MX2014010890A - Sistemas y metodos para electrodos de soldadura. - Google Patents

Sistemas y metodos para electrodos de soldadura.

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Abstract

La invención se refiere en general con la soldadura y, más específicamente, a los electrodos para soldadura por arco, como la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) o soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW). En una modalidad, un alambre de soldadura tubular incluye una camisa y un núcleo. El núcleo incluye una fuente de carbono y una fuente de potasio que juntos comprenden menos de 10% del núcleo en peso. Además, se selecciona la fuente de carbono de entre el grupo: negro de carbón, negro de humo, nanotubos de carbono, y diamante.

Description

SISTEMAS Y MÉTODOS PARA ELECTRODOS DE SOLDADURA ANTECEDENTES La invención se relaciona en general con la soldadura y, más específicamente, a los electrodos para soldadura por arco, como la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) o soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW).
La soldadura es un proceso que cada vez está más presente en diversas industrias y para una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, la soldadura se utiliza a menudo en aplicaciones tales como en la construcción de barcos, en plataformas en alta mar, la construcción, en la fabricación de tubos, y así sucesivamente. Ciertas técnicas de soldadura (por ejemplo, soldadura por arco de metal con gas (GMAW), soldadura por arco con núcleo de fundente con gas (FCAW-G), y soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW)), por lo general emplean un gas de protección (por ejemplo, argón, dióxido de carbono, u oxígeno) para proporcionar un ambiente local particular en y alrededor del arco de soldadura y el baño de fusión durante el proceso de soldadura, mientras que otros (por ejemplo, soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAW), soldadura por arco sumergido (SAW), y soldadura por arco metálico revestido (SMAW)) no lo hacen. Además, ciertos tipos de soldadura pueden implicar un electrodo de soldadura en forma de alambre de soldadura. El alambre de soldadura puede generalmente proporcionar un suministro de metal de relleno para la soldadura así como proporcionar una trayectoria para la corriente durante el proceso de soldadura. Además, ciertos tipos de alambre de soldadura (por ejemplo, alambre de soldadura tubular) pueden incluir uno o más componentes (por ejemplo, fundente, estabilizadores de arco, o de otros aditivos) que pueden alterar, en general, el proceso de soldadura y/o las propiedades de la soldadura resultante.
BREVE DESCRIPCIÓN En una modalidad, un electrodo de alambre tubular de soldadura incluye una camisa y un núcleo. El núcleo incluye una fuente de carbono y una fuente de potasio que juntos comprenden menos de 10% del núcleo en peso. Además, se selecciona la fuente de carbono de entre el grupo: negro de carbón, negro de humo, nanotubos de carbono, y diamante.
En otra modalidad, un método de soldadura incluye la alimentación de un electrodo de alambre de soldadura en un aparato de soldadura. El electrodo de alambre de soldadura incluye un núcleo y una camisa, y el núcleo comprende una fuente de carbono y un estabilizador que juntos comprenden menos de 10% del núcleo en peso. El método incluye además la formación de un arco para soldadura entre el electrodo de alambre de soldadura y una pieza de trabajo de metal revestido.
En otra modalidad, un sistema de soldadura incluye un soplete de soldadura configurado para recibir un electrodo de alambre de soldadura. El electrodo de alambre de soldadura incluye una fuente de carbono y una fuente de metal alcalino que juntos comprenden menos de 10% del electrodo de alambre de soldadura en peso. Además, el soplete de soldadura está configurado para mover cíclicamente el electrodo de alambre de soldadura en un patrón deseado mientras se mantiene un arco entre el electrodo de alambre de soldadura y una pieza de trabajo.
DIBUJOS Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor cuando la siguiente descripción detallada sea leída con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales los caracteres similares representan partes similares en todos los dibujos, en donde: La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de soldadura por arco metálico con gas (GMAW), de acuerdo con las modalidades de la presente divulgación; La Figura 2 es una vista en sección transversal de un tubular de soldadura electrodo tubular de soldadura, de acuerdo con modalidades de la presente divulgación; La Figura 3 es un proceso por el cual el electrodo tubular de soldadura puede ser utilizado para soldar una pieza de trabajo, de acuerdo con modalidades de la presente divulgación; y La Figura 4 es un proceso de fabricación del electrodo tubular de soldadura, de acuerdo con modalidades de la presente divulgación; DESCRIPCIÓN DETALLADA Como se mencionó, ciertos tipos de electrodos de soldadura (por ejemplo, alambre tubular de soldadura) pueden incluir uno o más componentes (por ejemplo, fundente, estabilizadores de arco, o de otros aditivos) que pueden alterar, en general, el proceso de soldadura y/o las propiedades de la soldadura resultante. En consecuencia, la presente divulgación se dirige a composiciones de electrodos de soldadura que incorporan diversas formas de carbono (por ejemplo, grafito, grafeno, negro de carbón, negro de humo, diamante, fuentes de carbono o similares) para estabilizar el arco y/o alterar la química (por ejemplo, aumentar el contenido de carbono) de la soldadura.
