JP2016533898A - 耐食溶接電極用のシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は包括的に溶接、より具体的には、ガスメタルアーク溶接(GMAW)またはフラックスコアアーク溶接(GMAW)等のアーク溶接用の溶接ワイヤに関する。開示される中空溶接ワイヤは、シースとコアとを備え、該中空溶接ワイヤは、有機安定剤成分と、希土類成分と、ニッケル、クロムおよび銅の１つまたは複数を含む耐食成分とを含む。
Description
［関連出願の相互参照］
本出願は、2013年10月9日出願の米国仮出願第61/888,965号「耐食溶接電極用のシステムおよび方法（SYSTEMS AND METHODS FOR CORROSION-RESISTANT WELDING ELECTRODES）」、2014年9月24日出願の米国仮出願第62/054,818号「耐食溶接電極用のシステムおよび方法（SYSTEMS AND METHODS FOR CORROSION-RESISTANT WELDING ELECTRODES）」（あらゆる目的でその内容は全て引用することにより本明細書の一部をなすものとする）による優先権およびその利益を主張するものである。
本出願は、2013年10月9日出願の米国仮出願第61/888,965号「耐食溶接電極用のシステムおよび方法（SYSTEMS AND METHODS FOR CORROSION-RESISTANT WELDING ELECTRODES）」、2014年9月24日出願の米国仮出願第62/054,818号「耐食溶接電極用のシステムおよび方法（SYSTEMS AND METHODS FOR CORROSION-RESISTANT WELDING ELECTRODES）」（あらゆる目的でその内容は全て引用することにより本明細書の一部をなすものとする）による優先権およびその利益を主張するものである。
本発明は包括的には、溶接に関し、より具体的には、ガスメタルアーク溶接(GMAW)またはフラックスコアアーク溶接(FCAW)等のアーク溶接用の電極に関する。
溶接は、多様な用途のために様々な産業に遍在するようになったプロセスである。例えば、溶接は多くの場合、造船、海上プラットフォーム、建設、パイプミル等の用途に用いられる。いくつかの溶接技法（例えば、ガスメタルアーク溶接(GMAW)、ガスシールドフラックスコアアーク溶接(FCAW-G)、およびガスタングステンアーク溶接(GTAW)）は通常、溶接プロセス時に、溶接アークおよび溶接プール中およびその周囲に特定の局所的な雰囲気を提供するのにシールドガス（例えば、アルゴン、二酸化炭素または酸素）を用いるのに対し、他の溶接（例えば、フラックスコアアーク溶接(GMAW)、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）およびシールドメタルアーク溶接(SMAW)）は用いない。さらに、いくつかのタイプの溶接は、溶接ワイヤの形態の溶接電極を伴い得る。溶接ワイヤは一般的に、溶接に用いる或る供給量の溶加金属を供給するとともに溶接プロセス時に電流経路を提供することができる。さらに、いくつかのタイプの溶接ワイヤ（例えば、中空溶接ワイヤ）は、溶接プロセスおよび／または得られる溶接部の特性を概ね変えることができる１または複数の成分（例えば、フラックス、アーク安定剤または他の添加剤）を有することができる。
一実施の形態において、中空溶接ワイヤは、シースとコアとを備え、該中空溶接ワイヤは、有機安定剤成分と、希土類成分と、ニッケル、クロムおよび銅の１つまたは複数を含む耐食成分とを含む。
一実施の形態において、耐食性の溶着物が被覆ワーク上に形成される。溶着物は、約０．５重量％〜約２１重量％のクロム、約０．０２重量％〜約１２重量％のニッケル、および約０．０５重量％〜約１重量％の銅を含む。加えて、溶着物は、溶着物１inch当たり約0.25inch未満の多孔度を有する。
一実施の形態において、中空溶接ワイヤを製造する方法は、コアを金属シース内に配することを含む。コアは、有機分子または有機ポリマーのナトリウム塩またはカリウム塩を含む有機安定剤成分を含む。該コアは、ランタニドシリーズの１または複数の元素または化合物を含む希土類成分を含む。該コアはまた、カリウム、ナトリウム、ケイ素、チタンおよびマンガンの１または複数の酸化物を有する凝集体を含む。該コアは、ニッケル、クロムおよび銅の１つまたは複数を含む耐食成分を更に含む。本方法はまた、金属シースをコアの周りに加圧して、中空溶接ワイヤを形成することを含む。
本発明のこれらの特徴、態様および利点並びに他の特徴、態様および利点は、同様の符号が図全体を通して同様の部品を表す添付の図面を参照しながら以下の詳細な記載を読めば、よりよく理解されることであろう。
本開示の１または複数の具体的な実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提示するために、実際の実施のあらゆる特徴を本明細書中で説明することはできない。当然のことながら、何らかの技術計画または設計計画のような、任意のかかる実際の実施の発展において、開発者の特定の目的、例えばシステム関連および事業関連の制約の順守を実現するために、実施時には多数の固有の判断を行わなければならず、これらの判断は一実施毎に異なる可能性がある。その上、当然のことながら、このような開発努力は、複雑かつ時間を要するにもかかわらず、本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作および製造のルーチン的取組みであると考えられる。
本開示の様々な実施形態の要素を採用する際、数量を特定していない冠詞（the articles "a," "an," "the," and "said"）は、１または複数の要素が存在することを意味するように意図されるものである。「構成する」、「含む」および「有する」（"comprising," "including," and "having"）という用語は、包括的なものであり、また列挙した要素以外に更なる要素が存在し得ることを意味するように意図されるものである。当然のことながら、本明細書中で使用する場合、「中空溶接電極」または「中空溶接ワイヤ」という用語は、金属シースと粒状コアまたは粉末状コアとを有する何らかの溶接ワイヤまたは溶接電極、例えば、メタルコアのまたはフラックスコアの溶接電極を指し得るものである。また、当然のことながら、「安定剤」または「添加剤」という用語も包括的に、アークの質、溶接の質を改善させるか、またはそうでなければ溶接プロセスに影響を及ぼす、中空溶接材の何らかの成分を指すのに使用することができる。さらに、本明細書中で使用する場合、「約」は包括的に、いくつかの実施形態において、実際値から０．０１％未満、０．１％未満、または１％未満の差（例えば、より大きいかまたはより小さいもの）を表し得る近似値を指すものとすることができる。すなわち、「近似」値は、いくつかの実施形態において、表示値の０．０１％以内、０．１％以内、または１％以内の精度のもの（例えば、プラスまたはマイナス）とすることができる。本明細書中で使用される場合、「ステンレス鋼」は、少なくとも１０．５重量％のクロムと、少なくとも５０重量％の鉄とを含む任意の鋼である。ステンレス鋼の例の非限定的なリストとしては、２００シリーズのステンレス鋼、３００シリーズのステンレス鋼および４００シリーズのステンレス鋼が挙げられる。
上述のように、或る特定のタイプの溶接電極（例えば、中空溶接ワイヤ）は、溶接プロセス、および得られる溶接部の特性を概ね変え得る１または複数の成分（例えば、フラックス、アーク安定剤、または他の添加剤）を含んでいてもよい。例えば、いくつかの本開示の溶接電極の実施形態は、溶着物の腐食または酸化に対する耐性を向上または改善させ得る１または複数の耐食成分（例えば、ニッケル、クロム、銅、および／またはそれらの合金若しくは混合物）を含む。加えて、いくつかの本開示の溶接電極の実施形態は、被覆ワーク（例えば、亜鉛めっきワークまたは窒化ワーク）の溶接に寄与する還元雰囲気をもたらすとともに、アークの安定性を概ね改善させ得る有機安定剤（例えば、誘導体化セルロースベース成分）を含む。本明細書中で使用される場合、「有機安定剤」とは、有機部分（例えば、炭素系分子またはポリマー鎖）と、安定剤部分（例えば、第Ｉ／ＩＩ族の金属イオン）とを有する、有機塩または有機金属化合物を指すことができる。いくつかの本開示の溶接電極の実施形態はまた、溶接中のアークの形状および溶け込みを制御することを概ね助け得る希土類成分（例えば、ランタニド合金、ランタニドシリサイド）を含む。いくつかの実施形態では、炭素含有率がより低い金属シースを使用することで、例えば、溶接中に、より低いスパッタ速度、少ない溶接ヒューム、および／またはワークへの溶け込みの減少がもたらされ得る。その上、いくつかの実施形態において、開示される中空溶接ワイヤは、比較的高いクロム含有率（例えば、４ｗｔ％〜６ｗｔ％のクロム）を有する溶着物の形成を可能とするのに好適な組成を有し、これによって、溶着物内の溶液中に窒素が保持されて、溶接多孔性を軽減または抑えることができる。それは、溶接用ワークが高窒素含有率（例えば窒化鋼）を有する場合に、低多孔性溶着物（例えば、溶接部１inch当たり約0.25inch未満または約0.10inch未満の多孔度）をもたらすのに特に有用であると理解することができる。
したがって、いくつかの実施形態では、本開示の中空溶接ワイヤが、進行速度が速くても（例えば、30in/min超または40in/min超）、被覆（例えば、亜鉛めっき、亜鉛めっき後の焼きなまし処理（galvannealed：合金化亜鉛めっき）、アルミニウム蒸着、窒化処理、塗装等）ワーク、および／またはより薄い（例えば、２０ゲージ、２２ゲージ、２４ゲージ以下の）ワークの溶接性を向上させる。さらに、耐食性の溶接部が望まれる場合、開示される中空溶接ワイヤのいくつかの実施形態のシースおよび／またはコア内の上述の耐食成分（例えば、ニッケル、クロム、銅、および／またはそれらの合金若しくは混合物）が、軟鋼溶着物と比べて溶着物の耐食性を改善させることができる。いくつかの実施形態では、開示される中空溶接ワイヤのシースを、ＡＷＳ（American Welding Society）のA5.22により規定されるような、ステンレス鋼シース（例えば、３０４、４０９、４１０または４３０ステンレス鋼）等の耐食性のシースとすることができる。加えて、いくつかの実施形態では、開示される中空溶接ワイヤにより形成される耐食性の溶着物を、AWS A5.22に準拠するステンレス溶着物（例えば、３０４、４０９、４１０または４３０ステンレス鋼）とすることができる。開示される中空溶接ワイヤのいくつかの実施形態により可能となる耐食性の改善は、溶着後に溶着物を加工および被覆（例えば、亜鉛めっき）するといった溶接後のいくつかのプロセス工程を省略するものであってもまたは補足するものであってもよい。加えて、いくつかの本開示の中空溶接ワイヤは、特定の直径（例えば、0.024in、0.030in、0.035in、0.0375in、0.040in、または他の好適な直径）に引き抜かれることで、良好な伝熱率および溶着速度をもたらし、および／またはより薄いワークの溶接を可能にすることができる。
