具有更薄護套以提高沉積速率的管狀焊絲的製作方法

2023-08-02 07:46:31 2

本申請要求於2015年8月11日申請的、標題為「具有更薄護套以提高沉積速率的管狀焊絲(TUBULAR WELDING WIRE WITH A THINNER SHEATH FOR IMPROVED DEPOSITION RATES)」的美國臨時申請序列號62/203,627的優先權和權益，該申請的全部內容出於所有目的以引用的方式併入本文中。

技術領域

本公開通常涉及焊接，並且更具體地說，涉及用於諸如氣體金屬弧焊(GMAW)、焊藥芯弧焊(FCAW)和埋弧焊(SAW)等的弧焊過程的管狀焊絲。

背景技術：

焊接是一種在各種行業中已變成普遍用於各種應用的過程。例如，焊接通常用在諸如造船、海上平臺、建築物、軋管機等等的應用中。某些焊接技術(例如，GMAW、SAW或FCAW)通常採用形式為焊絲的焊接電極。焊絲通常可在焊接過程期間為焊縫提供一定量的填料金屬，以及提供電流路徑。

技術實現要素：

在一個實施例中，管狀焊絲包括包圍粒狀芯的金屬護套。所述金屬護套包括大於約0.6重量％的錳和大於約0.05重量％的矽。此外，所述金屬護套的厚度在大約0.008英寸和大約0.02英寸之間。

在另一實施例中，一種製造管狀焊絲的方法包括在金屬護套內部放置粒狀芯，其中所述金屬護套包括大於約0.6重量％的錳和大於約0.05重量％的矽，並且其中所述金屬護套的厚度在大約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套內的所述粒狀芯以產生所述管狀焊絲，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。

附圖說明

當參考附圖閱讀以下具體實施方式時，將會更好地理解本公開的這些和其它特徵、方面和優點，其中，在所有附圖中，相同符號表示相同部件，其中：

圖1A是根據本公開的實施例的氣體金屬弧焊(GMAW)系統的方框圖；

圖1B是根據本公開的實施例的埋弧焊(SAW)系統的方框圖；

圖2是根據本公開的實施例的管狀焊接電極的橫截面視圖；

圖3是根據本公開的實施例的過程的流程圖，其中通過該過程可使用管狀焊接電極以使用圖1A的GMAW系統來焊接工件；

圖4是示出了針對兩個典型管狀焊絲的焊接電流對焊縫沉積物沉積速率的圖表；以及

圖5是根據本公開的實施例的用於製造管狀焊接電極的過程的流程圖。

具體實施方式

下文將描述本公開的一個或多個具體實施例。為了努力提供對這些實施例的簡明描述，在本說明書中可能並不描述實際實施方式的全部特徵。應當明白的是，在任何此類實際實施方式的開發中，如在任何工程或設計項目中，可作出很多特定於實施方式的決策來實現開發者的特定目標，諸如與系統相關和業務相關的限制的兼容性，其可隨著實施方式的變化而變化。此外，應當理解，此類開發努力可能是複雜的並且耗時的，但是儘管如此將是獲益於本公開的一般技術人員的日常設計、製作和製造任務。

在介紹本公開的各種實施例的元件時，冠詞「一個」、「一種」、「該」和「所述」旨在意指存在一個或多個元件。術語「包含」、「包括」和「具有」旨在為包括的並且意指可存在除所列出元件之外的另外的元件。

目前公開的管狀焊絲的實施例可包括通常改變焊接過程和/或所得焊縫的性質的一種或多種組分(例如，焊藥、穩弧劑或其它添加劑)。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。例如，由於在焊接期間管狀焊絲被消耗，所以管狀焊絲可從捲軸(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，那麼當焊絲在退卷和/或饋送期間遇到阻力時，焊絲可能起皺、纏結或以其它方式不正確地饋送。目前認識到，這尤其是較大直徑的管狀焊絲(其通常可更容易屈曲)所存在的一個問題。當管狀焊絲在饋送期間屈曲時，其可形成纏結的「鳥巢」，這通常浪費焊絲和操作員的時間以及在某些情況下不利地影響焊接系統(例如，焊絲饋送器、卷絲軸或焊接系統的類似饋絲部件)的操作。此外，當更大直徑的焊絲的剛度太低時，絲更有可能變形(例如，使得管狀絲具有「蛋」形)，這可導致饋絲時的滑動和/或其它不一致性，這對焊接過程可具有不利影響。因此，可能需要具有更高剛度的焊絲，以使得絲在焊接過程期間將不太可能經歷退卷或饋送問題。此外，目前據信通過提高護套(相對薄的護套)的剛度和/或韌性，可生產大直徑的管狀焊絲，其提供用於饋送的合適物理性質，同時也實現更高的沉積速率。

