CN112368109B - 微孔管状焊丝 - Google Patents

Abstract

一种具有一定长度和周长的微孔管状焊接电极可以包括粒状助焊剂填充芯部和包层，该粒状助焊剂填充芯部基本上沿该电极的长度延伸，该包层基本上沿该电极的长度延伸并且基本上包围且基本上包封该粒状助焊剂填充芯部。该包层可以包括多个孔，这些孔围绕该微孔管状焊接电极的周长并沿其长度分布。该微孔管状焊接电极可以通过首先使用诸如激光钻孔或化学蚀刻等工艺在材料(诸如钢或铝合金)条带中产生多个孔来形成。其次，可以将该条带形成为管状焊丝电极，该管状焊丝电极包含粒状粉末助焊剂材料的芯部。

Description

微孔管状焊丝

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年4月27日提交的美国临时专利申请号62/663,448以及于2019年4月25日提交的美国专利申请号16/394,978的优先权的权益，这两个美国专利申请均通过援引以其全文并入本文。

技术领域

本公开内容总体上涉及具有包含微孔或微穿孔的包层的焊丝。

背景技术

与氢相关联的裂纹(也被称为冷裂纹)是在管状焊丝电极的焊接期间可能出现的问题，特别是对于钢合金焊丝电极而言。期望减少在所有管状丝电极类型中的扩散氢，但是这种期望在未烘烤的无气体管状焊接电极中尤为明显，这些无气体管状焊接电极在制造期间不会经历烘烤工艺步骤，否则会排出水分和碳氢化合物。对于铝合金，存在类似的氢问题，但是会发现以孔隙形式出现的缺陷。

发明内容

根据本公开内容的一个方面，一种具有一定长度和周长的管状焊接电极包括粒状助焊剂填充芯部和包层，该粒状助焊剂填充芯部基本上沿该电极的长度延伸，该包层基本上沿该电极的长度延伸并且基本上包围且基本上包封该粒状助焊剂填充芯部。该包层包括多个孔，这些孔围绕该管状焊接电极的周长并沿其长度分布。这些孔的平均孔大小可以在1微米至30微米之间。该包层可以是钢材料或铝材料。

根据本公开内容的另一方面，一种用于制造管状焊接电极的方法可以包括以下步骤：提供具有一定长度和宽度的金属材料条带；产生至少部分地延伸穿过该条带的宽度的多个孔；使该条带沿该长度形成为“U”形；用粒状粉末助焊剂填充该条带的“U”形；以及机械地闭合该“U”形以形成包含该粒状粉末助焊剂的芯部的管状焊接电极。这些孔的平均孔大小可以在1微米至30微米之间。该方法可以包括将该管状焊接电极拉拔到期望直径的进一步步骤。该方法还可以包括烘烤该管状焊接电极以允许来自该粒状粉末助焊剂的水分和碳氢化合物从该管状焊接电极扩散出去的进一步步骤。可以通过激光钻孔或化学蚀刻在该条带中产生这些孔。该机械闭合可以涉及形成对接接缝或重叠接缝。

根据本公开内容的另一方面，一种用于制造管状焊接电极的方法可以包括以下步骤：提供具有一定长度和宽度的金属材料条带；产生至少部分地延伸穿过该条带的宽度的多个孔；使该条带沿该长度形成为基本上圆形的形状；对该条带进行焊接以形成沿该长度密封的管；以及用粒状粉末助焊剂填充该管以形成管状焊接电极。这些孔的平均孔大小可以在1微米至30微米之间。该方法可以包括将该管状焊接电极拉拔到期望直径的进一步步骤。该方法还可以包括烘烤该管状焊接电极以允许来自该粒状粉末助焊剂的水分和碳氢化合物从该管状焊接电极扩散出去的进一步步骤。可以通过激光钻孔或化学蚀刻在该条带中产生这些孔。

应当理解的是，前述总体描述和以下详细描述都描述了各种实施例，并且旨在提供综述或框架，以理解所要求保护的主题的性质和特征。这些附图用以提供对各实施例的进一步理解，并结合在本说明书内、构成本说明书的一部分。附图展示了本文所描述的各实施例，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

