本申請(qǐng)要求于2015年8月11日申請(qǐng)的、標(biāo)題為“具有更薄護(hù)套以提高沉積速率的管狀焊絲(TUBULAR WELDING WIRE WITH A THINNER SHEATH FOR IMPROVED DEPOSITION RATES)”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)62/203,627的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容出于所有目的以引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)通常涉及焊接，并且更具體地說(shuō)，涉及用于諸如氣體金屬弧焊(GMAW)、焊藥芯弧焊(FCAW)和埋弧焊(SAW)等的弧焊過(guò)程的管狀焊絲。

背景技術(shù)：

焊接是一種在各種行業(yè)中已變成普遍用于各種應(yīng)用的過(guò)程。例如，焊接通常用在諸如造船、海上平臺(tái)、建筑物、軋管機(jī)等等的應(yīng)用中。某些焊接技術(shù)(例如，GMAW、SAW或FCAW)通常采用形式為焊絲的焊接電極。焊絲通?？稍诤附舆^(guò)程期間為焊縫提供一定量的填料金屬，以及提供電流路徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)實(shí)施例中，管狀焊絲包括包圍粒狀芯的金屬護(hù)套。所述金屬護(hù)套包括大于約0.6重量％的錳和大于約0.05重量％的硅。此外，所述金屬護(hù)套的厚度在大約0.008英寸和大約0.02英寸之間。

在另一實(shí)施例中，一種制造管狀焊絲的方法包括在金屬護(hù)套內(nèi)部放置粒狀芯，其中所述金屬護(hù)套包括大于約0.6重量％的錳和大于約0.05重量％的硅，并且其中所述金屬護(hù)套的厚度在大約0.008英寸和大約0.02英寸之間。所述方法包括壓縮所述金屬護(hù)套內(nèi)的所述粒狀芯以產(chǎn)生所述管狀焊絲，其中所述管狀焊絲的直徑在大約0.03英寸和大約0.25英寸之間。

附圖說(shuō)明

當(dāng)參考附圖閱讀以下具體實(shí)施方式時(shí)，將會(huì)更好地理解本公開(kāi)的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中，在所有附圖中，相同符號(hào)表示相同部件，其中：

圖1A是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的氣體金屬弧焊(GMAW)系統(tǒng)的方框圖；

圖1B是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的埋弧焊(SAW)系統(tǒng)的方框圖；

圖2是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的管狀焊接電極的橫截面視圖；

圖3是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的過(guò)程的流程圖，其中通過(guò)該過(guò)程可使用管狀焊接電極以使用圖1A的GMAW系統(tǒng)來(lái)焊接工件；

圖4是示出了針對(duì)兩個(gè)典型管狀焊絲的焊接電流對(duì)焊縫沉積物沉積速率的圖表；以及

圖5是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的用于制造管狀焊接電極的過(guò)程的流程圖。

具體實(shí)施方式

下文將描述本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例。為了努力提供對(duì)這些實(shí)施例的簡(jiǎn)明描述，在本說(shuō)明書(shū)中可能并不描述實(shí)際實(shí)施方式的全部特征。應(yīng)當(dāng)明白的是，在任何此類實(shí)際實(shí)施方式的開(kāi)發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，可作出很多特定于實(shí)施方式的決策來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目標(biāo)，諸如與系統(tǒng)相關(guān)和業(yè)務(wù)相關(guān)的限制的兼容性，其可隨著實(shí)施方式的變化而變化。此外，應(yīng)當(dāng)理解，此類開(kāi)發(fā)努力可能是復(fù)雜的并且耗時(shí)的，但是盡管如此將是獲益于本公開(kāi)的一般技術(shù)人員的日常設(shè)計(jì)、制作和制造任務(wù)。

在介紹本公開(kāi)的各種實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一個(gè)”、“一種”、“該”和“所述”旨在意指存在一個(gè)或多個(gè)元件。術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”和“具有”旨在為包括的并且意指可存在除所列出元件之外的另外的元件。

目前公開(kāi)的管狀焊絲的實(shí)施例可包括通常改變焊接過(guò)程和/或所得焊縫的性質(zhì)的一種或多種組分(例如，焊藥、穩(wěn)弧劑或其它添加劑)。此外，除了所述組分之外，可能還期望管狀焊絲具有某些物理性質(zhì)。例如，由于在焊接期間管狀焊絲被消耗，所以管狀焊絲可從卷軸(例如，在焊絲饋送器中)饋送到焊炬。因此，舉例而言，如果焊絲的剛度太低，那么當(dāng)焊絲在退卷和/或饋送期間遇到阻力時(shí)，焊絲可能起皺、纏結(jié)或以其它方式不正確地饋送。目前認(rèn)識(shí)到，這尤其是較大直徑的管狀焊絲(其通?？筛菀浊?所存在的一個(gè)問(wèn)題。當(dāng)管狀焊絲在饋送期間屈曲時(shí)，其可形成纏結(jié)的“鳥(niǎo)巢”，這通常浪費(fèi)焊絲和操作員的時(shí)間以及在某些情況下不利地影響焊接系統(tǒng)(例如，焊絲饋送器、卷絲軸或焊接系統(tǒng)的類似饋絲部件)的操作。此外，當(dāng)更大直徑的焊絲的剛度太低時(shí)，絲更有可能變形(例如，使得管狀絲具有“蛋”形)，這可導(dǎo)致饋絲時(shí)的滑動(dòng)和/或其它不一致性，這對(duì)焊接過(guò)程可具有不利影響。因此，可能需要具有更高剛度的焊絲，以使得絲在焊接過(guò)程期間將不太可能經(jīng)歷退卷或饋送問(wèn)題。此外，目前據(jù)信通過(guò)提高護(hù)套(相對(duì)薄的護(hù)套)的剛度和/或韌性，可生產(chǎn)大直徑的管狀焊絲，其提供用于饋送的合適物理性質(zhì)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)更高的沉積速率。