考慮到上述情況，本文所述的管狀焊絲的實施例具有金屬護套，所述金屬護套包括一種或多種組分、合金元素諸如錳和/或矽，其可能不以目前公開的水平包括在其它焊絲的金屬護套中。應當明白，這些組分可包括由常規焊絲的粒狀芯所提供的組分。此外，某些公開的管狀焊絲的實施例由於將這些組分加載到金屬護套而非粒狀芯中而同樣擁有優越的物理性質(即，剛度、硬度和/或韌性)。具體地說，某些公開的管狀焊絲的實施例包括比常規金屬護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並用於增加焊縫的錳含量。此外，某些管狀焊絲的實施例包括比某些常規金屬護套顯著更高的矽含量(例如，高出兩倍或三倍)，其也可提高管狀焊絲的剛度並用於增加焊縫中的矽含量。因此，本公開的管狀焊絲在粒狀芯的組分選擇方面實現更大的靈活性，這是因為這些組分的至少一部分可替代地由金屬護套傳遞。所公開的金屬護套的改進的物理性質實現具有更薄護套(例如，小於0.028英寸、小於0.020英寸、小於或等於0.016英寸、小於或等於0.014英寸、小於或等於0.008英寸厚)和更高粒狀芯負載(例如，其中粒狀芯佔絲的總重量的大於25％、大於30％、或大於40％)的管狀焊絲的生產，這將實現比其它焊絲更高的沉積速率，如下文更詳細論述。此外，應當明白，儘管本論述大體上涉及管狀焊絲，但是在其它實施例中，本技術可用於生產其它焊接消耗品(例如，焊條)。

由於所公開的金屬護套的機械性質因前述合金元素的存在而得到了改進，所以可使用更薄金屬護套來製造管狀焊絲的某些實施例。如下文所論述，此更薄的金屬護套實現具有更高的粒狀芯負載的管狀焊絲的生產。除了上文所提及的改進的饋送之外，認為所公開的薄護套管狀焊絲在以類似安培數焊接時實現比相當的常規管狀焊絲更高的饋絲速度和沉積速率。此外或另選地，認為所公開的薄護套管狀焊絲在使用更小安培數時實現與相當的常規焊絲類似的沉積速率，這導致更少的熱量傳遞到工件的表面並且熱影響區(HAZ)更小。可以理解的是，此減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，尤其對於更薄的工件。例如，對於船舶焊接應用，外殼面板相對較薄並且通常使用大量角焊縫焊接到加固件，並且大型船隻可包括數英裡的角焊縫。對於此類應用，可能期望使用提供高沉積速率的焊絲以減少總焊接時間並且提高焊接操作的效率；然而，常規焊絲可以在高沉積速率時傳遞過多的熱量到工件，從而導致不可接受的工件燒穿。相比之下，通過在焊接操作期間傳遞更少的熱量到工件，目前公開的薄護套管狀焊絲的實施例實現以高沉積速率焊接薄工件而不導致工件的燒穿或產生大的HAZ。

一般來講，利用管狀焊絲存在多個優點，其中通常在管狀焊絲的粒狀芯中發現的一種或多種組分替代地由金屬護套提供，如目前所公開的。即，某些對焊縫的化學成分有貢獻的組分可存在於常規管狀焊絲的粒狀芯內。可以理解的是，當將具有相同直徑和不同護套厚度的兩個管狀焊絲進行比較時，具有更薄護套的焊絲必然提供更大的內部體積並且因此實現更高的粒狀芯負載。此外，考慮到管狀焊絲的有限內部體積，通過從粒狀芯移動一種或多種組分(例如，錳和/或矽源)到金屬護套中，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、穩定劑或類似組分)利用。

