自保護藥芯焊絲的製作方法
2023-10-04 11:49:34
專利名稱：自保護藥芯焊絲的製作方法
技術領域：
本發明涉及焊接焊絲，特別涉及用於接合不同金屬和/或用於在碳鋼和/或低合金鋼上熔敷緩衝層的焊絲。
背景技術：
在電弧焊領域，電弧焊有三個主要類型埋弧焊(SAW)、焊條電弧焊(SMAW)和藥芯焊絲電弧焊(FCAW)。在埋弧焊中，用電弧加熱使得在裸金屬焊絲和加工金屬之間產生聚結。用粒狀或可熔物質或焊劑覆蓋該焊接部位。焊接操作是這樣開始的使焊劑下面的電弧起弧，產生熱量用以熔解周圍的焊劑，從而形成表面下的、被連續電流控制為液體的導電池。焊絲末端和直接位於其下的被加工件變為熔融狀態，且熔融填充金屬由焊絲沉積到加工件上。熔融填充金屬取代焊劑池並形成焊接點。焊條電弧焊中，焊劑層代替鬆散的粒狀焊劑覆蓋層而形成隔離。在藥芯焊絲中，焊劑被裝入到金屬殼中。
焊接領域中，之前已耗費大量努力研製各類型的具有預定焊劑成分的焊劑配比，以使其按預定方式操作。已研製了許多用作電弧焊焊劑的配比，既普遍用作焊接焊劑，也用作金屬芯上的塗層或殼內塗層。將焊劑用在電弧焊中以控制電弧穩定性，改進焊接金屬成分，並提供保護免受大氣汙染。通常通過改進焊劑配比對電弧穩定性進行控制。因此，希望獲得在焊劑混合物中可很好地作為等離子體充電載體的物質。焊劑還可改進焊接金屬成分使金屬中的雜質更易熔化，以及提供某些物質與雜質結合，在金屬之前形成熔渣。還可加入其它物質以降低熔渣熔點、改進熔渣流動性和充當焊劑顆粒的粘合劑。
包劑焊絲和藥芯焊絲通常用在鋼基金屬的電弧焊中。在高焊接速度下，這些焊絲通常在單焊道和多焊道中產生高強度的焊接。對這些焊絲進行成分配製，以提供具有拉伸強度、延展性和衝擊強度的基本上無孔隙的固體焊縫，用以滿足各種應用中所希望的最終用途。還要對焊絲的成分進行配製，以使焊接步驟中產生的焊渣量最小化。在焊接之後除去焊渣以提供乾淨的表面，如果需要，還可通過後處理(如，噴漆、塗覆)來改善外觀、抑制腐蝕等。
藥芯焊絲越來越多地被用來代替固體焊絲，用以提高結構加工中的生產能力。藥芯焊絲具有金屬殼和焊芯，焊芯由各種材料組成。藥芯焊絲通常提供增大的焊接熔敷速率，而且形成比許多金屬固體焊絲更寬和更堅固的熔透剖面。與許多固體焊絲相比，藥芯焊絲通常還產生更少的煙霧和飛濺，焊弧穩定性得到改善，並可進行具有改善的潤溼特性的堆焊。
對不同金屬進行焊接是一種具有挑戰性的焊接操作。由於金屬成分不同，這些金屬的兩種金屬之間形成的焊接點會面臨很大的應力，通常導致形成裂縫。這些應力一部分是由於金屬的不同物理性質(如，熱膨脹係數、導熱性、可硬化度、屈服強度、延伸率等)所致。另一種具有挑戰性的焊接操作是碳鋼和低合金鋼與碳化鉻的表面堆焊。裂縫通常產生於這種表面堆焊操作中，這是由於在表面堆焊操作過程中氫氣擴散至高碳鋼中所致，也是由於在碳化鉻中形成的裂縫擴展到高碳鋼中所致。
鑑於焊接不同金屬和表面堆焊碳鋼和低合金鋼的現有技術狀況，需要一種能夠在這種焊接和表面堆焊步驟中降低裂縫的發生率的焊接焊絲。
發明內容
本發明涉及焊接焊絲，具體涉及可用於在不同金屬之間形成焊縫並降低該焊縫的裂縫發生率的焊接焊絲。本發明還涉及或可選地涉及在鋼上進行緩衝層的熔敷，從而在這種鋼的表面堆焊過程中和/或之後，降低裂縫的發生率。
本發明的焊絲特指具有金屬殼的藥芯焊絲，且該金屬殼包裹著殼芯內的填充組分，而且還將特別參照該焊絲對本發明進行描述；但是，應該認識到還可以使用其它類型的焊絲。本發明的藥芯焊絲具有填充組分，該填充組分具有焊渣類組成和金屬合金類組成，金屬合金類組成熔敷，形成阻止開裂的高鎂成分，該成分特別適用於將不同金屬焊接在一起，並適用於將緩衝層熔敷在碳鋼和低合金鋼上。由本發明的焊絲形成的焊接可用於形成強韌、堅固和耐衝擊的堆焊，其可特別用於連接和/或修補金屬軌道。本發明的焊絲還可用於在難以焊接的含碳鋼材料和錳鋼的堆焊上形成緩衝層。本發明的焊絲還可用於將鎂鋼焊接在一起。本發明的焊絲可進一步用於焊接耐熱鋼和不鏽鋼，以及在最多為300℃溫度下工作的鑄鋼。由本發明的焊絲形成的焊接金屬具有約150-300HB的硬度，並在約275-400HB的機械應變下發生冷固化。
