并入金屬性包覆的顆粒的焊條及用其堆焊的方法
【專利說明】并入金屬性包覆的顆粒的焊條及用其堆焊的方法
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用：本申請要求2009年6月5日遞交的美國專利申請序列號 12/478, 849以及2012年12月10日遞交的美國專利申請序列號13/709, 684的優(yōu)先權(quán)，所 述兩個申請都通過引用被完全并入本文。
[0002] 發(fā)明的摶術(shù)領(lǐng)域
[0003] 提供焊接絲焊條和方法用于提高的焊縫性能。更特別地，提供并入這樣的材料 的焊接絲焊條和方法，所述材料在被包含在金屬套的芯之內(nèi)的芯材料的顆粒上具有至少 一層金屬性包覆物（metallic coating)。再更特別地，提供根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分 (preamble)的焊接絲電極，以及根據(jù)權(quán)利要求12的前序部分的堆焊（hard surfacing)金 屬工件的方法。
[0004] 發(fā)明背景
[0005] 多年來，常規(guī)的焊條以及制造這樣的焊條的方法已經(jīng)是可獲得的。然而，雖然在焊 接過程期間，這樣的常規(guī)的焊條和方法多少排除氮和氧進入焊縫，但是其不足以將氮和氧 從焊接電弧等離子體（weld arc plasma)排除。
[0006] 在焊劑芯弧焊工藝（FCAW)中，被包含在金屬套的芯之內(nèi)的芯材料（包括焊劑化合 物和合金化（alloying)化合物）在焊接過程期間受到電弧中的高溫反應(yīng)和氧化反應(yīng)的影 響。最終，這些反應(yīng)對芯材料和被沉積的焊縫金屬的性質(zhì)造成有害的改變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 根據(jù)一個實施方案，提供焊接絲焊條。所述焊接絲焊條包括金屬套以及芯材料，所 述金屬套包括芯，所述芯材料被包含在所述金屬套的所述芯之內(nèi)，其中所述芯材料包括至 少一種金屬合金化化合物的顆粒，其中所述顆粒中的每個具有外表面，并且其中至少一層 金屬性包覆物被沉積到每個顆粒的所述外表面上，以形成金屬性包覆的顆粒。
[0008] 根據(jù)另一個實施方案，提供一種堆焊金屬工件的方法，所述方法包括以下步驟：提 供金屬工件，制備包括多個顆粒的顆粒狀金屬合金化化合物，其中所述多個顆粒中的每個 具有外表面，并且其中將至少一層金屬性包覆物沉積到每個顆粒的所述外表面上以形成金 屬性包覆的顆粒，制備包括所述金屬性包覆的顆粒的芯材料，通過將所述芯材料放置到金 屬套中來形成有芯絲焊條，將所述有芯絲焊條朝所述工件輸送，以及采取焊接手段以創(chuàng)建 焊接熔池并且將所述有芯絲焊條傳遞到所述焊接熔池中，其中所述有芯絲焊條的至少一部 分被熔化，并且所述金屬性包覆的顆粒被沉積到所述焊接熔池中。
[0009] 根據(jù)又另一個實施方案，提供一種用于與熱絲焊接工藝一起使用的焊接絲焊條， 所述焊條包括金屬套以及芯材料，所述金屬套包括芯，所述芯材料被包含在所述金屬套的 所述芯之內(nèi)，其中所述芯材料包括至少一種金屬合金化化合物的顆粒，其中所述顆粒中的 每個具有外表面，其中至少一層金屬性包覆物通過氣相沉積工藝被沉積到每個顆粒的所述 外表面上，以形成金屬性包覆的顆粒，并且其中所述金屬性包覆的顆粒中的每個被沉積到 焊接熔池中，所述焊接熔池在熱絲焊接過程期間被形成。另外的實施方案在以下描述、附圖 和權(quán)利要求中被公開。
[0010] 附圖簡要描沐
[0011] 雖然說明書以特別地指明并清楚地要求本發(fā)明的權(quán)利要求結(jié)束，但是認(rèn)為的是所 述說明書將從以下采取結(jié)合附圖的方式的描述被更好地理解，在所述附圖中：
[0012] 圖1是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的焊接焊條的截面圖；以及
