CN105073338A

CN105073338A - 用于抛光和润滑铝焊丝的系统和方法

Info

Publication number: CN105073338A
Application number: CN201480013868.3A
Authority: CN
Inventors: L·T·维南; T·M·库克
Original assignee: Alcotec Wire Corp
Current assignee: Alcotec Wire Corp
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-11-18
Also published as: CA2903833C; EP2969387B1; BR112015021978A2; US20140263258A1; US20160229000A1; US9352423B2; EP2969387A1; US9782860B2; CA2903833A1; WO2014158872A1; EP2969387A4

Abstract

公开了一种用于抛光和润滑铝焊丝的系统和方法。所述系统和方法从线轴拉出坯料铝丝，对所述坯料丝进行多个拉丝步骤和热处理步骤以获得具有适合用于连续焊接设备的最终直径的丝。紧接着在最终拉丝步骤之后，对所述丝进行抛光和润滑处理，在该处理中，将用润滑剂浸渍过的绳传递通过所述丝的表面。所述绳用于从所述丝的所述表面去除污染物，诸如，金属细粉，并且还用于在所述丝的所述表面之上提供一层润滑剂。由此产生的丝具有改善的外观，不会阻塞自动焊接设备，并且润滑剂在使用时不会负面地导致焊缝孔隙。

Description

用于抛光和润滑铝焊丝的系统和方法

技术领域

本发明的实施例大体上涉及焊丝的制造，并且更加具体地，涉及一种用于抛光和润滑铝焊丝的系统和方法。

背景技术

铝焊丝常常用于连续进料焊接机。在制造期间，对丝进行多种处理，这些处理包括产生具有所需直径的丝的一个或者多个拉丝处理。然后，分多层将拉丝后的丝卷绕到线轴上或者缠绕到线筒中，该线轴和线筒都用于气体保护金属电弧焊或者气体保护金属电弧焊工艺。当适配到连续焊接设备时，可以通过连续焊接设备的进料装置中的导向件将丝从线轴进料。在这种连续焊接设备内，丝与许多零部件相接触，包括但不限于驱动辊、接触头、导向件和内衬。为了在焊接操作中表现得令人满意，必须使铝丝无表面污染物，诸如，拉丝润滑剂，从而使得这种污染物不会导致焊接缺陷，诸如，孔隙等。

提供无碳氢化合物的形式的表面污染物(即，润滑剂)的铝焊丝也可以是个问题。无润滑剂的丝在进丝过程期间可以导致不期望的摩擦量。这种高摩擦程度可以生成丝颗粒，这种丝颗粒是从丝的表面刮下的细小材料片。

另外，5xxx系列的铝合金具有高镁含量。正因为如此，必须使用金刚石拉丝模将丝从原始的大直径制备成更小的直径。金刚石拉丝模刮伤丝的表面，并且它们自身生成小的铝颗粒，称为“细粉”。这些细粉的大小可以为1微米或者更小，并且非常硬。细粉粘附在丝的表面上，并且，当稍后通过焊接设备进丝时，细粉可以移除并且变得嵌入在焊接设备的内衬的内直径中。这种堆积可以对丝的表面造成另外的刮痕。另外，随着时间的推移，内衬可以堆积大量的丝屑，这些丝屑可以最终完全阻碍丝移动穿过内衬。

利用干净的无润滑剂的丝，也尚未完全消除该丝屑问题。已经使用了惰性润滑剂，诸如，碳/石墨，但是这种润滑剂是粘附在丝的表面上的颗粒材料，并且，虽然这种润滑剂减少了生成刮屑的倾向，但是，由于沉积在表面上的石墨的量，所以它们未完全消除刮屑。即，丝表面的仅仅一小部分上会具有碳/石墨颗粒，所以，与使整个丝表面涂覆有润滑剂的情况相比，润滑剂的敏感性较低。已经利用其他非碳氢化合物润滑剂，诸如，聚四氟乙烯(PTFE)，俗称“铁氟龙”，进行了试验。然而，使用铁氟龙的问题是，由于铁氟龙是绝缘体，所以在焊接操作期间熔化丝所需的电流不均匀，因此可以引起电弧的不稳定性。