考慮到上述情況，本文所述的管狀焊絲的實(shí)施例具有金屬護(hù)套，所述金屬護(hù)套包括一種或多種組分、合金元素諸如錳和/或硅，其可能不以目前公開(kāi)的水平包括在其它焊絲的金屬護(hù)套中。應(yīng)當(dāng)明白，這些組分可包括由常規(guī)焊絲的粒狀芯所提供的組分。此外，某些公開(kāi)的管狀焊絲的實(shí)施例由于將這些組分加載到金屬護(hù)套而非粒狀芯中而同樣擁有優(yōu)越的物理性質(zhì)(即，剛度、硬度和/或韌性)。具體地說(shuō)，某些公開(kāi)的管狀焊絲的實(shí)施例包括比常規(guī)金屬護(hù)套顯著更高的錳含量(例如，高出兩倍或三倍)，其可提高管狀焊絲的剛度并用于增加焊縫的錳含量。此外，某些管狀焊絲的實(shí)施例包括比某些常規(guī)金屬護(hù)套顯著更高的硅含量(例如，高出兩倍或三倍)，其也可提高管狀焊絲的剛度并用于增加焊縫中的硅含量。因此，本公開(kāi)的管狀焊絲在粒狀芯的組分選擇方面實(shí)現(xiàn)更大的靈活性，這是因?yàn)檫@些組分的至少一部分可替代地由金屬護(hù)套傳遞。所公開(kāi)的金屬護(hù)套的改進(jìn)的物理性質(zhì)實(shí)現(xiàn)具有更薄護(hù)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)和更高粒狀芯負(fù)載(例如，其中粒狀芯占絲的總重量的大于25％、大于30％、或大于40％)的管狀焊絲的生產(chǎn)，這將實(shí)現(xiàn)比其它焊絲更高的沉積速率，如下文更詳細(xì)論述。此外，應(yīng)當(dāng)明白，盡管本論述大體上涉及管狀焊絲，但是在其它實(shí)施例中，本技術(shù)可用于生產(chǎn)其它焊接消耗品(例如，焊條)。

由于所公開(kāi)的金屬護(hù)套的機(jī)械性質(zhì)因前述合金元素的存在而得到了改進(jìn)，所以可使用更薄金屬護(hù)套來(lái)制造管狀焊絲的某些實(shí)施例。如下文所論述，此更薄的金屬護(hù)套實(shí)現(xiàn)具有更高的粒狀芯負(fù)載的管狀焊絲的生產(chǎn)。除了上文所提及的改進(jìn)的饋送之外，認(rèn)為所公開(kāi)的薄護(hù)套管狀焊絲在以類似安培數(shù)焊接時(shí)實(shí)現(xiàn)比相當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)管狀焊絲更高的饋絲速度和沉積速率。此外或另選地，認(rèn)為所公開(kāi)的薄護(hù)套管狀焊絲在使用更小安培數(shù)時(shí)實(shí)現(xiàn)與相當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)焊絲類似的沉積速率，這導(dǎo)致更少的熱量傳遞到工件的表面并且熱影響區(qū)(HAZ)更小?？梢岳斫獾氖牵藴p小的熱傳遞可顯著減小工件在焊縫附近處的部分的熱致變形，尤其對(duì)于更薄的工件。例如，對(duì)于船舶焊接應(yīng)用，外殼面板相對(duì)較薄并且通常使用大量角焊縫焊接到加固件，并且大型船只可包括數(shù)英里的角焊縫。對(duì)于此類應(yīng)用，可能期望使用提供高沉積速率的焊絲以減少總焊接時(shí)間并且提高焊接操作的效率；然而，常規(guī)焊絲可以在高沉積速率時(shí)傳遞過(guò)多的熱量到工件，從而導(dǎo)致不可接受的工件燒穿。相比之下，通過(guò)在焊接操作期間傳遞更少的熱量到工件，目前公開(kāi)的薄護(hù)套管狀焊絲的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)以高沉積速率焊接薄工件而不導(dǎo)致工件的燒穿或產(chǎn)生大的HAZ。

一般來(lái)講，利用管狀焊絲存在多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其中通常在管狀焊絲的粒狀芯中發(fā)現(xiàn)的一種或多種組分替代地由金屬護(hù)套提供，如目前所公開(kāi)的。即，某些對(duì)焊縫的化學(xué)成分有貢獻(xiàn)的組分可存在于常規(guī)管狀焊絲的粒狀芯內(nèi)。可以理解的是，當(dāng)將具有相同直徑和不同護(hù)套厚度的兩個(gè)管狀焊絲進(jìn)行比較時(shí)，具有更薄護(hù)套的焊絲必然提供更大的內(nèi)部體積并且因此實(shí)現(xiàn)更高的粒狀芯負(fù)載。此外，考慮到管狀焊絲的有限內(nèi)部體積，通過(guò)從粒狀芯移動(dòng)一種或多種組分(例如，錳和/或硅源)到金屬護(hù)套中，可在管狀焊絲的芯中有更多的空間可供其它組分(例如，其它金屬、焊藥、穩(wěn)定劑或類似組分)利用。

一般來(lái)說(shuō)，由目前公開(kāi)的管狀焊絲的金屬護(hù)套提供的錳和硅含量可使焊池脫氧，并且在焊接操作期間也幫助基底金屬的焊池潤(rùn)濕。舉具體示例，硅可實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的焊珠潤(rùn)濕。對(duì)于所公開(kāi)的實(shí)施例，金屬護(hù)套中所包括的相對(duì)的錳和硅含量可平衡以使期望的化學(xué)性質(zhì)(例如，脫氧和潤(rùn)濕性質(zhì))和機(jī)械性質(zhì)(例如，剛度、強(qiáng)度、可使用性)平衡。可以理解的是，由所公開(kāi)的管狀焊絲實(shí)現(xiàn)的更大的內(nèi)部體積和更高的粒狀芯負(fù)載允許在所得的焊接沉積物的化學(xué)成分方面具有更大的靈活性。例如，在某些實(shí)施例中，特定的高合金金屬帶可用于制造許多根不同的焊絲，其中焊接沉積物的成分可由放置在這些絲的粒狀芯內(nèi)的合金組分支配。此外，由本方法的管狀焊絲的實(shí)施例提供的額外的內(nèi)部體積可專用于其它添加劑以控制焊接操作和/或焊接沉積物的其他方面(例如，可潤(rùn)濕性、強(qiáng)度、韌性、外觀)。

