TW402537B - Process for manufacturing a flux-cored wire with recrystallization annealing - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 40253*7 五、發明説明（ 本發明也關於包芯焊條使用對於電弧焊接方法之實施 ，例如TIG、MIG、MAG、潛弧焊或垂直電渣焊接方法。 本發明係關於充滿塡充料之焊接金屬管製造之領域， 例如用於焊接之包芯焊條，包括一或多高頻率再結晶退火 步驟。 習知上’預期降低可或不可包括塡充料之金屬管直徑 ，例如包芯焊條’該金屬管承受滾壓及/或拉製之一或多步 驟。 然而’已知藉由滾壓及/或拉製降低金屬管直徑引起加 工硬化之冶金現象。 現今’當加工硬化之程度增加，即當該管之所有降低 比率增加時’該材料硬度增加而且承受隨後變形而不破壞 之能力降低。 換言之’具有一定界限或臨界降低比率在管破壞發生 之上。 目前’爲使連續滾壓及/或拉製該管超越該界限或臨界 比率’該材料結構藉由再結晶退火該結構被再度產生。 爲此目的’該金屬管之材料被加熱至高於所謂再結晶 溫度之上。 再結晶溫度依照組成該金屬管之材料性質》 因此’例如在低碳鋼大約爲6〇〇r而且在沃斯田不鏽 鋼大約爲75〇t。 正常地’該再結晶退火運作在分層式烘爐或連續爐中 被施行。高於再結晶溫度之持續時間從數小時（在分層式 尺度適财國國家料（CNS)鐵格（2IGx297公焚) — irL------裝-------訂 ------------涑 (請先閱讀背而之注意事項再4!耗本頁) 經濟部中央橾準局員工消费合作杜印製 40353^ 五、發明説明（>) 烘爐中）至數分鐘（在連續爐中）。 然而’可觀察當充滿塡充料之金屬管，例如包芯焊條 被製造以承受這類再結晶退火過程，不預期化學反應發生 介於至少一些包括在該塡充料之不同成分間3 因此，金紅石形包芯焊條通常地包括塡充料，其包括 鐵及鐵合金粉末之混合物與該包芯焊條之外殼成合金，給 予該焊縫一被修整至預期機械強度之化學組成，離子化元 素使得改善電弧穩定性成爲可能，氧化物例如Ti〇2、A1203 或Si02被預定形成熔渣，特別地熔點、黏滯性及表面張力 之物理性質係此類包芯焊條之運轉特性來源，及強力去氧 劑例如Mg、A1或AlMg使得降低該沉積的融熔金屬之氧含 量成爲可能，因此改善該焊縫之韌性性質。 現今，假如這類粉末混合物被提昇至高溫，例如700 t：在包含該混合物之金屬管外殻之再結晶退火處理，大槪 完成之氧化還原反應發生介於該塡充粉末之不同成分間， 這些反應可能使得該焊條不適合這類預期應用。 本發明之目的因此提供一方法允許包括塡充料之金屬 管之有效再結晶退火’例如包芯焊條’其方法對於該金屬 、管之塡充料沒有負面影響’或只是非常輕微影響。 本發明係關於用來製造含有塡充料之金屬管之方隹’ 包括至少一個藉由高頻率感應加熱所實施之再結晶退火步 驟。 依照該案例，本發明之方法可包括一或多個以下特性 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標率（匚奶）八4規格（2丨0乂 297公梦_) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印^ 402537 五、發明説明（今） -該頻率是至少l〇kHz，較佳地至少100kHz，而且有 效地大約介於250kHz及500kHz間。 -至少一個再結晶退火步驟被實施，在至少藉由滾壓及 /或拉製降低金屬管直徑之一個步驟後； -在一個再結晶退火步驟後，該方法包括至少一個冷卻 金屬管之步驟； -該再結晶溫度係大於或等於700°C，較佳地大於或等 於 750。。； -在該管之塡充料包括至少一金屬粉末由鐵粉末、矽鐵 粉末、矽錳粉末、錳粉末、矽鈦鐵粉末、鎂粉末、鋁粉末 及混合物所選擇。 -金屬管是包芯焊條。 本發明也關於可由上述方法獲得之包芯焊條，該包芯 焊條可包括由低碳鋼所製成之金屬外殼》 這類包芯焊條可用於實施焊接過程，例如TIG、MIG 、MAG、潛弧焊及垂直電渣焊接方法。 更明確地，本發明之發明人已示範管狀外殼之再生， 即再結晶退火可以加熱該金屬管之有效方式被實施，其已 經承受一或多拉製及/或滾壓步驟，藉由高頻率感應器而且 藉由此方法運轉，在包含於金屬管之塡充料或粉末幾乎是 未受影響或僅輕微影響。 這是因爲高頻率電流之穿透深度，也稱爲“表皮”深 度’藉由以下公式所限定： ..._ ... 