CN104690403A - 埋弧焊方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固体润滑剂的焊丝 - Google Patents

埋弧焊方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固体润滑剂的焊丝 Download PDF

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Abstract

用于焊接工件的埋弧焊方法及用于埋弧焊的焊丝。在所述方法中，SAW焊丝被输送到工件来以这样的方式通过焊枪的接触末端而被焊接，以致所述焊丝的末端在焊接期间被埋在粒状可熔焊剂的覆盖层之下，其中被输送至所述工件的所述焊丝包括焊丝基体和当石墨输送润滑剂被施加到所述焊丝的表面时获得的残留物，石墨输送润滑剂基本上由石墨颗粒和液体构成，液体包括粘稠的油、醇、水或其混合物，所施加的石墨输送润滑剂的量足以减少由所述焊丝通过所述接触末端而导致的所述接触末端的磨粒磨损。通常施加到埋弧焊焊丝的表面用以防止焊枪接触末端磨粒磨损的铜覆盖被固体润滑剂代替。这消除了焊缝来自所述铜覆盖的铜污染，同时维持接触末端的使用寿命。

Description

埋弧焊方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固体润滑剂的焊丝
本申请是2009年6月5日递交的申请号为200980132452.2、发明名称为“埋弧焊方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固体润滑剂的焊丝”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本申请涉及埋弧焊方法以及用于埋弧焊的在表面上具有固体润滑剂的焊丝。
背景技术
气体保护金属极电弧焊
气体保护金属极电弧焊(GMAW)(有时以其子类型惰性气体保护金属极电弧焊(MIG)或活性气体保护金属极电弧焊(MAG)被提及)是半自动或自动的弧焊过程，其中连续的和可消耗的焊丝电极(“焊丝”)以及保护气体通过焊枪被输送。
图1和2说明传统工业GMAW系统的基本设计。正如在这些图中示出的，GMAW系统10包括电源12、焊丝驱动组件14、保护气体供应系统16和用于将电功率、焊丝和保护气体携至要被焊接的工件20的缆线组件18。焊丝驱动组件14一般包括携带连续的、可消耗的焊丝电极的线轴24的卷轴架22以及包括一个或更多个驱动轮(未示出)的驱动机构26，用以将焊丝从线轴24经缆线组件18驱至工件20。同时，保护气体供应系统16通常包括保护气体源28和与缆线组件18流体连通的气体供应导管30。
正如尤其在图2中说明的，缆线组件18一般采取细长的柔韧缆线32的形式，所述缆线32的一端连接电源12、焊丝驱动组件14和气体供应系统16，而另一端连接焊枪34。正如在图3(柔韧缆线32的径向横截面)中说明的，这个柔韧缆线通常包括用以提供焊接电功率至焊枪40的接触末端的电缆34、用以输送保护气体的气体导管36和用以置放焊丝的柔韧鞘48。
在实践中，柔韧缆线32通常至少10英尺(～3m)长，更一般地至少15英尺(～4.6m)、至少20英尺(～6.1m)、至少25英尺(～7.6m)或甚至至少30英尺(～9.1m)长，以致电源12、焊丝驱动组件14和保护气体供应系统16可以基本上保持固定，同时焊枪34被手动移动至各种不同的位置。此外，柔韧缆线32通常被制造地尽可能柔韧，因为这在移动和定位焊枪34到任何期望的位置方面提供最大程度的灵活性。所以，例如，柔韧缆线32通常被制造得足够柔韧以致可以形成相对急促的弯曲(tight bends)，例如正如在图2中说明的，被盘绕为多个圈。
为了防止焊丝在柔韧缆线32内缠结(snagging)，焊丝穿过柔韧鞘48的内部。这个柔韧鞘通常由以螺旋方式紧紧地缠绕的金属丝制成，其内径仅仅稍大于焊丝的外径，因为这个结构在柔韧缆线32中提供高度的适应性，同时防止焊丝和柔韧缆线内其他组件之间的接触。