此外，通過(guò)從粒狀芯移動(dòng)一種或多種組分(例如，錳和/或硅源)到金屬護(hù)套中，也可改變焊接過(guò)程的化學(xué)成分。例如，將某些組分(例如，錳和/硅源)放置于金屬護(hù)套而非粒狀芯中可使得能夠更自由地選擇粒狀芯的其它組分(例如，包括以其它方式不與錳和/或硅源兼容的組分)。進(jìn)一步舉例來(lái)說(shuō)，在某些實(shí)施例中，通過(guò)將一種或多種組分(例如，錳和/或硅源)放置于金屬護(hù)套而非粒狀芯中，這些組分的更大部分可被摻入到焊接金屬中(例如，而非與粒狀芯中的其它組分發(fā)生反應(yīng)和/或形成煙氣)。因此，可能期望替代地使用管狀焊絲的金屬護(hù)套來(lái)將這些組分傳遞到焊縫。

轉(zhuǎn)向附圖，圖1A是根據(jù)本公開(kāi)的氣體金屬弧焊(GMAW)系統(tǒng)10的實(shí)施例的方框圖，所述系統(tǒng)10利用管狀焊絲12。應(yīng)當(dāng)理解，盡管本論述集中于圖1A所示的GMAW系統(tǒng)10，但是當(dāng)前公開(kāi)的焊絲可以使使用管狀焊絲(例如，管狀焊接電極或焊條)的任何弧焊過(guò)程(例如，F(xiàn)CAW、FCAW-G、GTAW、SAW或類似的弧焊過(guò)程)獲益。應(yīng)當(dāng)理解，使用所公開(kāi)的焊絲或電極的某些焊接系統(tǒng)的實(shí)施例(例如，SAW焊接系統(tǒng)或GTAW焊接系統(tǒng))可包括示例GMAW系統(tǒng)10中未示出的部件(例如，焊藥料斗、焊藥傳遞部件、焊條電極等)和/或不包括示例GMAW系統(tǒng)10中示出的部件(例如，氣體供應(yīng)系統(tǒng)16)。還應(yīng)當(dāng)理解，在其它實(shí)施例中，目前公開(kāi)的管狀焊絲可用作“冷焊絲”，其中所述管狀焊絲在焊接過(guò)程期間不承載電流(例如，不向工件的表面形成弧)。在某些實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)10可由人類焊接工手動(dòng)操作。在其它實(shí)施例中，焊接系統(tǒng)10可以是機(jī)器人焊接系統(tǒng)，其相比于人類焊接工能夠以更高的饋絲速度(例如，高于大約275英寸/每分鐘，高于大約300英寸/每分鐘)和更高的沉積速率(例如，高于大約25磅/每小時(shí)、高于大約30磅/每小時(shí))生產(chǎn)高品質(zhì)焊縫，并且更實(shí)際或更可持續(xù)，對(duì)于更具挑戰(zhàn)的焊縫(例如，角焊縫)尤其如此。

圖1A的所示焊接系統(tǒng)10包括焊接電力單元13、焊絲饋送器14、氣體供應(yīng)系統(tǒng)16和焊炬18。焊接電力單元13通常將電力供應(yīng)到焊接系統(tǒng)10并且經(jīng)由電纜束20聯(lián)接到焊絲饋送器14以及使用具有夾具26的引線電纜24聯(lián)接到工件22。在所示實(shí)施例中，焊絲饋送器14經(jīng)由電纜束28聯(lián)接到焊炬18以便在焊接系統(tǒng)10的操作期間將可消耗的管狀焊絲12(例如，焊接電極)和電力供應(yīng)到焊炬18。在另一實(shí)施例中，焊接電力單元13可聯(lián)接到焊炬18并直接將電力供應(yīng)到焊炬18。

焊接電力單元13一般可包括電力轉(zhuǎn)換電路，所述電力轉(zhuǎn)換電路從交流電源30(例如，AC電力網(wǎng)、引擎/發(fā)電機(jī)組、或它們的組合)接收輸入電力，調(diào)節(jié)所述輸入電力，并經(jīng)由電纜20提供DC或AC輸出電力。因此，焊接電力單元13可根據(jù)焊接系統(tǒng)10的需求為焊絲饋送器14供電，焊絲饋送器14繼而為焊炬18供電。終止于夾具26中的引線電纜24將焊接電力單元13聯(lián)接到工件22以閉合焊接電力單元13、工件22和焊炬18之間的電路。焊接電力單元13可包括電路元件(例如，變壓器、整流器、開(kāi)關(guān)等等)，所述電路元件能夠按焊接系統(tǒng)10的需求所指示的將AC輸入電力轉(zhuǎn)換成直流反接(DCEP)輸出、直流正接(DCEN)輸出、DC可變極性或可變平衡(例如，平衡的或不平衡的)AC輸出。應(yīng)當(dāng)理解，目前公開(kāi)的管狀焊絲12可針對(duì)許多不同的電力配置實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過(guò)程的改進(jìn)(例如，改進(jìn)的饋絲、改進(jìn)的弧穩(wěn)定性和/或改進(jìn)的焊縫品質(zhì))。