在本發明的一方面中，本發明的焊絲可以是自保護焊絲。即，在使用該焊絲時只需要使用很少或不使用保護氣體。當然，也可以使用保護氣體。如果使用該保護氣體，則將保護氣體與焊絲結合使用，從而保護焊縫或緩衝層免受大氣中的元素和/或化合物的影響。保護氣體通常具有一種或多種氣體。該一種或多種氣體一般為惰性氣體，或者相對於焊縫或緩衝層成分為惰性的氣體。保護氣體可具有，但不限於CO2，或CO2和Ar的混合氣體，其中CO2為混合物的約2-40％。在本發明的一個非限制性實施方式中，當使用混合保護氣體時，保護氣體含有5-25體積％的二氧化碳和餘量的氬氣。還有，可使用和/或添加其它附加的惰性或基本惰性的氣體。
在本發明的另一個和/或可選方面中，藥芯焊絲具有主要由鐵(如，碳鋼、低碳鋼、不鏽鋼、低合金鋼等)形成的金屬殼；但是，該金屬殼可具有其它金屬，例如但不限於，鋁、銻、鉍、硼、碳、鉻、鈷、銅、鉛、錳、鉬、鎳、鈮、矽、硫、錫、鈦、鎢、釩、鋅和/或鋯。在本發明的一個非限制性實施方式中，金屬殼主要具有鐵和一種或多種其它元素，例如但不限於，碳、鉻、銅、錳、鉬、鎳和/或矽。在本發明的另一個非限制性實施方式中，金屬殼中鐵含量至少為80重量％。在本發明的又一個非限制性實施方式中，藥芯焊絲的殼具有低碳鋼。在本發明的再一個非限制性實施方式中，藥芯焊絲的殼具有不鏽鋼殼(如，304、304L、314等)。當藥芯焊絲中具有填充組分時，填充組分通常至少為焊絲總重的1重量％，並且不多於焊絲總重的55重量％，且最好為焊絲總重的10-50重量％，為焊絲總重的20-48重量％則更為理想，為焊絲總重的25-45重量％則最為理想。在本發明的一個非限制性實施方式中，當殼由低碳鋼形成時，藥芯焊絲的填充組分具有更高的重量百分比。在本發明的一個特殊的非限制性實施例中，在低碳軟鋼殼內的藥芯焊絲的填充組分為焊絲總重的30-50重量％，最好為焊絲總重的35-48重量％，為焊絲總重的40-46重量％則更為理想。在本發明的另一個特殊的非限制性實施例中，在不鏽鋼殼內的藥芯焊絲的填充組分為焊絲總重的10-30重量％，最好為焊絲總重的12-28重量％，為焊絲總重的20-26重量％則更為理想。
在本發明的再一個和/或可選方面中，藥芯焊絲具有金屬殼和填充組分，該填充組分形成了具有高鎂含量的金屬熔敷物。在本發明的一個非限制性實施方式中，本發明的焊絲的金屬熔敷物具有至少4重量％的鎂、至少5重量％的鎳和至少12重量％的鉻。在該實施方式的一個特殊的非限制性方面中，本發明的焊絲的金屬熔敷物具有至少4.5重量％的鎂、至少7重量％的鎳和至少17重量％的鉻。在該實施方式的另一個特殊的非限制性方面中，本發明的焊絲的金屬熔敷物具有4.5-7.5重量％的鎂、7-10重量％的鎳、17-20重量％的鉻、最多為0.2重量％的碳、最多為0.3重量％的銅、最多為0.3重量％的鉬、最多為0.035重量％的磷、最多為1.2重量％的矽和最多為0.025重量％的硫。在本發明的另一個非限制性實施方式中，本發明的焊絲的金屬熔敷物所具有的成分滿足ISO 17633分類188Mn的標準。
在本發明的再一個和/或可選方面中，本發明的焊絲具有具有焊渣類組成的填充組分，焊渣類組成加強了由焊絲形成的焊接層或緩衝層。填充組分中的一種或多種焊渣形成劑還至少部分保護了形成的焊縫或熔敷的緩衝層，使其免受大氣影響。填充組分通常具有一種或多種金屬合金組分，選擇的該金屬合金組分至少與希望的焊接金屬成分非常匹配和/或使形成的焊縫獲得希望的性能。填充組分的組分可具有一種或多種金屬氧化物(如，氧化鋁、氧化硼、氧化鈣、氧化鉻、氧化鐵、氧化鎂、氧化鈮、氧化鉀、二氧化矽、氧化鈉、氧化錫、氧化鈦、氧化釩、氧化鋯等)、一種或多種金屬碳酸鹽(如，碳酸鈣等)、一種或多種金屬氟化物(如，氟化鋇、氟化鉍、氟化鈣、氟化鉀、氟化鈉、特氟隆等)，和/或一種或多種金屬合金組分(如，鋁、銻、鉍、硼、鈣、碳、鉻、鈷、銅、鐵、鉛、錳、鉬、鎳、鈮、矽、硫、錫、鈦、鎢、釩、鋅、鋯等)。在本發明的一個非限制性實施方式中，填充組分的焊渣類組成為焊絲的至少1重量％，通常小於焊絲的30重量％，最好為焊絲的3-20重量％，為焊絲的7-14重量％則更為理想。在本發明的另一個非限制性實施方式中，填充組分的焊渣類組成的重量百分比低於填充組分中金屬合金的含量。