可在焊接过程期间为焊缝提供一定量的填料金属，以及提供电流路径。

技术实现要素：

在一个实施例中，管状焊丝包括包围粒状芯的金属护套。所述金属护套包括大于约0.6重量％的锰和大于约0.05重量％的硅。此外，所述金属护套的厚度在大约0.008英寸和大约0.02英寸之间。

在另一实施例中，一种制造管状焊丝的方法包括在金属护套内部放置粒状芯，其中所述金属护套包括大于约0.6重量％的锰和大于约0.05重量％的硅，并且其中所述金属护套的厚度在大约0.008英寸和大约0.02英寸之间。所述方法包括压缩所述金属护套内的所述粒状芯以产生所述管状焊丝，其中所述管状焊丝的直径在大约0.03英寸和大约0.25英寸之间。

附图说明

当参考附图阅读以下具体实施方式时，将会更好地理解本公开的这些和其它特征、方面和优点，其中，在所有附图中，相同符号表示相同部件，其中：

图1A是根据本公开的实施例的气体金属弧焊(GMAW)系统的方框图；

图1B是根据本公开的实施例的埋弧焊(SAW)系统的方框图；

图2是根据本公开的实施例的管状焊接电极的横截面视图；

图3是根据本公开的实施例的过程的流程图，其中通过该过程可使用管状焊接电极以使用图1A的GMAW系统来焊接工件；

图4是示出了针对两个典型管状焊丝的焊接电流对焊缝沉积物沉积速率的图表；以及

图5是根据本公开的实施例的用于制造管状焊接电极的过程的流程图。

具体实施方式

下文将描述本公开的一个或多个具体实施例。为了努力提供对这些实施例的简明描述，在本说明书中可能并不描述实际实施方式的全部特征。应当明白的是，在任何此类实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，可作出很多特定于实施方式的决策来实现开发者的特定目标，诸如与系统相关和业务相关的限制的兼容性，其可随着实施方式的变化而变化。此外，应当理解，此类开发努力可能是复杂的并且耗时的，但是尽管如此将是获益于本公开的一般技术人员的日常设计、制作和制造任务。

在介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”旨在意指存在一个或多个元件。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在为包括的并且意指可存在除所列出元件之外的另外的元件。

目前公开的管状焊丝的实施例可包括通常改变焊接过程和/或所得焊缝的性质的一种或多种组分(例如，焊药、稳弧剂或其它添加剂)。此外，除了所述组分之外，可能还期望管状焊丝具有某些物理性质。例如，由于在焊接期间管状焊丝被消耗，所以管状焊丝可从卷轴(例如，在焊丝馈送器中)馈送到焊炬。因此，举例而言，如果焊丝的刚度太低，那么当焊丝在退卷和/或馈送期间遇到阻力时，焊丝可能起皱、缠结或以其它方式不正确地馈送。目前认识到，这尤其是较大直径的管状焊丝(其通常可更容易屈曲)所存在的一个问题。当管状焊丝在馈送期间屈曲时，其可形成缠结的“鸟巢”，这通常浪费焊丝和操作员的时间以及在某些情况下不利地影响焊接系统(例如，焊丝馈送器、卷丝轴或焊接系统的类似馈丝部件)的操作。此外，当更大直径的焊丝的刚度太低时，丝更有可能变形(例如，使得管状丝具有“蛋”形)，这可导致馈丝时的滑动和/或其它不一致性，这对焊接过程可具有不利影响。因此，可能需要具有更高刚度的焊丝，以使得丝在焊接过程期间将不太可能经历退卷或馈送问题。此外，目前据信通过提高护套(相对薄的护套)的刚度和/或韧性，可生产大直径的管状焊丝，其提供用于馈送的合适物理性质，同时也实现更高的沉积速率。

考虑到上述情况，本文所述的管状焊丝的实施例具有金属护套，所述金属护套包括一种或多种组分、合金元素诸如锰和/或硅，其可能不以目前公开的水平包括在其它焊丝的金属护套中。应当明白，这些组分可包括由常规焊丝的粒状芯所提供的组分。此外，某些公开的管状焊丝的实施例由于将这些组分加载到金属护套而非粒状芯中而同样拥有优越的物理性质(即，刚度、硬度和/或韧性)。具体地说，某些公开的管状焊丝的实施例包括比常规金属护套显著更高的锰含量(例如，高出两倍或三倍)，其可提高管状焊丝的刚度并用于增加焊缝的锰含量。此外，某些管状焊丝的实施例包括比某些常规金属护套显著更高的硅含量(例如，高出两倍或三倍)，其也可提高管状焊丝的刚度并用于增加焊缝中的硅含量。因此，本公开的管状焊丝在粒状芯的组分选择方面实现更大的灵活性，这是因为这些组分的至少一部分可替代地由金属护套传递。所公开的金属护套的改进的物理性质实现具有更薄护套(例如，小于0.028英寸、小于0.020英寸、小于或等于0.016英寸、小于或等于0.014英寸、小于或等于0.008英寸厚)和更高粒状芯负载(例如，其中粒状芯占丝的总重量的大于25％、大于30％、或大于40％)的管状焊丝的生产，这将实现比其它焊丝更高的沉积速率，如下文更详细论述。此外，应当明白，尽管本论述大体上涉及管状焊丝，但是在其它实施例中，本技术可用于生产其它焊接消耗品(例如，焊条)。