図を参照すると、図１は、本開示に従った溶接電極（例えば、中空溶接ワイヤ）を用いるガスメタルアーク溶接(GMAW)システム１０の一実施形態を示す。本説明は、図１に示されているＧＭＡＷシステム１０に特に重点を置くものであり得るが、本開示の溶接電極は、溶接電極を用いる任意のアーク溶接プロセス（例えば、FCAW、FCAW-G、GTAW、SAW、SMAWまたは同様のアーク溶接プロセス）に利することができることを理解すべきである。溶接システム１０は、溶接電源１２と、溶接ワイヤフィーダー１４と、ガス供給システム１６と、溶接トーチ１８とを備える。溶接電源１２は一般的に、溶接システム１０に給電し、ケーブル束２０を介して溶接ワイヤフィーダー１４に接続することができ、また、クランプ２６を有するリードケーブル２４を用いてワーク２２に接続することができる。図示の実施形態では、溶接ワイヤフィーダー１４は、溶接システム１０の動作時に中空の消耗溶接ワイヤ（すなわち溶接電極）を溶接トーチ１８に供給するとともに給電するために、ケーブル束２８を介して溶接トーチ１８に接続される。別の実施形態では、溶接電力ユニット１２は、溶接トーチ１８と接続して溶接トーチ１８に直接給電することができる。
溶接電源１２は一般的に、電力変換回路を有することができ、電力変換回路は、交流電源３０（例えば、ＡＣ電力グリッド、エンジン／発電機セット、またはそれらの組合せ）から入力電力を受け取り、その入力電力を調節し、ケーブル２０を介してＤＣ出力電力またはＡＣ出力電力を供給する。そのようなものとして、溶接電源１２は、溶接ワイヤフィーダー１４に給電することができ、この溶接ワイヤフィーダー１４がさらに、溶接システム１０の要求に従って溶接トーチ１８に給電する。クランプ２６において終端するリードケーブル２４は、溶接電源１２をワーク２２に接続して、溶接電源１２と、ワーク２２と、溶接トーチ１８との間での回路を閉じる。溶接電源１２は、溶接システム１０の要求による指定に応じて、ＡＣ入力電力を直流棒プラス（ＤＣＥＰ）出力、直流棒マイナス（ＤＣＥＮ）出力、ＤＣ可変極性、パルスＤＣまたは可変平衡（例えば、平衡または不平衡）ＡＣ出力に変換することが可能な回路素子（例えば、変圧器、整流器、スイッチ等）を有することができる。本開示の溶接電極（例えば、中空溶接ワイヤ）は、多数の異なる電力構成のために溶接プロセスに対する改善（例えば、アーク安定性の改善および／または溶接品質の改善）を可能にすることができることが理解されるべきである。
図示の溶接システム１０は、ガス供給システム１６を有し、このガス供給システム１６が、シールドガスまたはシールドガス混合気を１または複数のシールドガス源１７から溶接トーチ１８に供給する。図示の実施形態では、ガス供給システム１６は、ガス導管３２を介して溶接トーチ１８に直接接続されている。別の実施形態では、ガス供給システム１６は代わりにワイヤフィーダー１４に接続することができ、ワイヤフィーダー１４は、ガス供給システム１６から溶接トーチ１８へのガスの流れを調整することができる。シールドガスとは、本明細書で用いる場合、（例えば、アークを遮断し、アーク安定性を高め、金属酸化物の形成を制限し、金属表面の湿潤を高め、溶着物の化学的性質を変える等のために）特定の局所的な雰囲気を提供するために、アークおよび／または溶接プールに供給することができる任意のガスまたはガスの混合気を指し得る。いくつかの実施形態において、シールドガス流は、シールドガスまたはシールドガス混合気（例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、二酸化炭素（ＣＯ2）、酸素（Ｏ2）、窒素（Ｎ2）、類似の好適なシールドガス、またはそれらの任意の混合気）であり得る。例えば、シールドガス流（例えば、導管３２を経由して送達される）として、Ａｒ、Ａｒ／ＣＯ2混合気（例えば、Ａｒ中、１％〜９９％のＣＯ2）、Ａｒ／ＣＯ2／Ｏ2混合気、Ａｒ／Ｈｅ混合気等を挙げることができる。具体例において、いくつかの実施形態では、シールドガス流は、１００％のＡｒ、７５％のＡｒおよび２５％のＣＯ2、９０％のＡｒおよび１０％のＣＯ2、または９８％のＡｒおよび２％のＯ2を含むことができる。
したがって、図示の溶接トーチ１８は一般的に、ワーク２２のＧＭＡＷを行うために、溶接ワイヤフィーダー１４からの溶接電極（すなわち、中空溶接ワイヤ）、および電力並びにガス供給システム１６からのシールドガス流を受け取る。動作時、アーク３４が消耗溶接電極（すなわち、溶接トーチ１８のコンタクトチップから出ている溶接ワイヤ）とワーク２２との間に形成され得るように溶接トーチ１８をワーク２２近くに運ぶことができる。さらに、以下で説明するように、溶接電極（すなわち、中空溶接ワイヤ）の組成を調整することによって、アーク３４および／または得られる溶接部の化学的性質（例えば、組成特性および物理特性）を変えることができる。例えば、溶接電極は、フラックス成分または合金成分を有することができ、これらの成分は、溶接プロセスに影響を及ぼす（例えば、アーク安定剤として働く）ことができ、さらに、溶接部に少なくとも部分的に組み込まれることで、溶接部の機械的特性に影響を及ぼすことができる。さらに、溶接電極（すなわち、溶接ワイヤ）のいくつかの成分は、アーク近くに更なるシールド雰囲気を提供し、アーク３４による移行特性に影響を及ぼし、ワークの表面を脱酸素（還元）し、溶着物における酸化または腐食を抑えること等もできる。
本開示の溶接ワイヤの実施形態の断面図を図２に図示する。図２は、粒状コアまたは粉末状コア５４（フィラーとも称される）を封入する金属シース５２を含む中空溶接ワイヤ５０を図示するものである。いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０が、１または複数のＡＷＳの規格に準拠するものであってもよい。例えば、いくつかの実施形態において、中空溶接ワイヤ５０は、AWS A5.18（「ガスシールドアーク溶接用の炭素鋼電極およびロッドに関する仕様（SPECIFICATION FOR CARBON STEEL ELECTRODES AND RODS FOR GAS SHEILDED ARC WELDING）」）、またはAWS A5.20（「フラックスコアアーク溶接用の炭素鋼電極（CARBON STEEL ELECTRODES FOR FLUX CORED ARC WELDING）」）、またはAWS A5.29（「フラックスコアアーク溶接用の低合金鋼電極に関する仕様（SPECIFICATION FOR LOW ALLOY STEEL ELECTRODES FOR FLUX CORED ARC WELDING）」）、またはAWS A5.36（「フラックスコアアーク溶接用の炭素および低合金鋼フラックスコア電極並びにガスメタルアーク溶接用のメタルコア電極に関する仕様（SPECIFICATION FOR CARBON AND LOW-ALLOY STEEL FLUX CORED ELECTRODES FOR FLUX CORED ARC WELDING AND METAL CORED ELECTRODES FOR GAS METAL ARC WELDING）」）、またはAWS A5.22（「ステンレス鋼フラックスコアおよびメタルコア溶接電極並びに溶接棒に関する仕様（SPECIFICATION FOR STAINLESS STEEL FLUX CORED AND METAL CORED WELDING ELECTRODES AND RODS）」）、または、被覆（例えば、亜鉛めっき、アルミニウム蒸着、窒化処理等）されているかまたは被覆されていない軟鋼、低合金鋼若しくは耐候性鋼ワークに適用可能な別の好適なＡＷＳ規格に準拠して分類することができる。加えて、いくつかの実施形態において、開示される中空溶接ワイヤは、既存のＡＷＳ規格範囲内のものでなくてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、開示される中空溶接ワイヤが、マルテンサイト系溶着物を形成するものであってもよく、それ自体が既存のＡＷＳ規格の範囲外のものであってもよい。然しながら、かかる中空溶接ワイヤの実施形態は、例えば、硬化肉盛溶着物を形成するのに使用される硬化肉盛用ワイヤとして有用なものとなり得る。かかる実施形態では、得られるマルテンサイト系溶着物をその後（例えば、約１２００°Ｆで約１時間以内）熱処理すると、その大きい強度を引き続き維持しながらも、溶着物の延性を改善させることができると理解され得る。然しながら、かかる溶接後の熱処理は、溶接作業の時間およびコストを増やすおそれがあり、また、いくつかの種のワークでは有害な歪みを引き起こすおそれもあることも理解され得る。
特に、中空溶接ワイヤ５０のいくつかの実施形態は、被覆（例えば、亜鉛めっき、アルミニウム蒸着、窒化処理等）されている軟鋼ワークおよび被覆されていない軟鋼ワーク上に高品質の溶接部をもたらすことを可能とし得る。中空溶接ワイヤ５０の上述の耐食成分（例えば、ニッケル、クロム、銅、および／またはそれらの混合物若しくは合金）は、耐食性の溶着物の形成を可能とし、これにより、いくつかのプロセス工程（例えば、溶着物の表面の洗浄および被覆）を減らすかまたは省略することができると理解され得る。さらに、かかるプロセス工程をなくすことによって、溶接プロセス時間を減らし、および／または溶接プロセスの効率を改善させることができる。いくつかの実施形態では、シングルパスまたはマルチパス溶接作業のいずれに合わせても中空溶接ワイヤ５０を設計することができることも理解され得る。一般的に言えば、シングルパス溶接金属は、ワークの母材によって約１５％〜５０％希釈することがあるため、特定のタイプ（例えば、シングルパスまたはマルチパス）の溶接作業に合わせて、得られる溶着物中において耐食成分の特定の目的とする濃度が得られるように、中空溶接ワイヤ５０の組成を調節することができると理解され得る。具体例により、いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０が、フェライト系ステンレスの化学的性質を有する溶着物を実現することができ、この際、シングルパス溶接作業を用いて溶着物は最小クロムレベル（例えば、溶着物の少なくとも２．５重量％のクロム）となるため、0.3inch以下の厚み（例えばゲージ厚）を有するワークを含む、被覆（例えば、亜鉛めっき、アルミニウム蒸着、窒化処理）されている軟鋼ワークまたは被覆されていない軟鋼ワーク上に、耐食性の溶着物を得ることができる。