在該實施方式的一個非限制性方面中，金屬合金含量與焊渣類組成的重量比至少為1.5∶1，通常至少為1.75∶1，最好至少為1.9-5.5∶1，為2-4∶1則更為理想。填充組分中的焊渣類組成，在熔敷步驟過程中和/或之後，給焊接金屬或緩衝層提供至少部分保護，和/或在特殊的熔敷步驟中起促進作用。在本發明的又一個非限制性實施方式中，焊渣類組成具有至少一種熔敷保護劑。在該實施方式的一個非限制性方面中，所述的至少一種熔敷保護試劑具有氣體發生化合物，該化合物在金屬熔敷操作過程中產生保護氣體。氣體發生化合物在焊接操作過程中通常發生分解，並釋放出氣體，該氣體至少部分保護焊接金屬或緩衝層(如，CO2發生化合物、氟化物發生化合物等)。釋放的氣體具有降低電弧環境中的氮氣分壓的作用，從而降低了熔敷金屬對氮氣的吸收。存在於熔敷金屬上的過量氮氣會導致熔敷金屬內出現不利的孔隙，其會損害熔敷金屬的物理性質和外觀。釋放的氣體還會或者可選地會淨化電弧區域的水汽，從而降低熔敷金屬對氫氣的吸附量。通過降低熔敷金屬周圍的水汽，吸附到熔敷金屬內的源於水的氫氣量降低，從而降低了熔敷金屬的孔隙率。在該實施方式的一個特殊的非限制性方面中，氣體發生化合物具有氟化物發生化合物(如，CaF2、K3AlF6等)。在一個非限制性配方中，一種或多種氟化物發生化合物構成氣體發生化合物的主體。在該實施方式的一個特殊的非限制性方面中，氣體發生化合物構成焊絲的至少0.1重量％，通常為焊絲的0.2-5重量％，最好為焊絲的0.4-2重量％，為焊絲的0.6-1.4重量％則更為理想。氣體發生化合物還構成或可選地構成焊渣類組成的至少1重量％，通常為焊渣類組成的2-40重量％，最好為焊渣類組成的4-18重量％，為焊渣類組成的8-12重量％則更為理想。在本發明的再一個非限制性實施方式中，焊渣類組成具有至少一種基體組分，用於覆蓋和保護熔敷金屬層，使其免受大氣影響，直至金屬熔敷層至少已部分固化。在該實施方式的一個特殊的非限制性的方面中，基體組分具有金屬氧化物(如，TiO2等)。在一個非限制性配方中，氧化鈦構成基體組分的主體。在該實施方式的一個特殊的非限制性方面中，該基體組分構成焊絲的至少1重量％，通常為焊絲的1.5-8重量％，最好為焊絲的2-6重量％，為焊絲的3.5-5重量％則更為理想。基體組分還構成或可選地構成焊渣類組成的至少20重量％，通常為焊渣類組成的25-90重量％，最好為焊渣類組成的30-60重量％，為焊渣類組成的40-55重量％則更為理想。
在本發明的又一個非限制性實施方式中，焊渣類組成具有至少一種焊渣潤溼劑、電弧穩定劑、焊渣清除劑和/或表面熔敷劑。使用焊渣潤溼劑時，有助於確保焊渣完全覆蓋熔敷的金屬，從而保護熔敷金屬免受大氣影響，直至金屬熔敷層已至少部分固化，以及/或者有益於熔敷金屬的外觀。在該實施方式的一個特殊的非限制性方面中，焊渣潤溼劑具有金屬氧化物(如，SiO2、Al2O3等)。在一個非限制性的配方中，二氧化矽氧化物構成了焊渣潤溼劑的主體。在該實施方式的一個特殊的非限制性方面中，焊渣潤溼劑構成焊絲的至少0.1重量％，通常為焊絲的0.2-6重量％，最好為焊絲的0.5-5重量％，為焊絲的1-4重量％則更為理想。焊絲潤溼劑還構成或可選地構成焊渣類組成的至少10重量％，通常為焊渣類組成的15-60重量％，最好為焊渣類組成的20-40重量％，為焊渣類組成的20-35重量％則更為理想。
使用穩定劑時，有助於產生使飛濺最小化的靜弧。在該實施方式的一個特殊的非限制性方面中，穩定劑具有金屬氧化物(如，K2O、Na2O、TiO2等)。在一個非限制性的配方中，氧化鉀和/或鈉構成穩定劑的主體。在該實施方式的一個特殊的非限制性方面中，穩定劑(不具有基體組分，例如TiO2，其對電弧穩定效果具有一定限制作用)構成焊絲的至少0.1重量％，通常為焊絲的0.2-4重量％，最好為焊絲的0.3-3.5重量％，為焊絲的0.5-2重量％則更為理想。穩定劑(不具有基體組分，例如TiO2，其對電弧穩定效果具有一定限制作用)還構成或可選地構成焊渣類組成的至少1.5重量％，通常為焊渣類組成的2-40重量％，最好為焊渣類組成的5-20重量％，為焊渣類組成的7-15重量％則更為理想。