由于所公开的金属护套的机械性质因前述合金元素的存在而得到了改进，所以可使用更薄金属护套来制造管状焊丝的某些实施例。如下文所论述，此更薄的金属护套实现具有更高的粒状芯负载的管状焊丝的生产。除了上文所提及的改进的馈送之外，认为所公开的薄护套管状焊丝在以类似安培数焊接时实现比相当的常规管状焊丝更高的馈丝速度和沉积速率。此外或另选地，认为所公开的薄护套管状焊丝在使用更小安培数时实现与相当的常规焊丝类似的沉积速率，这导致更少的热量传递到工件的表面并且热影响区(HAZ)更小。可以理解的是，此减小的热传递可显著减小工件在焊缝附近处的部分的热致变形，尤其对于更薄的工件。例如，对于船舶焊接应用，外壳面板相对较薄并且通常使用大量角焊缝焊接到加固件，并且大型船只可包括数英里的角焊缝。对于此类应用，可能期望使用提供高沉积速率的焊丝以减少总焊接时间并且提高焊接操作的效率；然而，常规焊丝可以在高沉积速率时传递过多的热量到工件，从而导致不可接受的工件烧穿。相比之下，通过在焊接操作期间传递更少的热量到工件，目前公开的薄护套管状焊丝的实施例实现以高沉积速率焊接薄工件而不导致工件的烧穿或产生大的HAZ。

一般来讲，利用管状焊丝存在多个优点，其中通常在管状焊丝的粒状芯中发现的一种或多种组分替代地由金属护套提供，如目前所公开的。即，某些对焊缝的化学成分有贡献的组分可存在于常规管状焊丝的粒状芯内。可以理解的是，当将具有相同直径和不同护套厚度的两个管状焊丝进行比较时，具有更薄护套的焊丝必然提供更大的内部体积并且因此实现更高的粒状芯负载。此外，考虑到管状焊丝的有限内部体积，通过从粒状芯移动一种或多种组分(例如，锰和/或硅源)到金属护套中，可在管状焊丝的芯中有更多的空间可供其它组分(例如，其它金属、焊药、稳定剂或类似组分)利用。

一般来说，由目前公开的管状焊丝的金属护套提供的锰和硅含量可使焊池脱氧，并且在焊接操作期间也帮助基底金属的焊池润湿。举具体示例，硅可实现改进的焊珠润湿。对于所公开的实施例，金属护套中所包括的相对的锰和硅含量可平衡以使期望的化学性质(例如，脱氧和润湿性质)和机械性质(例如，刚度、强度、可使用性)平衡。可以理解的是，由所公开的管状焊丝实现的更大的内部体积和更高的粒状芯负载允许在所得的焊接沉积物的化学成分方面具有更大的灵活性。例如，在某些实施例中，特定的高合金金属带可用于制造许多根不同的焊丝，其中焊接沉积物的成分可由放置在这些丝的粒状芯内的合金组分支配。此外，由本方法的管状焊丝的实施例提供的额外的内部体积可专用于其它添加剂以控制焊接操作和/或焊接沉积物的其他方面(例如，可润湿性、强度、韧性、外观)。

此外，通过从粒状芯移动一种或多种组分(例如，锰和/或硅源)到金属护套中，也可改变焊接过程的化学成分。例如，将某些组分(例如，锰和/硅源)放置于金属护套而非粒状芯中可使得能够更自由地选择粒状芯的其它组分(例如，包括以其它方式不与锰和/或硅源兼容的组分)。进一步举例来说，在某些实施例中，通过将一种或多种组分(例如，锰和/或硅源)放置于金属护套而非粒状芯中，这些组分的更大部分可被掺入到焊接金属中(例如，而非与粒状芯中的其它组分发生反应和/或形成烟气)。因此，可能期望替代地使用管状焊丝的金属护套来将这些组分传递到焊缝。