一般來說，由目前公開的管狀焊絲的金屬護套提供的錳和矽含量可使焊池脫氧，並且在焊接操作期間也幫助基底金屬的焊池潤溼。舉具體示例，矽可實現改進的焊珠潤溼。對於所公開的實施例，金屬護套中所包括的相對的錳和矽含量可平衡以使期望的化學性質(例如，脫氧和潤溼性質)和機械性質(例如，剛度、強度、可使用性)平衡。可以理解的是，由所公開的管狀焊絲實現的更大的內部體積和更高的粒狀芯負載允許在所得的焊接沉積物的化學成分方面具有更大的靈活性。例如，在某些實施例中，特定的高合金金屬帶可用於製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的合金組分支配。此外，由本方法的管狀焊絲的實施例提供的額外的內部體積可專用於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，可潤溼性、強度、韌性、外觀)。

此外，通過從粒狀芯移動一種或多種組分(例如，錳和/或矽源)到金屬護套中，也可改變焊接過程的化學成分。例如，將某些組分(例如，錳和/矽源)放置於金屬護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/或矽源兼容的組分)。進一步舉例來說，在某些實施例中，通過將一種或多種組分(例如，錳和/或矽源)放置於金屬護套而非粒狀芯中，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生反應和/或形成煙氣)。因此，可能期望替代地使用管狀焊絲的金屬護套來將這些組分傳遞到焊縫。

轉向附圖，圖1A是根據本公開的氣體金屬弧焊(GMAW)系統10的實施例的方框圖，所述系統10利用管狀焊絲12。應當理解，儘管本論述集中於圖1A所示的GMAW系統10，但是當前公開的焊絲可以使使用管狀焊絲(例如，管狀焊接電極或焊條)的任何弧焊過程(例如，FCAW、FCAW-G、GTAW、SAW或類似的弧焊過程)獲益。應當理解，使用所公開的焊絲或電極的某些焊接系統的實施例(例如，SAW焊接系統或GTAW焊接系統)可包括示例GMAW系統10中未示出的部件(例如，焊藥料鬥、焊藥傳遞部件、焊條電極等)和/或不包括示例GMAW系統10中示出的部件(例如，氣體供應系統16)。還應當理解，在其它實施例中，目前公開的管狀焊絲可用作「冷焊絲」，其中所述管狀焊絲在焊接過程期間不承載電流(例如，不向工件的表面形成弧)。在某些實施例中，焊接系統10可由人類焊接工手動操作。在其它實施例中，焊接系統10可以是機器人焊接系統，其相比於人類焊接工能夠以更高的饋絲速度(例如，高於大約275英寸/每分鐘，高於大約300英寸/每分鐘)和更高的沉積速率(例如，高於大約25磅/每小時、高於大約30磅/每小時)生產高品質焊縫，並且更實際或更可持續，對於更具挑戰的焊縫(例如，角焊縫)尤其如此。

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

焊接電力單元13一般可包括電力轉換電路，所述電力轉換電路從交流電源30(例如，AC電力網、引擎/發電機組、或它們的組合)接收輸入電力，調節所述輸入電力，並經由電纜20提供DC或AC輸出電力。因此，焊接電力單元13可根據焊接系統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。終止於夾具26中的引線電纜24將焊接電力單元13聯接到工件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、開關等等)，所述電路元件能夠按焊接系統10的需求所指示的將AC輸入電力轉換成直流反接(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。應當理解，目前公開的管狀焊絲12可針對許多不同的電力配置實現對焊接過程的改進(例如，改進的饋絲、改進的弧穩定性和/或改進的焊縫品質)。