使用表面熔敷劑時，有益於熔敷金屬的光澤和整體表面外觀。在該實施方式的一個特殊的非限制性方面中，表面熔敷劑具有金屬氧化物(如，Al2O3、Na2O、K2O等)。在一個非限制性配方中，氧化鋁構成表面熔敷劑的主體。在該實施方式的一個特殊的非限制性方面中，表面熔敷劑構成焊絲的至少0.1重量％，通常為焊絲的0.2-4重量％，最好為焊絲的0.3-3.25重量％，為焊絲的0.4-1.8重量％則更為理想。表面熔敷劑還構成或可選地構成焊渣類組成的至少1.6重量％，通常為焊渣類組成的2-35重量％，最好為焊渣類組成的6-22重量％，為焊渣類組成的8-16重量％則更為理想。使用焊渣清除劑時，有益於在熔敷的金屬上和/或周圍方便地清除焊渣。在該實施方式的一個特殊的非限制性方面中，表面熔敷劑具有金屬氧化物(如，Na2O、K2O等)。焊渣類組成還可具有提高和/或降低焊渣粘度的試劑，和/或降低煙霧生成的試劑。
本發明的一個主要目的是提供一種金屬熔敷和形成該金屬熔敷的方法，且該金屬熔敷能改善不同金屬、高錳金屬的結合焊接，以及/或者改善低碳鋼和/或低合金鋼的表面堆焊或表面硬化。
本發明的另一個和/或可選目的是提供金屬熔敷和形成該金屬熔敷的方法，且該金屬熔敷滿足ISO 17633分類188Mn的標準。
本發明的再一個和/或可選目的是提供一種金屬熔敷和使用藥芯焊絲形成該金屬熔敷的方法，且該金屬熔敷滿足ISO 17633分類188Mn的標準。
本發明的又一個和/或可選目的是提供一種金屬熔敷和使用具有焊渣類組成的藥芯焊絲來形成該金屬熔敷的方法，其中該焊渣類組成有利於形成滿足ISO 17633分類188Mn標準的金屬熔敷。
本發明的再一個和/或可選目的是提供一種金屬熔敷和使用具有焊渣類組成的藥芯焊絲來形成該金屬熔敷的方法，其中該焊渣類組成為自保護體系。
通過對本發明的描述會使這些和其它目的以及優越性變得顯而易見。
具體實施例方式
本發明涉及一種改進的經特殊配製的藥芯焊絲，用於將不同金屬焊接在一起，或用於在碳鋼和低合金鋼上形成緩衝層。該藥芯焊絲包含新的焊渣類組成，該焊渣類組成使得無論有無保護氣體均可使用藥芯焊絲保護氣體。如果使用保護氣體，則保護氣體通常為二氧化碳，或二氧化碳-氬氣混合物，其中具有約18-25％的二氧化碳。
對藥芯焊絲進行配製，用以熔敷耐裂、高錳的不鏽鋼成分，特別適用於將不同金屬結合起來，和用於在碳鋼和低合金鋼上熔敷緩衝層。
藥芯焊絲通常具有低碳軟鋼殼或不鏽鋼殼。當使用低碳軟鋼殼時，殼通常要佔藥芯焊絲重量的40-60％，最好佔藥芯焊絲重量的55％。當使用不鏽鋼殼時，例如304L時，該殼通常為藥芯焊絲重量的65-80％，最好為藥芯焊絲重量的75％。
一般，藥芯焊絲的熔敷金屬的成分能夠滿足188Mn分類下的ISO 17633標準。通常，熔敷金屬具有下列以重量百分數計的成分碳最大為0.2鉻17-20銅最大為0.3錳4.5-7.5鉬最大為0.3鎳7-10磷最大為0.035矽最大為1.2硫最大為0.025藥芯焊絲還具有填充組分，其可以加強金屬在工件上的熔敷，並有助於獲得希望的熔敷金屬成分。填充組分通常具有，以焊絲的重量百分數計，為5-15重量％焊渣類組成和餘量的合金組分。在一個特殊的實施方式中，填充組分構成焊絲的20-50重量％，並且具有，以焊絲重量百分數計的，8-12重量％的焊渣類組成和餘量的合金組分。焊渣類組成的一種常用成分具有，以焊絲重量％計基體組分1-10％氣體發生化合物 0.05-6％焊渣潤溼劑 0.05-7％穩定劑 0-5％表面熔敷試劑0-5％在另一個焊渣類組成的常用組分中具有，以焊絲重量％計基體組分2-9％氣體發生化合物 0.1-5％焊渣潤溼劑 0.1-6％穩定劑 0.1-4％表面熔敷試劑0-4％在又一個焊渣類組成的常用組分中具有，以焊絲重量％計
二氧化鈦 2-6％氟化物發生化合物 0.4-2％二氧化矽 0.2-5％鉀/鈉化合物 0.2-4％氧化鋁 0-4％在焊渣類組成的一個特殊的非限制性組分中具有，以焊絲重量％計二氧化鈦 4.3％CaF2加K3AlF61％二氧化矽 2％鉀和鈉的氧化物 0.83％氧化鋁 0.95％下面將對上述特定焊渣類組成的組分的作用進行闡述；但是，應該理解所討論的作用是確信的作用，並不是這些組分的實際或全部作用。