转向附图，图1A是根据本公开的气体金属弧焊(GMAW)系统10的实施例的方框图，所述系统10利用管状焊丝12。应当理解，尽管本论述集中于图1A所示的GMAW系统10，但是当前公开的焊丝可以使使用管状焊丝(例如，管状焊接电极或焊条)的任何弧焊过程(例如，FCAW、FCAW-G、GTAW、SAW或类似的弧焊过程)获益。应当理解，使用所公开的焊丝或电极的某些焊接系统的实施例(例如，SAW焊接系统或GTAW焊接系统)可包括示例GMAW系统10中未示出的部件(例如，焊药料斗、焊药传递部件、焊条电极等)和/或不包括示例GMAW系统10中示出的部件(例如，气体供应系统16)。还应当理解，在其它实施例中，目前公开的管状焊丝可用作“冷焊丝”，其中所述管状焊丝在焊接过程期间不承载电流(例如，不向工件的表面形成弧)。在某些实施例中，焊接系统10可由人类焊接工手动操作。在其它实施例中，焊接系统10可以是机器人焊接系统，其相比于人类焊接工能够以更高的馈丝速度(例如，高于大约275英寸/每分钟，高于大约300英寸/每分钟)和更高的沉积速率(例如，高于大约25磅/每小时、高于大约30磅/每小时)生产高品质焊缝，并且更实际或更可持续，对于更具挑战的焊缝(例如，角焊缝)尤其如此。

图1A的所示焊接系统10包括焊接电力单元13、焊丝馈送器14、气体供应系统16和焊炬18。焊接电力单元13通常将电力供应到焊接系统10并且经由电缆束20联接到焊丝馈送器14以及使用具有夹具26的引线电缆24联接到工件22。在所示实施例中，焊丝馈送器14经由电缆束28联接到焊炬18以便在焊接系统10的操作期间将可消耗的管状焊丝12(例如，焊接电极)和电力供应到焊炬18。在另一实施例中，焊接电力单元13可联接到焊炬18并直接将电力供应到焊炬18。

焊接电力单元13一般可包括电力转换电路，所述电力转换电路从交流电源30(例如，AC电力网、引擎/发电机组、或它们的组合)接收输入电力，调节所述输入电力，并经由电缆20提供DC或AC输出电力。因此，焊接电力单元13可根据焊接系统10的需求为焊丝馈送器14供电，焊丝馈送器14继而为焊炬18供电。终止于夹具26中的引线电缆24将焊接电力单元13联接到工件22以闭合焊接电力单元13、工件22和焊炬18之间的电路。焊接电力单元13可包括电路元件(例如，变压器、整流器、开关等等)，所述电路元件能够按焊接系统10的需求所指示的将AC输入电力转换成直流反接(DCEP)输出、直流正接(DCEN)输出、DC可变极性或可变平衡(例如，平衡的或不平衡的)AC输出。应当理解，目前公开的管状焊丝12可针对许多不同的电力配置实现对焊接过程的改进(例如，改进的馈丝、改进的弧稳定性和/或改进的焊缝品质)。

所示的焊接系统10包括气体供应系统16，气体供应系统16将保护气体或保护气体混合物从一个或多个保护气体源17供应到焊炬18。在所描绘的实施例中，气体供应系统16经由气体管道32直接联接到焊炬18。在其它实施例中，气体供应系统16可替代地联接到馈丝器14，并且馈丝器14可调节从气体供应系统16到焊炬18的气体流。本文使用的保护气体可指代可被提供到弧和/或焊池以便提供特定的局部气氛(例如，保护弧，提高弧的稳定性，限制金属氧化物的形成，改进金属表面的润湿，改变焊接沉积物的化学成分等等)的任何气体或气体混合物。在某些实施例中，保护气体流可为保护气体或保护气体混合物(例如，氩气(Ar)、氦气(He)、二氧化碳(CO2)、氧气(O2)、氮气(N2)、类似的合适的保护气体或它们的任何混合物)。例如，保护气体流(例如，经由管道32传递)可包括Ar、Ar/CO2混合物、Ar/CO2/O2混合物、Ar/He混合物等等。

因此，所示的焊炬18一般经由焊丝馈送器14接收管状焊丝12和电力，并且从气体供应系统16接收保护气体流，以便执行工件22的GMAW。在操作期间，焊炬18可被带到工件22附近，使得弧34可形成在可消耗的焊接电极(例如，从焊炬18的接触尖端退出的管状焊丝12)和工件22之间以在工件上形成焊池。此外，如下文所述，通过控制管状焊丝12的成分，可调节弧34和/或所得焊缝的化学成分(例如，成分和物理特性)。例如，管状焊丝12可包括任何数量的焊药和/或合金组分，其可充当稳弧剂并且进一步可被至少部分掺入到焊缝中，从而影响焊缝的机械性质。此外，在某些实施例中，管状焊丝12的组分也可在弧34附近处提供额外的保护气氛，影响弧34的过渡性质，和/或使工件22的表面脱氧。