所示的焊接系統(tǒng)10包括氣體供應(yīng)系統(tǒng)16，氣體供應(yīng)系統(tǒng)16將保護(hù)氣體或保護(hù)氣體混合物從一個(gè)或多個(gè)保護(hù)氣體源17供應(yīng)到焊炬18。在所描繪的實(shí)施例中，氣體供應(yīng)系統(tǒng)16經(jīng)由氣體管道32直接聯(lián)接到焊炬18。在其它實(shí)施例中，氣體供應(yīng)系統(tǒng)16可替代地聯(lián)接到饋絲器14，并且饋絲器14可調(diào)節(jié)從氣體供應(yīng)系統(tǒng)16到焊炬18的氣體流。本文使用的保護(hù)氣體可指代可被提供到弧和/或焊池以便提供特定的局部氣氛(例如，保護(hù)弧，提高弧的穩(wěn)定性，限制金屬氧化物的形成，改進(jìn)金屬表面的潤(rùn)濕，改變焊接沉積物的化學(xué)成分等等)的任何氣體或氣體混合物。在某些實(shí)施例中，保護(hù)氣體流可為保護(hù)氣體或保護(hù)氣體混合物(例如，氬氣(Ar)、氦氣(He)、二氧化碳(CO2)、氧氣(O2)、氮?dú)?N2)、類似的合適的保護(hù)氣體或它們的任何混合物)。例如，保護(hù)氣體流(例如，經(jīng)由管道32傳遞)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18一般經(jīng)由焊絲饋送器14接收管狀焊絲12和電力，并且從氣體供應(yīng)系統(tǒng)16接收保護(hù)氣體流，以便執(zhí)行工件22的GMAW。在操作期間，焊炬18可被帶到工件22附近，使得弧34可形成在可消耗的焊接電極(例如，從焊炬18的接觸尖端退出的管狀焊絲12)和工件22之間以在工件上形成焊池。此外，如下文所述，通過(guò)控制管狀焊絲12的成分，可調(diào)節(jié)弧34和/或所得焊縫的化學(xué)成分(例如，成分和物理特性)。例如，管狀焊絲12可包括任何數(shù)量的焊藥和/或合金組分，其可充當(dāng)穩(wěn)弧劑并且進(jìn)一步可被至少部分摻入到焊縫中，從而影響焊縫的機(jī)械性質(zhì)。此外，在某些實(shí)施例中，管狀焊絲12的組分也可在弧34附近處提供額外的保護(hù)氣氛，影響弧34的過(guò)渡性質(zhì)，和/或使工件22的表面脫氧。

焊絲饋送器14也包括用于在控制器36的控制下將管狀焊絲12饋送到焊炬18并且從而饋送到焊接應(yīng)用的部件。例如，在某些實(shí)施例中，管狀焊絲12的一個(gè)或多個(gè)絲供應(yīng)器(例如，卷絲軸38)可容置在焊絲饋送器14中。饋絲器驅(qū)動(dòng)單元40可從卷軸38退卷管狀焊絲12并且漸進(jìn)地饋送管狀焊絲12到焊炬18。為此，饋絲器驅(qū)動(dòng)單元40可包括諸如電路、馬達(dá)、輥等的部件，其以合適方式配置用于建立適當(dāng)?shù)酿伣z。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，饋絲器驅(qū)動(dòng)單元40可包括饋送馬達(dá)，所述饋送馬達(dá)與饋送輥接合以將絲從焊絲饋送器14推向焊炬18。此外，來(lái)自焊接電力單元13的電力可被施加到饋送的絲。

然而，在此饋絲過(guò)程期間，如果管狀焊絲12的剛度不夠，那么焊絲12可起皺、纏結(jié)或以其它方式不正確地饋送。例如，管狀焊絲12可形成焊絲的纏結(jié)的“鳥(niǎo)巢”(例如，在卷軸38和/或饋絲器驅(qū)動(dòng)單元40中)，而非正確地饋送到焊炬18。由于此類錯(cuò)誤的饋絲導(dǎo)致焊接操作員停止焊接操作來(lái)移除不正確饋送的管狀焊絲12，所以這些錯(cuò)誤的饋送一般浪費(fèi)操作員的時(shí)間以及浪費(fèi)管狀焊絲12。此外，在某些情況下，此類錯(cuò)誤的饋絲可不利地影響焊接系統(tǒng)10(例如，焊絲饋送器40、卷絲軸38或焊接系統(tǒng)10的類似的饋絲部件)的操作，從而產(chǎn)生額外的成本。因此，目前公開(kāi)的管狀焊絲12的某些實(shí)施例利用包括特定量的錳和/或硅的金屬或金屬護(hù)套。在某些實(shí)施例中，這些更高合金的金屬護(hù)套展示出提高的剛度，其一般可改進(jìn)通過(guò)焊接系統(tǒng)10對(duì)管狀焊絲12的饋送。

舉另一示例，圖1B是根據(jù)本公開(kāi)的埋弧焊(SAW)系統(tǒng)42的實(shí)施例的方框圖，所述系統(tǒng)42利用管狀焊絲12。圖1B所示的SAW系統(tǒng)42包括圖1A所示的許多相同部件(例如，電源30、焊接電力單元13、焊絲饋送器14和焊炬18)。然而，圖1B所示的SAW系統(tǒng)42不包括圖1A所示的用于GMAW系統(tǒng)10的氣體供應(yīng)系統(tǒng)16。替代地，SAW系統(tǒng)42包括焊藥供應(yīng)系統(tǒng)44(例如，焊藥料斗)，焊藥供應(yīng)系統(tǒng)44存儲(chǔ)粒狀SAW焊藥流并經(jīng)由管道46將其傳遞到焊炬18，并且焊炬18隨后將粒狀SAW焊藥傳遞到工件22在弧34附近的表面，從而在熔融焊池上方形成焊藥床，其保護(hù)焊池免受周圍大氣的影響。在某些實(shí)施例中，管道46可將粒狀SAW焊藥傳遞到焊藥傳遞部件，所述焊藥傳遞部件與焊炬18分離。

目前公開(kāi)的管狀焊絲12(或管狀焊條)的實(shí)施例的橫截面示于圖2中。圖2所示的管狀焊絲12的實(shí)施例包括具有特定厚度53的金屬護(hù)套52，金屬護(hù)套52封裝(例如，包圍、環(huán)繞)粒狀或粉末狀芯54。此外，管狀焊絲12可被描述為具有特定的外徑55。在某些實(shí)施例中，取決于管狀芯54的成分，管狀焊絲12可為金屬芯管狀焊絲或焊藥芯管狀焊絲。在某些實(shí)施例中，粒狀芯54可包括大氣清除組分、氣體形成組分和/或焊藥組分，其在焊接沉積物附近形成保護(hù)氣氛而不使用外部保護(hù)氣體。此外，在某些實(shí)施例中，粒狀芯54可部分或完全不存在，從而在管狀焊絲12(例如，中空的管狀焊絲)內(nèi)留下空隙。