由于细长的柔韧缆线32的长度和适应性，柔韧缆线32经常用相对大的量的力来将焊丝从线轴24经缆线组件18驱至工件20上。因此，在工业中常见的实践是，为焊丝涂覆固体润滑剂例如石墨、二硫化钼等，以减少焊丝的外表面和焊丝经过的柔韧鞘的内表面之间的摩擦系数。
埋弧焊
埋弧焊(SAW)与GMAW的不同在于，在SAW中不使用外部保护气体。作为替代，熔融焊缝和电弧区被埋在粒状可熔焊剂的覆盖层之下，所述粒状可熔焊剂覆盖层当熔融时在电极和正被焊接的工件之间提供电流路径，并且为焊件提供免于接触周围空气的保护。参见示意性地说明SAW的图4，图4示出焊丝50由驱动辊子52驱动在工件56中形成焊缝58，焊丝的末端形成电弧54，所述电弧54完全被埋在焊剂60的层中。
SAW的具体优势在于高沉积速率是可能的。例如，与GMAW每小时5-10磅(～2-4kg/h)相比，用SAW的每小时超过100磅应用焊接金属(45kg/h)或更多的沉积速率是可能的。SAW的具体缺点在于，作为实践问题，由于重力通常将导致粒状焊剂从非水平表面滑落，只有水平表面可以被焊接。由于这些约束条件，SAW通常被用在这样的应用中，即在大的、水平放置的目标物(例如，管制作)中形成高沉积速率焊缝。
图5说明这样的SAW系统。在这个系统中，从供丝线轴64获得的焊丝62借助于包括驱动辊子(未示出)的供丝组件66经焊枪68被输送至安装在台70上的固定位置中的工件(未示出)，被输送通过焊枪68，在焊枪68处焊丝62形成焊缝。在所示出的具体实施方案中，供丝线轴64、供丝组件66和焊枪68被安装在架71上的固定位置中，架71沿导轨72是可移动的，以致连续的焊缝可以沿工件的整个长度形成。在其他实施方案中，供丝线轴64、供丝组件66和焊枪68被安装在固定位置中，而工件沿台70是可移动的，以提供连续的伸长的焊缝。在两者中的任一情况中，适合的焊剂供应系统(未示出)通常被提供，来自动地用焊剂覆盖要被焊接的位置。
取决于应用，就整个系统被永久地安装在单一使用位置中的意义而言，这个SAW系统可以是固定的。在其他的应用中，就这个系统在例如焊接桥大梁时可以在不同的使用位置之间移动的意义而言，这个SAW系统可以是移动的。
在工业上，在如图5所说明的线轴上或者在筒、杆(stem)或卷轴上的焊丝62被供给到焊枪68。在所有情况中，这种焊丝供应件通常被安装在相对于焊枪68的固定位置并且通常相当靠近焊枪68。类似地，供丝组件66通常也被安装在相对于焊枪68的固定位置并且相当靠近焊枪68。作为这些特征的结果，引导系统，例如在图1-3中说明的GMAW系统中的柔韧鞘48不是必需的。这是因为在焊丝62和将该焊丝从供丝线轴64输送到焊枪68的结构元件之间基本上没有滑动摩擦。因此，SAW系统的焊丝不被提供一般在GMAW系统使用的用于减少滑动摩擦的固体润滑剂。
正如在上面指出的，SAW中的沉积速率通常比GMAW中的高很多。通过利用比GMAW粗的焊丝以及使用更多的电功率来使之成为可能。例如，用于SAW的焊丝直径通常为1/16英寸(～1.6mm)或更大，而用于GMAW的焊丝具有约1/16英寸(～1.6mm)或更小的直径。不管怎样，由于SAW中的这些基本上更强烈的条件，焊丝通过的焊枪接触末端的使用寿命因为摩擦和磨粒磨损(abrasive wear)的缘故可以是非常短的。例如，当与清洁的(没有吸收肥皂残留物)裸(即，未覆盖)标准钢SAW焊丝一起被用于SAW焊接时，标准的商用铍铜接触末端的使用寿命可以短至四小时或更少。
由于这个问题，商业SAW焊丝几乎总是覆盖有铜覆层。令人遗憾的是，当焊丝穿过滚花(knruled)的驱动辊子(例如，在图4中的驱动辊子52)和一般在标准SAW焊丝输送系统中看到的焊丝矫直器时，这个铜覆盖部分经常从所述焊丝被剥落。久而久之，该剥落的铜可以在输送系统中累积成为铜薄片(flakes)，并且甚至可以污染正在形成的焊缝。取决于一种液态金属脆化的、被称为“铜裂(copper cracking)”的现象，这种铜污染转而能危害焊缝完整性。
发明内容