已经尝试了其他工艺变化，诸如，已经尝试了调节丝的韧度/硬度、进行铸造性和螺旋性变化、以及调节丝的直径以试图消除刮屑的问题，但是这些尝试都未取得成功。由此，仍然需要一种提供用于连续进料焊接机的铝焊丝的改进型工艺，这种铝焊丝基本无刮痕，并且还最小化了生成可以降低这种机器的效率的细粉的机会。

发明内容

公开了一种用于处理焊丝的方法。所述方法可以包括以下步骤：将来自线轴的配料丝进料到拉丝阶段；对所述配料丝进行拉丝，以产生直径减小的丝；对所述直径减小的丝进行拉丝，以产生最终直径丝；对所述最终直径的丝进行抛光，以从所述最终直径的丝的表面去除颗粒污染；以及将所述抛光过的丝缠绕到线轴上或者缠绕到线筒中。

公开了一种用于处理焊丝的系统。所述系统可以包括：放卷阶段，其用于放卷坯料丝；第一拉丝阶段，其用于接收来自所述放卷阶段的所述坯料丝并且用于将所述坯料丝减小到减小的直径；热处理阶段，其用于接收来自所述第一拉丝阶段的所述直径减小的丝并且用于对所述丝进行热处理；第二拉丝阶段，其用于接收来自所述热处理阶段的热处理过的丝并且用于对热处理过的丝进行拉丝以产生最终直径的丝；抛光阶段，其用于接收来自所述第二拉丝阶段的所述最终直径的丝并且用于从所述最终直径的丝的表面去除颗粒污染；润滑阶段，其用于涂覆润滑剂；以及卷绕阶段，其用于将抛光过的丝缠绕到线轴或者线筒上。

公开了一种焊丝的长度。所述焊丝可以具有：基本无金属细粉的表面；以及设置在所述焊丝的外表面上的一层润滑剂。在一些实施例中，所述焊丝为铝的合金。在其他实施例中，所述润滑剂选自由钼和钾组成的列表。

附图说明

附图图示了所公开方法的优选实施例，这些实施例是到目前为止为实际应用本方法的原理所设计的，在附图中：

图1是用于所公开系统和方法的示例性丝抛光设备的示意图；

图2是所公开系统的示例性实施例的示意图；以及

图3是所公开方法的示例性实施例的逻辑流程。

具体实施方式

公开了一种用于抛光和润滑铝焊丝的系统和方法。虽然该系统和方法是公开为与铝丝一起使用，但是要了解，本公开的原理可以与其他材料丝(诸如，铜)一起使用。

如上面描述的，在制造铝焊丝方面的现有尝试主要将重点放在提供表面润滑剂以最小化摩擦上，试图减少细粉的生成。如后文将更详细描述的，所公开的系统和方法的重点在从丝的表面去除细粉并且在丝的表面之上均匀地涂覆少量润滑剂。

在一个实施例中，通过使用丝抛光技术，从丝的表面去除细粉。在Boockmann的美国专利第5,382,455号和第5,409,535号中公开了这种抛光技术的示例，这些专利的全部内容以引用的方式并入本文。Boockmann技术利用抛光绳从丝的表面去除细粉。可以向抛光的丝涂覆少量润滑剂。在一个实施例中，该润滑剂包括钼(Mb)。在另一实施例中，在抛光处理期间涂覆润滑剂。例如，可以用一定量的润滑剂浸渍抛光绳，从而使得，随着绳对丝的抛光，将润滑剂均匀地涂覆在丝的表面。

图1图示了与所公开的系统和方法一起使用的示例性丝抛光布置。虽然将描述具体的丝抛光/润滑布置，但是要了解，该布置的提供仅仅是为了图示，而不是用于限制。正因为如此，所公开的系统和方法可以与多种其他合适的抛光和润滑技术一起使用。

如图1所示，可以在箭头“A”的方向上，在一堆辊子2、4之上从右到左并且通过已经用一定量的润滑剂浸渍过的一股绳8的多个环6，进给连续长度的铝丝1。在非限制示例性实施例中，绳8可以由一块粘胶纤维和芳纶制成。在一些实施例中，可以用润滑剂或者耐磨剂浸渍一股或者多股绳8。该股绳8从线轴10解开。将该股绳8解开，并且通过张力测量装置12和第一换向辊14在丝1周围成卷地引导到辅助辊15、然后到第二换向辊16、再到从动线轴18。