以下是对附图中描绘的示例的描述。附图不一定按比例绘制，并且出于清晰或简明的目的，附图的某些特征和某些视图可能按比例夸大或示意性示出。

图1A是示出了孔的入口的俯视平面图的图；

图1B是示出了图1A所示的孔的侧视截面图的图；

图2A是示出了孔的入口的俯视平面图的图；

图2B是示出了图2A所示的孔的侧视截面图的图；

图3A是示出了孔的入口的俯视平面图的图；

图3B是示出了图3A所示的孔的侧视截面图的图；

图4A是示出了孔的入口的俯视平面图的图；

图4B是示出了图4A所示的孔的侧视截面图的图；

图5A是示出了孔的入口的俯视平面图的图；

图5B是示出了图5A所示的孔的侧视截面图的图；

图6是示出了材料条带的图；

图7是示出了已经被形成为“U”形的材料条带的图；

图8是示出了用粒状助焊剂填充的“U”形条带的图；

图9是示出了被形成为用粒状助焊剂填充并用对接接缝闭合的包层的条带的图；

图10是示出了被形成为用粒状助焊剂填充并用重叠接缝闭合的包层的条带的图；以及

图11是示出了根据本公开内容的制造方法的流程图。

当结合附图阅读时，将更好地理解前述发明内容以及以下详细的描述。应当理解的是，权利要求不限于附图中所示的布置和工具。此外，图中所示的外观是可以被采用以实现装置的所述功能的许多装饰性外观之一。

具体实施方式

在以下详细的描述中，阐述了具体的细节，以便提供对本公开内容的实施例的全面理解。然而，本领域技术人员将清楚，在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下也可以实践所公开的示例。为简洁起见，可能并不详细描述众所周知的特征或工艺。此外，相似或相同的附图标记可以用于标识共同或相似的要素。

用于制造管状焊接电极的常规工艺包括使用优选尺寸的条带。该条带在成形机中被形成为“U”形，目的是在其中添加粒状粉末助焊剂填充物以形成芯部。在已经添加助焊剂填充物之后，通常以对接接缝或重叠接缝的方式将“U”形管机械地闭合。利用这种工艺，焊丝中的接缝是纯机械的并且未密封。在将接缝机械闭合之后，随后将管状丝电极拉拔到期望直径、进行烘烤(或取决于产品设计，不进行烘烤)并包装。

管状电极内部的助焊剂芯部粉末材料中的水分和碳氢化合物的逸出路径目前限于仅在被烘烤的管状焊丝通过在焊接和烘烤工艺步骤期间未密封的折叠接缝(对接接缝或重叠接缝)发生。该“开放”的接缝位于单个“时钟位置”处(例如，12:00点钟的位置处)，因此在管状丝电极的整个周长上仅允许一条通过包层的逸出路径。因此，期望一种管状焊丝电极，该管状焊丝电极允许从丝电极的整个周长周围逸出。

用于制造管状焊接电极的另一种常规工艺方法被称为“无缝工艺”。该制造方法包括使用被形成为直径相对较大(例如，大约为5/8英寸)的全周长圆形/管状的条带。然后对纵向接缝进行焊接，并且因此100％密封在一起——因此为术语“无缝”。然后在离线振动填充过程中将助焊剂添加到该“无缝管”中。然后在一系列退火和拉拔还原步骤中将丝电极拉拔到最终期望的焊丝直径。在用“无缝”管状焊接电极进行焊接期间，没有供内部助焊剂芯部粉末材料中的水分和碳氢化合物在周长上的任何位置通过包层逸出的逸出路径。因此，期望一种通过“无缝工艺”制造的管状焊丝电极，该管状焊丝电极允许从丝电极的整个周长周围逸出。