焊丝馈送器14也包括用于在控制器36的控制下将管状焊丝12馈送到焊炬18并且从而馈送到焊接应用的部件。例如，在某些实施例中，管状焊丝12的一个或多个丝供应器(例如，卷丝轴38)可容置在焊丝馈送器14中。馈丝器驱动单元40可从卷轴38退卷管状焊丝12并且渐进地馈送管状焊丝12到焊炬18。为此，馈丝器驱动单元40可包括诸如电路、马达、辊等的部件，其以合适方式配置用于建立适当的馈丝。例如，在一个实施例中，馈丝器驱动单元40可包括馈送马达，所述馈送马达与馈送辊接合以将丝从焊丝馈送器14推向焊炬18。此外，来自焊接电力单元13的电力可被施加到馈送的丝。

然而，在此馈丝过程期间，如果管状焊丝12的刚度不够，那么焊丝12可起皱、缠结或以其它方式不正确地馈送。例如，管状焊丝12可形成焊丝的缠结的“鸟巢”(例如，在卷轴38和/或馈丝器驱动单元40中)，而非正确地馈送到焊炬18。由于此类错误的馈丝导致焊接操作员停止焊接操作来移除不正确馈送的管状焊丝12，所以这些错误的馈送一般浪费操作员的时间以及浪费管状焊丝12。此外，在某些情况下，此类错误的馈丝可不利地影响焊接系统10(例如，焊丝馈送器40、卷丝轴38或焊接系统10的类似的馈丝部件)的操作，从而产生额外的成本。因此，目前公开的管状焊丝12的某些实施例利用包括特定量的锰和/或硅的金属或金属护套。在某些实施例中，这些更高合金的金属护套展示出提高的刚度，其一般可改进通过焊接系统10对管状焊丝12的馈送。

举另一示例，图1B是根据本公开的埋弧焊(SAW)系统42的实施例的方框图，所述系统42利用管状焊丝12。图1B所示的SAW系统42包括图1A所示的许多相同部件(例如，电源30、焊接电力单元13、焊丝馈送器14和焊炬18)。然而，图1B所示的SAW系统42不包括图1A所示的用于GMAW系统10的气体供应系统16。替代地，SAW系统42包括焊药供应系统44(例如，焊药料斗)，焊药供应系统44存储粒状SAW焊药流并经由管道46将其传递到焊炬18，并且焊炬18随后将粒状SAW焊药传递到工件22在弧34附近的表面，从而在熔融焊池上方形成焊药床，其保护焊池免受周围大气的影响。在某些实施例中，管道46可将粒状SAW焊药传递到焊药传递部件，所述焊药传递部件与焊炬18分离。

目前公开的管状焊丝12(或管状焊条)的实施例的横截面示于图2中。图2所示的管状焊丝12的实施例包括具有特定厚度53的金属护套52，金属护套52封装(例如，包围、环绕)粒状或粉末状芯54。此外，管状焊丝12可被描述为具有特定的外径55。在某些实施例中，取决于管状芯54的成分，管状焊丝12可为金属芯管状焊丝或焊药芯管状焊丝。在某些实施例中，粒状芯54可包括大气清除组分、气体形成组分和/或焊药组分，其在焊接沉积物附近形成保护气氛而不使用外部保护气体。此外，在某些实施例中，粒状芯54可部分或完全不存在，从而在管状焊丝12(例如，中空的管状焊丝)内留下空隙。

在某些实施例中，金属护套52的厚度53可在大约0.008英寸和0.02英寸之间(例如，在大约0.008英寸和大约0.016英寸之间、在大约0.01英寸和大约0.014英寸之间)。在某些实施例中，金属护套52的所公开的改进的物理性质促进管状焊丝12的良好馈送，即使在高馈丝速度下(例如，大于250英寸/每分钟、大于275英寸/每分钟、大于300英寸/每分钟)。如所提及的，对于具有给定直径55的管状焊丝12，随着金属护套52的厚度53减小，管状焊丝12内的内部体积增大，从而实现具有粒状芯54的较高负载的焊丝的制造。在某些实施例中，粒状芯54可占管状焊丝12的比例为介于大约20重量％和大约60重量％之间(例如，介于大约25重量％和大约50重量％之间、介于大约30重量％和大约40重量％之间)。在某些实施例中，管状焊丝12除了可具有相对较薄的金属护套52(例如，在大约0.008英寸和大约0.02英寸之间)之外，还可具有相对较大的直径55(例如，在大约0.03英寸和大约0.25英寸之间、在大约0.04英寸和大约0.25英寸之间、在大约0.08英寸和大约0.16英寸之间、在大约0.1英寸和大约0.19英寸之间)。