通过用于埋弧焊的焊丝解决了该问题，具体地是具有权利要求11以及权利要求1和9方法的特征的SAW焊丝。本发明的各种示例性实施方案在从属权利要求中限定并且将在下面详细讨论。依据本发明，业已发现，传统焊丝固体润滑剂在减少埋弧焊中接触末端磨粒磨损方面起的作用将基本上与铜覆盖的一样好。由此，依据本发明，这样的效果是可能的，即消除通常在埋弧焊中使用铜覆盖SAW焊丝时遇到的铜浪费和污染问题，同时仍维持铜覆盖能够实现的改善的接触末端使用寿命。
因此，本发明提供用于埋弧焊的新的焊丝，所述焊丝包括埋弧焊焊丝基体和在所述焊丝基体的表面上的细粒固体润滑剂。
本发明还提供一种用于减少在埋弧焊中使用的焊枪的接触末端上的磨粒磨损的方法，所述方法包括将在表面上具有固体润滑剂的焊丝基体用作焊丝。
其中，所述焊丝具有大于1/16英寸(～1.6mm)的直径。
其中，所述埋弧焊焊丝基体不含铜覆盖。
其中，所述固体润滑剂包括MoS2、WS2、ZnO、石墨和PTFE中的至少一种。
其中，所述固体润滑剂具有约0.5-15μm的颗粒尺寸。
其中，所述固体润滑剂是在所述焊丝基体的所述表面上的固体润滑剂覆层组合物的部分，所述固体润滑剂覆层组合物还包括有机粘结剂。
其中，所述有机粘结剂是醇、植物油、矿物油、合成油、石油蜡或包括以上中的至少一种的混合物。
其中，所述固体润滑剂覆层组合物还包括固态导体。
本发明还提供一种用于焊接工件的埋弧焊方法，其中SAW焊丝的末端在焊接期间被埋在粒状可熔焊剂的覆盖层之下，其中所述焊丝包括焊丝基体和在所述焊丝基体的表面上的固体润滑剂。
其中，所述焊丝具有至少约3mm的直径。
本发明还提供一种用于埋弧焊的焊丝，包括埋弧焊焊丝基体和在所述埋弧焊焊丝基体的表面上的固体润滑剂，其中所述焊丝具有大于～4mm的直径。
其中，所述埋弧焊焊丝基体不含铜覆盖。
其中，所述固体润滑剂包括MoS2、WS2、ZnO、石墨、PTFE中的至少一种或包括以上中的至少一种的混合物。
其中，所述固体润滑剂是在所述焊丝基体的所述表面上的固体润滑剂覆层组合物的部分，所述固体润滑剂覆层组合物还包括有机粘结剂。
其中，所述固体润滑剂覆层组合物还包括固态导体。
此外，本发明也提供用于减少埋弧焊中的接触末端磨粒磨损的方法，所述方法包括将埋弧焊焊丝基体以及焊丝基体表面上的细粒固体润滑剂作为焊丝使用。另外，本发明提供用于焊接工件的埋弧焊方法，其中SAW焊丝的末端在焊接期间被埋在粒状可熔焊剂的覆盖层之下，其中所述焊丝包括焊丝基体和在所述焊丝基体的表面上的固体润滑剂。
附图简要说明
通过参考以下附图，本发明将更容易被理解，其中
图1和2是示意图和透视图，说明传统GMAW焊接系统；
图3是在图1和2的GMAW系统的缆线组件中使用的典型的细长柔韧缆线的示意性径向横截面；
图4是传统SAW焊接系统的示意图；以及
图5是说明一种类型的传统SAW焊接系统的透视图。
具体实施方式
依据本发明，通常施加到埋弧焊焊丝表面用以防止焊枪接触末端磨损的铜覆盖被固体润滑剂取代。在优选实施方案中，用于埋弧焊的焊丝(具体地SAW焊丝)包括埋弧焊焊丝基体和在所述埋弧焊焊丝基体的表面上的固体润滑剂，其中所述焊丝具有大于～4mm的直径。其中在优选的焊丝中，埋弧焊焊丝基体不含铜覆盖，具体地，固体润滑剂包括以MoS2、WS2、ZnO、石墨、PTFE中的至少一种或包括以上中的至少一种的混合物。优选的可替换物包括作为固体润滑剂的MoS2、WS2、石墨和PTFE中的至少一种，或石墨。固体润滑剂的颗粒尺寸约为0.5-15μm。依据本发明还有一焊丝，其中固体润滑剂是在焊丝基体的表面上的固体润滑剂覆层组合物的部分，所述固体润滑剂覆层组合物还包括有机粘结剂，并且具体地，其中固体润滑剂覆层组合物还包括固态导体。优选的有机粘结剂是醇(alcohol)、植物油、矿物油、合成油、石油蜡或包括以上中的至少一种的混合物。
本发明的目的是用于减少在埋弧焊中使用的焊枪接触末端上的磨粒磨损的方法，所述方法包括将表面上具有固体润滑剂的焊丝基体作为焊丝使用。在具体的方法中，其中焊丝具有大于1/16英寸(～1.6mm)的直径。最优选的是将根据权利要求11至5中任一项所述的焊丝作为焊丝使用的方法。