本公开内容涉及使用用于制造和拉拔“折叠”管状焊接电极和“无缝”管状焊接电极两者的条带中包含的小孔或小穿孔(这些小孔或小穿孔可以被称为微孔或微穿孔)，目的是在焊接期间提供更好的排气性。这种更好的排气性在所有钢合金和铝合金类型中特别有效、合需且有用。对于所有管状构造的焊丝合金和类型，这种增强的脱气也是有益的。例如，除了钢合金和铝合金类型之外，微孔也可以被引入到其他合金中，诸如不锈钢合金、镍基合金和铜基合金。根据本公开内容的焊丝电极可以被视为具有微孔的。

管状焊丝包层中的“孔”(或“穿孔”)可以被视为包含在该包层内的不包含包层材料的体积。这样，孔可以包含空气、气体(除空气之外)、真空或液体。通常，孔将从具有宽度的包层的内表面或外表面延伸。孔可以部分地或完全地延伸穿过包层的宽度。

孔可以围绕包层的周长并沿其长度分布。至少出于围绕包层分布这些孔的目的，无论包层是具有圆形截面、“U”形截面、“C”形截面还是椭圆形截面，都可以认为包层具有“周长”。孔不必以任何特定的图案分布。“围绕”周长分布孔是指孔可以围绕包层径向地位于不同位置处。“沿”包层分布孔是指孔可以沿包层的长度轴向地位于不同位置处。孔可以完全延伸穿过包层，或(从包层的内表面或外表面)部分地延伸穿过包层，或完全延伸穿过和部分地延伸穿过两者均可。在一些实施例中，可能有利的是，将孔均匀地(或大致均匀地)围绕包层并沿该包层分布，使得平均孔分布在整个包层中大致相等。在其他实施例中，可能有利的是，围绕包层或沿该包层在不同的位置处具有不同的平均孔分布以改变包层的性质(如相对排气性质)。

将小孔引入管状焊丝包层中会产生附加的逸出路径，以用于在焊接期间将水分和碳氢化合物从无气体管状焊丝电极和气体掩盖管状焊丝电极两者内包含的助焊剂芯部粉末材料中排出。例如，孔可以允许诸如氢气和二氧化碳等气体逸出。无论焊丝在焊接之前是已被烘烤还是未被烘烤，孔对于脱气都可能是有用的。

而且，将小孔引入管状焊丝包层中产生附加的逸出路径，以用于在焊丝烘烤工艺期间将水分和碳氢化合物从管状焊丝电极中包含的助焊剂芯部粉末材料中排出。例如，管状焊接电极可以通过电阻式预热烘烤进行在线烘烤。

取决于孔或穿孔的大小和数量，这些孔可以用于提供管状丝电极的增加的I²R电阻加热，这可以提高沉积速率并降低电弧功率要求。

微孔焊丝电极可以与包围粒状粉末助焊剂芯部或固体金属芯部的包层一起使用。

就孔大小而言，所公开的示例焊丝的孔既足够大以允许排气，同时也足够小以将粒状粉末助焊剂保持在丝电极的芯部中。在可行的情况下，可以期望的是，减小孔大小。例如，较小的孔将限制粒状粉末助焊剂可以通过孔逸出的可能性，并且只要这些孔足够大以允许排气，这些孔将在实践中仍然有用。例如，孔大小可以大约为：1微米至30微米、或5微米至20微米、或10微米。孔大小可以被认为是孔直径(对于圆形孔/圆柱形孔而言)或孔宽度(对于非圆形孔或非圆柱形孔而言)。孔大小可以被测量为平均孔大小，该平均孔大小可以例如被计算为中值孔大小。可替代地，平均孔大小可以被计算为均值孔大小。这些孔可以是不同大小的范围或者所有孔都是大致相同的大小。入口孔大小不必等于出口孔大小。