焊渣類組成中的氧化鈦主要是焊渣的基體材料，使焊渣能夠覆蓋熔敷的金屬。氧化鈦還有助於電弧穩定。還可使用其它的基體組分或添加其他材料。
氟化物提供焊渣類組成的氣體發生特性。氟化物(如，CaF2、K3AlF6等)在焊接過程中通常至少部分在電弧中汽化，從而在焊絲的熔敷金屬區域周圍形成氣障隔離焊絲。還可使用或添加其它氣體發生化合物。該氣障降低了熔融的熔敷金屬周圍環境中的氮氣分壓，從而降低了熔敷金屬所吸取的氮氣量。降低在熔敷金屬中的氮氣量則降低了熔敷金屬中的孔隙量，從而改善熔敷金屬的物理性質和外觀。氣障還有助於淨化電弧區域的水汽，從而降低熔敷金屬吸附的氫氣量。熔敷金屬內過量的氫氣會導致熔敷金屬的孔隙問題。電弧區域周圍的水汽是氫氣的來源。
二氧化矽是焊渣潤溼劑。二氧化矽有助於焊渣覆蓋在位於工件之上的熔敷金屬，從而改善熔敷金屬的外觀。還可使用或添加其它焊渣潤溼劑。應該對焊渣類組成中的二氧化矽量進行限制，從而避免粘著性強的焊渣，實際上這種焊渣的碎片在焊渣和熔敷金屬冷卻過程中會發生崩裂。通常，焊渣類組成中的二氧化矽含量不超過焊絲重量的7％，最好不要超過焊絲重量的4％。
氧化鋁也有助於焊渣潤溼。氧化鋁主要用作表面熔敷劑，改善熔敷金屬上焊渣覆蓋層下面的玻璃質特性，從而改善熔敷金屬的光澤和整體表面外觀。還可使用或添加其它的表面熔敷試劑(如，Na2O、K2O等)。類似於二氧化矽的含量，氧化鋁在焊渣類組成中的量也應受到限制，以避免粘著性強的焊渣。通常，焊渣類組成的氧化鋁含量不超過焊絲重量的5％，最好不超過焊絲重量的3％。
在金屬熔敷在工件的過程中，鈉和鉀化合物提供電弧穩定性。氧化鈉和氧化鉀為焊渣類組成中常用的化合物。還可使用或添加其它的鈉和/或鉀化合物(如，K2AlF6等)。還可使用或添加其它的電弧穩定劑(如，TiO2等)。電弧穩定劑有助於產生柔和的靜弧，降低在熔敷過程中產生的飛濺。當焊渣類組成中具有氧化鈉時，在焊渣和熔敷焊接金屬冷卻中，氧化鈉還有助於改善焊渣的玻璃質狀態和焊渣的清除。氧化鈉還有助於降低焊渣的粘滯性，從而在焊渣冷卻時使其保持穩定。氧化鈉在焊渣類組成中的量應該受到限制，以避免焊渣吸收過量的水汽，這會導致熔敷金屬的孔隙率上升。通常，氧化鈉在焊渣類組成中的含量不超過焊絲的4重量％，最好不超過焊絲的2重量％。與氧化鈉類似，在焊渣和熔敷的焊接金屬冷卻中，氧化鉀也有助於改善焊渣的玻璃質狀態和焊渣的清除。類似於氧化鈉的含量，氧化鉀在焊渣類組成中的量也應該受到限制，以避免焊渣吸收過量的水汽，從而導致熔敷金屬的孔隙率上升。通常，氧化鉀在焊渣類組成中的含量不超過焊絲的2重量％，最好不超過焊絲的1重量％。通常，當焊渣類組成中具有鈉和鉀氧化物時，氧化鈉含量要大於氧化鉀含量。在一個非限制性實施方式中，焊渣類組成中的氧化鈉和氧化鉀的重量比為1.5-10∶1，最好為4-6∶1；當然，也可以是其它比例。
填充組分中的合金組成應該根據金屬殼的成分進行調整。用在軟鋼殼中的填充組分內的合金組成通常具有鉻、錳和鎳。合金組成還可具有銅、鉬和矽。在一個非限制性組分中，用於低碳軟鋼殼的填充組分中的合金組成具有，以焊絲的重量百分數計的，16-22重量％的鉻，最多為0.6重量％的銅，3-9重量％的錳，最多為0.5重量％的鉬，6-12重量％的鎳，0.1-1.8重量％的矽，和10-35重量％的鐵。在一個非限制性組分中，用在304L不鏽鋼殼中的填充組分的合金組成具有，以焊絲的重量百分數計的，最多為5重量％的鉻，最多為0.6重量％的銅，1-7重量％的錳，最多為0.5重量％的鉬，最多為3重量％的鎳，最多為0.8重量％的矽，和2-23重量％的鐵。
如上所述，藥芯焊絲的主要應用於結合不同的金屬，和在表面堆焊之前在碳鋼和低合金鋼上形成緩衝層。通常，不同金屬的接合具有，但不限於，將耐磨低合金鋼防磨板焊接在普通的軟鋼結構構件上，將14％Mn的鎂鋼工件焊接在普通的軟鋼上，或焊接在14％鎂鋼的其它工件上。由藥芯焊絲形成的焊接金屬阻止在這些類型的應用中的焊接金屬的開裂。由藥芯焊絲形成的緩衝層的一個非限制性例子為，在用高度耐磨的碳化鉻將高碳鋼(如，1045鋼、1080鋼等)鍍敷之前，在高碳鋼上施加緩衝層。由於熔敷的金屬組分的奧氏體結構可阻擋氫氣擴散到HAZ上，因此在焊接過程中緩衝層會阻止高碳鋼在HAZ開裂。施加碳化鉻鍍敷之後，該鍍敷趨於開裂(這是所希望的)，但是，鍍敷的開裂會導致高碳鋼開裂(這是所不希望的)。緩衝層阻止或防止鍍敷中的開裂擴展到高碳鋼內。緩衝層的成分進一步提供鍍敷和高碳鋼之間更優異的結合，這是因為緩衝層不發生硬化。