在某些實(shí)施例中，金屬護(hù)套52的厚度53可在大約0.008英寸和0.02英寸之間(例如，在大約0.008英寸和大約0.016英寸之間、在大約0.01英寸和大約0.014英寸之間)。在某些實(shí)施例中，金屬護(hù)套52的所公開(kāi)的改進(jìn)的物理性質(zhì)促進(jìn)管狀焊絲12的良好饋送，即使在高饋絲速度下(例如，大于250英寸/每分鐘、大于275英寸/每分鐘、大于300英寸/每分鐘)。如所提及的，對(duì)于具有給定直徑55的管狀焊絲12，隨著金屬護(hù)套52的厚度53減小，管狀焊絲12內(nèi)的內(nèi)部體積增大，從而實(shí)現(xiàn)具有粒狀芯54的較高負(fù)載的焊絲的制造。在某些實(shí)施例中，粒狀芯54可占管狀焊絲12的比例為介于大約20重量％和大約60重量％之間(例如，介于大約25重量％和大約50重量％之間、介于大約30重量％和大約40重量％之間)。在某些實(shí)施例中，管狀焊絲12除了可具有相對(duì)較薄的金屬護(hù)套52(例如，在大約0.008英寸和大約0.02英寸之間)之外，還可具有相對(duì)較大的直徑55(例如，在大約0.03英寸和大約0.25英寸之間、在大約0.04英寸和大約0.25英寸之間、在大約0.08英寸和大約0.16英寸之間、在大約0.1英寸和大約0.19英寸之間)。

根據(jù)本技術(shù)的多個(gè)方面，金屬護(hù)套52可包括具有錳和/或硅含量的任何合適的金屬或合金(例如，鐵、高碳鋼、低碳鋼或其它合適的金屬或合金)。例如，在某些實(shí)施例中，金屬護(hù)套52可包括80％、90％、95％或98％的鐵或鋼。應(yīng)當(dāng)理解，由于金屬護(hù)套52一般為焊縫提供填料金屬的至少一部分，所以金屬護(hù)套52的成分一般影響所得焊縫的成分。例如，除了錳和/或硅之外，金屬護(hù)套52還可包括也可影響焊縫的性質(zhì)的其它添加劑或雜質(zhì)(例如，碳、硫、磷、銅、鎳、錫、鉻和/或其它元素)。例如，在某些實(shí)施例中，金屬護(hù)套52可包括小于大約0.1重量％或小于大約0.02重量％的碳。在某些實(shí)施例中，金屬護(hù)套52可包括介于大約0.01重量％和0.2重量％之間、介于大約0.1重量％和0.15重量％之間、介于大約0.1重量％和0.12重量％之間、或介于大約0.12重量％和0.15重量％之間的碳。如下文更詳細(xì)論述，在某些實(shí)施例中，管狀焊絲50可包括碳鋼護(hù)套，所述碳鋼護(hù)套具有介于大約0.08重量％和0.15重量％之間的碳，并且通過(guò)控制粒狀芯54的成分而包括某些成分(例如，鉻、鎳、鉬)，所述管狀焊絲50可被設(shè)計(jì)成形成不銹鋼焊接沉積物(例如，300系列不銹鋼焊接沉積物)。盡管其它300系列焊絲使用不銹金屬護(hù)套，但是目前應(yīng)認(rèn)識(shí)到，就弧穩(wěn)定性和減小粘性而言，碳鋼護(hù)套實(shí)現(xiàn)優(yōu)于不銹金屬護(hù)套的優(yōu)點(diǎn)，并且某些當(dāng)前實(shí)施例實(shí)現(xiàn)使用碳鋼護(hù)套52形成不銹焊接沉積物。此外，在某些實(shí)施例中，金屬護(hù)套52可包括小于大約0.02重量％、小于大約0.015重量％、或小于大約0.01重量％的硫。此外，在某些實(shí)施例中，金屬護(hù)套52可包括小于大約0.02重量％、小于大約0.015重量％、或小于大約0.01重量％的磷。

關(guān)于錳含量，在某些實(shí)施例中，金屬護(hù)套52的錳含量一般可大于大約0.3重量％或0.6重量％。在某些實(shí)施例中，金屬護(hù)套52可包括介于大約0.1重量％和大約2重量％之間的錳、介于大約0.2重量％和大約1.9重量％之間的錳、介于大約0.6重量％和大約1.8重量％之間的錳、介于大約0.8重量％和大約2重量％之間的錳、介于大約0.9重量％和大約1.1重量％之間的錳、或在這些值的任何值之間的任何子范圍的錳。關(guān)于硅含量，在某些實(shí)施例中，金屬護(hù)套52的硅含量一般可大于大約0.05重量％或0.1重量％。在某些實(shí)施例中，金屬護(hù)套52可包括介于大約0.1重量％和大約0.4重量％之間的硅、介于0.1重量％和大約0.3重量％之間的硅、介于大約0.2重量％和大約0.3重量％之間的硅、介于大約0.25重量％和大約0.35重量％之間的硅、介于大約0.3重量％和大約0.75重量％之間的硅、介于大約0.25重量％和大約0.75重量％之間的硅、或在這些值的任何值之間的任何子范圍的硅。具體地，在某些實(shí)施例中，金屬護(hù)套52可包括大約1重量％的錳和大約0.3重量％的硅。