Además, las presentes modalidades de electrodos de soldadura pueden incluir además otros estabilizadores, tales como compuestos de metales alcalinos (es decir, compuestos de elementos del Grupo 1 , como el litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb) o cesio (Cs)), compuestos de metales alcalinotérreos (por ejemplo, los compuestos de elementos del Grupo 2 , como el berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba)), siliciuros de tierras raras, así como otros elementos (por ejemplo, titanio, manganeso, o elementos similares) y minerales (por ejemplo, pirita, magnetita, y así sucesivamente). Como se discute a continuación, los electrodos de soldadura descritos pueden permitir la soldadura de piezas de trabajo recubiertas (por ejemplo, mediante chapado, galvanizado, pintado, aluminizado, carburado, o piezas de trabajo recubiertas de manera similar) y/o piezas de trabajo más delgadas (por ejemplo, 20, 22 y 24 de calibre, o piezas más delgadas). Además, los electrodos de soldadura descritos generalmente permiten soldaduras aceptables bajo diferentes configuraciones de soldadura (por ejemplo, corriente directa de electrodo negativo (DCEN), corriente directa de electrodo positivo (DCEP), polaridad variable, corriente directa pulsada (CD), ondas de polaridad de corriente alterna (CA) equilibrada o desequilibrada) y diferentes métodos de soldadura (por ejemplo, de movimientos circulares o de serpentina de los electrodos de soldadura, durante la soldadura).
Se debe apreciar que, como se usa aquí, el término "electrodo tubular de soldadura" o "alambre de soldadura tubular" puede referirse a cualquier alambre o electrodo de soldadura que tiene una camisa de metal y un núcleo granular o en polvo, tal como los electrodos de soldadura de núcleo de metal o los electrodos de soldadura con núcleo de fundente. También debe apreciarse que el término "estabilizador" puede ser utilizado generalmente para referirse a cualquier componente de la soldadura tubular que proporciona mejoras a la calidad del arco y/o soldadura.
Volviendo a las figuras, la Figura 1 ilustra una modalidad de un sistema de soldadura por arco metálico con gas (G AW) 10 que utiliza un electrodo de soldadura (por ejemplo, alambre de soldadura tubular) de acuerdo con la presente descripción. Se debe apreciar que, si bien la presente descripción puede centrarse específicamente en el sistema GMAW 10 ilustrado en la Figura 1 , los electrodos de soldadura divulgados actualmente pueden beneficiar cualquier proceso de soldadura por arco (por ejemplo, FCAW, FCAW-G, GTAW, SAW, SMAW, o proceso similar de soldadura por arco) que utiliza un electrodo de soldadura. El sistema de soldadura 10 incluye una unidad de potencia de soldadura 12, un alimentador de alambre de soldadura 14, un sistema de suministro de gas 16, y un soplete de soldadura 18. La unidad de potencia de soldadura 12 generalmente suministra energía al sistema de soldadura 10 y puede ser acoplada al alimentador de alambre de soldadura 14 a través de un haz de cables 20, así como acoplada a una pieza de trabajo 22 mediante un cable conductor 24 que tiene una abrazadera 26. En la modalidad ilustrada, el alimentador de alambre de soldadura 14 está acoplado a la soplete de soldadura 18 a través de un haz de cable 28 con el fin de suministrar alambre de soldadura tubular, consumible (es decir, el electrodo de soldadura) y energía al soplete de soldadura 18 durante el funcionamiento del sistema de soldadura 10. En otra modalidad, la unidad de potencia de soldadura 12 puede acoplarse y directamente alimentar de energía al soplete para soldar 18.