根据本公开内容的孔不限于任何特定形状。例如，孔可以是圆柱形的或近似圆柱形的。图1A和图1B中示出了具有圆形截面的孔110，该孔延伸穿过条带材料120。图2A和图2B中示出了具有椭圆形截面的孔210，该孔延伸穿过条带材料220。图3A和图3B中示出了具有狭缝形截面的孔310，该孔延伸穿过条带材料320。图4A和图4B中示出了具有“墨水瓶”形状的孔410(即，在一侧通入较宽开口的狭窄开口)，该孔延伸到条带材料420中。无论孔的形状如何，这些孔都可以彻底地穿过条带材料(并且因此彻底地穿过包层)，如图1A至图3B所示，或者可以仅部分地穿过条带材料的宽度，如图4A至图5B所示。使孔彻底地穿过条带材料可以增强孔的排气能力。限制孔彻底地穿过条带可以增强粒状粉末助焊剂在电极内的保持力，并且可以允许进一步使用孔，例如，如下面更详细讨论的。孔可以包括一定范围内的不同形状或者所有孔都是大致相同的形状。

根据本公开内容的一方面，示例焊丝电极可以通过首先提供具有长度和相对的平坦表面(图6中示出了一个平坦表面610)的条带600来制造。条带600可以包含孔或穿孔(微孔或微穿孔)。可替代地，可以不对条带进行穿孔，而是可以在已经形成焊丝电极之后添加孔或穿孔。

示例条带700沿该条带的长度形成为“U”形，如图7所示。“U”形也可以被称为“C”形或半圆形。在形成“U”形之后，则用粒状助焊剂810填充条带800，如图8所示。该粒状助焊剂可以是粒状粉末助焊剂或粒状金属助焊剂。在填充之后，机械地闭合“U”形(例如，经由对接接缝920或重叠接缝1020)以形成包层900、1000，该包层至少基本上(如果不是完全地)包封粒状粉末助焊剂910、1010，因此形成管状焊接电极，如图9和图10所示。相比常规无缝工艺，该制造方法提供了高效且更便宜的途径，同时仍然降低(例如，防止)酸和/或其他不期望的化学品与粒状助焊剂填充芯部发生反应的能力。接缝可以通过其他方法形成，例如，通过激光焊接。

图11的流程图中示出了示例制造方法1100。提供1102条带材料。条带1100可以包含孔或穿孔(微孔或微穿孔)。可替代地，可以不对条带进行穿孔，而是可以在已经形成焊丝电极之后添加孔或穿孔。选择1104有接缝制造或无接缝制造。针对有接缝制造，使具有涂层的条带沿该条带的长度形成1110为“U”形。在形成“U”形之后，则用粒状助焊剂填充1112该条带。在填充之后，机械地闭合1114“U”形以形成包层，该包层包封粒状粉末助焊剂，从而形成管状焊接电极。如果期望1130，则可以拉拔1132管状焊接电极以将直径减小到期望直径1134。

可替代地，代替将条带形成为“U”形，该条带可以沿其长度形成1120为基本上圆形的形状。在形成为圆形形状之后，则可以沿该条带的长度对该条带进行焊接1122，以形成密封管。然后，可以例如通过振动填充工艺用粒状助焊剂填充该密封管1124，以形成管状焊接电极。如果期望1130，则可以拉拔1132管状焊接电极以将直径减小到期望直径1134。例如，可以将直径为5/8英寸的密封管或管状焊接电极拉拔到3/8英寸的直径，或者进一步拉拔到3/32英寸的直径，或者进一步拉拔到0.045英寸的直径。

就在焊丝电极中产生孔而言，可以使用的可能技术是激光钻孔或化学蚀刻。激光钻孔可以用于在铁条带合金和非铁条带合金两者中产生孔，这些孔具有如本公开内容中所公开的孔大小。化学蚀刻也可以用于铁条带合金和非铁条带合金两者。在将条带形成为焊丝电极之前，可以在条带材料中产生孔。在将条带形成为焊丝电极之前这样做可以提供某些制造优势，如使得更易于产生孔并且提高了制造工艺的效率。可替代地，可以在已经形成焊丝电极之后在焊丝电极的包层中产生孔。

根据本公开内容的另一方面，可以出于提供信息的目的而对孔进行定位。例如，可以产生特定的孔图案(例如，通过受控的激光钻孔产生的图案)，使其在焊丝电极的外部是可见的。然后可以通过合适的设备扫描或读取特定的孔图案。该图案可以提供关于例如焊丝批次、焊丝类型、焊丝组成、焊丝英寸数或加热特性等信息，或者提供可能有用的任何其他信息。