所示的焊接系統10包括氣體供應系統16，氣體供應系統16將保護氣體或保護氣體混合物從一個或多個保護氣體源17供應到焊炬18。在所描繪的實施例中，氣體供應系統16經由氣體管道32直接聯接到焊炬18。在其它實施例中，氣體供應系統16可替代地聯接到饋絲器14，並且饋絲器14可調節從氣體供應系統16到焊炬18的氣體流。本文使用的保護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，保護弧，提高弧的穩定性，限制金屬氧化物的形成，改進金屬表面的潤溼，改變焊接沉積物的化學成分等等)的任何氣體或氣體混合物。在某些實施例中，保護氣體流可為保護氣體或保護氣體混合物(例如，氬氣(Ar)、氦氣(He)、二氧化碳(CO2)、氧氣(O2)、氮氣(N2)、類似的合適的保護氣體或它們的任何混合物)。例如，保護氣體流(例如，經由管道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18一般經由焊絲饋送器14接收管狀焊絲12和電力，並且從氣體供應系統16接收保護氣體流，以便執行工件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，通過控制管狀焊絲12的成分，可調節弧34和/或所得焊縫的化學成分(例如，成分和物理特性)。例如，管狀焊絲12可包括任何數量的焊藥和/或合金組分，其可充當穩弧劑並且進一步可被至少部分摻入到焊縫中，從而影響焊縫的機械性質。此外，在某些實施例中，管狀焊絲12的組分也可在弧34附近處提供額外的保護氣氛，影響弧34的過渡性質，和/或使工件22的表面脫氧。

焊絲饋送器14也包括用於在控制器36的控制下將管狀焊絲12饋送到焊炬18並且從而饋送到焊接應用的部件。例如，在某些實施例中，管狀焊絲12的一個或多個絲供應器(例如，卷絲軸38)可容置在焊絲饋送器14中。饋絲器驅動單元40可從捲軸38退卷管狀焊絲12並且漸進地饋送管狀焊絲12到焊炬18。為此，饋絲器驅動單元40可包括諸如電路、馬達、輥等的部件，其以合適方式配置用於建立適當的饋絲。例如，在一個實施例中，饋絲器驅動單元40可包括饋送馬達，所述饋送馬達與饋送輥接合以將絲從焊絲饋送器14推向焊炬18。此外，來自焊接電力單元13的電力可被施加到饋送的絲。

然而，在此饋絲過程期間，如果管狀焊絲12的剛度不夠，那麼焊絲12可起皺、纏結或以其它方式不正確地饋送。例如，管狀焊絲12可形成焊絲的纏結的「鳥巢」(例如，在捲軸38和/或饋絲器驅動單元40中)，而非正確地饋送到焊炬18。由於此類錯誤的饋絲導致焊接操作員停止焊接操作來移除不正確饋送的管狀焊絲12，所以這些錯誤的饋送一般浪費操作員的時間以及浪費管狀焊絲12。此外，在某些情況下，此類錯誤的饋絲可不利地影響焊接系統10(例如，焊絲饋送器40、卷絲軸38或焊接系統10的類似的饋絲部件)的操作，從而產生額外的成本。因此，目前公開的管狀焊絲12的某些實施例利用包括特定量的錳和/或矽的金屬或金屬護套。在某些實施例中，這些更高合金的金屬護套展示出提高的剛度，其一般可改進通過焊接系統10對管狀焊絲12的饋送。

舉另一示例，圖1B是根據本公開的埋弧焊(SAW)系統42的實施例的方框圖，所述系統42利用管狀焊絲12。圖1B所示的SAW系統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42不包括圖1A所示的用於GMAW系統10的氣體供應系統16。替代地，SAW系統42包括焊藥供應系統44(例如，焊藥料鬥)，焊藥供應系統44存儲粒狀SAW焊藥流並經由管道46將其傳遞到焊炬18，並且焊炬18隨後將粒狀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，其保護焊池免受周圍大氣的影響。在某些實施例中，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。

目前公開的管狀焊絲12(或管狀焊條)的實施例的橫截面示於圖2中。圖2所示的管狀焊絲12的實施例包括具有特定厚度53的金屬護套52，金屬護套52封裝(例如，包圍、環繞)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。在某些實施例中，取決於管狀芯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氣氛而不使用外部保護氣體。此外，在某些實施例中，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)內留下空隙。