図２に示されている中空溶接ワイヤ５０の金属シース５２は、任意の適した金属または合金、例えば鋼鉄から製造することができる。金属シース５２の組成が、得られる溶接部の組成および／またはアーク３４の特性に影響を及ぼし得ることを理解すべきである。いくつかの実施形態において、金属シース５２は、中空溶接ワイヤ５０の総重量の約８０％〜９０％を占めることができる。例えば、いくつかの実施形態では、金属シース５２が、中空溶接ワイヤ５０の総重量の約８４％〜約８６％をもたらすものであるか、または占めるものであってもよい。上述のように、いくつかの実施形態では、AWS A5.22により規定されるように、金属シース５２を、３０４、４０９、４１０または４３０ステンレス鋼から製造することができる。
いくつかの実施形態において、金属シース５２は、所望の溶接特性をもたらすように選択され得るいくつかの添加剤または夾雑物（例えば、合金成分、炭素、アルカリ金属、マンガン、または同様の化合物若しくは元素）を含んでいてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０の金属シース５２が、比較的少ない（例えば、少または低）量の炭素を含む低炭素ストリップとすることができる。いくつかの実施形態では、金属シース５２の炭素含有率が、中空溶接ワイヤ５０の全重量の約０．０１％未満、約０．０２％未満、約０．０３％未満、約０．０４％未満、約０．０５％未満、約０．０６％未満、約０．０７％未満、約０．０８％未満、約０．０９％未満、または約０．１％未満を占めるものであってもよい。加えて、いくつかの実施形態では、金属シース５２が、僅かな介在物を包括的に有する鋼（例えば、低炭素鋼）から作られていてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、金属シース５２のマンガン含有率は、マンガンが、中空溶接ワイヤ５０の重量の約０．２５％〜約０．５％、または約０．３４％、または約０．３５％を占めるものとすることができる。更なる例により、いくつかの実施形態では、金属シース５２が、中空溶接ワイヤ５０の総重量の約０．０２％未満であるリン含有率、および／または中空溶接ワイヤ５０の総重量の約０．０２％未満である硫黄含有率を有するものであってもよい。また、金属シース５２は、いくつかの実施形態において、より少ない（less）、中空溶接ワイヤ５０の重量の約０．０４％未満であるケイ素含有率、中空溶接ワイヤ５０の重量の約０．０５％未満であるアルミニウム含有率、中空溶接ワイヤ５０の重量の約０．１％未満である銅含有率、および／または中空溶接ワイヤ５０の重量の約０．０２％未満であるスズ含有率をもたらすものであってもよい。したがって、いくつかの実施形態において、金属シース５２の鉄含有率は、中空溶接ワイヤ５０の重量の約８０％超（例えば、８４％、８５％）を占めるものとすることができる。上述のように、いくつかの実施形態では、耐食成分（例えば、ニッケル、クロム、銅）の１つまたは複数を、粒状コア５４の代わりにまたはこれに加えて、金属シース５２に組み込むこともできる。
図示される中空溶接ワイヤ５０の粒状コア５４は概して圧縮粉末であってもよい。いくつかの実施形態では、粒状コア５４が、中空溶接ワイヤ５０の総重量の約５％〜約４０％、または約１０％〜約２０％を占めるものであってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、粒状コア５４が、中空溶接ワイヤ５０の総重量の約１４％、約１５％、約１６％、または約２０％を定めるものであってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、後述される粒状コア５４の成分が、粒状コア５４内に均質にまたは不均質に（例えば、クランプまたはクラスタ５６形態で）配されていてもよい。例えば、いくつかのフラックスコアおよびメタルコアの溶接電極の実施形態の粒状コア５４が、溶着物のための溶加金属の少なくとも一部をもたらし得る１または複数の金属（例えば、鉄、鉄チタン、鉄シリコン、または他の合金若しくは金属）を含んでいてもよい。具体例として、いくつかの実施形態では、粒状コア５４が、約０％〜約６０％の鉄粉並びに他の合金成分、例えば、フェロ−チタン（例えば、４０％グレード）、フェロ−マグネシウム−シリコンおよびフェロ−シリコン粉末（例えば、５０％グレード、不安定）を含んでいてもよい。中空溶接ワイヤ５０内に（すなわち、１または複数の炭素源並びに１または複数のアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属化合物に加えて）存在し得る成分の他の例としては、Illinois Tool Works Inc.から入手可能なMETALLOY X-CEL（商標）溶接電極に見ることができるような、他の安定化成分、フラックス成分および合金成分が挙げられる。
中空溶接ワイヤ５０のいくつかの実施形態において、１または複数の炭素源と、１または複数のアルカリ金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物との組合せ全体の割合は、粒状コア５４または中空溶接ワイヤ５０全体に対して、約０．０１重量％〜約１０重量％とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、１または複数の炭素源と、１または複数のアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属との組合せ全体の割合が、粒状コア５４または中空溶接ワイヤ５０の約０．０１重量％〜約８重量％、約０．０５重量％〜約５重量％、または約０．１重量％〜約４重量％であってもよい。具体例により、いくつかの実施形態では、粒状コア５４が、炭素源とカリウム源とを含んでいてもよく、これらは合わせて粒状コア５４の約１０重量％以下を占める。アーク３４の条件下で、溶接ワイヤ５０の構成要素（例えば、金属シース５２、粒状コア５４等）が物理的状態を変えるか、化学反応（例えば、酸化、分解等）するか、または溶接プロセスによって実質的に変性しない溶接部に組み込まれるようになり得ることを理解されたい。
いくつかの実施形態において、中空溶接ワイヤ５０は（例えば、金属シース５２および／または粒状コア５４中に）、溶着後に溶着物内における腐食を制限、阻止または防止し得る１または複数の金属または合金を含んでいてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、金属シース５２および／または粒状コア５４が、酸素等の反応種による溶着物の腐食を制限し得るニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、およびそれらの混合物または合金の１つまたは複数を含んでいてもよい。具体例によれば、いくつかの実施形態では、クロムが中空溶接ワイヤ５０の約０．１重量％〜約２０重量％、約０．２重量％〜約１８重量％、約０．３重量％〜約１７重量％、約０．４重量％〜約１６重量％、約０．５重量％〜約１５．８重量％、約０．６重量％、約４重量％〜６重量％、約２．５重量％、または約１６重量％を占めるようにすることができる。さらに、いくつかの実施形態では、クロムがコア５４の重量の約０．５％〜約９０％または約４％〜約８０％を占めるようにすることができる。上述のように、いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０が、比較的高いクロム含有率を有する溶着物（例えば、少なくとも３重量％、４重量％または５重量％のクロムを有する溶着物）をもたらすように設計されることで、窒素を多く含む母材（例えば、窒化鋼母材）上の低多孔性溶接部の形成が可能となり得る。
更なる例によれば、いくつかの実施形態では、ニッケルが中空溶接ワイヤ５０の約０重量％〜約５重量％、約０．１重量％〜約２．５重量％、約０．２重量％〜約２重量％、約０．３重量％〜約１重量％、約０．４重量％〜約０．８重量％、または約０．６重量％を占めるようにすることができる。いくつかの実施形態では、ニッケルがコア５４の重量の約０．５％〜約１０％、約１％〜約５％、または約４％を占めるようにすることができる。いくつかの実施形態では、銅が中空溶接ワイヤ５０の約０重量％〜約２重量％、約０．１重量％〜約１重量％、約０．２５重量％〜約０．９重量％、約０．３重量％〜約０．７５重量％、または約０．６重量％を占めるようにすることができる。さらに、いくつかの実施形態では、銅がコア５４の重量の約０．５％〜約１０％、約１％〜約５％、または約４％を占めるようにすることができる。
加えて、いくつかの実施形態では、溶接プロセス中に炭素を捕捉するために、モリブデン（Ｍｏ）を中空溶接ワイヤ５０中に存在させてもよく、これにより、耐食性に関するクロムの有用性が増大し得る。例えば、いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０中のクロムの量の約４０重量％量で、モリブデンを存在させることができる。具体例によれば、いくつかの実施形態では、モリブデンが中空溶接ワイヤ５０の約０．０１重量％〜約５重量％、約０．０２重量％〜約４重量％、約０．０３重量％〜約３重量％、約０．０５重量％〜約１．５重量％、約０．０８重量％〜約１．２重量％、または約０．０９重量％を占めるようにすることができる。他の実施形態では、同様の効果をもたらすために、モリブデンの代わりに同量のチタンまたはニオブを使用してもよい。