La unidad de potencia de soldadura 12 puede en general incluir circuitos de conversión de corriente que reciben corriente de entrada desde una fuente de alimentación de corriente alterna 30 (por ejemplo, una red de alimentación de CA, un conjunto motor/generador, o una combinación de los mismos), acondiciona la corriente de entrada, y proporciona energía de salida de CC o CA a través del cable 20. Como tal, la unidad de potencia de soldadura 12 podría dar energía al alimentador de alambre de soldadura 14 que, a su vez, alimenta el soplete de soldadura 18, de acuerdo con las exigencias del sistema de soldadura 10. El conductor del cable 24 que termina en la abrazadera 26 acopla la unidad de potencia de soldadura 12 a la pieza de trabajo 22 para cerrar el circuito entre la unidad de potencia de soldadura 12, la pieza de trabajo 22, y el soplete para soldar 18. La unidad de potencia de soldadura 12 puede incluir elementos de circuito (por ejemplo, transformadores, rectificadores, interruptores, y así sucesivamente), capaces de convertir la energía de entrada de CA a una corriente directa de electrodo positivo (DCEP) de salida, una corriente directa de electrodo negativo (DCEN) de salida, CD de polaridad variable, CD pulsante, o una CA de salida de equilibrio variable (por ejemplo, equilibrada o desequilibrada), según lo dictado por las exigencias del sistema de soldadura 10. Se debe apreciar que los electrodos de soldadura divulgados en la presente (por ejemplo, de alambre de soldadura tubular) pueden permitir mejoras en el proceso de soldadura (por ejemplo, la mejora de la estabilidad del arco y/o la mejora de calidad de la soldadura) para un número de diferentes configuraciones de corriente.
El sistema de soldadura ilustrado 10 incluye un sistema de suministro de gas 16 que suministra un gas de protección o mezclas de gases de protección de una o más fuentes de gas de protección 17 al soplete de soldadura 18. En la modalidad representada, el sistema de suministro de gas 16 se acopla directamente al soplete de soldadura 18 a través de un conducto de gas 32. En otra modalidad, a diferencia, el sistema de suministro de gas 16 puede estar acoplado al alimentador de alambre 14, y el alimentador de alambre 14 puede regular el flujo de gas desde el sistema de suministro de gas 16 al soplete para soldar 18. Un gas de protección, como se usa en el presente documento, puede referirse a cualquier gas o mezcla de gases que puede ser proporcionada al arco y/o baño de soldadura a fin de proporcionar una atmósfera local particular (por ejemplo, para proteger el arco, mejorar la estabilidad del arco, limitar la formación de óxidos de metal, mejorar la humectación de las superficies metálicas, alterar la química del depósito de soldadura, y así sucesivamente). En ciertas modalidades, el flujo de gas de protección puede ser un gas de protección o una mezcla de gas de protección (por ejemplo, argón (Ar), helio (He), dióxido de carbono (C02), oxígeno (02), nitrógeno (N2), gases de protección similares adecuados, o cualquiera de sus mezclas). Por ejemplo, un flujo de gas de protección (por ejemplo, entregado a través del conducto 32) puede incluir Ar, mezclas de Ar/C02, mezclas de Ar/C02/02, mezclas Ar/He, y así sucesivamente.
En consecuencia, el soplete de soldadura ilustrada 18, generalmente recibe el electrodo de soldadura (es decir, el alambre de soldadura tubular), la energía a partir del alimentador de alambre de soldadura 14 y un flujo de gas de protección desde el sistema de suministro de gas 16, con el fin de realizar la soldadura GMAW de la pieza de trabajo 22. Durante el funcionamiento, el soplete de soldadura 18 puede ser llevado cerca de la pieza de trabajo 22 de manera que un arco 34 puede formarse entre el electrodo de soldadura consumible (es decir, el alambre de soldadura que sale de una punta de contacto del soplete para soldar 18) y la pieza de trabajo 22. Además, como veremos a continuación, mediante el control de la composición del electrodo de soldadura (es decir, el alambre de soldadura tubular), la química del arco 34 y/o la soldadura resultante (por ejemplo, composición y características físicas), se pueden variar. Por ejemplo, el electrodo de soldadura puede incluir componentes de aleación o de fundente que pueden actuar como estabilizadores de arco y, además, pueden llegar a estar, al menos parcialmente, incorporados en la soldadura, afectando las propiedades mecánicas de la soldadura. Además, ciertos componentes del electrodo de soldadura (es decir, alambre de soldadura) también pueden proporcionar una atmósfera protectora adicional cerca del arco, afectar a las propiedades de transferencia del arco, y/o desoxidar la superficie de la pieza de trabajo.