在某些實施例中，金屬護套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)。在某些實施例中，金屬護套52的所公開的改進的物理性質促進管狀焊絲12的良好饋送，即使在高饋絲速度下(例如，大於250英寸/每分鐘、大於275英寸/每分鐘、大於300英寸/每分鐘)。如所提及的，對於具有給定直徑55的管狀焊絲12，隨著金屬護套52的厚度53減小，管狀焊絲12內的內部體積增大，從而實現具有粒狀芯54的較高負載的焊絲的製造。在某些實施例中，粒狀芯54可佔管狀焊絲12的比例為介於大約20重量％和大約60重量％之間(例如，介於大約25重量％和大約50重量％之間、介於大約30重量％和大約40重量％之間)。在某些實施例中，管狀焊絲12除了可具有相對較薄的金屬護套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)。

根據本技術的多個方面，金屬護套52可包括具有錳和/或矽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，在某些實施例中，金屬護套52可包括80％、90％、95％或98％的鐵或鋼。應當理解，由於金屬護套52一般為焊縫提供填料金屬的至少一部分，所以金屬護套52的成分一般影響所得焊縫的成分。例如，除了錳和/或矽之外，金屬護套52還可包括也可影響焊縫的性質的其它添加劑或雜質(例如，碳、硫、磷、銅、鎳、錫、鉻和/或其它元素)。例如，在某些實施例中，金屬護套52可包括小於大約0.1重量％或小於大約0.02重量％的碳。在某些實施例中，金屬護套52可包括介於大約0.01重量％和0.2重量％之間、介於大約0.1重量％和0.15重量％之間、介於大約0.1重量％和0.12重量％之間、或介於大約0.12重量％和0.15重量％之間的碳。如下文更詳細論述，在某些實施例中，管狀焊絲50可包括碳鋼護套，所述碳鋼護套具有介於大約0.08重量％和0.15重量％之間的碳，並且通過控制粒狀芯54的成分而包括某些成分(例如，鉻、鎳、鉬)，所述管狀焊絲50可被設計成形成不鏽鋼焊接沉積物(例如，300系列不鏽鋼焊接沉積物)。儘管其它300系列焊絲使用不鏽金屬護套，但是目前應認識到，就弧穩定性和減小粘性而言，碳鋼護套實現優於不鏽金屬護套的優點，並且某些當前實施例實現使用碳鋼護套52形成不鏽焊接沉積物。此外，在某些實施例中，金屬護套52可包括小於大約0.02重量％、小於大約0.015重量％、或小於大約0.01重量％的硫。此外，在某些實施例中，金屬護套52可包括小於大約0.02重量％、小於大約0.015重量％、或小於大約0.01重量％的磷。

關於錳含量，在某些實施例中，金屬護套52的錳含量一般可大於大約0.3重量％或0.6重量％。在某些實施例中，金屬護套52可包括介於大約0.1重量％和大約2重量％之間的錳、介於大約0.2重量％和大約1.9重量％之間的錳、介於大約0.6重量％和大約1.8重量％之間的錳、介於大約0.8重量％和大約2重量％之間的錳、介於大約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範圍的錳。關於矽含量，在某些實施例中，金屬護套52的矽含量一般可大於大約0.05重量％或0.1重量％。在某些實施例中，金屬護套52可包括介於大約0.1重量％和大約0.4重量％之間的矽、介於0.1重量％和大約0.3重量％之間的矽、介於大約0.2重量％和大約0.3重量％之間的矽、介於大約0.25重量％和大約0.35重量％之間的矽、介於大約0.3重量％和大約0.75重量％之間的矽、介於大約0.25重量％和大約0.75重量％之間的矽、或在這些值的任何值之間的任何子範圍的矽。具體地，在某些實施例中，金屬護套52可包括大約1重量％的錳和大約0.3重量％的矽。