加えて、中空溶接ワイヤ５０の本開示の実施形態は、粒状コア５４中に配される有機安定剤を含んでいてもよい。有機安定剤は、１または複数のアルカリ金属イオン（例えば、第Ｉ族：リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ））またはアルカリ土類金属イオン（例えば、第ＩＩ族：ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、またはバリウム（Ｂａ））を含むいずれの有機分子であってもよい。すなわち、いくつかの実施形態では、有機安定剤が、炭素、水素および酸素を含み、またアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンと化学結合（例えば、共有結合またはイオン結合）し得る有機的な副次成分（例えば、有機分子または有機ポリマー）を含む。他の実施形態では、有機安定剤が、アルカリ金属塩および／またはアルカリ土類金属塩（例えば、酸化カリウム、硫酸カリウム、酸化ナトリウム等）と混合された（例えば、化学結合していない）有機的な副次成分（例えば、セルロース等の有機分子または有機ポリマー）を含んでいてもよい。
具体例として、いくつかの実施形態では、有機安定剤が、ナトリウム塩またはカリウム塩（例えば、ナトリウムカルボキシメチルセルロースまたはカリウムカルボキシメチルセルロース）を形成するように誘導体化されたセルロース鎖を含むセルロースベース（例えば、セルロース系）成分であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、セルロースベース有機安定剤が、約０．５〜約２．５の範囲の置換度（ＤＳ）を有するナトリウムカルボキシメチルセルロースであってもよい。概して、誘導体化セルロースのＤＳは、多糖類の各モノマー単位における置換されたヒドロキシル部位の平均数を示す０〜３の実数とすることができる。他の実施形態では、有機安定剤が、１または複数の第Ｉ族／第ＩＩ族イオンを含む他の有機分子であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、有機安定剤が、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩を形成するのに利用可能な１または複数のカルボン酸または硫酸塩部位を有する、誘導体化された糖（例えば、誘導体化されたスクロース、グルコース等）または多糖類を含んでいてもよい。他の実施形態では、有機安定剤が、セッケンのような分子（例えば、ドデシル硫酸ナトリウムまたはステアリン酸ナトリウム）またはアルギン酸塩を含んでいてもよい。加えて、いくつかの実施形態では、有機安定剤が、粒状コア５４の約１０重量％未満、約０．０５重量％〜約５重量％、約０．１重量％〜約３重量％、約０．２５重量％〜約２．５重量％、約０．５重量％〜約１．５重量％、約０．７５重量％、または約１重量％を占めるものであってもよい。加えて、いくつかの実施形態では、有機安定剤が、中空溶接ワイヤ５０の約５重量％未満、約０．０５重量％〜約３重量％、約０．０８重量％〜約２重量％、約０．１重量％〜約１重量％、または約０．１５重量％を占めるものであってもよい。
溶接アーク付近に還元環境（例えば、水素が豊富な環境）をもたらし得るものの、重大な多孔度を溶接部に導かないような好適なレベルで中空溶接ワイヤ５０の有機安定剤成分を維持し得ることが理解され得る。更に当然のことながら、有機分子を、溶接アークへの第Ｉ族／第ＩＩ族イオンの少なくとも一部のための送達担体として利用することは、本開示のように、軟鋼に対して多孔質および／または弱い溶接部をもたらすおそれのあるアーク条件下で、有機分子が水素を発生させる可能性があることから、広範に使用することができない。然しながら、以下で記載するように、本開示の有機安定剤を使用することによって、被覆（例えば、亜鉛めっき、アルミニウム蒸着、窒化処理）および／または薄いワーク上において高進行速度で溶接を行っても、高品質の溶接部（例えば、低多孔性溶接部）がもたらされる。
加えて、中空溶接ワイヤ５０のいくつかの本開示の実施形態はまた、粒状コア５４中に配される炭素成分を含んでいてもよい。例えば、粒状コア５４および／または金属シース５２に存在する炭素源は、多数の形態とすることができ、アーク３４を安定させることができ、および／または溶接部の炭素含有率を増加させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、グラファイト、グラフェン、ナノチューブ、フラーレンおよび／または同様の実質的にｓｐ2混成の炭素源を、中空溶接ワイヤ５０における炭素源として用いることができる。さらに、いくつかの実施形態では、グラフェンまたはグラファイトを用いて、炭素シート間の間質空間内に存在し得る他の成分（例えば、水分、ガス、金属等）を提供することもできる。他の実施形態では、実質的にｓｐ3混成の炭素源（例えば、マイクロダイヤモンドまたはナノダイヤモンド、カーボンナノチューブ、バッキーボール）を炭素源として用いることができる。更に他の実施形態では、実質的に非晶質の炭素（例えば、カーボンブラック、ランプブラック、煤および／または同様の非晶質炭素源）を炭素源として用いることができる。さらに、本開示は、この成分を「炭素源」と呼び得るが、炭素源は、炭素以外の元素（例えば、酸素、ハロゲン、金属等）を含有し得る化学修飾された炭素源とすることができることを理解すべきである。例えば、いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０は、約２０％のマンガン含有率を含有することができるカーボンブラック成分を粒状コア５４中に含むことができる。いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０の炭素成分が、粉末状または粒状グラファイトであってもよい。
いくつかの実施形態では、炭素成分が粒状コア５４の約０．０１重量％〜約９．９重量％、約０．０５重量％〜約５重量％、約０．１重量％〜約３重量％、約０．２５重量％〜約２重量％、約０．４重量％〜約１重量％、または約０．５重量％を占めるようにすることができる。加えて、いくつかの実施形態では、炭素成分が、粒状コア５４の約１０重量％未満、約０．０１重量％〜約５重量％、約０．０５重量％〜約２．５重量％、約０．１重量％〜約１重量％、または約０．５重量％を占めるものであってもよい。いくつかの実施形態では、炭素成分が、中空溶接ワイヤ５０の約５重量％未満、約０．０１重量％〜約２．５重量％、約０．０５重量％〜約０．１重量％、または約０．０８重量％を占めるものであってもよい。いくつかの実施形態では、粒状コア５４が炭素成分を含んでいないこともある。
さらに、上述の有機安定剤に加えて、中空溶接ワイヤ５０はまた、アーク３４を更に安定化させる１または複数の無機安定剤を含んでいてもよい。すなわち、中空溶接ワイヤ５０の粒状コア５４は、１または複数の第１族元素および第２族元素の化合物（例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）を含み得る。化合物の例の非限定的なリストとして、第１族（すなわち、アルカリ金属）元素および第２族（すなわち、アルカリ土類金属）元素のケイ酸塩、チタン酸塩、チタン酸マンガン、アルギン酸塩、炭酸塩、ハロゲン化物、リン酸塩、硫化物、水酸化物、酸化物、過マンガン酸塩、シリコハライド（silicohalides：ハロゲン化ケイ素）、長石、ポルサイト、モリブデナイト、およびモリブデン酸塩が挙げられる。例えば、一実施形態において、中空溶接ワイヤ５０の粒状コア５４は、チタン酸カリウムマンガン、硫酸カリウム、ナトリウム長石、カリウム長石、および／または炭酸リチウムを含み得る。具体例により、粒状コア５４は、カリウム源として、ケイ酸カリウム、チタン酸カリウム、アルギン酸カリウム、炭酸カリウム、フッ化カリウム、リン酸カリウム、硫化カリウム、水酸化カリウム、酸化カリウム、過マンガン酸カリウム、ケイフッ化カリウム、カリウム長石、モリブデン酸カリウム、またはそれらの組合せを含むことができる。いくつかの実施形態では、１または複数のアルカリ金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物が、カルボキシメチルセルロースの第１族および第２族の塩（例えば、ナトリウムカルボキシメチルセルロースまたはカリウムカルボキシメチルセルロース）を含んでいてもよい。用いることができる安定化化合物の同様の例が、「SYSTEMS AND METHODS FOR WELDING ELECTRODES」と題する米国特許出願第１３／５９６７１３号、および「STRAIGHT POLARITY METAL CORED WIRES」と題する米国特許第７，０８７，８６０号、および「STRAIGHT POLARITY METAL CORED WIRE」と題する米国特許第６，７２３，９５４号に記載されており、これらの米国特許は、あらゆる目的から、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。
さらに、本開示の中空溶接ワイヤ５０のいくつかの実施形態について、１または複数の無機安定剤が、凝集体またはフリットの形態で粒状コア５４中に含まれていてもよい。すなわち、中空溶接ワイヤ５０のいくつかの実施形態は、溶接中にアークを安定化させ得る、凝集体またはフリットの上記の無機安定剤の１つまたは複数を含んでいてもよい。「凝集体」または「フリット」という用語は、本明細書で使用する場合、混合物の成分が互いに密接に接触するように、か焼炉または炉内で燃焼または加熱された化合物の混合物を指す。凝集体は、凝集体を形成するのに使用される混合物の個々の成分とは微妙にまたは実質的に異なる化学的性質および／または物理的性質を有し得ることを理解すべきである。例えば、本開示の通りに凝集させることで、凝集されていない材料よりも溶接環境に適するフリットを提供することができる。