Una sección transversal de una modalidad de los electrodos de soldadura actualmente divulgados se ilustra en la Figura 2. La Figura 2 ilustra un electrodo de soldadura tubular 50 (por ejemplo, un alambre de soldadura tubular 50) que incluye una camisa metálica 52 que encapsula un núcleo granular o en polvo 54. La camisa metálica 52 puede fabricarse a partir de cualquier metal o aleación adecuados (por ejemplo, acero de alto carbono, acero de bajo carbono, u otro metal adecuado o aleación). Se debe apreciar que, dado que la camisa metálica 52 generalmente puede proporcionar el metal de relleno para la soldadura, la composición de la camisa metálica 52 puede afectar a la composición de la soldadura resultante. Como tales, las camisas metálicas 52 pueden incluir aditivos o impurezas (por ejemplo, óxidos de hierro, carbono, metales alcalinos, manganeso, o compuestos o elementos similares) que pueden seleccionarse para proporcionar propiedades de soldadura deseadas. El núcleo granular 54 del electrodo de soldadura tubular 50 ilustrado, puede ser generalmente un polvo compactado con una composición que, como se describe más adelante, puede incluir una fuente de carbono y un compuesto de metal alcalino en ciertas modalidades. La fuente de carbono, el compuesto de metal alcalino, y otros componentes (por ejemplo, otros componentes de aleación o de fundente) pueden ser (por ejemplo, en grupos o racimos 56) dispuestos, de manera homogénea o no homogénea, dentro del núcleo granular 54. Además, para ciertas modalidades del electrodo de soldadura (por ejemplo, un electrodo de soldadura con núcleo de metal), el núcleo granular 54 puede incluir uno o más metales (por ejemplo, hierro, óxidos de hierro u otros metales) que pueden proporcionar, al menos, una porción del metal de relleno para la soldadura.
Ejemplos de componentes que pueden estar presentes en el electrodo de soldadura tubular 50 (es decir, además de las una o más fuentes de carbono y uno o más compuestos de metales alcalinos) incluyen otros estabilizantes, fundente, y componentes de aleación, tales como se pueden encontrar en electrodos de soldadura METALLOY X-CEL™ disponibles de Illinois Tool Works, Inc. En términos generales, el porcentaje total de la combinación de las una o más fuentes de carbono y el uno o más compuestos alcalinos metálicos pueden estar entre aproximadamente 0.01% y aproximadamente-10% en peso, con relación al núcleo granular 54 o a todo el electrodo de soldadura toda tubular 50. Cabe señalar que el porcentaje en peso se refiere generalmente a la contribución por peso de las fuentes de potasio y de carbono como un todo, no solamente la contribución de potasio o carbono elemental en peso. Por ejemplo, en ciertas modalidades, el porcentaje total de la combinación de la una o más fuentes de carbono y el uno o más compuestos de metal alcalino puede estar entre aproximadamente 0.01% y aproximadamente el 8%, entre aproximadamente 0.05% y aproximadamente el 5%, o entre aproximadamente 0.1% y aproximadamente el 4%. Se debe apreciar que, en las condiciones del arco 34, los componentes del alambre de soldadura (por ejemplo, la camisa de metal 52, el núcleo granular 54, y así sucesivamente) pueden cambiar de estado físico, reaccionar químicamente (por ejemplo, oxidarse, descomponerse, y así sucesivamente), o ser incorporados en la soldadura, sustancialmente sin modificación por el proceso de soldadura.
La fuente de carbono presente en el núcleo granular 54 y/o la camisa de metal 52 pueden ser de muchas formas y pueden estabilizar el arco 34 y/o aumentar el contenido de carbono de la soldadura. Por ejemplo, en ciertas modalidades, grafito, grafeno, nanotubos, fullerenos o fuentes similares de carbono sustancialmente hibridado sp2, pueden ser utilizados como fuente de carbono en el electrodo de soldadura tubular 50. Además, en ciertas modalidades, el grafeno o grafito puede usarse para también proporcionar otros componentes (por ejemplo, humedad, gases, metales, y así sucesivamente) que pueden estar presentes en el espacio intersticial entre las láminas de carbono. En otras modalidades, las fuentes de carbono sustancialmente hibridado sp3 (por ejemplo, micro o nano diamante, nanotubos de carbono, buckybolas) se pueden utilizar como fuente de carbono. Aún en otras modalidades, el carbono sustancialmente amorfo (por ejemplo, negro de carbón, negro de humo, hollín, o fuentes similares de carbono amorfo) se puede utilizar como fuente de carbono. Además, aunque la presente divulgación puede referirse a este componente como una "fuente de carbono", se debe apreciar que la fuente de carbono puede ser una fuente de carbono modificado químicamente que pueden contener elementos distintos del carbono (por ejemplo, oxígeno, halógenos, metales, y así sucesivamente). Por ejemplo, en ciertas modalidades, el electrodo de soldadura tubular 50 puede incluir una fuente de carbono de negro de carbón (por ejemplo, en el núcleo granular 54 y/o la camisa metálica 54) que puede contener un contenido de manganeso de aproximadamente 20%.