本发明的再一目的是用于焊接工件的埋弧焊方法，其中SAW焊丝的末端在焊接期间被埋在粒状可熔焊剂的覆盖层之下，其中焊丝包括焊丝基体和在所述焊丝基体的表面上的固体润滑剂，具体地，其中焊丝具有至少约3mm的直径。最优选的是将根据权利要求11至15中任一项所述的焊丝作为焊丝使用的方法，例如这样的方法，在所述方法中，埋弧焊焊丝基体不含铜覆盖。
本发明的焊丝及其在埋弧焊中的应用在下面更详细地讨论。
SAW焊丝
本发明适用于在前已使用的或将来可能在埋弧焊中使用的任何种类的焊丝。SAW焊丝最常见地将是固体芯金属焊丝，即，固体金属焊丝。尽管焊丝也可以由各种各样的其他材料和金属合金制成，例如不锈钢(包括沃斯田铁系(austenitic)、麻田散铁系(martensitic)、铁素体(ferritic)和双相不锈钢)、低热膨胀系数(CTE)合金例如因瓦镍铁合金(Invar)和柯伐镍基合金(Kovar)，以及镍基超级合金例如因康镍合金等，但是这样的焊丝最常见地是由(低)碳钢制成。
通常，SAW焊丝具有约1/16英寸(～1.6mm)或更大的直径，而GMAW焊丝具有约1/16英寸(～1.6mm)或更小的直径。具有2mm或更大的直径的SAW焊丝是更令人关注的，而具有3mm或更大或者甚至4mm或更大的直径的SAW焊丝是尤其令人关注的。
当本发明被用在焊剂芯或金属芯焊丝上时，任何种类的焊接焊剂或金属都可以被包括在焊丝的芯中。
类似地，尽管本发明通常将被用在裸(未覆盖)焊丝上，本发明也可以被用在带任何种类的金属覆层(包括铜)的覆盖焊丝上。优选地，铜覆盖是要被避免的。
固体润滑剂
正如在前指出的，固体焊丝润滑剂普遍被用在GMAW焊接系统中，以减少在焊丝和用于将焊丝从供丝线轴或其他源转移到正在被焊接的工件的递送系统之间产生的摩擦。依据本发明，这些相同的材料被用于代替通常施加到埋弧焊焊丝的表面、用以防止焊枪接触末端磨损的铜覆盖。出于这个目的，所有在前已经在GMAW中使用的或将来可能使用的固体焊丝润滑剂都可以被用作本发明的固体润滑剂。基于金属铜、由金属铜制成或以其他方式释放金属铜的固体润滑剂是优选要被避免的。
常见地用于焊接工业中的焊丝润滑作用的典型固体润滑剂包括MoS2、WS2、ZnO(通常与WS2一起)、石墨和/或PTFE(特氟隆)。这些材料的混合物也可以被使用。这些材料通常以细粒形式被使用。如果是这样，出于这个目的，在前已经使用的或将来可能被使用的任何颗粒尺寸在本发明中都是有用的。在约0.5-15μm或甚至约1-10μm量级的颗粒尺寸是更令人关注的。约1-2μm量级的颗粒尺寸是尤其令人关注的，尤其是在被涂覆的焊丝具有相当粗糙的表面时。
除这些材料之外，本专利文献指出，许多其他的固体材料对于作为焊接工业中的焊丝润滑剂也是有用的。例如，日本Kokai[公开的未审查专利申请]2005-074438指出，基于硫的极压剂出于这个目的可以被使用，而Kokai 2005-095972指出，各种皂例如硬脂酸钠和硬脂酸钾出于这个目的可以被使用。同时，Kokai 10-193175指出，在铁和钢的精炼期间产生的主要由氧化铁构成的烟气粉尘出于这个目的可以被使用，而Kokai 2004-202572指出，铜粉出于这个目的可以被使用。类似地，Kokai 09-141489指出，无机的钾化合物例如硼酸钾出于这个目的可以被使用，而Kokai 08-157858指出，磷酸酯出于这个目的可以被使用。此外，Kokai 2003-305587指出，铁、锰和锌磷化膜出于这个目的可以被使用。
除这些公开之外，本专利文献还指出上述“常见的(common)”固体润滑剂，即，MoS2、WS2、ZnO(通常与WS2一起)、石墨和/或PTFE(特氟隆)可以与宽泛种类的附加的材料、尤其是细粒固体合并，以成为有效的焊丝润滑剂。所以，例如，Kokai 2006-095579和Kokai 09-206987指出，至少在与矿物例如云母、绢云母或滑石合并时，碳酸钙和氮化硼是二硫化钼的类似物。同时，Kokai 09-323191指出，在与MoS2或WS2合并时，二氧化钛是有效的焊丝润滑剂，而Kokai 08-057650指出，在与WS2合并时，不锈钢粉是有效的焊丝润滑剂。