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公兹) 装------j.訂—.~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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402537 五、發明説明（斗） 其中： •以=#0…是金屬（此處爲該金屬管外殼）之導磁率（ Η · m'1 ): -"。是自由空間之導磁率（4 7Γ X 1 Ο·7 Η · m.1): 是該材料之相對導磁率； -P是該材料之電阻率（Q.m); -而且/是感應電流之頻率（Hz)。 大約87%之焦耳效應加熱能量藉由感應電流被釋放在 該表皮深度。 、因此對於已知材料’該表皮深度因此與感應器中電流 頻率之平方根成反比。 在鋼的情形中’該表皮深度也是溫度之函數，因爲該 導磁率按照該因素而定。 例如’對於高頻率電流之表皮深度在頻率lkHz之情 形下’環境溫度（20°C )是〇.7mm而且在lOOOt是17mm ’對於10kHz之頻率其中相同溫度下表皮深度分別是 0_22mm及5_4mm，對於250kHz之頻率該深度分SU是 0.04mm 及 1 _lmm。 在製造用於焊接之包芯焊條之情形下，再結晶退火通 常被實施，當該包芯焊條之直徑大約是4mm，即對於大約 1.1mm之管狀外殼厚度s 考慮先前內容，以便減少加熱包含在包芯焊條之塡充 料而且以避免或減少介於不同成分間之化學反應，使用足 夠高頻率加熱該管狀外殻之外部分是可能的，即至少lkHz 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：297公楚） 辦衣 ^訂I ·. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 402537 Λ7 __in 五、發明説明（<) ’奠簠Mit藍之其他部分藉由熱傳導被加熱至高於再結晶 換言之’本發明之發明人以示範藉由以此方式實施該 方法包含在包芯焊條之塡充料之溫度不足以產生預期的介 於該塡充料間之化學反應。本發明將更詳細描述藉由案例 之幫助’其只用於表示而不加以限制。 案例 以下測試被實施在預期用在焊接結構鋼之不同形式包 芯焊條’這些焊條包括由低碳鋼所組成之外殼，該低碳鋼 具有大約0.04%之碳含量。 再結晶退火被實施在已拉製及/或滾壓至直徑4mm及 4.7mm，而且在頻率250及500kHz，該感應器之能量被調 整以至於在該包芯焊條之表面達到不同溫度。 在該再結晶退火步驟後，該包芯焊條承受自然冷卻至 週圍溫度或藉由灑水被冷卻。 在這些不同處理後，樣本被移除以至於測量硬度而且 使用金相學檢査再結晶是否已經真實地發生。

獲得的結果提供於以下表I 7 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公浼） ^衣 ^訂—„— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 402537 五、發明説明（[,) A7 ΙΓ 表i 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 包芯焊接線 形式 溫度 (/C) ! 冷卻 再結晶 維氏硬度 “無熔渣” 600 自然冷卻 ite | i \ 未決定 水冷 -fnr. Μ 未浃定 670 自然冷卻 無 202 水冷 frrp m 207 750 自然冷卻 有 110 水冷 有 160 800 自然冷卻 有 110 水冷 有 155 900 自然冷卻 有 115 水冷 有 117 金紅石 600 自然冷卻 並 «η 未法定 水冷 m 未決定 670 自然冷卻 m 217 水冷 -frrf Μ 220 750 自然冷卻 有 116 水冷 有 165 800 自然冷卻 有 114 水冷 有 188 900 自然冷卻 有 117 水冷 有 180 8 ： 批衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 良- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公趁） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 402537 五、發明説明（7 ) 在該測試中相似結果被獲得，不論該包芯焊接線直徑 、塡充料性質及使用的高頻率。 