Además, el electrodo de soldadura tubular 50 puede incluir también uno o más compuestos de metal alcalino para estabilizar el arco 34. Es decir, el núcleo granular 54 y/o la camisa metálica 52 del electrodo de soldadura tubular 50 puede incluir uno o más compuestos de los elementos del Grupo 1 y Grupo 2, es decir, litio (Li), sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs), berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr) o bario (Ba). Una lista no limitativa de ejemplos de compuestos incluyen: Grupo 1 (es decir, metal alcalino) y el Grupo 2 (es decir, metal alcalinotérreo) silicatos, titanatos, titanato de manganeso, alginatos, carbonatos, haluros, fosfatos, sulfuros, hidróxidos, óxidos, permanganatos, silicon haluros, feldespatos, polucita, molibdenitas, y molibdatos. Por ejemplo, en una modalidades, el núcleo granular 54 del electrodo de soldadura tubular 50 puede incluir titanato de potasio de manganeso, sulfato de potasio, feldespato de sodio, feldespato potásico, y/o carbonato de litio. Ejemplos similares de fuentes de carbono y compuestos de metales alcalinos que se pueden utilizar se describen en la Patente de los E.U. No. 7,087,860, titulada "STRAIGHT POLARITY METAL CORED CABLES," y en la Patente de los E.U. No. 6,723,954, titulada "STRAIGHT POLARITY METAL CORED WIRE," que están ambas incorporadas, como referencia, en su totalidad para todos los fines.
Además, el electrodo de soldadura tubular 50 también puede incluir otros componentes estabilizadores. Los elementos de tierras raras generalmente pueden proporcionar estabilidad al arco 34 y pueden afectar a las propiedades de la soldadura resultante. Por ejemplo, en ciertas modalidades, el electrodo de soldadura tubular 50 puede utilizar siliciuros de tierras raras, tales como el Siliciuro de Tierras Raras (por ejemplo, disponible de Miller y Company de Chicago, Illinois), que puede incluir elementos de tierras raras (por ejemplo, cerio). Además, el electrodo de soldadura tubular 50 puede, adicional o alternativamente, incluir otros elementos y/o minerales para proporcionar la estabilidad del arco y para controlar la química de la soldadura resultante. Por ejemplo, en ciertas modalidades, el núcleo granular 54 y/o la camisa metálica 52 del electrodo de soldadura tubular 50 pueden incluir ciertos elementos (por ejemplo, titanio, manganeso, circonio, flúor, u otros elementos) y/o minerales (por ejemplo, pirita, magnetita, y así sucesivamente). Por ejemplo específico, ciertas modalidades pueden incluir siliciuro de circonio, níquel de zirconio, o aleaciones de titanio, aluminio y/o zirconio en el núcleo granular 54. En particular, compuestos que contienen azufre, incluyendo varios compuestos de sulfuro, sulfato, y/o sulfito (por ejemplo, tal como disulfuro de molibdeno, sulfito de manganeso, sulfato de bario, sulfato de calcio, o sulfato de potasio) o compuestos o minerales que contienen azufre (por ejemplo, pirita, yeso, o especies similar que contienen azufre) pueden ser incluidos en el núcleo granular 54 para mejorar la calidad de la soldadura resultante mediante la mejora de la forma del cordón y facilitar el desprendimiento de la escoria, lo que puede ser especialmente útil cuando se sueldan piezas de trabajo galvanizadas, como se describe a continuación.