类似地，Kokai 08-151548指出硅酸钾可以与PTFE合并用作有效的焊丝润滑剂，而Kokai 06-285677指出，碳酸钙和或碳酸钠、钙或钠的氟化物或硅酸盐，以及硅酸玻璃、钠玻璃、钾水玻璃和钠钙玻璃在与PTFE或MoS2结合时成为有效的焊丝润滑剂。以同样的方式，Kokai 2006-095551以及许多其他日本Kokai指出，磷脂(phosphatide，亦作phospholipid)出于这个目的可以与MoS2合并。这些附加的材料还可以以与上述公开一致的方式与上述描述的“常见的”固体焊丝润滑剂一起使用。
商业上的固体焊丝润滑剂可以以纯的方式使用，即没有任何附加成分。然而，它们通常也与有机粘结剂合并以形成固体润滑剂覆层组合物，因为这样的有机粘结剂可以提高润滑能力和送丝性能。常见的有机粘结剂的实施例包括粘稠的油，例如植物油、矿物油和各种合成油，以及各种有机固体例如石油蜡等等。出于应用的容易性，液态载体例如水和/或各种醇(例如异丙醇)也可以被包括，尤其是当固体有机粘结剂被使用时。在固体润滑剂的情况下，为促进这样的固体润滑剂和所述固体润滑剂粘附的焊丝表面之间的粘附，在前已使用的或将来可能使用的任何有机粘结剂和任何液态载体都可以被用在本发明中。参见在本公开中引用的各种国内和国外专利文献，这些文献是为了广泛披露针对一般被用于形成传统输送润滑剂的不同种类固体润滑剂和粘结剂的。
可以用在本发明的特定应用中的固体润滑剂组合物的量宽泛地变化，并且提供提高的接触末端使用寿命的任何量基本上都可以使用。一般说来，所使用的固体润滑剂的量可以是基于固体润滑剂本身重量(即，不包括任何载体、粘结剂或可能存在的其他辅料)的多至焊丝表面面积的10gms/m2到少至焊丝表面面积的0.001gms/m2。基于固体润滑剂本身的重量、占焊丝表面面积的在0.01到1gm/m2或甚至0.05到0.5gm/m2量级的固体润滑剂负载是尤其令人关注的。
其他成分
常见地被包括在焊丝润滑剂中的其他活性成分也可以被包括在本发明的固体焊丝润滑剂中。例如，一般为包含钠或钾的皂或洗涤剂等的电弧增强剂/稳定剂可以被使用。例如，参见Kokai(日本公开的未审查申请)2004-034131、Kokai 08-257788、Kokai2002-219595、Kokai 2002-239779、U.S.6,337,144和Kokai 2003-039191，以上申请的公开通过引用被并入本文。
固态导体
依据本发明的另一特征，固态导体可以被包括在本发明的固体润滑剂组合物中，用以降低SAW焊丝和焊枪的接触末端之间的电阻。
在这方面，在美国PTO的提交日期为06/18/2008(代理人档案编号22976/04027)、普通转让的申请号12/141,621描述了通过在焊丝表面上提供固态导体来降低焊丝和所述焊丝通过的焊枪接触末端之间的电阻的技术，上述申请的公开通过引用被并入本文。被确信的是，结果将是电弧稳定性将被改善并且接触末端的使用寿命将被增加。通过将固态导体包括在本发明的固体润滑剂覆层组合物中，该相同的技术也可以被用在本发明中。
在本发明的这个方面使用的固态导体包括热稳定的、导电的、细的细粒形式的固体。在本文上下文中，“导电的”是指，按照ASTM B193-02所确定的，所述固态导体在800℃具有至少10S/cm(西门子每厘米)的电导率σ。另外，在本文上下文中的“热稳定的”是指所述固态导体保持是固体(例如，不熔化)并且，除此之外，按照根据ASTM E2550-07的TGA(热重分析)所确定的，所述固态导体在1200℃的空气中基本上不起反应。注意，石墨在这方面不是这样的固态导体，因为石墨在焊接温度氧化而因此不是“热稳定的”。例如，参见Shimizu等，在接触管中的磨损机理(Wear Mechanism in Contact Tube)，焊接科学与技术(Science and Technology of Welding and Joining)，2006年第1期第11卷第94-105页。