いくつかの実施形態において、中空溶接ワイヤ５０の粒状コア５４は、１または複数のアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物（例えば、酸化カリウム、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または他の好適なアルカリ金属化合物若しくはアルカリ土類金属化合物）の凝集体またはフリットを含み得る。他の実施形態では、中空溶接ワイヤ５０の粒状コア５４が、アルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物と、他の酸化物（例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化マンガン、または他の好適な金属酸化物）との混合物の凝集体を含み得る。例えば、中空溶接ワイヤ５０の一実施形態は、酸化カリウムとシリカとチタニアとの混合物を含む凝集したカリウム源を含み得る。更なる例では、中空溶接ワイヤ５０の別の実施形態が、粒状コア５４中に、酸化カリウム（例えば、約２２重量％〜２５重量％）と、酸化ケイ素（例えば、約１０重量％〜１８重量％）と、二酸化チタン（例えば、約３８重量％〜４２重量％）と、酸化マンガンまたは二酸化マンガン（例えば、約１６重量％〜２２重量％）との混合物を有する別の安定化凝集体を含み得る。いくつかの実施形態において、凝集体は、約５重量％〜７５重量％のアルカリ金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物（例えば、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または他の好適なアルカリ金属化合物および／またはアルカリ土類金属化合物）、または、約５重量％〜９５重量％のアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属（例えば、カリウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、または他の好適なアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属）を含み得る。さらに、いくつかの実施形態では、凝集体混合物中に存在する各成分の相対量を選択する際に、他の化学的要素および／または物理的要素（例えば、凝集体のアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属の最大装填量、酸性度、安定性、および／または吸湿性）を考慮することができる。いくつかの実施形態では、凝集体が粒状コア５４の約０．０１重量％〜約９．９重量％、約０．０５重量％〜約５重量％、約０．１重量％〜約４重量％、約１重量％〜約３重量％、約１．５重量％〜約２．５重量％、または約２重量％を占めるようにすることができる。加えて、いくつかの実施形態では、凝集体が、粒状コア５４の約１０重量％未満、約０．１重量％〜約６重量％、約０．２５重量％〜約２．５重量％、約０．５重量％〜約１．５重量％、約１重量％、または約０．７５重量％を占めるものであってもよい。いくつかの実施形態では、凝集体が、中空溶接ワイヤ５０の約５重量％未満、約０．０５重量％〜約２．５重量％、約０．１重量％〜約０．５重量％、または約０．７５重量％を占めるものであってもよい。
加えて、中空溶接ワイヤ５０の粒状コア５４はまた、溶接プロセスを制御する他の成分を含んでいてもよい。例えば、希土類元素は概して、アーク３４の安定性および熱伝達特性に影響を及ぼし得る。このように、いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０が、希土類元素（例えば、ランタニドシリーズの元素）を含み得る、希土類シリサイド（例えば、Miller and Company of Rosemont, Illinoisから入手可能）等の希土類成分、他の非希土類元素（例えば、鉄およびケイ素）、およびそれらの化合物（セリウムシリサイド、ランタンシリサイド等）を含んでいてもよい。他の実施形態では、任意のランタニド元素、合金または化合物（例えば、セリウムシリサイド、ランタンシリサイド、ニッケルランタン合金等）を、本件のアプローチの効果を失わないような量で使用してもよい。具体例として、いくつかの実施形態では、希土類成分が、粒状コア５４の約１０重量％未満、約０．０１重量％〜約８重量％、約０．５重量％〜約５重量％、約０．２５重量％〜約４重量％、約１重量％〜約３重量％、約０．７５重量％〜約２．５重量％、約２重量％、または約１．５重量％を占めるものであってもよい。いくつかの実施形態では、希土類成分が、中空溶接ワイヤ５０の約５重量％未満、約０．０１重量％〜約２．５重量％、約０．１重量％〜約０．７５重量％、または約０．３重量％を占めるものであってもよい。
さらに、中空溶接ワイヤ５０は付加的または代替的に、アーク安定性を与えるとともに、得られる溶接部の化学的性質を調整する、他の元素および／または無機物を有してもよい。例えば、いくつかの実施形態において、中空溶接ワイヤ５０の粒状コア５４および／または金属シース５２は、いくつかの元素（例えば、チタン、マンガン、ジルコニウム、フッ素、またはその他の元素）および／または無機物（例えば、パイライト、マグネタイト等）を含み得る。具体例により、いくつかの実施形態は、ケイ化ジルコニウム、ニッケルジルコニウム、またはチタン、アルミニウムおよび／またはジルコニウムの合金を粒状コア５４に含み得る。特に、様々な硫化物化合物、硫酸化合物、および／または亜硫酸化合物（例えば、二硫化モリブデン、硫化鉄、亜硫酸マンガン、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、または硫酸カリウム等）または硫黄含有化合物若しくは硫黄含有無機物（例えば、パイライト、石膏、または類似の硫黄含有種）を含む硫黄含有化合物は、ビード形状を改良し、かつスラッグが離れるのを促進することで、得られる溶接部の質を改良するために粒状コア５４中に含ませることができ、これは以下に説明されるように、亜鉛めっきワークの溶接の際に特に有益であり得る。さらに、いくつかの実施形態において、中空溶接ワイヤ５０の粒状コア５４は、複数の硫黄源（例えば、亜硫酸マンガン、硫酸バリウム、およびパイライト）を含んでいてもよく、一方中空溶接ワイヤ５０の別の実施形態は、かなりの量の別の硫黄源（例えば、パイライトまたは硫化鉄）を含むことなく単一の硫黄源（例えば、硫酸カリウム）のみを含んでいてもよい。例えば、一実施形態では、中空溶接ワイヤ５０の粒状コア５４が、粒状コア５４の約０．０１重量％〜約０．５重量％、または約０．１５重量％、または０．２重量％の硫酸カリウムを含んでいてもよい。
包括的に言えば、中空溶接ワイヤ５０は、ワーク２２に対するアーク３４の形成を一般に安定化させることができる。このように、開示される中空溶接ワイヤ５０は、溶接プロセスの２つ以上の側面（例えば、溶着速度、進行速度、スプラッタ、ビード形状、溶接品質等）を改善させることができる。さらに当然のことながら、アーク３４の改善された安定性は概して、被覆金属ワークおよびより薄いワークの溶接を可能とするとともに改善させることができる。例えば、いくつかの実施形態では、被覆金属ワークとして、亜鉛めっき、亜鉛めっき後の焼きなまし処理（例えば、亜鉛めっきおよび焼きなましの組合せ）、または同様の亜鉛で被覆されたワークが挙げられ得る。例示の被覆ワークの非限定的な列挙としては更に、塗装、封止、浸漬、めっき（例えば、ニッケルめっき、銅めっき、スズめっき、または同様の金属を用いた電気めっき若しくは化学めっき）、クロムめっき、窒化処理、アルミニウム蒸着された、または浸炭されたワークが挙げられる。例えば、亜鉛めっきワークの場合、本開示の中空溶接ワイヤ５０は概して、ワーク２２の外側に亜鉛コーティングがあるにもかかわらず良好な溶接部を実現し得るように、アーク３４の安定性を改善させるとともに、溶け込みを制御することができる。加えて、アーク３４の安定性を改善することによって、開示される中空溶接ワイヤ５０は概して、他の溶接電極を用いて行い得るものよりも薄いワークの溶接を可能とし得る。例えば、いくつかの実施形態において、開示される中空溶接ワイヤ５０は、約１４ゲージ、１６ゲージ、１８ゲージ、２０ゲージ、２２ゲージ、２４ゲージ、または更に薄いワークを有する金属を溶接するのに使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、開示された中空溶接ワイヤ５０は、約５mm未満、３mm未満、約１．５mm未満、約１．２７mm未満（例えば、約0.05inch）、約1.11mm未満（例えば、約0.0438inch）、または約１mm（例えば、約0.0375inch）の厚さを有するワークの溶接を可能にし得る。
さらに、本開示の中空溶接ワイヤ５０は、毎分30inch、または更には毎分40inchを超える進行速度における溶接（例えば、薄いゲージの亜鉛めっき鋼の溶接）を可能とする。例えば、中空溶接ワイヤ５０は容易に、低溶接部多孔度を有する、毎分40inchを上回る進行速度（例えば、毎分35inchまたは45inch）における高品質の隅肉溶接を可能とする。すなわち、本開示の中空溶接ワイヤ５０は、他のソリッドコア、メタルコアまたはフラックスコアの溶接ワイヤよりも速い（例えば、５０％〜７５％速い）進行速度を可能とし得る。進行速度が速いほど、生産速度（例えば、生産ラインにおける）が速く、コストも低減され得ることを理解すべきである。加えて、本開示の中空溶接ワイヤ５０は、広いオペレーティングプロセスウィンドウを用いて、良好なギャップハンドリング（gap handling）を示すとともに、優れた溶接特性（例えば、強度、延性、外観等）を提供する。さらに、中空溶接ワイヤ５０は概して、他のソリッドコア、メタルコアまたはフラックスコアの溶接ワイヤよりも煙およびスパッタを発生させない。
さらに、本開示の中空溶接ワイヤ５０は、いくつかの溶接方法または溶接技法（例えば、溶接動作時に特定の方法で溶接電極を動かす技法）と組み合わせることもでき、この溶接方法または溶接技法は、特定のタイプのワーク用に溶接システム１０の堅牢性を更に高めることができる。例えば、いくつかの実施形態では、溶接トーチ１８は、中空溶接ワイヤ５０とワーク２２との間（例えば、中空溶接ワイヤ５０のシース５２とワーク２２との間のみ）にアーク３４を維持するために、溶接トーチ１８の内部で所望のパターン（例えば、円形パターン、スピンアークパターンまたは蛇行パターン）で電極をサイクル的にまたは周期的に動かすように構成することができる。具体例として、いくつかの実施形態では、開示の中空溶接ワイヤ５０は、「DC ELECTRODE NEGATIVE ROTATING ARC WELDING METHOD AND SYSTEM」と題する米国仮特許出願第６１／５７６８５０号、「DC ELECTRODE NEGATIVE ROTATING ARC WELDING METHOD AND SYSTEM」と題する米国特許出願第１３／６８１６８７号、および「ADAPTABLE ROTATING ARC WELDING METHOD AND SYSTEM」と題する米国仮特許出願第６１／６７６５６３号に記載されている溶接方法等の溶接方法とともに用いることができる。上記米国仮特許出願の全ては、あらゆる目的から、引用することによりその全体が本明細書の一部をなす。そのような溶接技法は、上述したように、薄いワーク（例えば、２０ゲージ厚、２２ゲージ厚または２４ゲージ厚を有する）を溶接する際に特に有用であり得ることを理解すべきである。