根据本技术的多个方面，金属护套52可包括具有锰和/或硅含量的任何合适的金属或合金(例如，铁、高碳钢、低碳钢或其它合适的金属或合金)。例如，在某些实施例中，金属护套52可包括80％、90％、95％或98％的铁或钢。应当理解，由于金属护套52一般为焊缝提供填料金属的至少一部分，所以金属护套52的成分一般影响所得焊缝的成分。例如，除了锰和/或硅之外，金属护套52还可包括也可影响焊缝的性质的其它添加剂或杂质(例如，碳、硫、磷、铜、镍、锡、铬和/或其它元素)。例如，在某些实施例中，金属护套52可包括小于大约0.1重量％或小于大约0.02重量％的碳。在某些实施例中，金属护套52可包括介于大约0.01重量％和0.2重量％之间、介于大约0.1重量％和0.15重量％之间、介于大约0.1重量％和0.12重量％之间、或介于大约0.12重量％和0.15重量％之间的碳。如下文更详细论述，在某些实施例中，管状焊丝50可包括碳钢护套，所述碳钢护套具有介于大约0.08重量％和0.15重量％之间的碳，并且通过控制粒状芯54的成分而包括某些成分(例如，铬、镍、钼)，所述管状焊丝50可被设计成形成不锈钢焊接沉积物(例如，300系列不锈钢焊接沉积物)。尽管其它300系列焊丝使用不锈金属护套，但是目前应认识到，就弧稳定性和减小粘性而言，碳钢护套实现优于不锈金属护套的优点，并且某些当前实施例实现使用碳钢护套52形成不锈焊接沉积物。此外，在某些实施例中，金属护套52可包括小于大约0.02重量％、小于大约0.015重量％、或小于大约0.01重量％的硫。此外，在某些实施例中，金属护套52可包括小于大约0.02重量％、小于大约0.015重量％、或小于大约0.01重量％的磷。

关于锰含量，在某些实施例中，金属护套52的锰含量一般可大于大约0.3重量％或0.6重量％。在某些实施例中，金属护套52可包括介于大约0.1重量％和大约2重量％之间的锰、介于大约0.2重量％和大约1.9重量％之间的锰、介于大约0.6重量％和大约1.8重量％之间的锰、介于大约0.8重量％和大约2重量％之间的锰、介于大约0.9重量％和大约1.1重量％之间的锰、或在这些值的任何值之间的任何子范围的锰。关于硅含量，在某些实施例中，金属护套52的硅含量一般可大于大约0.05重量％或0.1重量％。在某些实施例中，金属护套52可包括介于大约0.1重量％和大约0.4重量％之间的硅、介于0.1重量％和大约0.3重量％之间的硅、介于大约0.2重量％和大约0.3重量％之间的硅、介于大约0.25重量％和大约0.35重量％之间的硅、介于大约0.3重量％和大约0.75重量％之间的硅、介于大约0.25重量％和大约0.75重量％之间的硅、或在这些值的任何值之间的任何子范围的硅。具体地，在某些实施例中，金属护套52可包括大约1重量％的锰和大约0.3重量％的硅。

如所提及的，包括在金属护套52中的锰和/或硅可影响金属护套52和管状焊丝12的物理性质。例如，金属护套52的实施例可具有这样的断裂韧性：使得仅大于大约68,000psi、或介于大约68,000psi和69,000psi之间的压力可引发断裂。相比之下，目前所公开的不含有锰和/或硅含量的、尺寸被类似地设定的金属焊带可具有这样的断裂韧性：使得介于大约43,000psi和52,000psi之间的压力可引发断裂。因此，将锰和/或硅添加到金属护套52一般可提供改进的机械和/或物理性质(例如，断裂韧性、拉伸强度、刚度等等)，其可改进所得的管状焊丝12在焊接系统10内进行正确馈送的能力。