在一些实施例中，铝丝1和绳8在相反的方向上移动。在其他实施例中，铝丝1和绳8在相同的方向上移动。在一个非限制示例性实施例中，线1可以按照每分钟约1400英尺(fpm)的速度在箭头“A”的方向上移动，而绳8可以按照每分钟约25厘米(cpm)的速度在相干的方向上移动。

由于绳8和铝丝1的相对移动，绳8擦掉存在于丝的表面上的任何细粉。细粉嵌入在绳中并且带离丝。此时，将一定量的润滑剂(其可以浸渍在绳8中)转移到丝的表面，从而产生润滑过的无细粉的丝。然后，可以将丝转移到线轴上以便运输、存储和使用。

在一个非限制示例性实施例中，用足够量的脱模剂和Mb润滑剂的混合物浸渍绳8，以在成品丝表面上提供所需量的润滑剂。在一个实施例中，脱模剂可以是矿物油精。矿物油精可以用作用于Mb润滑剂的脱模剂，从而，随着绳8通过丝1，将润滑剂脱离到丝1的表面上。由于绳8环绕丝1，所以将润滑剂均匀地沉积到丝的整个表面上，这是对导致不均匀润滑剂涂覆的现有技术的改进。在一些实施例中，润滑剂可以沉积在丝表面上的量为约0.2mg/m²至5mg/m²。

使用Mb作为润滑剂的一个优点是其对产生的焊缝质量可以具有最小的影响。然而，要了解，也可以使用其他润滑剂，诸如，钾。另外，可以使用任何多种合适的耐磨化合物。

如本领域的普通技术人员要理解的，焊丝的制造可以包括多个拉丝、热处理和其他处理步骤，用于处理丝并且将丝的直径从坯料直径减小到适合特定连续焊接应用的最终直径。现在参照图2，描述了示例性丝制造系统。可以提供包含具有第一直径的坯料铝丝22的卷轴20。可以在箭头“B”的方向上将坯料铝丝22进给到第一拉丝阶段24，在第一拉丝阶段24处，可以将坯料丝22的直径减小到小于第一直径的第二直径。在一个非限制示例性实施例中，坯料铝丝22可以具有约9.5mm的直径，并且第一拉丝阶段可以产生约3.2mm的第二直径。然后，可以将拉丝后的丝26引导到热处理阶段28，在热处理阶段28处，可以执行一个或者多个热处理过程。虽然示出的是单个热处理阶段，但是要了解，可以使用多个单独的热处理阶段。另外，可以对丝进行单独的拉丝步骤，若需要，在其中穿插单独的热处理步骤。一个或者多个热处理步骤可以是退火步骤或者均质化步骤。

另外，虽然示出在热处理28之前仅仅是单个拉丝阶段24，但是要了解，在热处理之前可以采用一个以上的拉丝过程。然后，将热处理过的丝30引导到一个或者多个另外的拉丝阶段32a至32n，以进一步将丝的之间减小所需的量。要了解，若合适，另外的拉丝阶段32a至32n可以构成任何所需数量的单独阶段，以提供具有所需最终直径的丝。在一个实施例中，该系统可以包括多大十四个单独的拉丝阶段。最终拉丝阶段34可以将丝36减小到所需的最终直径。在最终拉丝阶段之后，可以将丝36引导到抛光/润滑阶段38，在抛光/润滑阶段38处，可以从丝的外表面去除铝和/或其他颗粒，并且，在抛光/润滑阶段38处，可以向丝的外部涂覆一层薄的润滑剂。在一个非限制示例性实施例中，抛光/润滑阶段38采用针对图1所描述的设备。然后，可以将拉丝、抛光和润滑过的丝40加载到线轴42上并且包装以便存储、运输和在连续焊接设备中使用。

在一个示例性实施例中，可以要求多大十四个拉丝步骤来将坯料丝的直径减小到用于连续焊接设备的最终直径。重要的是，将抛光/润滑阶段38定位在丝制造过程的最终拉丝阶段34的下游，刚好在最终丝包装步骤之前。通过在刚好在包装之前执行抛光/润滑步骤，可以在一个抛光步骤中去除由所有之前的拉丝步骤生成的细粉。