如所提及的，包括在金屬護套52中的錳和/或矽可影響金屬護套52和管狀焊絲12的物理性質。例如，金屬護套52的實施例可具有這樣的斷裂韌性：使得僅大於大約68,000psi、或介於大約68,000psi和69,000psi之間的壓力可引發斷裂。相比之下，目前所公開的不含有錳和/或矽含量的、尺寸被類似地設定的金屬焊帶可具有這樣的斷裂韌性：使得介於大約43,000psi和52,000psi之間的壓力可引發斷裂。因此，將錳和/或矽添加到金屬護套52一般可提供改進的機械和/或物理性質(例如，斷裂韌性、拉伸強度、剛度等等)，其可改進所得的管狀焊絲12在焊接系統10內進行正確饋送的能力。

所示管狀焊絲12的粒狀芯54一般可為壓實的粉末，如下文所論述，其成分可包括影響焊接過程的組分(例如，填料金屬、焊藥、穩定劑等等)。例如，在某些實施例中，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(例如，黃鐵礦、磁鐵礦等等)以提供弧穩定性並且控制所得焊縫的化學成分。粒狀芯54的各種組分可均勻地或非均勻地(以團或簇56的形式)放置在粒狀芯54內。由於管狀焊絲12的錳和/或矽組分可由金屬護套52提供，所以在某些實施例中，粒狀芯54可基本上沒有錳、或沒有矽或既沒有錳也沒有矽(例如，大約0重量％、僅包括微量、或小於大約0.01重量％或0.05重量％)。例如，在某些實施例中，管狀焊絲12的粒狀芯54可包括小於5重量％、2重量％、1重量％、0.5重量％、0.05重量％或0.01重量％的錳。進一步舉例來說，在某些實施例中，管狀焊絲12的粒狀芯54可包括小於5重量％、2重量％、1重量％、0.5重量％、0.05重量％或0.01重量％的矽。應當理解，在弧34的狀況下，管狀焊絲12的組分(例如，金屬護套52、粒狀芯54等等)可改變物理狀態、化學反應(例如，氧化、分解等等)或被摻入到基本上不為焊接過程所改變的焊縫中。

例如，在某些實施例中，管狀焊絲50可符合根據美國焊接學會(AWS)A5.22規範的針對產生不鏽焊接沉積物的焊藥芯焊絲的一個或多個標準。舉具體示例，在某些實施例中，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的重量計包括介於19.5重量％和22.0重量％之間的鉻、介於9.0重量％和11.0重量％之間的鎳、和介於0.5重量％和0.75重量％之間的鉬。在某些實施例中，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的重量計包括介於23.0重量％和25.0重量％之間的鉻、介於12.0重量％和14.0重量％之間的鎳、和小於大約0.75重量％的鉬。在某些實施例中，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的重量計包括介於18.0重量％和20.0重量％之間的鉻、介於11.0重量％和14.0重量％之間的鎳、和介於2.0重量％和3.0重量％之間的鉬。對於這些示例性焊藥芯管狀焊絲50中的每一種，存在於管狀焊絲50內的錳和矽的全部或大部分(例如，介於大約90％和大約99.9％之間)可存在於金屬護套52內。此外，在某些實施例中，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套52(例如，所具有的碳含量按護套52的重量計在大約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)而非不鏽(例如，300系列或400系列)金屬護套52。

在某些實施例中，管狀焊絲50可符合根據美國焊接學會(AWS)A5.22規範的針對產生不鏽焊接沉積物的金屬芯焊絲的一個或多個標準。舉具體示例，在某些實施例中，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的重量計包括介於18.0重量％和21.0重量％之間的鉻、介於9.0重量％和11.0重量％之間的鎳、和小於大約0.75重量％的鉬。在某些實施例中，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的重量計包括介於22.0重量％和25.0重量％之間的鉻、介於12.0重量％和14.0重量％之間的鎳、和小於大約0.75重量％的鉬。在某些實施例中，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的重量計包括介於17.0重量％和20.0重量％之間的鉻、介於11.0重量％和14.0重量％之間的鎳、和介於2.0重量％和3.0重量％之間的鉬。對於這些示例性金屬芯管狀焊絲50中的每一種，存在於管狀焊絲50內的錳和矽的全部或大部分(例如，介於大約90％和大約99.9％之間)可存在於金屬護套52內。此外，在某些實施例中，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套52(例如，所具有的碳含量按護套52的重量計在大約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)，而非不鏽(例如，300系列或400系列)金屬護套52。可以理解的是，本文中所公開的某些分類，諸如由「L」標示的低碳分類可要求焊接沉積物的碳含量特別低(例如，按沉積物重量計為0.03重量％或更少)。對於針對此類分類設計的管狀焊絲50的實施例來說，護套52中的碳量可特別低(例如，按護套52的重量計在大約0.01重量％和0.03重量％之間)，並且芯54可基本上沒有碳(例如，按芯54的重量計少於大約0.01重量％)以符合此分類的要求。