所示管状焊丝12的粒状芯54一般可为压实的粉末，如下文所论述，其成分可包括影响焊接过程的组分(例如，填料金属、焊药、稳定剂等等)。例如，在某些实施例中，管状焊接电极12的粒状芯54可包括元素(例如，铁、钛、钡、锂、氟或其它元素)和/或矿物质(例如，黄铁矿、磁铁矿等等)以提供弧稳定性并且控制所得焊缝的化学成分。粒状芯54的各种组分可均匀地或非均匀地(以团或簇56的形式)放置在粒状芯54内。由于管状焊丝12的锰和/或硅组分可由金属护套52提供，所以在某些实施例中，粒状芯54可基本上没有锰、或没有硅或既没有锰也没有硅(例如，大约0重量％、仅包括微量、或小于大约0.01重量％或0.05重量％)。例如，在某些实施例中，管状焊丝12的粒状芯54可包括小于5重量％、2重量％、1重量％、0.5重量％、0.05重量％或0.01重量％的锰。进一步举例来说，在某些实施例中，管状焊丝12的粒状芯54可包括小于5重量％、2重量％、1重量％、0.5重量％、0.05重量％或0.01重量％的硅。应当理解，在弧34的状况下，管状焊丝12的组分(例如，金属护套52、粒状芯54等等)可改变物理状态、化学反应(例如，氧化、分解等等)或被掺入到基本上不为焊接过程所改变的焊缝中。

例如，在某些实施例中，管状焊丝50可符合根据美国焊接学会(AWS)A5.22规范的针对产生不锈焊接沉积物的焊药芯焊丝的一个或多个标准。举具体示例，在某些实施例中，管状焊丝50可以是AWS分类为EC308、EC308Si、EC308H、EC308L或EC308LSi的焊药芯管状焊丝50，其中粒状芯54按管状焊丝50的重量计包括介于19.5重量％和22.0重量％之间的铬、介于9.0重量％和11.0重量％之间的镍、和介于0.5重量％和0.75重量％之间的钼。在某些实施例中，管状焊丝50可以是AWS分类为EC309、EC309Si、EC309L、或EC309LSi的焊药芯管状焊丝50，其中粒状芯54按管状焊丝50的重量计包括介于23.0重量％和25.0重量％之间的铬、介于12.0重量％和14.0重量％之间的镍、和小于大约0.75重量％的钼。在某些实施例中，管状焊丝50可以是AWS分类为EC316、EC316Si、EC316H、EC316L或EC316LSi的焊药芯管状焊丝50，其中粒状芯54按管状焊丝50的重量计包括介于18.0重量％和20.0重量％之间的铬、介于11.0重量％和14.0重量％之间的镍、和介于2.0重量％和3.0重量％之间的钼。对于这些示例性焊药芯管状焊丝50中的每一种，存在于管状焊丝50内的锰和硅的全部或大部分(例如，介于大约90％和大约99.9％之间)可存在于金属护套52内。此外，在某些实施例中，前述示例性焊药芯管状焊丝50中的每一种可包括碳钢金属护套52(例如，所具有的碳含量按护套52的重量计在大约0.01重量％和大约0.15重量％之间或在大约0.1重量％和大约0.15重量％之间)而非不锈(例如，300系列或400系列)金属护套52。

在某些实施例中，管状焊丝50可符合根据美国焊接学会(AWS)A5.22规范的针对产生不锈焊接沉积物的金属芯焊丝的一个或多个标准。举具体示例，在某些实施例中，管状焊丝50可以是AWS分类为E308TX-X、E308HTX-X、或E308LTX-X的金属芯管状焊丝50，其中粒状芯54按管状焊丝50的重量计包括介于18.0重量％和21.0重量％之间的铬、介于9.0重量％和11.0重量％之间的镍、和小于大约0.75重量％的钼。在某些实施例中，管状焊丝50可以是AWS分类为E309TX-X、E309HTX-X、或E309LTX-X的金属芯管状焊丝50，其中粒状芯54按管状焊丝50的重量计包括介于22.0重量％和25.0重量％之间的铬、介于12.0重量％和14.0重量％之间的镍、和小于大约0.75重量％的钼。在某些实施例中，管状焊丝50可以是AWS分类为E316TX-X或E316HTX-X的金属芯管状焊丝50，其中粒状芯54按管状焊丝50的重量计包括介于17.0重量％和20.0重量％之间的铬、介于11.0重量％和14.0重量％之间的镍、和介于2.0重量％和3.0重量％之间的钼。对于这些示例性金属芯管状焊丝50中的每一种，存在于管状焊丝50内的锰和硅的全部或大部分(例如，介于大约90％和大约99.9％之间)可存在于金属护套52内。此外，在某些实施例中，前述示例性金属芯管状焊丝50中的每一种可包括碳钢金属护套52(例如，所具有的碳含量按护套52的重量计在大约0.01重量％和大约0.15重量％之间或在大约0.1重量％和大约0.15重量％之间)，而非不锈(例如，300系列或400系列)金属护套52。可以理解的是，本文中所公开的某些分类，诸如由“L”标示的低碳分类可要求焊接沉积物的碳含量特别低(例如，按沉积物重量计为0.03重量％或更少)。对于针对此类分类设计的管状焊丝50的实施例来说，护套52中的碳量可特别低(例如，按护套52的重量计在大约0.01重量％和0.03重量％之间)，并且芯54可基本上没有碳(例如，按芯54的重量计少于大约0.01重量％)以符合此分类的要求。