根据本公开内容的另一方面，本文公开的微孔焊丝电极可以用于容纳如润滑剂等液体。为了容纳润滑剂，可能优选的是，限制孔的深度，使得孔不延伸穿过条带材料的整个宽度。进一步地，关于容纳润滑剂，可能有利的是，使用具有“墨水瓶”形状的孔以便最大化每个孔可以容纳的润滑剂的体积。

根据本公开内容的另一方面，本文公开的微孔焊丝电极可以使得包含在粒状助焊剂填充芯部中的铜浸出，以促进在焊接期间改善接触端头的导电率。

本文描述的某些要素被明确标识为可选的，而其他要素未以此方式标识。即使未如此标识，也应注意的是，在一些实施例中，这些其他要素中的一些要素并非旨在被解释为是必需的，并且本领域技术人员将其理解为是可选的。

尽管已经参考某些实施方式描述了本公开内容，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本方法和/或系统的范围的情况下，可以进行各种改变并且等效物是可以替代的。另外，在不脱离本公开内容范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应于本公开内容的教导。例如，所公开的示例的系统、框和/或其他部件可以被组合、划分、重新布置和/或以其他方式被修改。因此，本公开内容不限于所公开的特定实施方式。相反，本公开内容将包括无论是从字面上还是在等同物原则下都落入所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (23)

1.一种具有长度和周长的管状焊接电极，所述管状焊接电极包括：

粒状助焊剂填充芯，所述粒状助焊剂填充芯沿所述电极的所述长度延伸；以及

包层，所述包层具有包层宽度，并且沿所述电极的所述长度延伸并且包围且包封所述粒状助焊剂填充芯；

其中，所述包层包括多个孔，所述多个孔从外表面至少部分地穿过所述包层宽度延伸，并且围绕所述管状焊接电极的所述周长以及沿所述长度分布，

其中，所述多个孔各自具有墨水瓶形状，所述墨水瓶形状在所述外表面处具有狭窄开口，所述狭窄开口延伸到较大开口中，限定一定深度和部分封闭的用于容纳润滑剂的体积。

2.如权利要求1所述的管状焊接电极，其中，所述多个孔的平均孔大小在1微米至30微米之间。

3.如权利要求1所述的管状焊接电极，其中，所述包层是钢材。

4.如权利要求1所述的管状焊接电极，其中，所述包层是铝材。

5.如权利要求1所述的管状焊接电极，其中，所述多个孔中的至少一些孔仅部分地穿过所述包层宽度延伸并且容纳所述润滑剂。

6.一种用于制造管状焊接电极的方法，所述方法包括以下步骤：

a.提供具有长度和宽度的金属材料条带；

b.产生从所述条带的外表面至少部分地穿过所述条带的所述宽度延伸的多个孔，其中所述多个孔各自具有墨水瓶形状，所述墨水瓶形状在所述外表面处具有狭窄开口，所述狭窄开口延伸到较大开口中，限定深度和部分封闭的体积；

c.使所述条带沿所述长度形成为“U”形；

d.用粒状粉末助焊剂填充所述条带的所述“U”形；以及

e.机械地闭合所述“U”形以形成管状焊接电极，所述管状焊接电极具有直径且包含所述粒状粉末助焊剂的芯。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述多个孔的平均孔大小在1微米至30微米之间。

8.如权利要求6所述的方法，进一步包括步骤f)：将所述管状焊接电极拉拔到期望直径，其中所述期望直径比所述直径窄。

9.如权利要求6所述的方法，进一步包括步骤g)：烘烤所述管状焊接电极以允许来自所述粒状粉末助焊剂的水分和碳氢化合物从所述管状焊接电极扩散出去。

10.如权利要求6所述的方法，其中，所述多个孔中的至少一些孔仅部分地穿过所述条带的所述宽度延伸，并且进一步包括步骤h)：用液体填充所述多个孔中的仅部分地穿过所述条带的所述宽度延伸的至少一些孔。