圖3是過程60的一個實施例的流程圖，可使用圖1A的GMAW焊接系統10和管狀焊接電極12通過過程60來焊接工件22，所述管狀焊接電極12包括金屬護套52，金屬護套52具有錳、或矽或以上兩者。所示過程60始於將管狀焊絲12饋送到焊接設備(例如，焊炬18)(方框62)，其中管狀焊絲12包括錳和/或矽。此外，過程60包括將保護氣體流(例如，100％氬氣、75％氬氣/25％二氧化碳、90％氬氣/10％氦氣、或類似的保護氣體流)饋送到焊接設備(例如，焊炬18的接觸尖端)(方框64)。在其它實施例中，可使用不使用氣體供應系統(例如，諸如圖1A所示的氣體供應系統16)的焊接系統，並且管狀焊絲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氣氛。接著，可將管狀焊絲12帶到工件22附近(例如，遠離工件22 0.25mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、5mm、10mm或一般小於30mm)(方框66)，使得弧34可形成在管狀焊絲12和工件22之間。應當理解，可使用GMAW系統10的DCEP、DCEN、DC可變極性、平衡或不平衡AC電力配置產生弧34。此外，在某些實施例(例如，圖2的SAW焊接系統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充(或替代)保護氣體流。接著，管狀焊絲12的一部分被消耗，同時在工件22上形成焊縫(方框68)。在某些實施例中，放置在金屬護套52中的錳和/或矽可被釋放以與弧34相互作用和/或至少部分地摻入到焊縫中。