在1350℃、1500℃和甚至1600℃热稳定的固态导体是更令人关注的。类似地，在800℃具有至少约50S/cm、至少约75S/cm和至少约90S/cm的电导率的固态导体是更令人关注的。在800℃具有至少约200S/cm、至少约300S/cm、至少约400S/cm、至少约500S/cm和甚至至少约1000S/cm的电导率的固态导体是被预期的。
根据本发明的这个方面，被确信的是，通过降低焊丝和所述焊丝通过的接触末端之间的电阻，相应地降低了接触末端的焦耳热。这应该导致进一步显著降低由于过度加热而引起的接触末端磨损，并且因此进一步增加接触末端使用寿命。
热稳定的和导电的并且还可以以细的细粒形式提供的任何固体材料都可以被用作本发明这个方面的固态导体。固态导体的颗粒尺寸不是关键的，并且基本上任何颗粒尺寸都可以使用。一般来讲，固态导体的颗粒尺寸应该足够小，使得所述固态导体将被选择的具体粘结剂粘附到焊丝基体表面，并且固态导体的颗粒尺寸应该足够大，使得获得所述固态导体的成本不会变的过分昂贵。就实用而言，这意味着固态导体的平均颗粒尺寸通常将是约40微米或更小。在约20微米或更小、约10微米或更小、约5微米或更小或者甚至2微米或更小的量级的平均颗粒尺寸是更令人关注的。
此外，尽管在800℃具有至少约10S/cm(西门子每厘米)的电导率σ的任何热稳定固体都可以用作本发明的固态导体，但是在800℃呈现至少约25S/cm的电导率σ的那些是更令人关注的，而在800℃呈现至少约50S/cm、至少约75S/cm或甚至至少约100S/cm的电导率σ的那些是甚至更令人关注的。在800℃具有甚至更高的电导率，例如至少约200S/cm、至少约300S/cm、至少约400S/cm、至少约500S/cm、至少约700S/cm或甚至至少约1000S/cm的热稳定固体是被预期的。
出于这个目的可以使用的一类固体材料是导电的钙钛矿。“钙钛矿”涉及一普通的结晶的混合金属氧化物的组，其基本化学式遵循ABO3形式。钙钛矿中常见的A-阳离子是稀土、碱土、碱金属和其他大阳离子例如Pb+2和Bi+3，且下述阳离子是更常见的：Na+、K+、Rb+、Ag+、Ca+2、Sr+2、Ba+2、Pb+2、La+3、Pr+3、Nd+3、Bi+3、Ce+4和Th+4。钙钛矿中常见的B阳离子包括：Li+、Cu+2、Mg+2、Ti+3、V+3、Cr+3、Mn+3、Fe+3、Co+3、Ni+3、Rh+3、Ti+4、Mn+4、Ru+4、Pt+4、Nb+5、Ta+5、Mo+6和W+6。
复杂的钙钛矿结构可以包含两种或更多种不同的A阳离子、两种或更多种不同的B-阳离子或者两者都包含。这通常导致有序和无序的变异。如此复杂钙钛矿晶体还可以呈现氧原子的化学计量过量或不足，尤其是当晶体包含彼此之间价态不同的多个A-阳离子(或B-阳离子)时。因此，复杂的钙钛矿还可以被看作对应于分子式A1-xA'xB1-yB'yOz，其中z可以在大于3和小于3之间变化，以便满足存在的其他元素的价态。注意，有时复杂的钙钛矿还被描述为具有例如Y1Ba2Cu3O7-δ的分子式，其中氧的下标在6附近变化，而不是在ABO3情况中的3。然而，这仅仅是语义符号，如Y1Ba2Cu3O6等同于Y0.5Ba1Cu1.5O3。
出于这个目的，尤其令人关注的钙钛矿的类别被描述为对应于分子式ABOx，其中A是La、Ce、Pr、Sm、Nd、Gd和Y中的至少一种；B是Ga、Mg、Mn、Fe、Cr、Co、Cu、Zn和Ni中的至少一种；以及x是2.5-3.5；其中A可以可选地被Sr、Ba和Ca中的一种或更多种部分地取代。在本文上下文中，“部分地取代”是指，只要维持A原子加上取代者的总量与B原子的总量的比，高达50原子％的A原子可以被所指出的取代者代替。这类钙钛矿是令人关注的，所述钙钛矿中的A被所指出的取代者取代至少5原子％、至少10原子％或甚至至少15原子％。
在焊丝基体的表面上的固态导体的量可以宽泛地变化，并且基本上任何量都可以使用。一般来说，足够的固态导体应该是被用于在焊接期间提供焊丝和所述焊丝通过的焊枪接触末端之间的电阻的显见降低，但是不至于多到使焊丝的操作变得困难。因此，占焊丝表面面积的在0.001到10gms/m2，或0.01到1gm/m2，或甚至0.05到0.5gm/m2的固态导体负载可以被使用。