En términos generales, el electrodo de soldadura tubular 50 puede generalmente estabilizar la formación del arco 34 a la pieza de trabajo 22. Como tal, el electrodo de soldadura tubular 50 divulgado puede mejorar las tasas de deposición al tiempo que reduce la salpicadura durante el proceso de soldadura. Además, debe apreciarse que la mejora de la estabilidad del arco 34 generalmente puede permitir la soldadura de piezas metálicas recubiertas. Una lista no limitante de ejemplos de piezas de trabajo recubiertas incluye piezas de trabajo pintadas, selladas, galvanizadas, galvanizadas recocidas, revestidas (por ejemplo, niquelado, cobreado, estañado o electrochapado o químicamente chapado, con un metal similar), cromado, chapado de nitrito, aluminizado, o carburado. Por ejemplo, en el caso de piezas de trabajo galvanizadas, el electrodo de soldadura tubular 50, divulgado en la presente, generalmente puede mejorar la estabilidad y la penetración del arco 34 de tal manera que una buena soldadura se puede lograr a pesar de la capa de zinc en el exterior de la pieza de trabajo 22. Además, mediante la mejora de la estabilidad del arco 34, el electrodo de soldadura tubular 50 divulgado, en general puede permitir la soldadura de piezas de trabajo más finas y delgadas, que lo que puede ser posible mediante el uso de otros electrodos de soldadura. Por ejemplo, en ciertas modalidades, el electrodo de soldadura tubular 50 divulgado, puede ser utilizado para soldar metal que tiene aproximadamente un calibre de 16, 20, 22, 24, o piezas de trabajo aún más delgadas.
Por otra parte, el electrodo de soldadura tubular 50 divulgado, también se puede combinar con ciertos métodos o técnicas de soldadura (por ejemplo, técnicas en las que los electrodos de soldadura se mueve en una manera particular durante la operación de soldadura) que pueden aumentar aún más la robustez del sistema de soldadura 10 para ciertos tipos de piezas de trabajo. Por ejemplo, en ciertas modalidades, el soplete de soldadura 18 puede estar configurado para mover cíclica o periódicamente el electrodo en un patrón deseado (por ejemplo, un patrón circular, arco de giro, o el patrón de serpentina) dentro del soplete de soldadura 18 a fin de mantener un arco 34 entre el electrodo de soldadura tubular 50 y la pieza de trabajo 22 (por ejemplo, sólo entre la camisa 52 del electrodo de soldadura tubular 50 y la pieza de trabajo 22). Por ejemplo específico, en ciertas modalidades, el electrodo de soldadura tubular 50 divulgado se puede utilizar con métodos de soldadura, tales como los descritos en la Solicitud Provisional de Patente de los E.U. No. de Serie 61/576,850, titulada "DC ELECTRODE NEGATIVE ROTATING ARC WELDING METHOD AND SYSTEM," que se incorpora como referencia en el presente documento, en su totalidad, para todos los fines. Se debe apreciar que tales técnicas de soldadura pueden ser especialmente útiles al soldar piezas de trabajo delgadas (por ejemplo, que tiene un espesor de calibre 20, 22, o 24), como se mencionó anteriormente.
La Figura 3 ilustra una modalidad de un proceso 60 por el cual una pieza de trabajo 22 puede ser soldada utilizando el sistema de soldadura 10 y electrodo de soldadura tubular 50 descritos. El proceso ilustrado 60 comienza con la alimentación (bloque 62) del electrodo de soldadura tubular 50 (es decir, el alambre de soldadura 50) a un aparato de soldadura (por ejemplo, el soplete de soldadura 18). Además, el proceso 60 incluye proporcionar (bloque 64) un flujo de gas protector (por ejemplo, 100% de argón, 75% de argón/25% de dióxido de carbono, 90% de argón/10% de helio, o el flujo de gases de protección similares), cerca de la punta de contacto del aparato de soldadura (por ejemplo, la punta de contacto del soplete 18). En otras modalidades, se pueden utilizar sistemas de soldadura que no utilicen un sistema de suministro de gas (por ejemplo, tales como el sistema de suministro de gas 16 que se ilustra en la Figura 1 ) y uno o más componentes (por ejemplo, óxidos de aluminio, hierro o magnesio) del electrodo de soldadura tubular 50 puede proporcionar un componente de gas de protección. A continuación, el electrodo de soldadura tubular 50 puede ser llevado cerca (bloque 66) de la pieza de trabajo 22, tal que un arco 34 puede formarse entre el electrodo de soldadura tubular 50 y la pieza de trabajo 22. Se debe apreciar que el arco 34 se puede producir usando, por ejemplo, un DCEP, DCEN, CD de polaridad variable, CD pulsada, CA equilibrada o desequilibrada, como configuraciones de alimentación de corriente para el sistema GMAW 10. Además, como se mencionó anteriormente, en ciertas modalidades, el electrodo de soldadura tubular 50, puede ser cíclica o periódicamente movido (bloque 68) con relación a la pieza de trabajo 22 de acuerdo con un patrón y/o geometría particular (por ejemplo, un arco de giro, patrón de remolino, o patrón de serpentina) de manera que el arco 34 puede ser mantenido (por ejemplo, sustancialmente entre la camisa de metal 52 del electrodo de soldadura tubular 50 y la pieza de trabajo 22) durante el proceso de soldadura. Además, en ciertas modalidades, el electrodo tubular de soldadura 50 y/o el movimiento cíclico del electrodo de soldadura tubular 50 durante la soldadura, generalmente pueden permitir la soldadura de piezas de trabajo más delgadas (por ejemplo, menos de calibre 20), así como piezas de trabajo revestidas como pintadas, galvanizadas, galvanizadas recocidas, chapadas, aluminizadas, cromadas, carburadas, u otras piezas revestidas similares.