一般可以理解的是，將組分(例如，錳和/或矽)加載到金屬護套52而非粒狀芯54中也可對這些材料如何在弧34中反應和/或如何摻入到焊接過程中產生影響。即，將錳和/或矽放置在金屬護套52中而非粒狀芯54中的優點在於錳和/或矽的更大部分到達焊池(例如，而非形成煙氣)。換句話說，經由金屬護套52傳遞的錳和/或矽組分所經歷的弧34和/或焊池狀況(例如，溫度、電壓、反應物的相對位置等等)比經由粒狀芯54傳遞的錳和/或矽組分所經歷的弧34和/或焊池狀況存在很大或微妙差別。因此，在某些實施例中，相比於其它的錳由粒狀芯54供應的焊絲，所公開的管狀焊絲12可產生錳濃度更低的煙氣。此外，在某些實施例中，當經由金屬護套52傳遞組分(例如，錳和/或矽)時可能使用的組分的總量可基本上小於當經由粒狀芯54傳遞組分到焊縫時所用的組分的量，這是因為在焊接副產物(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，在某些實施例中，認為所公開的管狀焊絲12使用相同焊接電流實現更高的沉積速率和/或以低於其它焊絲的焊接電流實現相當的沉積速率。如所提及，金屬護套52的所公開成分一般實現改進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，所公開的金屬護套52實現具有相對較薄的護套(例如，在大約0.008英寸和大約0.016英寸之間)、相對較大的直徑(例如，大於0.04英寸、大於0.1英寸)和粒狀芯54的相對較高負載(例如，按管狀焊絲12的重量計在大約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的製造。據信管狀焊絲12的某些實施例將在600安培(amp)或更低的焊接電流下實現大於25磅/每小時(lbs/hr)的沉積速率和大於275英寸/每分鐘(ipm)的饋絲速度；在500安培或更低的電流下實現大於18lbs/hr的沉積速率和大於200ipm的饋絲速度；在400安培或更低的電流下實現大於13lbs/hr的沉積速率和大於145ipm的饋絲速度；和/或在300安培或更低電流下實現大於8lbs/hr的沉積速率和大於95ipm的饋絲速度。因此，據信管狀焊絲12的某些實施例將實現大於大約0.02磅/小時/安培(lbs/hr/amp)、大於大約0.025lbs/hr/amp、大於大約0.03lbs/hr/amp或大於大約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較高量的焊接沉積，使得焊接沉積物能夠快速形成而無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示出了包括具有標準成分的金屬護套的兩個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)，金屬護套為0.028英寸厚，並且粒狀芯佔絲的總重量的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)，金屬護套為0.016英寸厚，並且粒狀芯佔絲的總重量的40％。圖表65示出了兩種焊絲67和69根據安培數變化的沉積速率，並且進一步包括每個焊接操作以英寸/分鐘(ipm)表示的饋絲速度(WFS)。如所示，第二焊絲69實現大於第一焊絲67的沉積速率的沉積速率(例如，在600安培下大於大約23％，在500安培下大於大約23％，在400安培下大於大約7％，在300安培下大於大約27％)。此外，第二焊絲69實現在每個安培數下高於第一焊絲67的饋絲速度(例如，在600安培下大於大約31％，在500安培下大於大約30％，在400安培下大於大約12％，以及在300安培下大於大約19％)。因此，儘管圖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套52和粒狀芯54的更高負載的一般優點。因此，對於管狀焊絲12的當前實施例(其中金屬護套52的韌性和/或剛度超過圖4所示的典型焊絲69的護套的韌性和/或剛度)，據信可獲得大於或等於典型焊絲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是過程70的一個實施例的流程圖，可通過過程70製造管狀焊接電極12。過程70始於將平坦金屬帶(即，包括錳、矽或以上兩者)饋送通過將所述帶成形為部分圓形的金屬護套52(例如，產生半圓或槽)的多個衝模(方框72)。在金屬帶已至少部分被成形為金屬護套52之後，其可用粒狀芯材料54填充(方框74)。因此，部分成形的金屬護套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)。在某些實施例中，可不添加錳或矽組分到部分成形的金屬護套52。一旦部分成形的金屬護套52已填充有粒狀芯54的各種組分，部分成形的金屬護套52可接著被饋送通過可閉合金屬護套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)的一個或多個衝模(方框76)。此外，閉合的金屬護套52可隨後被饋送通過用以通過壓縮粒狀芯材料54而減小管狀焊絲12的直徑的多個衝模(例如，拉延衝模)(方框78)。在其它實施例中，管狀焊絲12可通過將粒狀芯54包裝在中空金屬圓柱體內而形成，所述中空金屬圓柱體充當金屬護套52，並且所述中空金屬圓柱體可隨後被拉延以減小所述中空金屬圓柱體的直徑並包裝粒狀芯54以產生不具有圖2所示的接縫58的管狀焊絲12。

應當理解，儘管提高管狀焊絲12的金屬護套的剛度可改進管狀焊絲12的饋送，但是此方法也呈現某些挑戰。例如，通過增加管狀焊接電極12的金屬護套52的剛度，也可增加用於使金屬護套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，由於金屬護套52的硬度在添加了錳和/或矽組分的情況下也可增加，所以可用於使金屬護套52圍繞粒狀芯54成形的前述衝模(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，用於使金屬護套52在管狀焊絲12的製造期間成形的衝模可由也具有改進的機械性質的材料(例如，更硬或更強韌的衝模材料)製造，以便適應所公開的管狀焊絲12的實施例的所改變的機械性質。因此，當嘗試通過增加金屬護套52的硬度來改進管狀焊絲12的饋送時，可存在設計挑戰，如目前所公開。

儘管本文僅闡釋並描述了本公開的某些特徵，但是本領域中的技術人員將想出許多修改和改變。因此，應當理解，所附權利要求書旨在涵蓋落在本公開的真實精神內的所有此類修改和改變。