11.如权利要求6所述的方法，其中，所述步骤b)的产生多个孔包括对所述条带进行激光钻孔以产生所述多个孔。

12.如权利要求6所述的方法，其中，所述步骤b)的产生多个孔包括对所述条带进行化学蚀刻以产生所述多个孔。

13.如权利要求6所述的方法，其中，所述步骤e)的机械闭合包括形成对接接缝或重叠接缝。

14.一种用于制造管状焊接电极的方法，所述方法包括以下步骤：

a.提供具有长度和宽度的金属材料条带；

b.产生从所述条带的外表面至少部分地穿过所述条带的所述宽度延伸的多个孔，其中所述多个孔各自具有墨水瓶形状，所述墨水瓶形状在所述外表面处具有狭窄开口，所述狭窄开口延伸到较大开口中，限定深度和部分封闭的体积；

c.使所述条带沿所述长度形成为圆形的形状；

d.对所述条带进行焊接以形成沿所述长度密封的管；以及

e.用粒状粉末助焊剂填充所述管以形成管状焊接电极，所述管状焊接电极具有直径并且包含所述粒状粉末助焊剂的芯。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述多个孔的平均孔大小在1微米至30微米之间。

16.如权利要求14所述的方法，进一步包括步骤f)：将所述管状焊接电极拉拔到期望直径，其中所述期望直径比所述直径窄。

17.如权利要求14所述的方法，进一步包括步骤g)：烘烤所述管状焊接电极以允许来自所述粒状粉末助焊剂的水分和碳氢化合物从所述管状焊接电极扩散出去。

18.如权利要求14所述的方法，其中，所述多个孔中的至少一些孔仅部分地穿过所述条带的所述宽度延伸，并且进一步包括步骤h)：用液体填充所述多个孔中的仅部分地穿过所述条带的所述宽度延伸的至少一些孔。

19.如权利要求14所述的方法，其中，所述步骤b)的产生多个孔包括对所述条带进行激光钻孔以产生所述多个孔。

20.如权利要求14所述的方法，其中，所述步骤b)的产生多个孔包括对所述条带进行化学蚀刻以产生所述多个孔。

21.一种具有长度和周长的管状焊接电极，所述管状焊接电极包括：

粒状助焊剂填充芯，所述粒状助焊剂填充芯沿所述电极的所述长度延伸；以及

包层，所述包层具有包层宽度，并且沿所述电极的所述长度延伸并且包围且包封所述粒状助焊剂填充芯；

其中，所述包层包括多个孔，所述多个孔从外表面至少部分地穿过所述包层宽度延伸，并且围绕所述管状焊接电极的所述周长以及沿所述长度分布，

其中，所述多个孔具有墨水瓶形状，所述墨水瓶形状在所述外表面处具有狭窄开口，所述狭窄开口通入较宽开口。

22.一种用于制造管状焊接电极的方法，所述方法包括以下步骤：

a.提供具有长度和宽度的金属材料条带；

b.产生从所述条带的外表面至少部分地穿过所述条带的所述宽度延伸的多个孔，其中所述多个孔具有墨水瓶形状，所述墨水瓶形状在所述外表面处具有狭窄开口，所述狭窄开口通入较宽开口；

c.使所述条带沿所述长度形成为“U”形；

d.用粒状粉末助焊剂填充所述条带的所述“U”形；以及

e.机械地闭合所述“U”形以形成管状焊接电极，所述管状焊接电极包含所述粒状粉末助焊剂的芯。

23.一种用于制造管状焊接电极的方法，所述方法包括以下步骤：

a.提供具有长度和宽度的金属材料条带；

b.产生从所述条带的外表面至少部分地穿过所述条带的所述宽度延伸的多个孔，其中所述多个孔具有墨水瓶形状，所述墨水瓶形状在所述外表面处具有狭窄开口，所述狭窄开口通入较宽开口；

c.使所述条带沿所述长度形成为圆形的形状；

d.对所述条带进行焊接以形成沿所述长度密封的管；以及

e.用粒状粉末助焊剂填充所述管以形成管状焊接电极。