本发明这个方面的固态导体可以以基于固体润滑剂重量的低至1:10到高达10:1的重量比率的量存在。5:1到1:5、2:1到1:2、1.5:1到1:1.5，以及甚至约1:1的相对重量比率是可能的。
实施例
为更彻底地描述本发明，实施以下工作实施例。
在每个实施例中，直径为5/32英寸(～4mm)的固体低碳钢焊丝被焊接进旋转低碳钢管(直径30英寸，壁厚1.5英寸)上平的(1F)位置。所述管以大约0.8rpm旋转，导致大约每分钟75英寸的焊接行进速度。在焊接之前，管的表面和接触末端的端部以固定的1.5英寸距离被分开。在焊接期间，焊丝大约以每分钟120英寸被输送，导致大约1150安培的焊接电流。焊接电压被固定保持在39伏特。所有焊接试验均使用Lincolnweld 761SAW焊剂。
所有焊丝至少焊接一个小时。通过测量被输送的焊丝穿过的接触末端孔(bore)的面积增加百分比，来定量与每个焊丝关联的接触末端磨损。在显微镜(20x放大率)下得到接触末端孔的图片；所有图片均被标上距离刻度。基于每幅图片的刻度距离，使用软件(Able Image Analyzer v3.6)来测量接触末端的孔面积。标准5/32英寸SAW接触末端(在焊接之前)名义孔直径和面积分别是大约0.168英寸(4.26mm)和0.0221in2(14.2mm2)。所使用的具体接触末端的组成如下：
组成(UNS-C17510):
铍→0.2-0.6％
镍→1.40-2.30％
钴→最多0.30％
钴、铁&镍→最多2.6％
铜→余量
除另有说明外，每次焊接测试总的持续1小时并且由两次30分钟的连续焊接段构成。
在这些测试中使用两个不同的直径为5/32英寸(～4mm)的裸钢SAW焊丝，一个具有粗糙表面而另一个具有平滑表面。进行了五次不同的测试。在所述测试中的两次测试(对比实施例A和B)中，使用裸(未涂覆)焊丝。在所述测试中的三次测试(实施例1-3)中，依据本发明，用商业上可获得的包含在醇中的1-2μm石墨颗粒的石墨输送润滑剂来表面涂覆焊丝。在第六次测试(对比实施例C)中，测试了具有平滑表面的传统铜覆盖SAW焊丝。
此外，为证明这些测试的可重复性，在两个不同的日子重复对比实施例A两次，作为对比实施例D和E。最后，为示出本发明提供的效果不是仅仅由于固体润滑剂增强的润滑能力所致，使用传统液体输送润滑剂(从弗吉尼亚州费尔法克斯郡(Fairfax,Virginia)的Exxon Mobile公司可获得的无水产品Mobil Velocite Oil No.10，所述产品被确信是严格精炼的包含稳定性增强添加剂的基油)代替这个实施例的固体润滑剂，重复了实施例1，作为对比实施例F。
在每次测试结束时，接触末端磨损以在上面说明的方式被确定。
所得结果如下：
表1
接触末端磨损
实施例 表面 固体润滑剂 时间，小时 磨损，％
A 粗糙 无 1 29
1 粗糙 有 1 7
B 平滑 无 1 14
2 平滑 有 1 10
3 粗糙 有 4 11
C 平滑 (覆盖铜) 4 3
D 粗糙 无 1 28
E 粗糙 无 1 25
F 粗糙 无 1 32
这些结果显示，依据本发明，通过用固体输送润滑剂涂覆裸SAW焊丝，显著降低了在SAW中的接触末端磨损。这转而提示，不使用在前出于这个目的而要求的铜覆盖，可以实质上延长在SAW中使用的基于铜的接触末端的使用寿命。此外，这些结果还显示，当使用传统液体输送润滑剂代替本发明的固体润滑剂时不会获得可比的结果。
虽然在上面仅仅描述了本发明的几个实施方案，将被理解的是，可以作出许多修改而不背离本发明的精神和范围。所有这些修改打算被包括在本发明的范围内，本发明的范围仅受到所附权利要求书的限制。
参考标号：
10 系统
12 电源
14 驱动组件
16 供应系统
18 缆线组件
20 工件
22 卷轴架
24 线轴
26 驱动机构
28 气体源
30 供应导管
32 柔韧缆线
34 焊枪
36 气体导管
40 焊枪
48 柔韧鞘
50 焊丝
52 驱动辊子
56 工件
58 焊缝
60 焊剂
62 焊丝
64 供丝线轴