對於本領域熟練技術人員來說，根據本文所公開的內容，在本發明中所討論的實施方式以及其它實施方式的基礎上，進行這些和其它改進是顯而易見的，也是可得到啟發的，因此，可知，前面的描述材料僅用於解釋和說明本發明，並不作為限制。
權利要求
1.一種藥芯焊絲，其為用於形成具有至少4重量％的錳和至少10重量％的鉻的高錳金屬熔敷物的藥芯焊絲，其特徵在於具有金屬殼和填充組分，所述填充組分具有金屬合金組成和焊渣類組成，所述焊渣類組成具有至少20重量％的基體組分，至少1重量％的氣體發生化合物和至少2重量％的焊渣潤溼化合物。
2.根據權利要求1所述的藥芯焊絲，其特徵在於前述氣體發生化合物的含量足夠在熔敷過程中完全保護所述的金屬熔敷。
3.根據權利要求1所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述金屬殼為低碳鋼金屬或不鏽鋼。
4.根據權利要求2所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述金屬殼為低碳鋼金屬或不鏽鋼。
5.根據權利要求1所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述填充組分構成藥芯焊絲重量的10-50％。
6.根據權利要求3所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述填充組分構成藥芯焊絲重量的10-50％。
7.根據權利要求4所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述填充組分構成藥芯焊絲重量的10-50％。
8.根據利要求1所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述焊渣類組成構成藥芯焊絲重量的3-20％。
9.根據利要求6所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述焊渣類組成構成藥芯焊絲重量的3-20％。
10.根據利要求7所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述焊渣類組成構成藥芯焊絲重量的3-20％。
11.根據利要求1所述的藥芯焊絲，其特徵在於在所述填充組分中，所述金屬合金組成與所述焊渣類組成的重量百分數之比為1.9-5.5∶1。
12.根據利要求9所述的藥芯焊絲，其特徵在於在所述填充組分中，所述金屬合金組成與所述焊渣類組成的重量百分數之比為1.9-5.5∶1。
13.根據利要求10所述的藥芯焊絲，其特徵在於在所述填充組分中，所述金屬合金組成與所述焊渣類組成的重量百分數之比為1.9-5.5∶1。
14.根據利要求1所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述基體組成的主體由二氧化鈦構成。
15.根據利要求13所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述基體組成的主體由二氧化鈦構成。
16.根據利要求1所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述氣體發生化合物的主體由氟化物發生化合物構成。
17.根據利要求15所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述氣體發生化合物的主體由氟化物發生化合物構成。
18.根據利要求1所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述焊渣潤溼化合物的主體由二氧化矽構成。