図３は、本開示の溶接システム１０および中空溶接ワイヤ５０を用いて、ワーク２２を溶接することができるプロセス６０の一実施形態を示す。図示のプロセス６０は、中空溶接電極５０（すなわち、中空溶接ワイヤ５０）を溶接装置（例えば、溶接トーチ１８）に供給する（ブロック６２）ことによって開始する。上記のように、いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０が、例えば、１または複数の耐食成分（例えば、ニッケル、クロム、銅、またはそれらの混合物若しくは合金）、有機安定剤成分（例えばナトリウムカルボキシメチルセルロース）、および１または複数の希土類成分（例えば希土類シリサイド）を含んでいてもよい。さらに、中空溶接ワイヤ５０は、約０．０２４ｉｎ〜約０．０６２ｉｎ、約０．０３０ｉｎ〜約０．０６０ｉｎ、０．０３５ｉｎ〜約０．０５２ｉｎ、または約０．０４０ｉｎの外径を有していてもよい。また、いくつかの実施形態では、溶接システム１０が、進行速度を３０in/minより速く、または４０in/minより速くするのを可能とするのに適した速度で、中空溶接ワイヤ５０を供給し得ることが理解され得る。
さらに、プロセス６０は、シールドガス流（例えば、１００％アルゴン、１００％二酸化炭素、７５％アルゴン／２５％二酸化炭素、９０％アルゴン／１０％二酸化炭素、または同様のシールドガス流）を溶接装置のコンタクトチップ（例えば、トーチ１８のコンタクトチップ）近くに供給する（ブロック６４）ことを含む。他の実施形態では、ガス供給システム（例えば、図１に示されているガス供給システム１６等）を用いない溶接システムを用いることができ、中空溶接ワイヤ５０の１または複数の成分（例えば、炭酸カリウム）がシールドガス成分（例えば、二酸化炭素）を提供するように分解することができる。
次に、アーク３４が中空溶接ワイヤ５０とワーク２２との間に生じるとともに、維持されるように中空溶接ワイヤ５０をワーク２２近くに運ぶ（ブロック６６）ことができる。アーク３４は、例えば、ＧＭＡＷシステム１０用のＤＣＥＰ、ＤＣＥＮ、ＤＣ可変極性、パルスＤＣ、平衡ＡＣ電源構成または不平衡ＡＣ電源構成を用いて生成することができることを理解すべきである。アーク３４をワーク２２に築いたら、中空溶接ワイヤ５０の一部（例えば、溶加金属および合金成分）を、溶着物の溶接ビードを形成するようにワーク２２の表面上の溶接プールに動かす（ブロック６８）ことができる。それと同時に、中空溶接ワイヤ５０の他の成分が、アークの電気的特性並びに溶着物の得られる化学的性質および機械的性質を制御するように、アーク安定剤、スラッグ形成剤および／または脱酸素剤として機能するために、中空溶接ワイヤ５０から放出され得る（ブロック７０）。
いくつかの実施形態では、有機安定剤の第Ｉ族金属または第ＩＩ族金属（例えば、カリウムイオンおよびナトリウムイオン）が包括的に、有機安定剤と分離して、アークに安定化作用をもたらし得ると考えられる。その一方で、有機部分（例えば、少なくとも炭素と水素とを含むものの、場合によっては酸素も含む）が、溶接位置にまたはその付近に還元（例えば、水素の豊富な）雰囲気をもたらすアーク条件下で分解し得ると考えられる。したがって、理論に拘束されることを望むものではないが、場合によっては第Ｉ族／第ＩＩ族の安定化金属、希土類成分、循環的な動き等と併せて、本開示の得られる還元雰囲気は、被覆ワークを溶接するかまたは間隙充填を実施する場合であっても、高進行速度および低多孔度を可能とする溶接ソリューションをもたらすと考えられる。例えば、いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０が包括的に、より薄いワーク並びに、塗装、亜鉛めっき、亜鉛めっき後の焼きなまし処理、めっき、アルミニウム蒸着、窒化処理、クロムめっき、浸炭された、または他の同様の被覆ワークの溶接を可能とし得ると考えられる。例えば、本開示の中空溶接ワイヤ５０のいくつかの実施形態は、間隙充填（例えば、１mm〜３mmの間隙充填）を実施する場合であっても、比較的高い進行速度（例えば、３０in/min超または４０in/min超）および低多孔度を維持しながら、５mm未満若しくは４mm未満の厚みを有するワーク、または約１．３mm若しくは１．２mmの厚みを有するワークを溶接することを可能とし得る。
その上、耐食性が望まれる実施形態では、図３に示されるプロセス６０が、溶着物を加工および被覆する更なるプロセス処理工程を必ずしも含まなくてもよいと理解することができる。すなわち、中空溶接ワイヤ５０の耐食成分は、溶接してすぐに耐食性（例えば、防錆性または耐酸化性）の溶着物の形成を可能とし、これにより、被覆ワークに通常使用される更なるプロセス処理工程を省略することができる。言い換えれば、他の溶接電極を用いて、被覆（例えば、亜鉛めっき、窒化処理）ワークを溶接する場合、溶着物の形成後に、溶着物およびワークの表面を、洗浄し、被膜を受けるために加工した後、被膜で被覆することで、ワークに耐食性がもたらされることがある。例えば、他の溶接電極を用いた溶着物の形成後、溶着物およびワークの表面を、ワイヤブラシで洗浄した後、亜鉛でめっき処理するかまたは亜鉛系スプレー塗料で塗装してもよい。
上述の更なるプロセス処理工程によってもたらされる耐食性は、作業者がどの程度、ワークを洗浄、加工および被覆するかによって制限され得ると理解することができる。対照的に、本開示の中空溶接ワイヤ５０を用いた溶着物の形成後には、溶着物が、中空溶接ワイヤ５０の耐食成分を少なくとも或る程度有していると考えられ、これにより、溶着物に耐食性がもたらされるとともに、更なる洗浄、加工および被覆プロセス処理工程が省略される。然しながら、また、本件のアプローチのいくつかの実施形態では、開示される中空溶接ワイヤ５０を用いて形成される耐食性の溶着物を、上述の洗浄、加工および被覆プロセス処理工程に付すと、ワークに更に高い耐食性がもたらされ得ると理解することができる。かかる状況では、耐食性の溶着物によって、作業者が、ワークを洗浄、加工および／または被覆する上で比較的芳しくない作業を行ったとしても、溶着物および／またはワークが耐食性のレベルを維持することが確実とされ得る。
図４は、中空溶接ワイヤ５０を製造することができるプロセス８０の一実施形態を示すものである。プロセス８０は、中空溶接ワイヤ５０を製造する一例を提示するものに過ぎず、他の実施形態では、本件のアプローチの効果を失うものでなければ、中空溶接ワイヤ５０をもたらすのに他の製造方法を使用してもよいと理解することができる。すなわち、例えば、いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０を、ロール成形法を介して、またはコア組成物を中空金属シースに詰め込むことによって形成してもよい。図４に示されるプロセス８０は、平坦な金属ストリップを、ストリップを成形して部分的に円形の金属シース５２とする（例えば、半円形または窪みを作製する）いくつかのダイスに供給すること（ブロック８２）から始まる。金属ストリップを金属シース５２へと少なくとも部分的に成形した後、金属シース５２に、フィラー（例えば粒状コア５４）を充填することができる（ブロック８４）。すなわち、部分的に成形された金属シース５２に、様々な粉末状合金成分、耐食成分、アーク安定化成分、スラッグ形成成分、脱酸素成分および／または充填成分を充填することができる。例えば、様々なフラックス成分および合金成分の中でも、１または複数の耐食成分（例えば、ニッケル、クロム、銅、および／またはそれらの合金若しくは組合せ）、１または複数の有機安定剤成分（例えばナトリウムカルボキシメチルセルロース）、１または複数の炭素成分（例えばグラファイト粉末）、および１または複数の希土類成分（例えば希土類シリサイド）を金属シース５２に添加することができる。その上、いくつかの実施形態において、他の成分（例えば、希土類シリサイド、マグネタイト、チタン酸塩、パイライト、鉄粉、および／または他の同様の成分）を、部分的に成形された金属シース５２に添加してもよい。
次に、示されるプロセス８０では、粒状コア材料５４の成分を、部分的に成形された金属シース５２に一旦添加したら、その後、部分的に成形された金属シース５２が粒状コア材料５４を実質的に囲む（例えば、シーム５８を形成する）ように、金属シース５２を概ね閉じることができる１または複数の機器（例えば、引抜きダイスまたは他の好適な閉鎖機器）に金属シース５２を供給することができる（ブロック８６）。加えて、閉じた金属シース５２をいくつかの機器（例えば、引抜きダイスまたは他の好適な機器）に引き続き供給して、粒状コア材料５４を加圧することによって中空溶接ワイヤ５０の円周を小さくすることができる（ブロック８８）。いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤを輸送用にスプール、リールまたはドラムにまとめる前に、中空溶接ワイヤ５０を引き続き約３００°Ｆ〜約６５０°Ｆに約４時間〜６時間加熱してもよく、他方、他の実施形態では、中空溶接ワイヤ５０をこの焼成工程を伴うことなく梱包してもよい。