如所提及的，包括在金屬護(hù)套52中的錳和/或硅可影響金屬護(hù)套52和管狀焊絲12的物理性質(zhì)。例如，金屬護(hù)套52的實(shí)施例可具有這樣的斷裂韌性：使得僅大于大約68,000psi、或介于大約68,000psi和69,000psi之間的壓力可引發(fā)斷裂。相比之下，目前所公開(kāi)的不含有錳和/或硅含量的、尺寸被類似地設(shè)定的金屬焊帶可具有這樣的斷裂韌性：使得介于大約43,000psi和52,000psi之間的壓力可引發(fā)斷裂。因此，將錳和/或硅添加到金屬護(hù)套52一般可提供改進(jìn)的機(jī)械和/或物理性質(zhì)(例如，斷裂韌性、拉伸強(qiáng)度、剛度等等)，其可改進(jìn)所得的管狀焊絲12在焊接系統(tǒng)10內(nèi)進(jìn)行正確饋送的能力。

所示管狀焊絲12的粒狀芯54一般可為壓實(shí)的粉末，如下文所論述，其成分可包括影響焊接過(guò)程的組分(例如，填料金屬、焊藥、穩(wěn)定劑等等)。例如，在某些實(shí)施例中，管狀焊接電極12的粒狀芯54可包括元素(例如，鐵、鈦、鋇、鋰、氟或其它元素)和/或礦物質(zhì)(例如，黃鐵礦、磁鐵礦等等)以提供弧穩(wěn)定性并且控制所得焊縫的化學(xué)成分。粒狀芯54的各種組分可均勻地或非均勻地(以團(tuán)或簇56的形式)放置在粒狀芯54內(nèi)。由于管狀焊絲12的錳和/或硅組分可由金屬護(hù)套52提供，所以在某些實(shí)施例中，粒狀芯54可基本上沒(méi)有錳、或沒(méi)有硅或既沒(méi)有錳也沒(méi)有硅(例如，大約0重量％、僅包括微量、或小于大約0.01重量％或0.05重量％)。例如，在某些實(shí)施例中，管狀焊絲12的粒狀芯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％的錳。進(jìn)一步舉例來(lái)說(shuō)，在某些實(shí)施例中，管狀焊絲12的粒狀芯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。應(yīng)當(dāng)理解，在弧34的狀況下，管狀焊絲12的組分(例如，金屬護(hù)套52、粒狀芯54等等)可改變物理狀態(tài)、化學(xué)反應(yīng)(例如，氧化、分解等等)或被摻入到基本上不為焊接過(guò)程所改變的焊縫中。

例如，在某些實(shí)施例中，管狀焊絲50可符合根據(jù)美國(guó)焊接學(xué)會(huì)(AWS)A5.22規(guī)范的針對(duì)產(chǎn)生不銹焊接沉積物的焊藥芯焊絲的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。舉具體示例，在某些實(shí)施例中，管狀焊絲50可以是AWS分類為EC308、EC308Si、EC308H、EC308L或EC308LSi的焊藥芯管狀焊絲50，其中粒狀芯54按管狀焊絲50的重量計(jì)包括介于19.5重量％和22.0重量％之間的鉻、介于9.0重量％和11.0重量％之間的鎳、和介于0.5重量％和0.75重量％之間的鉬。在某些實(shí)施例中，管狀焊絲50可以是AWS分類為EC309、EC309Si、EC309L、或EC309LSi的焊藥芯管狀焊絲50，其中粒狀芯54按管狀焊絲50的重量計(jì)包括介于23.0重量％和25.0重量％之間的鉻、介于12.0重量％和14.0重量％之間的鎳、和小于大約0.75重量％的鉬。在某些實(shí)施例中，管狀焊絲50可以是AWS分類為EC316、EC316Si、EC316H、EC316L或EC316LSi的焊藥芯管狀焊絲50，其中粒狀芯54按管狀焊絲50的重量計(jì)包括介于18.0重量％和20.0重量％之間的鉻、介于11.0重量％和14.0重量％之間的鎳、和介于2.0重量％和3.0重量％之間的鉬。對(duì)于這些示例性焊藥芯管狀焊絲50中的每一種，存在于管狀焊絲50內(nèi)的錳和硅的全部或大部分(例如，介于大約90％和大約99.9％之間)可存在于金屬護(hù)套52內(nèi)。此外，在某些實(shí)施例中，前述示例性焊藥芯管狀焊絲50中的每一種可包括碳鋼金屬護(hù)套52(例如，所具有的碳含量按護(hù)套52的重量計(jì)在大約0.01重量％和大約0.15重量％之間或在大約0.1重量％和大約0.15重量％之間)而非不銹(例如，300系列或400系列)金屬護(hù)套52。

在某些實(shí)施例中，管狀焊絲50可符合根據(jù)美國(guó)焊接學(xué)會(huì)(AWS)A5.22規(guī)范的針對(duì)產(chǎn)生不銹焊接沉積物的金屬芯焊絲的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。舉具體示例，在某些實(shí)施例中，管狀焊絲50可以是AWS分類為E308TX-X、E308HTX-X、或E308LTX-X的金屬芯管狀焊絲50，其中粒狀芯54按管狀焊絲50的重量計(jì)包括介于18.0重量％和21.0重量％之間的鉻、介于9.0重量％和11.0重量％之間的鎳、和小于大約0.75重量％的鉬。在某些實(shí)施例中，管狀焊絲50可以是AWS分類為E309TX-X、E309HTX-X、或E309LTX-X的金屬芯管狀焊絲50，其中粒狀芯54按管狀焊絲50的重量計(jì)包括介于22.0重量％和25.0重量％之間的鉻、介于12.0重量％和14.0重量％之間的鎳、和小于大約0.75重量％的鉬。在某些實(shí)施例中，管狀焊絲50可以是AWS分類為E316TX-X或E316HTX-X的金屬芯管狀焊絲50，其中粒狀芯54按管狀焊絲50的重量計(jì)包括介于17.0重量％和20.0重量％之間的鉻、介于11.0重量％和14.0重量％之間的鎳、和介于2.0重量％和3.0重量％之間的鉬。對(duì)于這些示例性金屬芯管狀焊絲50中的每一種，存在于管狀焊絲50內(nèi)的錳和硅的全部或大部分(例如，介于大約90％和大約99.9％之間)可存在于金屬護(hù)套52內(nèi)。此外，在某些實(shí)施例中，前述示例性金屬芯管狀焊絲50中的每一種可包括碳鋼金屬護(hù)套52(例如，所具有的碳含量按護(hù)套52的重量計(jì)在大約0.01重量％和大約0.15重量％之間或在大約0.1重量％和大約0.15重量％之間)，而非不銹(例如，300系列或400系列)金屬護(hù)套52。可以理解的是，本文中所公開(kāi)的某些分類，諸如由“L”標(biāo)示的低碳分類可要求焊接沉積物的碳含量特別低(例如，按沉積物重量計(jì)為0.03重量％或更少)。對(duì)于針對(duì)此類分類設(shè)計(jì)的管狀焊絲50的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，護(hù)套52中的碳量可特別低(例如，按護(hù)套52的重量計(jì)在大約0.01重量％和0.03重量％之間)，并且芯54可基本上沒(méi)有碳(例如，按芯54的重量計(jì)少于大約0.01重量％)以符合此分類的要求。