La Figura 4 ilustra una modalidad de un proceso 70 por el cual el electrodo de soldadura tubular 50 puede ser fabricado. El proceso 70 comienza con una tira plana de metal que se alimenta (bloque 72) a través de una serie de troqueles para dar forma a la tira, de una camisa de metal parcialmente circular 52 (por ejemplo, produciendo un semicírculo o completo). Después de que la banda de metal ha sido conformada, al menos parcialmente como la camisa de metal 52, ésta se puede rellenar (bloque 74) con el material del núcleo granular 54. Por consiguiente, la camisa metálica 52 conformada parcialmente, se puede rellenar con varios fundentes en polvo y componentes de aleación (por ejemplo, óxido de hierro, metal de cinc, o fundente similar y/o componentes de aleación). Más específicamente, entre los diversos componentes de aleación y fundente, una o más fuentes de carbono y uno o más compuestos de metal alcalino pueden ser añadidos de tal manera que juntos comprenden menos del 10% del electrodo tubular de soldadura 50 y/o el material del núcleo granular 54. Además, en ciertas modalidades, otros componentes (por ejemplo, siliciuro de tierras raras, magnetita, titanato, pirita, y/u otros componentes similares) pueden también ser añadidos a la camisa de metal 52 conformada parcialmente. Una vez que los componentes del material del núcleo granular 54 se han añadido a la camisa metálica 52 conformada parcialmente, la camisa de metal conformada parcialmente 52 puede entonces ser alimentada a través (bloque 76) de uno o más troqueles que generalmente pueden cerrar la camisa metálica 52, de tal manera que rodea sustancialmente el material del núcleo granular 54 (por ejemplo, formando una costura 58). Además, la camisa de metal 52 cerrada, posteriormente puede ser alimentada a través de (bloque 78) un número de troqueles (por ejemplo, troqueles de estirado) para reducir el diámetro del electrodo de soldadura tubular 50 comprimiendo el material de núcleo granular 54.
Mientras que sólo algunas características de la invención se han ilustrado y descrito en el presente documento, muchas modificaciones y cambios se les ocurrirán a aquellos expertos en la técnica. Por lo tanto, se debe entender que las reivindicaciones adjuntas están destinadas a cubrir todas las modificaciones y cambios que caigan dentro del verdadero espíritu de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES
1. Un alambre de soldadura tubular, que comprende: una camisa y un núcleo, caracterizado porque el núcleo comprende una fuente de carbono y una fuente de potasio que juntos comprenden menos de 10% del núcleo en peso: negro de carbón, negro de humo, nanotubos de carbono, y diamante.
2. El alambre de soldadura tubular de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la fuente de potasio comprende silicato de potasio, titanato de potasio, alginato de potasio, carbonato de potasio, fluoruro de potasio, fosfato de potasio, sulfuro de potasio, hidróxido de potasio, óxido de potasio, permanganato de potasio, silicofluoruro potásico, feldespato potásico, molibdatos, o una combinación de los mismos.
3. El alambre de soldadura tubular de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el alambre de soldadura tubular comprende una fuente de azufre que comprende sulfito de manganeso, disulfuro de molibdeno, yeso, sulfato de calcio, sulfato de bario, o pirita.
4. El alambre de soldadura tubular de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el alambre de soldadura tubular comprende siliciuro de tierra rara.
5. El alambre de soldadura tubular de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la fuente de carbono y la fuente de potasio juntas comprenden entre 0.1% y 3% del núcleo en peso.