本件のアプローチの実施形態に従って、中空溶接ワイヤ５０についての５つの配合例（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４およびＥ５）を以下に記載する。以下で論じられる配合物Ｅ１〜Ｅ５は、例として提示されるものに過ぎず、本件のアプローチの範囲を限定するように意図されるものではないと理解することができる。表１は、粒状コア５４の重量に対する重量パーセントの粒状コア５４の構成成分を包含するものである。さらに、表１は、中空溶接ワイヤ５０の実施形態Ｅ１〜Ｅ５に関する、金属ストリップ５２および粒状コア５４の算定化学組成を包含するものであり、これらの値は、中空溶接ワイヤ５０全体に対する重量パーセントとして提示されるものである。表１に記載される中空溶接ワイヤ５０の実施形態Ｅ１、Ｅ２、Ｅ４およびＥ５では、粒状コア５４が、中空溶接ワイヤ５０の総重量の約１５％を占め得るのに対し、実施形態Ｅ３では、粒状コア５４が中空溶接ワイヤ５０の総重量の約２０％を占め得ると理解することができる。加えて、上記のように、いくつかの実施形態では、実質的に耐食性の溶着物をもたらすために、中空溶接ワイヤ５０が、クロム（例えば、０．１重量％〜３０重量％のクロム）、銅（例えば、０重量％〜１重量％の銅）、およびニッケル（例えば、０重量％〜１０重量％のニッケル）、またはそれらの任意の組合せの１つまたは複数を含むことができる。
AWS A5.29の仕様は、Ｂ分類およびW2分類に関して、全溶接金属（ＡＷＭ）溶着物の化学的性質を規定するものであり、これらはともに、典型的な軟鋼の化学的性質よりも優れた耐食性を示すと理解され得る。例えば、Ｂ分類の溶着物は、高温での用途から発電所で使用することができるのに対し、Ｗ２分類の溶着物は、耐候性鋼ワーク上に形成することができる。AWS A5.29の仕様それ自体は、軟鋼および／または低合金鋼ワーク上への溶着物の形成を概ね導くものである。また、AWS A5.22の仕様は、ステンレスワーク上に表面処理を施すことなく適切な耐食性をもたらすシングルパスステンレス鋼溶着物（例えば、４０９分類、３０４分類および３０８分類）に関して、ＡＷＭの化学的性質を規定するものであると理解され得る。AWS A5.29およびA5.22の仕様それら自体は、耐食性の溶着物を規定するものではあるが、これらの規格は、被覆ワーク（例えば、亜鉛めっき、亜鉛めっき後の焼きなまし処理、めっき、アルミニウム蒸着、クロムめっき、窒化処理、浸炭、または他の同様の被覆ワーク）の溶接を直接取り扱うものではない。したがって、中空溶接ワイヤ５０の実施形態Ｅ１は、AWS A5.29のW2分類に基づき分類される溶接ワイヤとして、同様の耐食成分を含むものであってもよく、中空溶接ワイヤ５０の実施形態Ｅ２は、AWS A5.29のW2分類および／またはＢ分類に基づき分類される溶接ワイヤに使用される耐食成分の組合せを含むものであってもよいと理解され得る。加えて、中空溶接ワイヤ５０の実施形態Ｅ３は、AWS A5.22の409分類に基づき分類される溶接ワイヤとして、同様の耐食成分を含むものであってもよく、中空溶接ワイヤ５０の実施形態Ｅ４は、AWS A5.22の308分類に基づき分類される溶接ワイヤとして、同様の耐食成分を含むものであってもよい。加えて、中空溶接ワイヤ５０の実施形態Ｅ５は、AWS A5.22のB3分類および／またはW2分類に基づき分類される溶接ワイヤとして、同様の耐食成分を含むものであってもよい。いくつかの実施形態において、中空溶接ワイヤ５０（例えば、実施形態Ｅ３）それ自体は、（例えば、AWS A2.2.3-8に記載される分類システムに準拠して）A5.22 ECG溶接ワイヤとして分類されるものであり、或るゲージ厚の被覆されているか、または被覆されていない軟鋼ワーク上にフェライト系ステンレスＡＷＭの化学的性質をもたらすことができ、この際、シングルパス溶接作業（例えば、約１５％〜約５０％希釈）中に十分量のクロムが溶着物にもたらされることで、溶着物に耐食性が付与される。上述のように、いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０が（例えば、低延性に起因して）ＡＷＳ分類内になくてもよく、また、溶着物を形成した後、溶接後の熱処理を施して、所望の機械的特性を溶着物に付与することもできる。
例えば、中空溶接ワイヤ５０のいくつかの実施形態（例えばＥ４）は、シングルパス溶接作業中に、約３０％希釈でオーステナイト系ステンレス溶着物の形成を可能にし得る。このようなオーステナイト系溶着物は、AWS A5.22の308分類または304分類と同様の耐食成分（例えば、約１８重量％〜約２１％のクロム、および約９％〜１１％のニッケルを含む）を含んでいてもよい。この例では、上述のレベルの耐食成分を溶着物にもたらすために、本開示の中空溶接ワイヤ５０のいくつかの実施形態（例えばＥ４）に、中空溶接ワイヤ５０の約２０重量％を超える（例えば、約２５重量％〜約３０重量％の）クロムおよび／または約１０重量％を超える（例えば、約１２重量％〜約１８重量％の）ニッケルを含めることができる。さらに、以下の表１に示したように、中空溶接ワイヤ５０のいくつかの実施形態（例えばＥ４）は、中空溶接ワイヤ５０の金属シース５２について（例えば、AWS A5.22の304分類に準拠して）ステンレス鋼ストリップを利用することもできる。具体例により、いくつかの実施形態では、中空溶接ワイヤ５０の金属シース５２が、約０．０２重量％の炭素、約１８．３重量％のクロム、約７０重量％の鉄、約１．８５重量％のマンガン、および約９．８重量％のニッケルを含み得る。したがって、ステンレス鋼の金属シース５２を用いた中空溶接ワイヤ５０の実施形態では、クロムが（例えば、シース５２およびコア５４中）、中空溶接ワイヤ５０の重量の約１５％〜約３０％を占めることができ、ニッケルが（例えば、シース５２およびコア５４中）、中空溶接ワイヤ５０の重量の約５％〜約１０％を占めることができる。
以下の表２は、開示される中空溶接ワイヤ５０の実施形態Ｅ１〜Ｅ３を用いて溶着物を形成する際に使用され得る溶接パラメータの例を含むものである。例えば、溶着物は、ロボット溶接機（例えば、Miller Auto-Axcess 450やMotoman EA1400Nロボットアーム）および亜鉛めっき鋼シート金属ワークを用い、表２に記載のパラメータに従って中空溶接ワイヤの実施形態Ｅ１〜Ｅ３から形成した。これらの溶着物の例は、溶け落ちの兆候を示さず、許容可能な表面外観を示した。実施形態Ｅ１〜Ｅ３はそれぞれ、良好な溶接性および良好な供給性（feedability）を示した。加えて、中空溶接ワイヤ５０のいくつかの実施形態（例えばＥ１）は、（例えば、シングルパス突合せ溶接部に関するAWS A5.36に記載の試験手順に従って）長手曲げ試験に基づき良好な延性を示す溶着物をもたらした。さらに、実施形態Ｅ１〜Ｅ５はそれぞれ、約７０ksiを超える引張強度を有する堅固な溶着物をもたらすと考えられる。
表２のパラメータに従って形成される溶着物それぞれについて、溶着物の外面には、ほとんどまたは全く外部多孔性が見られなかったものの、溶接作業の開始時および停止時には、亜鉛めっき被覆材料の溶接に共通するいくらかの小さい外部多孔性が見られた。これらの溶着物のＸ線解析から、ほんの少しだけ内部多孔性の存在が確認された。したがって、本件のアプローチが、被覆ワークを溶接する場合であっても、低多孔性（例えば、低表面多孔性および／または低全多孔性）溶接部を、高進行速度（例えば、３０in/min超または４０in/min超）で得ることを可能とすることが理解され得る。いくつかの実施形態では、本開示の中空溶接ワイヤ５０によって可能とされる低多孔度が、実質的に非多孔性の溶接部をもたらし得る。他の実施形態では、開示される中空溶接ワイヤ５０によって、各孔のそれぞれの直径以上の距離で互いに離れる、ほんの小さな間隙または孔（例えば、直径約１．６mm未満）を有する低多孔性溶接部がもたらされ得る。さらに、いくつかの実施形態では、一定方向（例えば、溶接軸に沿った）における溶接部の単位距離毎に生じる孔の直径の合計として、多孔度が表され得る。かかる実施形態では、溶接部が、溶接部１inch当たり約0.3inch未満、溶接部１inch当たり約0.25inch未満、溶接部１inch当たり約0.2inch未満、または溶接部１inch当たり約0.1inch未満の多孔度を有し得る。いくつかの実施形態では、特に、溶接用ワークが高窒素含有率（例えば窒化鋼）を有する場合、中空溶接ワイヤ５０中に存在するクロムの量によって、ワークにおける溶液中に存在する窒素の相当部分を維持することで、かかる低多孔性溶接部をもたらすことができる。溶接部の多孔度は、Ｘ線解析、顕微鏡解析、または別の好適な方法を用いて測定され得ることが理解され得る。
然しながら、上述のように、中空溶接ワイヤ５０のいくつかの実施形態は、初期に大きい強度を有するものの、比較的小さい延性および靭性も有する溶着物を形成することがある。一例として、シングル（例えば、１＋１）パス突合せ溶接試験において、中空溶接ワイヤ５０の一実施形態（例えばＥ５）を用い、フラックスコアアーク溶接プロセス（例えば、電流：約２８０Ａ、電圧：２８Ｖ、進行速度：約12in/min、電気的突出部：7/8inch、シールドガス混合気：９０％Ａｒ／１０％ＣＯ2）を用いて溶着物を形成した。この例では、溶接してすぐの溶着物が炭素当量（ＣＥ）シングルパス強度分類を満たすのに十分な強度（例えば、約９３２００ポンド毎平方インチ(PSI)）を有し得るものの、この溶着物は他のＡＷＳ分類に適合するのに十分な延性を有さない可能性がある。例えば、溶接してすぐの溶着物に、長手曲げ（例えば、半径約0.75in）を施すと、溶接ビード内に開口が形成し始めるおそれがある。然しながら、この例では、溶着物を溶接後に一旦（例えば、約１２００°Ｆで約１時間以内）熱処理すると、高強度を依然として維持しながらも、該溶着物が同様の長手曲げ試験に合格し得ることが理解され得る。然しながら、強度が唯一の検討事項となる用途では、溶接後の熱処理を伴うことなくこの溶着物の例を使用許容可能なものとすることができると理解され得る。