图3是过程60的一个实施例的流程图，可使用图1A的GMAW焊接系统10和管状焊接电极12通过过程60来焊接工件22，所述管状焊接电极12包括金属护套52，金属护套52具有锰、或硅或以上两者。所示过程60始于将管状焊丝12馈送到焊接设备(例如，焊炬18)(方框62)，其中管状焊丝12包括锰和/或硅。此外，过程60包括将保护气体流(例如，100％氩气、75％氩气/25％二氧化碳、90％氩气/10％氦气、或类似的保护气体流)馈送到焊接设备(例如，焊炬18的接触尖端)(方框64)。在其它实施例中，可使用不使用气体供应系统(例如，诸如图1A所示的气体供应系统16)的焊接系统，并且管状焊丝12的一种或多种组分(例如，铝、铁、各种氟化盐或其它组分)可在焊接沉积物附近提供组分保护气氛。接着，可将管状焊丝12带到工件22附近(例如，远离工件22 0.25mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、5mm、10mm或一般小于30mm)(方框66)，使得弧34可形成在管状焊丝12和工件22之间。应当理解，可使用GMAW系统10的DCEP、DCEN、DC可变极性、平衡或不平衡AC电力配置产生弧34。此外，在某些实施例(例如，图2的SAW焊接系统42)中，粒状SAW焊药可被传递在弧和/或焊池处或其附近，以便在弧和/或焊池处或其附近提供气氛的至少一部分以补充(或替代)保护气体流。接着，管状焊丝12的一部分被消耗，同时在工件22上形成焊缝(方框68)。在某些实施例中，放置在金属护套52中的锰和/或硅可被释放以与弧34相互作用和/或至少部分地掺入到焊缝中。

一般可以理解的是，将组分(例如，锰和/或硅)加载到金属护套52而非粒状芯54中也可对这些材料如何在弧34中反应和/或如何掺入到焊接过程中产生影响。即，将锰和/或硅放置在金属护套52中而非粒状芯54中的优点在于锰和/或硅的更大部分到达焊池(例如，而非形成烟气)。换句话说，经由金属护套52传递的锰和/或硅组分所经历的弧34和/或焊池状况(例如，温度、电压、反应物的相对位置等等)比经由粒状芯54传递的锰和/或硅组分所经历的弧34和/或焊池状况存在很大或微妙差别。因此，在某些实施例中，相比于其它的锰由粒状芯54供应的焊丝，所公开的管状焊丝12可产生锰浓度更低的烟气。此外，在某些实施例中，当经由金属护套52传递组分(例如，锰和/或硅)时可能使用的组分的总量可基本上小于当经由粒状芯54传递组分到焊缝时所用的组分的量，这是因为在焊接副产物(例如，烟气和/或熔渣)的形成中可消耗更少的组分。

此外，如所提及，在某些实施例中，认为所公开的管状焊丝12使用相同焊接电流实现更高的沉积速率和/或以低于其它焊丝的焊接电流实现相当的沉积速率。如所提及，金属护套52的所公开成分一般实现改进的加工硬化和提高的刚度以更好地馈送管状焊丝12。因此，如所提及，所公开的金属护套52实现具有相对较薄的护套(例如，在大约0.008英寸和大约0.016英寸之间)、相对较大的直径(例如，大于0.04英寸、大于0.1英寸)和粒状芯54的相对较高负载(例如，按管状焊丝12的重量计在大约10重量％和60重量％之间、在大约20重量％和60重量％之间、或在大约20重量％和40重量％之间)的管状焊丝12的制造。据信管状焊丝12的某些实施例将在600安培(amp)或更低的焊接电流下实现大于25磅/每小时(lbs/hr)的沉积速率和大于275英寸/每分钟(ipm)的馈丝速度；在500安培或更低的电流下实现大于18lbs/hr的沉积速率和大于200ipm的馈丝速度；在400安培或更低的电流下实现大于13lbs/hr的沉积速率和大于145ipm的馈丝速度；和/或在300安培或更低电流下实现大于8lbs/hr的沉积速率和大于95ipm的馈丝速度。因此，据信管状焊丝12的某些实施例将实现大于大约0.02磅/小时/安培(lbs/hr/amp)、大于大约0.025lbs/hr/amp、大于大约0.03lbs/hr/amp或大于大约0.04lbs/hr/amp的沉积速率。如上文所提及，每安培的焊接电流形成相对较高量的焊接沉积，使得焊接沉积物能够快速形成而无太多的热量传递到工件，从而减小工件的HAZ。