如要了解的，所公开的系统和方法发挥两种重要的功能。首先，它们从丝的表面去除铝细粉，由此消除了在焊接过程期间的丝屑。其次，在丝的表面添加了一层薄且均匀的润滑剂，这减小了在丝与连续焊接设备的内部部件之间的摩擦。所公开的嵌入式丝抛光/润滑系统和方法实现保持了焊缝完整性(即，焊缝孔隙问题小或者无焊缝孔隙问题)，提高了丝润滑性，并且消除了在焊接期间的丝屑。除了这些功能性优点之外，该系统和方法还提高了丝表面整形，为制得的丝提供了明亮且均匀的表面外观，无刮痕或者擦伤。

抛光/润滑过程的有效性通过以下测试来确定：(1)进丝测试；(2)抛光后的丝的焊缝孔隙测试；以及(3)丝表面润滑性测试。丝具有1.2mm的直径，并且涂覆有约0.2mg/m²至5.0mg/m²的润滑剂。要了解，也可以使用直径更小和更大的的丝(例如，0.8mm至约2mm)。

进丝测试

执行进丝测试，以模仿经发现会在焊接期间产生丝屑的“真实世界”的条件。该测试由如下组成：通过12英尺长的焊炬组件，进给标准处理的丝和抛光且润滑后的丝，持续60分钟。该组件包括若干弯头以复制在操作期间的最差情况：弯曲。针对每种丝直径，基于“标称”行业值，来选择焊炬内衬材料、尺寸和进丝速度。在每个持续1小时的进料测试结束时，擦除焊缝内衬，并且描述细粉量。如果从内衬擦出丝屑，则将进料测试描述为失败。在下面的表1中用表格示出了结果。

焊缝孔隙测试

根据AWSA5.10:1999“裸铝和铝合金焊接电极和焊条规范”第11节来执行焊缝孔隙测试。对标准生产的丝和在一段较长时间内生产的抛光/润滑后的丝进行焊接，并且针对焊缝孔隙拍射线照片。在长度为6英寸的焊缝中可允许的总孔隙为0.0225in²。在下面的表1中用表格示出了结果。

丝表面润滑性测试

丝表面润滑性通过测量紧靠彼此滑动的两组丝的静态摩擦系数(μ)来确定，如下：

μ = \frac{F_{R}}{F_{N}}

F_N＝法向力

F_H＝下坡施加的力

F_G＝万有引力

F_R＝摩擦力

μ＝静态摩擦系数

静态摩擦力通过增加角度θ直到滑动板开始移动(F_H>F_R)为止来确定。为了更好地表示进料内衬在焊接期间受到的实际摩擦，在单个丝样本的三侧(0°、+90°、-90°)的每一侧上进行多次摩擦测量。针对这三侧中的每一侧计算平均摩擦值，并且将这三个值求平均以确定针对该样本的丝的总静态摩擦系数值。在下面的表1中用表格示出了结果。

测试结果

在下面的表1中总结了这些测试的结果。

表1

可见，所公开的系统和方法提供的焊丝与标准处理的丝相比具有大幅减小的摩擦系数。另外，所公开的系统和方法提供的焊丝通过了焊缝孔隙行业标准，生成可接受的颗粒生成程度，并且维持了均匀、稳定的焊接电弧。

要了解，可以使用不同的润滑剂和绳的种类和材料，来修改或者改变丝的特性。也可以调节绳速、绳张力、绳的类型、润滑剂的类型、抛光距离、放置抛光机的位置(例如，独立的或者嵌入其他制造操作中)，来提供具有所需物理特性的丝。另外，可以通过使用所公开的系统和方法来抛光和润滑其他类型的丝(例如，钢丝、铜丝等)。