66 供丝组件
68 焊枪
70 台
71 架
72 导轨

Claims (22)

1.一种用于焊接工件的埋弧焊方法，其中SAW焊丝被输送到工件来以这样的方式通过焊枪的接触末端而被焊接，以致所述焊丝的末端在焊接期间被埋在粒状可熔焊剂的覆盖层之下，其中被输送至所述工件的所述焊丝包括焊丝基体和当石墨输送润滑剂被施加到所述焊丝的表面时获得的残留物，石墨输送润滑剂基本上由石墨颗粒和液体构成，液体包括粘稠的油、醇、水或其混合物，所施加的石墨输送润滑剂的量足以减少由所述焊丝通过所述接触末端而导致的所述接触末端的磨粒磨损。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述焊丝具有至少约3mm的直径。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述埋弧焊焊丝基体不含铜覆盖。
4.用于埋弧焊的焊丝，其中所述焊丝被输送到工件来通过焊枪的接触末端而被焊接，所述焊丝包括埋弧焊焊丝基体和当石墨输送润滑剂被施加到所述焊丝的表面并干燥时获得的残留物，石墨输送润滑剂基本上由石墨颗粒和液体构成，液体包括粘稠的油、醇、水或其混合物，所施加的石墨输送润滑剂的量足以减少由所述焊丝通过所述接触末端而导致的所述接触末端的磨粒磨损，其中所述焊丝具有大于约3mm的直径。
5.如权利要求4所述的焊丝，其中所述埋弧焊焊丝基体不含铜覆盖。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述SAW焊丝从以相对于所述焊枪为固定的关系安装的焊丝供应件被供给到所述焊枪。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述焊丝供应件是线轴、筒、杆或卷中的至少一个。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述SAW焊丝在不通过柔韧鞘的情况下从焊丝供应件被供应到所述焊枪。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述液体包括醇。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述液体包括水。
11.如权利要求8所述的方法，其中所述液体包括粘稠的油。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述SAW焊丝通过供丝组件被供应到所述焊枪，所述供丝组件包括驱动辊子，所述供丝组件以相对于所述焊枪为固定的关系被安装。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述石墨颗粒具有约0.5-15μm的颗粒尺寸。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述石墨颗粒具有约1-10μM的颗粒尺寸。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述石墨颗粒具有约1-2μm的颗粒尺寸。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述液态载体包括醇。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述液态载体包括水。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述液体包括粘稠的油。
19.如权利要求4所述的焊丝，其中所述石墨颗粒具有约0.5-15μm的颗粒尺寸。
20.如权利要求19所述的焊丝，其中所述石墨颗粒具有约1-10μm的颗粒尺寸。
21.如权利要求20所述的焊丝，其中所述石墨颗粒具有约1-2μm的颗粒尺寸。
22.如权利要求4所述的焊丝，其中所述焊丝具有至少约4mm的直径。
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