例如，图4的图表65示出了包括具有标准成分的金属护套的两个典型管状焊丝的沉积速率之间的比较。图表65所示的第一焊丝67的直径为大约0.094英寸(3/32英寸)，金属护套为0.028英寸厚，并且粒状芯占丝的总重量的18％。图表65所示的第二焊丝69的直径为大约0.094英寸(3/32英寸)，金属护套为0.016英寸厚，并且粒状芯占丝的总重量的40％。图表65示出了两种焊丝67和69根据安培数变化的沉积速率，并且进一步包括每个焊接操作以英寸/分钟(ipm)表示的馈丝速度(WFS)。如所示，第二焊丝69实现大于第一焊丝67的沉积速率的沉积速率(例如，在600安培下大于大约23％，在500安培下大于大约23％，在400安培下大于大约7％，在300安培下大于大约27％)。此外，第二焊丝69实现在每个安培数下高于第一焊丝67的馈丝速度(例如，在600安培下大于大约31％，在500安培下大于大约30％，在400安培下大于大约12％，以及在300安培下大于大约19％)。因此，尽管图4所示的第一焊丝67和第二焊丝69不包括具有上文陈述的成分的金属护套，但是图表65示出了就沉积速率和馈丝速度而言更薄金属护套52和粒状芯54的更高负载的一般优点。因此，对于管状焊丝12的当前实施例(其中金属护套52的韧性和/或刚度超过图4所示的典型焊丝69的护套的韧性和/或刚度)，据信可获得大于或等于典型焊丝69的沉积速率和/或馈丝速度的沉积速率和/或馈丝速度。

图5是过程70的一个实施例的流程图，可通过过程70制造管状焊接电极12。过程70始于将平坦金属带(即，包括锰、硅或以上两者)馈送通过将所述带成形为部分圆形的金属护套52(例如，产生半圆或槽)的多个冲模(方框72)。在金属带已至少部分被成形为金属护套52之后，其可用粒状芯材料54填充(方框74)。因此，部分成形的金属护套52可填充有各种粉末状的焊药和合金组分(例如，铁、氧化铁、氟化盐或类似的焊药和/或合金组分)。在某些实施例中，可不添加锰或硅组分到部分成形的金属护套52。一旦部分成形的金属护套52已填充有粒状芯54的各种组分，部分成形的金属护套52可接着被馈送通过可闭合金属护套52使得其基本上包围粒状芯材料54(例如，形成接缝58，诸如图2所示)的一个或多个冲模(方框76)。此外，闭合的金属护套52可随后被馈送通过用以通过压缩粒状芯材料54而减小管状焊丝12的直径的多个冲模(例如，拉延冲模)(方框78)。在其它实施例中，管状焊丝12可通过将粒状芯54包装在中空金属圆柱体内而形成，所述中空金属圆柱体充当金属护套52，并且所述中空金属圆柱体可随后被拉延以减小所述中空金属圆柱体的直径并包装粒状芯54以产生不具有图2所示的接缝58的管状焊丝12。

应当理解，尽管提高管状焊丝12的金属护套的刚度可改进管状焊丝12的馈送，但是此方法也呈现某些挑战。例如，通过增加管状焊接电极12的金属护套52的刚度，也可增加用于使金属护套52围绕粒状芯54成形(例如，在方框72、76和78中)的冷加工的量。此外，由于金属护套52的硬度在添加了锰和/或硅组分的情况下也可增加，所以可用于使金属护套52围绕粒状芯54成形的前述冲模(例如，在方框72、76和78中)可因管状焊丝12增加的刚度和/或硬度而更快速地磨损。此外，用于使金属护套52在管状焊丝12的制造期间成形的冲模可由也具有改进的机械性质的材料(例如，更硬或更强韧的冲模材料)制造，以便适应所公开的管状焊丝12的实施例的所改变的机械性质。因此，当尝试通过增加金属护套52的硬度来改进管状焊丝12的馈送时，可存在设计挑战，如目前所公开。

尽管本文仅阐释并描述了本公开的某些特征，但是本领域中的技术人员将想出许多修改和改变。因此，应当理解，所附权利要求书旨在涵盖落在本公开的真实精神内的所有此类修改和改变。