19.根據利要求17所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述焊渣潤溼化合物的主體由二氧化矽構成。
20.根據利要求1所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述焊渣類組成具有藥芯焊絲重量的0.1-3％的氧化鉀、氧化鈉或其混合物，藥芯焊絲重量的0.1-3％的氧化鋁，藥芯焊絲重量的0.1-3％的氟化物發生化合物，藥芯焊絲重量的0.2-6％的二氧化矽，和藥芯焊絲重量的1-8％的氧化鈦。
21.根據權利要求19所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述焊渣類組成具有藥芯焊絲重量的0.1-3％的氧化鉀、氧化鈉或其混合物，藥芯焊絲重量的0.1-3％的氧化鋁、藥芯焊絲重量的0.1-3％的氟化物發生化合物、藥芯焊絲重量的0.2-6％的二氧化矽，和藥芯焊絲重量的1-8％的氧化鈦。
22.根據權利要求12所述的藥芯焊絲，其特徵在於所述焊渣類組成具有藥芯焊絲重量的0.1-3％的氧化鉀、氧化鈉或其混合物，藥芯焊絲重量的0.1-3％的氧化鋁、藥芯焊絲重量的0.1-3％的氟化物發生化合物、藥芯焊絲重量的0.2-6％的二氧化矽，和藥芯焊絲重量的1-8％的氧化鈦。
23.一種形成金屬熔敷物的方法，其為形成具有至少4重量％的錳和至少10重量％的鉻的金屬熔敷物的方法，其特徵在於a)使用一種具有金屬殼和填充組分的藥芯焊絲，所述填充組分具有金屬合金組成和焊渣類組成，所述焊渣類組成具有至少20重量％的基體組分，至少1重量％的氣體發生化合物，和至少2重量％的焊渣潤溼化合物；和b)使用電流至少部分熔融所述藥芯焊絲，以使所述氣體發生化合物釋放保護氣體，並使所述藥芯焊絲的熔化部分在工件上熔敷熔融的金屬，所述熔融金屬具有至少4重量％的錳和至少10重量％的鉻。
24.根據權利要求11所述的形成金屬熔敷物方法，其特徵在於具有將保護氣體引導到所述工件上的過程，用以至少部分保護熔敷在工件上的所述藥芯焊絲的所述熔化部分。
25.根據權利要求12所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述保護氣體包含氬氣、二氧化碳或其混合物。
26.根據權利要求11所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述氣體發生化合物的含量足夠完全保護熔敷在工件上的所述藥芯焊絲的所述熔化部分。
27.根據權利要求25所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述氣體發生化合物的含量足夠完全保護熔敷在工件上的所述藥芯焊絲的所述熔化部分。
28.根據權利要求11所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述金屬殼為低碳鋼金屬或不鏽鋼。
29.根據權利要求27所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述金屬殼為低碳鋼金屬或不鏽鋼。
30.根據權利要求11所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述填充組分構成藥芯焊絲重量的10-50％。
31.根據權利要求15所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述填充組分構成藥芯焊絲重量的10-50％。
32.根據權利要求29所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述填充組分構成藥芯焊絲重量的10-50％。
33.根據權利要求11所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述焊渣類組成構成藥芯焊絲重量的3-20％。
34.根據權利要求31所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述焊渣類組成構成藥芯焊絲重量的3-20％。