圖3是過(guò)程60的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，可使用圖1A的GMAW焊接系統(tǒng)10和管狀焊接電極12通過(guò)過(guò)程60來(lái)焊接工件22，所述管狀焊接電極12包括金屬護(hù)套52，金屬護(hù)套52具有錳、或硅或以上兩者。所示過(guò)程60始于將管狀焊絲12饋送到焊接設(shè)備(例如，焊炬18)(方框62)，其中管狀焊絲12包括錳和/或硅。此外，過(guò)程60包括將保護(hù)氣體流(例如，100％氬氣、75％氬氣/25％二氧化碳、90％氬氣/10％氦氣、或類似的保護(hù)氣體流)饋送到焊接設(shè)備(例如，焊炬18的接觸尖端)(方框64)。在其它實(shí)施例中，可使用不使用氣體供應(yīng)系統(tǒng)(例如，諸如圖1A所示的氣體供應(yīng)系統(tǒng)16)的焊接系統(tǒng)，并且管狀焊絲12的一種或多種組分(例如，鋁、鐵、各種氟化鹽或其它組分)可在焊接沉積物附近提供組分保護(hù)氣氛。接著，可將管狀焊絲12帶到工件22附近(例如，遠(yuǎn)離工件22 0.25mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、5mm、10mm或一般小于30mm)(方框66)，使得弧34可形成在管狀焊絲12和工件22之間。應(yīng)當(dāng)理解，可使用GMAW系統(tǒng)10的DCEP、DCEN、DC可變極性、平衡或不平衡AC電力配置產(chǎn)生弧34。此外，在某些實(shí)施例(例如，圖2的SAW焊接系統(tǒng)42)中，粒狀SAW焊藥可被傳遞在弧和/或焊池處或其附近，以便在弧和/或焊池處或其附近提供氣氛的至少一部分以補(bǔ)充(或替代)保護(hù)氣體流。接著，管狀焊絲12的一部分被消耗，同時(shí)在工件22上形成焊縫(方框68)。在某些實(shí)施例中，放置在金屬護(hù)套52中的錳和/或硅可被釋放以與弧34相互作用和/或至少部分地?fù)饺氲胶缚p中。

一般可以理解的是，將組分(例如，錳和/或硅)加載到金屬護(hù)套52而非粒狀芯54中也可對(duì)這些材料如何在弧34中反應(yīng)和/或如何摻入到焊接過(guò)程中產(chǎn)生影響。即，將錳和/或硅放置在金屬護(hù)套52中而非粒狀芯54中的優(yōu)點(diǎn)在于錳和/或硅的更大部分到達(dá)焊池(例如，而非形成煙氣)。換句話說(shuō)，經(jīng)由金屬護(hù)套52傳遞的錳和/或硅組分所經(jīng)歷的弧34和/或焊池狀況(例如，溫度、電壓、反應(yīng)物的相對(duì)位置等等)比經(jīng)由粒狀芯54傳遞的錳和/或硅組分所經(jīng)歷的弧34和/或焊池狀況存在很大或微妙差別。因此，在某些實(shí)施例中，相比于其它的錳由粒狀芯54供應(yīng)的焊絲，所公開(kāi)的管狀焊絲12可產(chǎn)生錳濃度更低的煙氣。此外，在某些實(shí)施例中，當(dāng)經(jīng)由金屬護(hù)套52傳遞組分(例如，錳和/或硅)時(shí)可能使用的組分的總量可基本上小于當(dāng)經(jīng)由粒狀芯54傳遞組分到焊縫時(shí)所用的組分的量，這是因?yàn)樵诤附痈碑a(chǎn)物(例如，煙氣和/或熔渣)的形成中可消耗更少的組分。

此外，如所提及，在某些實(shí)施例中，認(rèn)為所公開(kāi)的管狀焊絲12使用相同焊接電流實(shí)現(xiàn)更高的沉積速率和/或以低于其它焊絲的焊接電流實(shí)現(xiàn)相當(dāng)?shù)某练e速率。如所提及，金屬護(hù)套52的所公開(kāi)成分一般實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的加工硬化和提高的剛度以更好地饋送管狀焊絲12。因此，如所提及，所公開(kāi)的金屬護(hù)套52實(shí)現(xiàn)具有相對(duì)較薄的護(hù)套(例如，在大約0.008英寸和大約0.016英寸之間)、相對(duì)較大的直徑(例如，大于0.04英寸、大于0.1英寸)和粒狀芯54的相對(duì)較高負(fù)載(例如，按管狀焊絲12的重量計(jì)在大約10重量％和60重量％之間、在大約20重量％和60重量％之間、或在大約20重量％和40重量％之間)的管狀焊絲12的制造。據(jù)信管狀焊絲12的某些實(shí)施例將在600安培(amp)或更低的焊接電流下實(shí)現(xiàn)大于25磅/每小時(shí)(lbs/hr)的沉積速率和大于275英寸/每分鐘(ipm)的饋絲速度；在500安培或更低的電流下實(shí)現(xiàn)大于18lbs/hr的沉積速率和大于200ipm的饋絲速度；在400安培或更低的電流下實(shí)現(xiàn)大于13lbs/hr的沉積速率和大于145ipm的饋絲速度；和/或在300安培或更低電流下實(shí)現(xiàn)大于8lbs/hr的沉積速率和大于95ipm的饋絲速度。因此，據(jù)信管狀焊絲12的某些實(shí)施例將實(shí)現(xiàn)大于大約0.02磅/小時(shí)/安培(lbs/hr/amp)、大于大約0.025lbs/hr/amp、大于大約0.03lbs/hr/amp或大于大約0.04lbs/hr/amp的沉積速率。如上文所提及，每安培的焊接電流形成相對(duì)較高量的焊接沉積，使得焊接沉積物能夠快速形成而無(wú)太多的熱量傳遞到工件，從而減小工件的HAZ。