[0013] 圖2是描繪根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的焊接焊條的截面圖。
[0014] 發(fā)明詳細描沐
[0015] 選定的實施方案在此關(guān)于圖1被詳細描述。圖1圖示說明焊接焊條10的截面。 如在圖1中圖示說明的，焊接焊條10描繪焊劑芯焊條的實施方案，其中焊劑部分20可以基 本上被金屬性電極部分30圍繞，并且焊劑部分20可以充當(dāng)焊條10的芯。在圖1中表示的 配置中，焊劑部分20可以被采用來在焊接操作期間提供保護氣體，以便排除氮進入焊縫金 屬，這可以通過在焊接操作期間將空氣與焊接熔池屏蔽開來實現(xiàn)。這些類型的焊接焊條一 般地被稱為自保護焊條。自保護焊條被使用在許多不同類型的焊接操作中，比如焊劑芯弧 焊（"FCAW"）。在一個實施方案中，焊劑部分可以在焊條的重量的從約5%至約50%的范 圍內(nèi)。在另一個實施方案中，焊劑部分可以在焊條的重量的從約10%至約30%的范圍內(nèi)。
[0016] 在焊接過程中，焊條經(jīng)由形成焊劑部分的材料產(chǎn)生其自己的保護氣體，以將氧和 氮從焊接熔池的區(qū)域去除。保護氣體由包含在焊劑部分中的化合物產(chǎn)生，所述化合物在焊 接期間分解和/或汽化（vaporize)。所釋放的氣體使在焊接弧環(huán)境中的氮和氧的分壓降 低，以至于焊接熔池對氮和氧的吸收被降低。
[0017] 為了達到氮從焊縫金屬排除，常規(guī)的自保護焊條在焊劑部分、金屬性電極部分的 任一部分中包含一定量的鋁或者兩個部分中都包含一定量的鋁。鋁的存在有助于將氮和氧 與焊縫金屬阻隔開，并且防止脆性焊縫，所述脆性焊縫在許多應(yīng)用中是不符合期望的。同樣 地，需要焊條具有這樣的組成，所述組成在焊接操作期間阻擋氮進入焊縫金屬并且不結(jié)束 或者不顯著地妨礙焊縫金屬的相轉(zhuǎn)移。
[0018] 在一個實施方案中，焊劑部分可以包括這樣的材料，所述材料包括顆粒，其中每個 顆粒包括基本上用外層包覆的基體（substrate)。所述外層可以包括鋁，從而形成鋁包覆的 顆粒。在一個實施方案中，所述基體可以包括非金屬性粉末，比如氧化物和/或氟化物。所 述氧化物可以包括氧化鋰。所述氟化物可以包括氟化鋇和/或氟化鈣。在另一個實施方案 中，在添加所述外層之前可以將第二層添加到所述基體，例如，所述第二層可以是水分屏障 層（moisture barrier layer)。所述水分屏障層的添加可以被用來防止非金屬性粉末的過 早降解。在一個實施方案中，所述水分屏障層可以包括鐵、錳、鎳和/或任何其他適合的水 分屏障組分。
[0019] 在一個實施方案中，鋁包覆的顆?？梢跃哂袕募s50 μ m至約300 μ m的范圍內(nèi)的直 徑。在一個實施方案中，顆粒的基體可以在所述顆粒的重量的從約70%至約95%的范圍 內(nèi)。在另一個實施方案中，顆粒的基體可以在所述顆粒的重量的從約80%至約88%的范圍 內(nèi)。在一個實施方案中，顆粒的外層可以在所述顆粒的重量的從約5%至約30%的范圍內(nèi)。 在另一個實施方案中，顆粒的外層可以在所述顆粒的重量的從約12%至約20%的范圍內(nèi)。 在一個實施方案中，顆粒的外層可以具有在從約2 μπι至約10 μπι的范圍內(nèi)的厚度。
[0020] 本文中所描述的鋁包覆的顆粒可以用各種方式制備。在一個實施方案中，所述鋁 包覆的顆?？梢酝ㄟ^化學(xué)氣相沉積被形成?；瘜W(xué)氣相沉積可以是被用來生產(chǎn)高純度、高性 能的固體材料的化學(xué)工藝。在典型的化學(xué)氣相沉積工藝中，基底被暴露于一種或更多種前 驅(qū)體，所述前驅(qū)體在基底表面上反應(yīng)和/或分解以產(chǎn)生期望的沉積層，例如鋁。在一個實施 方案中，鋁層可以通過涉及三異丁基鋁和/或三乙基鋁的反應(yīng)被沉積在基底上。在另一個 實施方案中，鋁包覆的顆?？梢酝ㄟ^物理氣相沉積被形成。物理氣相沉積可以包括通過汽