35.根據權利要求32所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述焊渣類組成構成藥芯焊絲重量的3-20％。
36.根據權利要求11所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述金屬合金組成與所述焊渣類組成的重量百分數之比為1.9-5.5∶1。
37.根據權利要求34所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述金屬合金組成與所述焊渣類組成的重量百分數之比為1.9-5.5∶1。
38.根據權利要求35所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述金屬合金組成與所述焊渣類組成的重量百分數之比為1.9-5.5∶1。
39.根據權利要求11所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述基體組分中的主體由二氧化鈦構成。
40.根據權利要求38所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述基體組分中的主體由二氧化鈦構成。
41.根據權利要求11所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述氣體發生化合物的主體由氟化物發生化合物構成。
42.根據權利要求40所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述氣體發生化合物的主體由氟化物發生化合物構成。
43.根據權利要求11所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述焊渣潤溼化合物的主體由二氧化矽構成。
44.根據權利要求42所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述焊渣潤溼化合物的主體由二氧化矽構成。
45.根據權利要求11所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述焊渣類組成具有藥芯焊絲重量的0.1-3％的氧化鉀、氧化鈉或其混合物，藥芯焊絲重量的0.1-3％的氧化鋁、藥芯焊絲重量的0.1-3％的氟化物發生化合物、藥芯焊絲重量的0.2-6％的二氧化矽，和藥芯焊絲重量的1-8％的氧化鈦。
46.根據權利要求44所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述焊渣類組成具有藥芯焊絲重量的0.1-3％的氧化鉀、氧化鈉或其混合物，藥芯焊絲重量的0.1-3％的氧化鋁、藥芯焊絲重量的0.1-3％的氟化物發生化合物、藥芯焊絲重量的0.2-6％的二氧化矽，和藥芯焊絲重量的1-8％的氧化鈦。
47.根據權利要求37所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述焊渣類組成具有藥芯焊絲重量的0.1-3％的氧化鉀、氧化鈉或其混合物，藥芯焊絲重量的0.1-3％的氧化鋁、藥芯焊絲重量的0.1-3％的氟化物發生化合物、藥芯焊絲重量的0.2-6％的二氧化矽，和藥芯焊絲重量的1-8％的氧化鈦。
48.根據權利要求11所述的形成金屬熔敷物的方法，其特徵在於所述金屬熔敷物具有4.5-7.5重量％的錳、7-10重量％的鎳、17-20重量％的鉻、最多為0.2重量％的碳、最多為0.3重量％的銅、最多為0.3重量％的鉬、最多為0.035重量％的磷、最多為1.2重量％的矽，和最多為0.025重量％的硫。
全文摘要
本發明涉及一種用於形成高錳金屬熔敷物的藥芯焊絲，該高錳金屬熔敷物具有至少4重量％的錳和至少10重量％的鉻。該藥芯焊絲適用於接合不同金屬和/或在碳鋼和/或低合金鋼上熔敷緩衝層。
文檔編號B23K35/368GK1762644SQ200510090358
公開日2006年4月26日 申請日期2005年8月12日 優先權日2004年10月18日
發明者達米安·J.科泰基 申請人:林肯環球公司