现在参照图3，将论述根据本公开的示例性方法。在步骤100中，从线轴进给坯料铝丝，并且对坯料铝丝进行第一拉丝步骤，在该第一拉丝步骤中，将坯料铝丝的直径减小第一量。在步骤200中，对直径减小的丝进行热处理步骤，在该热处理步骤哦中，使丝的一种或者多种物理或者化学性质改性。在步骤300中，将热处理后的丝引导到第二拉丝步骤，在该第二拉丝步骤中，将丝的直径减小第二量。在步骤400中，可选地，对丝进行多个另外的拉丝步骤，以将丝的直径减小另外的程度。在步骤500中，对丝进行最终拉丝步骤，在该最终拉丝步骤中，将丝的直径减小到适合自动焊接设备的最终值。在步骤600中，对丝进行抛光/润滑步骤，在该抛光/润滑步骤中，从丝的表面去除铝细粉并且在表面上涂覆一层薄的润滑剂。在一个实施例中，润滑剂包括涂覆为约0.2mg/m²至5.0mg/m²的Mb。在步骤700中，将拉丝、抛光和润滑后的丝准备好包装。

在一个实施例中，所公开的过程是从坯料铝丝线轴放卷到缠绕到存储卷轴上的连续过程。在一个非限制示例性实施例中，进丝速度为约2000fpm。在其他实施例中，该过程可以是分散地执行这些处理步骤中的部分的不连续过程。

虽然已经参照特定实施例对本发明进行了公开，但是在不脱离在随附权利要求书中限定的本发明的精神和范围的情况下，众多修改、更改和改变也是可能的。因此，本发明旨在不限于所描述的实施例，相反，本发明具有由以下权利要求书的语言及其等效物限定的完整范围。

Claims

1.一种用于处理焊丝的方法，其包括：

将来自线轴的配料丝进料到拉丝阶段；

对所述配料丝进行拉丝，以产生直径减小的丝；

对所述直径减小的丝进行拉丝，以产生最终直径丝；

对所述最终直径的丝进行抛光，以从所述最终直径的丝的表面去除颗粒污染；以及

将所述抛光过的丝缠绕到线轴上或者缠绕到线筒中。

2.根据权利要求1所述的方法，其包括：对所述直径减小的丝进行热处理，以产生热处理后的丝。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述坯料丝为铝合金，并且所述最终直径是适合用于连续焊接设备的直径。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，抛光所述最终直径的丝包括：将绳传递通过所述丝的表面。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，将绳传递通过所述丝的所述表面包括：将所述绳环绕所述丝，并且在与所述丝的移动方向相反的方向上移动所述绳。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述的进料、拉丝、热处理、抛光和缠绕步骤是连续制造工艺的组成部分。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述的进料、拉丝、热处理、抛光和缠绕步骤是非连续制造工艺的分立部分。

8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：润滑所述最终直径的丝，以在所述丝的所述表面上提供一层薄的润滑剂。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述润滑剂选自由钼和钾组成的列表。

10.一种用于处理焊丝的系统，其包括：

放卷阶段，其用于放卷坯料丝；

第一拉丝阶段，其用于接收来自所述放卷阶段的所述坯料丝并且用于将所述坯料丝减小到减小的直径；

第二拉丝阶段，其用于接收来自所述热处理阶段的热处理过的丝并且用于对热处理过的丝进行拉丝以产生最终直径的丝；

抛光阶段，其用于接收来自所述第二拉丝阶段的所述最终直径的丝并且用于从所述最终直径的丝的表面去除颗粒污染；以及

卷绕阶段，其用于将抛光过的丝缠绕到线轴或者线筒上。

11.根据权利要求10所述的系统，其进一步包括：热处理阶段，其用于接收来自所述第一拉丝阶段的所述直径减小的丝并且用于对所述丝进行热处理。

12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述坯料丝为铝合金，并且所述最终直径是适合用于连续焊接设备的直径。

13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述抛光阶段包括用润滑剂浸渍的绳，并且所述抛光阶段配置为将所述绳传递通过所述丝的表面。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，将所述绳环绕所述丝，并且在与所述丝的移动方向相反的方向上移动所述绳。

15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述的进料、拉丝、热处理、抛光和缠绕步骤是连续制造工艺的组成部分。

16.根据权利要求10所述的系统，其中，所述抛光阶段配置为润滑所述最终直径的丝，以在所述丝的所述表面上提供一层润滑剂。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述润滑剂选自由钼和钾组成的列表。

18.一种焊丝的长度，其包括：

基本无金属细粉的表面；以及

设置在所述焊丝的外表面上的一层润滑剂。

19.根据权利要求1所述的焊丝的长度，其中，所述焊丝为铝的合金。

20.根据权利要求2所述的方法，其中，所述润滑剂选自由钼和钾组成的列表。