加えて、以下の表３は、３つの異なる溶接実験（すなわち、ボタン溶解（melt-button）、ＡＷＭ化学溶接（AWM Chem Pad）、および１層溶接）に関する、市販の中空溶接ワイヤであるＦａｂＣＯＲ（商標）Ｆ６（Hobart Brothers Company（Troy, OH）から入手可能）を用い、また本発明の中空溶接ワイヤ５０の実施形態Ｅ１〜Ｅ３を用いて形成される溶着物の化学分析を含むものである。上記のように、中空溶接ワイヤ５０（例えば、実施形態Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３およびＥ５）は、上記の耐食成分の１つまたは複数を溶着することによって、得られる溶着物内の腐食を制限、阻止または防止することができる。例えば、いくつかの実施形態では、溶着物が、酸素等の反応種による溶着物の腐食を制限し得るニッケル、クロム、銅、およびそれらの混合物または合金の１つまたは複数を含み得る。開示される中空溶接ワイヤ５０のいくつかの実施形態が、マルテンサイト組織および／またはフェライト組織を有する低合金溶着物を作製するのに対し、他の実施形態は、マルテンサイト組織および／またはフェライト組織を有する高合金溶着物を作製すると理解され得る。本明細書中で使用される場合、「低合金溶着物」とは、５０重量％を超える鉄含有率および１０重量％未満の総合金含有率（例えば、クロム、ニッケル、銅等）を有する溶着物である。本明細書中で使用される場合、「高合金溶着物」とは、５０重量％を超える鉄含有率および１０重量％を超える総合金含有率（例えば、クロム、ニッケル、銅等）を有する溶着物である。例えば、いくつかの実施形態では、溶着物をステンレス鋼とすることができる。具体例により、いくつかの実施形態では、溶着物を、２００シリーズのステンレス鋼、３００シリーズのステンレス鋼または４００シリーズのステンレス鋼とすることができる。
具体例によれば、いくつかの実施形態では、銅が表３に示されているように溶着物の約０．０５重量％〜約２重量％、約０．０７重量％〜約１重量％、約０．０８重量％〜約０．９重量％、約０．０９重量％〜約０．８重量％、約０．１重量％〜約０．８重量％、または約０．４重量％を占めるようにすることができる。更なる例によれば、いくつかの実施形態では、クロムが溶着物の約０．４重量％〜約２０重量％、約０．５重量％〜約１６重量％、約０．６重量％〜約１１重量％、約０．７重量％〜約１０重量％を占めるようにすることができる。より更なる例によれば、いくつかの実施形態では、ニッケルが溶着物の約０．１重量％〜約１重量％、約０．２重量％〜約０．７重量％、約０．３重量％〜約０．６５重量％、約０．４重量％〜約０．６５重量％、または約０．３５重量％を占めるようにすることができる。加えて、いくつかの実施形態では、モリブデンが、中空溶接ワイヤ５０中に存在していてもよく、その一部が、得られる溶着物に組み込まれていてもよい。具体例により、いくつかの実施形態では、モリブデンが、溶着物の約０．００１重量％〜約０．２重量％、約０．０１重量％〜約０．１５重量％、約０．０１重量％〜約１．２重量％、または約０．０７重量％を占めていてもよい。他の実施形態では、付加的または代替的に、チタンおよび／またはニオブが溶着物中に存在していてもよい。
本開示の技術的効果は、被覆ワーク上における耐食性の溶着物の形成を可能にすることを含む。特に、本開示の中空溶接ワイヤは、溶着物の腐食または酸化に対する耐性を向上または改善させ得る１または複数の耐食成分（例えば、ニッケル、クロム、銅、および／またはそれらの合金若しくは混合物）を含むものである。その上、いくつかの実施形態において、開示される中空溶接ワイヤは、比較的高いクロム含有率（例えば、４ｗｔ％〜６ｗｔ％のクロム）を有する溶着物の形成を可能にするのに好適な組成を有し、これによって、窒化鋼ワークを溶接する場合、溶着物内の溶液中に窒素が保持されて、溶接多孔性を軽減または抑えることができる。したがって、本開示の中空溶接ワイヤは、進行速度が速くても（例えば、３０in/min超または４０in/min超）、被覆（例えば、亜鉛めっき、亜鉛めっき後の焼きなまし処理、アルミニウム蒸着、窒化処理、塗装等）ワークおよび／またはより薄い（例えば、２０ゲージ、２２ゲージ、２４ゲージ以下の）ワークの溶接性を向上させる。
本明細書において、本発明のいくつかの特徴だけが図示および説明されてきたが、当業者には多くの変更および変形が思い浮かぶであろう。それゆえ、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨に入る全てのこのような変更および変形を包含することを意図していることを理解されたい。
１０ 溶接システム
１２ 溶接電源
１４ 溶接ワイヤフィーダー
１６ ガス供給システム
１７ シールドガス源
１８ 溶接トーチ
２０ ケーブル
２２ ワーク
２４ リードケーブル
２６ クランプ
２８ ケーブル束
３０ 交流電源
３２ ガス導管
３４ アーク
５０ 中空溶接ワイヤ
５２ 金属シース
５４ 粒状コア材料
５８ シーム
１２ 溶接電源
１４ 溶接ワイヤフィーダー
１６ ガス供給システム
１７ シールドガス源
１８ 溶接トーチ
２０ ケーブル
２２ ワーク
２４ リードケーブル
２６ クランプ
２８ ケーブル束
３０ 交流電源
３２ ガス導管
３４ アーク
５０ 中空溶接ワイヤ
５２ 金属シース
５４ 粒状コア材料
５８ シーム
Claims (34)
- シースとコアとを具備した中空溶接ワイヤにおいて、
有機安定剤成分と、
希土類成分と、
ニッケル、クロムおよび銅のうち１つまたは複数を含む耐食成分とを含む中空溶接ワイヤ。 - 前記１または複数の耐食成分がクロムを含み、前記中空溶接ワイヤが約０．０５重量％〜約３０重量％のクロムを含む請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
- 前記コアが約４重量％〜約８０重量％のクロムを含む請求項２に記載の中空溶接ワイヤ。
- 前記シースが約２０重量％未満のクロムを含む請求項２に記載の中空溶接ワイヤ。
- 前記１または複数の耐食成分がニッケルを含み、前記中空溶接ワイヤが約０．１重量％〜１０重量％のニッケルを含む請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
- 前記シースが約１０重量％未満のニッケルを含む請求項５に記載の中空溶接ワイヤ。
- 前記コアが約４重量％未満のニッケルを含む請求項５に記載の中空溶接ワイヤ。
- 前記１または複数の耐食成分が銅を含み、前記中空溶接ワイヤが約０．１重量％〜１重量％の銅を含む請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
- 前記コアが約４重量％未満の銅を含む請求項８に記載の中空溶接ワイヤ。
- 前記コアが約０．０５重量％〜約５重量％の前記有機安定剤成分を含む請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
- 前記有機安定剤成分がカルボキシメチルセルロースの第１族および第２族の塩を含む請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
- 前記希土類成分がランタニドシリーズの１または複数の元素または化合物を含み、該希土類成分が約０．１重量％〜約３重量％の該希土類成分を含む請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
- 前記中空溶接ワイヤの前記コアが第１族または第２族の金属の酸化物とチタン酸化物とマンガン酸化物とを含むフリットを含み、前記コアが約０．１重量％〜約２重量％の該フリットを含む請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
- 前記シースが３０４ステンレス鋼、４０９ステンレス鋼、４１０ステンレス鋼若しくは４３０ステンレス鋼、またはそれらの組合せを含む請求項１に記載の中空溶接ワイヤ。
- 被覆ワーク上に形成される耐食性の溶着物であって、
約０．５重量％〜約２１重量％のクロムと、
約０．０２重量％〜約１２重量％のニッケルと、
約０．０５重量％〜約１重量％の銅と、
を含み、該溶着物が該溶着物１inch当たり約0.25inch未満の多孔度を有する、溶着物。 - 約０．６重量％〜約１６重量％のクロムと、
約０．０２重量％〜約０．７重量％のニッケルと、
を含む請求項１５に記載の溶着物。 - 約１８重量％〜約２１重量％のクロムと、
約９重量％〜約１２重量％のニッケルと、
を含む請求項１５に記載の溶着物。 - 前記多孔度が前記溶着物１inch当たり約0.10inch未満である請求項１５に記載の溶着物。
- 少なくとも７０キロポンド毎平方インチ(ksi)の引張強度を有する請求項１５に記載の溶着物。
- 毎分約30inchを超える進行速度で形成される請求項１５に記載の溶着物。
- 毎分約10inchを超える進行速度で形成され、前記被覆ワークの厚みが0.05inch以下である請求項１５に記載の溶着物。
- 前記被覆ワークが被覆軟鋼ワークを含む請求項１５に記載の溶着物。
- 前記被覆ワークが亜鉛めっき軟鋼ワークを含む請求項１５に記載の溶着物。
- 前記被覆ワークが窒化鋼ワークである請求項１５に記載の溶着物。
- ステンレス鋼を含む請求項１５に記載の溶着物。
- ２００シリーズのステンレス鋼、３００シリーズのステンレス鋼または４００シリーズのステンレス鋼を含む請求項２５に記載の溶着物。
- 硬化肉盛溶着物である請求項１５に記載の溶着物。
- マルテンサイト組織、フェライト組織、またはそれらの組合せを特徴とする低合金溶着物である請求項１５に記載の溶着物。
- 実質的なマルテンサイト組織、実質的なフェライト組織、またはそれらの組合せを特徴とする高合金溶着物である請求項１５に記載の溶着物。
- 中空溶接ワイヤを製造する方法であって、
有機分子または有機ポリマーのナトリウム塩またはカリウム塩を含む、有機安定剤成分と、
ランタニドシリーズの１または複数の元素または化合物を含む、希土類成分と、
カリウム、ナトリウム、ケイ素、チタンおよびマンガンの１または複数の酸化物を含む、フリットと、
ニッケル、クロムおよび銅の１つまたは複数を含む、耐食成分と、
を含むコアを、金属シース内に配することと、
該金属シースを該コアの周りに加圧して、前記中空溶接ワイヤを形成することとを含む方法。 - ニッケルが前記中空溶接ワイヤの約０．１重量％〜約１０重量％を構成し、クロムが前記中空溶接ワイヤの約０．０５重量％〜約３０重量％を構成し、銅が前記中空溶接ワイヤの約０．１重量％〜約１重量％を構成する請求項３０に記載の方法。
- クロムが前記コアの約４重量％〜約８０重量％を構成し、ニッケルが前記コアの約４重量％未満を構成し、銅が前記コアの約４重量％未満を構成する請求項３１に記載の方法。
- 前記有機安定剤成分が前記コアの約０．０５重量％〜約５重量％を構成し、前記希土類成分が前記コアの約０．１重量％〜約３重量％を構成し、前記フリットが前記コアの約０．１重量％〜約２重量％を構成する請求項３０に記載の方法。
- 前記中空溶接ワイヤを、約３００°Ｆ〜約６５０°Ｆに約４時間〜６時間加熱することを含む請求項３０に記載の方法。
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