例如，圖4的圖表65示出了包括具有標(biāo)準(zhǔn)成分的金屬護(hù)套的兩個(gè)典型管狀焊絲的沉積速率之間的比較。圖表65所示的第一焊絲67的直徑為大約0.094英寸(3/32英寸)，金屬護(hù)套為0.028英寸厚，并且粒狀芯占絲的總重量的18％。圖表65所示的第二焊絲69的直徑為大約0.094英寸(3/32英寸)，金屬護(hù)套為0.016英寸厚，并且粒狀芯占絲的總重量的40％。圖表65示出了兩種焊絲67和69根據(jù)安培數(shù)變化的沉積速率，并且進(jìn)一步包括每個(gè)焊接操作以英寸/分鐘(ipm)表示的饋絲速度(WFS)。如所示，第二焊絲69實(shí)現(xiàn)大于第一焊絲67的沉積速率的沉積速率(例如，在600安培下大于大約23％，在500安培下大于大約23％，在400安培下大于大約7％，在300安培下大于大約27％)。此外，第二焊絲69實(shí)現(xiàn)在每個(gè)安培數(shù)下高于第一焊絲67的饋絲速度(例如，在600安培下大于大約31％，在500安培下大于大約30％，在400安培下大于大約12％，以及在300安培下大于大約19％)。因此，盡管圖4所示的第一焊絲67和第二焊絲69不包括具有上文陳述的成分的金屬護(hù)套，但是圖表65示出了就沉積速率和饋絲速度而言更薄金屬護(hù)套52和粒狀芯54的更高負(fù)載的一般優(yōu)點(diǎn)。因此，對(duì)于管狀焊絲12的當(dāng)前實(shí)施例(其中金屬護(hù)套52的韌性和/或剛度超過(guò)圖4所示的典型焊絲69的護(hù)套的韌性和/或剛度)，據(jù)信可獲得大于或等于典型焊絲69的沉積速率和/或饋絲速度的沉積速率和/或饋絲速度。

圖5是過(guò)程70的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，可通過(guò)過(guò)程70制造管狀焊接電極12。過(guò)程70始于將平坦金屬帶(即，包括錳、硅或以上兩者)饋送通過(guò)將所述帶成形為部分圓形的金屬護(hù)套52(例如，產(chǎn)生半圓或槽)的多個(gè)沖模(方框72)。在金屬帶已至少部分被成形為金屬護(hù)套52之后，其可用粒狀芯材料54填充(方框74)。因此，部分成形的金屬護(hù)套52可填充有各種粉末狀的焊藥和合金組分(例如，鐵、氧化鐵、氟化鹽或類似的焊藥和/或合金組分)。在某些實(shí)施例中，可不添加錳或硅組分到部分成形的金屬護(hù)套52。一旦部分成形的金屬護(hù)套52已填充有粒狀芯54的各種組分，部分成形的金屬護(hù)套52可接著被饋送通過(guò)可閉合金屬護(hù)套52使得其基本上包圍粒狀芯材料54(例如，形成接縫58，諸如圖2所示)的一個(gè)或多個(gè)沖模(方框76)。此外，閉合的金屬護(hù)套52可隨后被饋送通過(guò)用以通過(guò)壓縮粒狀芯材料54而減小管狀焊絲12的直徑的多個(gè)沖模(例如，拉延沖模)(方框78)。在其它實(shí)施例中，管狀焊絲12可通過(guò)將粒狀芯54包裝在中空金屬圓柱體內(nèi)而形成，所述中空金屬圓柱體充當(dāng)金屬護(hù)套52，并且所述中空金屬圓柱體可隨后被拉延以減小所述中空金屬圓柱體的直徑并包裝粒狀芯54以產(chǎn)生不具有圖2所示的接縫58的管狀焊絲12。

應(yīng)當(dāng)理解，盡管提高管狀焊絲12的金屬護(hù)套的剛度可改進(jìn)管狀焊絲12的饋送，但是此方法也呈現(xiàn)某些挑戰(zhàn)。例如，通過(guò)增加管狀焊接電極12的金屬護(hù)套52的剛度，也可增加用于使金屬護(hù)套52圍繞粒狀芯54成形(例如，在方框72、76和78中)的冷加工的量。此外，由于金屬護(hù)套52的硬度在添加了錳和/或硅組分的情況下也可增加，所以可用于使金屬護(hù)套52圍繞粒狀芯54成形的前述沖模(例如，在方框72、76和78中)可因管狀焊絲12增加的剛度和/或硬度而更快速地磨損。此外，用于使金屬護(hù)套52在管狀焊絲12的制造期間成形的沖模可由也具有改進(jìn)的機(jī)械性質(zhì)的材料(例如，更硬或更強(qiáng)韌的沖模材料)制造，以便適應(yīng)所公開(kāi)的管狀焊絲12的實(shí)施例的所改變的機(jī)械性質(zhì)。因此，當(dāng)嘗試通過(guò)增加金屬護(hù)套52的硬度來(lái)改進(jìn)管狀焊絲12的饋送時(shí)，可存在設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，如目前所公開(kāi)。

盡管本文僅闡釋并描述了本公開(kāi)的某些特征，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將想出許多修改和改變。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所附權(quán)利要求書(shū)旨在涵蓋落在本公開(kāi)的真實(shí)精神內(nèi)的所有此類修改和改變。