6. El alambre de soldadura tubular de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la fuente de carbono y la fuente de potasio juntas comprenden entre 0.01% y 8% del núcleo en peso.
7. El alambre de soldadura tubular de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la fuente de carbono y la fuente de potasio juntas comprenden entre 0.05% y 5% del núcleo en peso.
8. Un método de soldadura, que comprende: alimentar un electrodo de alambre de soldadura en un aparato de soldadura, caracterizado porque el electrodo de alambre de soldadura comprende un núcleo y una camisa, y en el que el núcleo comprende una fuente de carbono y un estabilizador que juntos comprenden menos de 10% del núcleo en peso; y formar un arco de soldadura entre el electrodo de alambre de soldadura y una pieza de trabajo de metal revestido.
9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende proporcionar un flujo de gas de protección cerca del arco de soldadura, caracterizado además porque el flujo de gas de protección comprende argón, dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, helio, o una combinación de los mismos.
10. El método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado además porque la pieza de trabajo de metal revestido comprende una pieza de trabajo galvanizada o galvanizada recocida.
11. El método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado además porque la pieza de trabajo de metal revestido comprende una pieza de trabajo de metal que ha sido pintada, chapada, cromada, aluminizada, carburada, recubierta con nitrito, o una combinación de los mismos.
12. El método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado además porque el estabilizador comprende silicato de potasio, titanato de potasio, alginato de potasio, carbonato de potasio, fluoruro de potasio, fosfato de potasio, sulfuro de potasio, hidróxido de potasio, óxido de potasio, permanganato de potasio, silicofluoruro potásico, feldespato potásico, molibdato de potasio, o una combinación de los mismos.
13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado además porque el estabilizador comprende magnetita, pirita, titanio, circonio, siliciuro de tierra rara, o una combinación de los mismos.
14. El método de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado además porque la pieza de trabajo comprende un espesor de calibre 16 o menos.
15. Un sistema de soldadura, caracterizado porque comprende: un soplete de soldadura configurado para recibir un electrodo de alambre de soldadura, caracterizado porque el electrodo de alambre de soldadura comprende una fuente de carbono y una fuente de metal que juntas comprenden menos de 10% del electrodo de alambre de soldadura en peso, en el que la fuente de metal comprende una fuente de metal alcalino, un fuente de metal alcalinotérreo, o cualquier combinación de las mismas, y en el que el soplete de soldadura está configurado para mover cíclicamente el electrodo de alambre de soldadura en un patrón deseado mientras se mantiene un arco entre el electrodo de alambre de soldadura y una pieza de trabajo.
16. El sistema de soldadura de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado además porque el sistema de soldadura está configurado para soldar usando una configuración de corriente seleccionada entre el grupo: corriente directa de electrodo positivo (DCEP), corriente directa (CD) de polaridad variable, CD pulsada, corriente alterna (CA) equilibrada o desequilibrada.
17. El sistema de soldadura de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado además porque la fuente de metal alcalino comprende un silicato de metal alcalino, un titanato de metal alcalino, un alginato de metal alcalino, un carbonato de metal alcalino, un haluro de metal alcalino, un fosfato de metal alcalino, un sulfuro de metal alcalino, un álcali hidróxido de metal, un óxido de metal alcalino, un permanganato de metal alcalino, un feldespato de metal alcalino, una polucita de metal alcalino, un molibdato de metal alcalino, o una combinación de los mismos.
18. El sistema de soldadura de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado además porque la fuente de metal alcalinotérreo comprende un silicato de metal alcalinotérreo, un titanato de metal alcalinotérreo, un alginato de metal alcalinotérreo, un carbonato de metal alcalinotérreo, un haluro de metal alcalinotérreo, un fosfato de metal alcalinotérreo, un sulfuro de metal alcalinotérreo, un hidróxido de metal alcalinotérreo, un óxido de metal alcalinotérreo, un permanganato de metal alcalinotérreo, un feldespato de metal alcalinotérreo, una polucita de metal alcalinotérreo, un molibdato de metal alcalinotérreo, o una combinación de los mismos.
19. El sistema de soldadura de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado además porque el sistema de soldadura está configurado para soldar una pieza de trabajo galvanizada, pintada, chapada, cromada o aluminizada.
20. El sistema de soldadura de acuerdo con la reivindicación 15, que comprende un sistema de suministro de gas configurado para suministrar un gas de protección al soplete de soldadura, y caracterizado además porque el flujo de gas de protección comprende argón, dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, helio, o una combinación de los mismos.
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