斧而可由上表中觀察，達到之溫度證明具有主要效果 在該管狀外殼之再結晶。 這是因爲在這些非常快速熱處理條件下’達到較習知' 處理在連續爐或分層式烘爐期間爲高之溫度（至少750°c )是必須的，在過程中連續爐通常只有° 再者，硬度測量顯示當達到溫度已允許該管狀外殻被 再結晶，該最終軟化，即介於非再結晶狀態及再結晶狀態 間之硬度差異，是非常不同的依照選擇的冷卻模式’不論 該管狀外殼之低碳含量。 更明確地，藉由灑水所冷卻之再結晶包芯焊條保持相 對高硬度，不論該再結晶，而且隨後不能被拉製既 之直徑而不破壞，其中被自然冷卻即藉由熱交換器與周圍 空氣之包芯焊條具有較低硬度而且可被拉製成爲1.2mm之 直徑而不破壞。 被拉製成直徑1.2mm之這類焊條與承受習知再結晶處 理之包芯焊條做比較，其再結晶處理以600°C持續1小時 在分層式烘爐中而且也與根據“chemetron”方法製造包括 相同塡充粉末之焊條做比較，該方法不需要立即熱處理假 如藉由該方法，該焊條被形成而且充滿粉末在直徑5mm中 〇 由以上比較測試可獲得： -根據本發明之焊條藉由高頻率被退火而且地被g 9 (請先閱讀背面之注意事項再填转本頁) 装· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0X297公犮） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 402537 五、發明説明（名） 卻’從操作觀點以使用“Chemetron”方法所獲得未退火焊 條相似； · ! -在分層式烘爐中處理之焊條導致非常不穩定電弧而且 非常大程度濺射’因此運轉特性明顯地劣於本發明之焊條 特性’因此確認介於組成該包芯焊條之不同元素間反應之 問題存在組成，當這些焊條承受使用習知方法之再結晶退 火。 換言之’跟隨充分地緩慢冷卻後之高頻率再結晶退火 允許管狀外殻之有效再結晶，即允許後者被重新生成，使 得對於該管隨後地承受拉製及/或滾壓步驟而不引起破壞成 爲可能的而且同時確保該焊條之運轉品質當使用於焊接過 薦中，假設塡充料之特性不被高頻率再結晶退熱處理所影 響。根據本發明，大於100kHz之頻率是較佳的，例如介 於250及500 kHz間之頻率。 然而，使用低頻率是可能的，但是可使用之最小頻率 應不小於10kHz。 導是因爲藉由此方式運轉，多數能量（87% )藉由焦 耳效應被釋放在該管厚度之外部分，當該管在低溫時以至 於達到稍超過厚度1/3在700°C (因爲導磁率之變化）而且 隨後全部厚度，當溫度到達並且超過居里溫度（在鋼案例 中 769。(：）。 再者，相關於再結晶退火後之該材料硬度所觀察之差 異，依照所選擇冷卻模式可藉由所選擇兩種冷卻模式之冷 卻速率差異（自然冷卻或灑水）。 ___10 ___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X297公#·) {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝^ -泉_ ΙΓ ΙΓ 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 _ 五、發明説明（f) 這是因爲當冷卻是"自然的”，包芯焊條從退火溫度 (大於700°C )至大約400°C之溫度花費大約30秒，其中 藉由灑水之冷卻導致冷卻至週圍溫度大約花費1秒。 附加測試（測試1至4)已顯示再結晶及冷卻至週箧I 溫度（To)後之最終硬度（最後維式硬度）事實上由冷卻 至介於再結晶溫度（TR)及大約溫度4〇〇t.間之溫度花費 時間所決定。 因此，出現在以下表II之測試結果從工業觀點係顯示 只使用自然冷卻（靜止空氣）或其他稍加速冷卻（例如藉 由灑水）從退火溫度（TA)降至大約40(TC是有效的而且 隨後補充這冷卻藉由附加冷卻噴灑冷卻劑，例如水以至於 獲得材料溫度，其大約等於周圍溫度（T。），而且藉由在 冷卻迴路中減小“緩衝”焊條之長度。

表II 測試 従1^至400°C之轉變 従400°C至T。之轉變 最終維 數目 冷卻模式 硬度 冷卻模式 硬度 氏硬度 1 水 少於1秒鐘 水 少於1秒鐘 165 2 靜止空氣 30秒 靜止空氣 數分鐘 115 3 吹動空氣 10至15秒 吹動空氣 1分鐘 140 4 靜止空氣 30秒 水 少於1秒鐘 125 推論該管冷卻較佳地包括至少一緩慢冷卻步驟從大約 _ 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨Οχ 297公棼) t請先聞讀背面之注意事項存填寫本買) -装-

IV 402537 五、發明説明（[。） 再結晶溫度（tr)至中間屋頓而且選擇地至少一快速冷卻 步驟從中間溫度至週圍溫度（τ(,)。 因此，該緩慢冷卻步驟花費大約10秒鐘，較佳地大約 2〇秒鐘，及/或該快速冷卻步驟被實施藉由冷卻劑裝置而且 較佳地由灑水。 正常地，該中間溫度是介於300aC及550°C間，較佳地 大約400°C。 有效地，至少部分感應加熱步驟及/或緩慢冷卻步驟在 惰性保護氣體下被實施以至於避免或減少該管之任何表面 氧化。 所使用之情性保護氣體是氮氣、氬或包括至少這兩種 氣體之一的混合氣體，或熟習此技藝者所熟知之任意其他 氣體或氣體混合物》 I. « 裝 •訂，Ί,' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印聚 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公#_ )

Claims (1)

1. Β8 C8 D8 β?ΐΐ26ΐ| 402537 •、申請專利範圍 1. 一種用於製造包括塡充料之金屬管之方法，包括至 少一再結晶退火步驟藉由高頻率感應加熱所實施，該頻率 至少10kHz。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於頻率 至少是100kHz 3. 如申請專利範圍第1項0 2項所述之方法，特徵 在於該頻率大約是介於250kH^500kHz間。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於至少 一再結晶退火步驟被實施在至少藉由滾壓及/或拉製所降低 該管直徑之步驟後。 5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，特徵在於再結 晶退火步驟後，該方法包括至少一步驟冷卻該管。 t如申請專利範圍第5項所述之方法，特徵在於該管 冷卻至少包括一緩慢冷卻步驟從大約再結晶溫度至中間溫 度而且選擇地至少一快速冷卻步驟大約從中間溫度至週圍 溫度。 7.如申請專利範圍第6項所述之方法，特徵在於該緩 慢冷卻步驟持續至少10秒鐘，較佳地大約20秒鐘，及/或 該快速冷卻步驟被實施藉由冷卻劑裝置而且較佳地由灞水 〇 8_如申請專利範圍第6項所述之方法，特徵在於該中 間溫度是介於300°C及550°C間，較佳地大約400°C。 9.如申請專利範圍第6項所述之方法，特徵在於該再 結晶溫度係大於或等於70(TC，較佳地大於或等於75〇t。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4规格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 装. 1T-* 濟 部 中 榡 準 為 貝 工 消 費 合 作 衽 印 製 402537 A8 BB C8 D8 六、申請專利範圍 10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，特徵在於在該 管之塡充料包括至少一金屬粉末由鐵粉末、矽鐵粉末、矽 錳粉末、錳粉末、矽鈦鐵粉末、鎂粉未、鋁粉末及混合物 所選擇。 11. 如申請專利範圈第1項所述之方法，特徵在於金屬 管是包芯焊條3 12. 如申請專利範圔第1項所述之方法，特徵在於至少 部分感應加熱步驟及/或緩慢冷卻步驟在惰性保護氣體下赞 實施。 13. 如申請專利範圍第丨項所述之方法，特徵在於可獲 得包芯焊條。 14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，特徵在於該 包芯焊條可包括由低碳鋼所製成之金屬外殼。 15. 如申請專利範圍第13項或第14項所述之方法，特 徵在於該包芯焊條之使用是對於實施焊接過程。 16. 如申請專利範圍第13項或第14項所述之方法，特 徵在於包芯焊條可運用於TIG、MIG、MAG、潛弧焊及垂 直電渣焊接方法。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   2 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS〉Μ規格（2I0X297公釐）