TWI616266B - 用以拋光和潤滑鋁焊絲的系統和方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於拋光及潤滑一鋁焊絲之系統及方法。該系統及方法自一捲軸拉引原料鋁焊絲，使該原料焊絲經受複數個拉引及熱處理步驟以獲得具有適於在一連續焊接裝置中使用之一最終直徑之一焊絲。在該最終拉引步驟之後，該焊絲立即經受一拋光及潤滑程序，其中使得使用一潤滑劑浸透之一線繩越過該焊絲之表面。該線繩用以自該焊絲之該表面移除污染物，諸如金屬碎屑，且亦用以在該焊絲之該表面上方提供一層潤滑劑。該所得焊絲具有一改良外觀，且將不阻塞自動焊接裝置，且該潤滑劑對於使用中的焊接孔隙度將不會有不利的影響。

Description

用以拋光和潤滑鋁焊絲的系統和方法

本發明之實施例大體上係關於焊絲之製造，且更特定言之係關於一種用於拋光及潤滑鋁焊絲之系統及方法。

鋁焊絲通常用於連續饋進的焊接機器中。在製造期間，該焊絲經受包含導致一焊絲具有一所要直徑之一或多個拉引程序之各種程序。接著，經拉引之焊絲被纏捲於一捲軸上之若干層中或纏繞至一絞盤中，此兩者用於氣體金屬電弧熔接或氣體金屬電弧熔接程序。當裝配至一連續焊接裝置時，其可透過連續焊接裝置之饋進構件中之導件而自捲軸饋進。在此等連續焊接裝置內，焊絲與諸多部件接觸，該等部件包含(但不限於)：驅動輥子、接觸尖端、導件及一護襯。為了在焊接操作中令人滿意地執行，鋁焊絲必須沒有表面污染物(諸如拉引潤滑劑)，使得此等污染物不會造成焊接缺陷，諸如孔隙度及其類似物。

提供沒有碳氫化合物(即潤滑劑)之形式之表面污染物之鋁焊絲亦可為一問題。無潤滑劑焊絲可導致在焊絲饋進程序期間之一非所要摩擦量。此高度摩擦可產生焊絲顆粒，其等為從焊絲之表面刮除之小塊材料。

另外，5xxx-系列鋁合金具有一較高位準之鎂。因而，必須使用 鑽石拉引模頭將焊絲自一原始較大直徑製成一較小直徑。鑽石拉引模頭刮擦焊絲之表面，且其等本身產生叫做碎屑之鋁的較小顆粒。此等碎屑在大小上可為1微米或小於1微米，且非常硬。碎屑黏附於焊絲之表面，且當焊絲稍後饋進通過焊接設備時，碎屑可偏移原位且嵌入焊接設備之護襯之內徑中。此累積可導致焊絲之表面之額外刮擦。另外，護襯可隨時間累積可最終完全阻礙焊絲移動通過護襯之大量焊絲刨屑。

此焊絲刨屑問題永遠無法使用乾淨、無潤滑劑焊絲完全消除。已使用惰性潤滑劑(諸如碳/石墨)，但是此等潤滑劑係黏附於焊絲之表面之顆粒材料，且儘管其等減少刨屑產生之趨勢，然歸因於安置於表面上之石墨之量，其等無法全部消除刨屑產生。即，焊絲之表面之僅一小部分上將具有碳/石墨顆粒，所以潤滑劑之靈敏度相比於使用一潤滑劑塗佈整個焊絲之表面係較小的。已使用其他非碳氫化合物潤滑劑(諸如聚四氟乙烯(PTFE)，通常被稱為鐵氟龍)來進行試驗。然而，使用鐵氟龍之問題係其是一絕緣體，且因此在焊接操作期間熔化焊絲所需之電流係不均勻的，且所以可產生電弧不穩定性。

已嘗試其他程序變化，諸如已努力嘗試調整焊絲之回火/硬度、進行鑄件及螺旋線改變及調整焊絲直徑以消除刨屑問題，但是此等嘗試均未獲得成功。因此，仍需要一改良程序以提供鋁焊絲用於在連續饋進焊接機器中使用，此實質上沒有刮擦且亦最小化產生碎屑(其可降低此等機器之效率)之機會。

揭示一種用於處理一焊絲之方法。該方法可包含以下步驟：自一捲軸饋進原料焊絲至一拉引平台、拉引原料焊絲以產生一直徑減小之焊絲、熱處理該直徑減小之焊絲以產生經熱處理之焊絲、拉引該經熱處理之焊絲以產生一最終直徑焊絲、拋光以將顆粒污染物自該最終 直徑焊絲之一表面移除、塗覆潤滑劑及將該經拋光之焊絲纏繞於一捲軸上或一絞盤中。

揭示一種用於處理一焊絲之系統。該系統可包含：用於展開原料焊絲之一展開平台、用於自展開平台接收原料焊絲且用於將原料焊絲減小至一經減小之直徑之一第一拉引平台、用於自第一拉引平台接收直徑減小之焊絲及用於熱處理該焊絲之一熱處理平台、用於自熱處理平台接收經熱處理之焊絲及用於拉引該經熱處理之焊絲以產生一最終直徑焊絲之一第二拉引平台；用於自第二拉引平台接收最終直徑焊絲且用於將顆粒污染物自最終直徑焊絲之一表面移除之一拋光平台、用於塗覆潤滑劑之一潤滑平台及用於將經拋光之焊絲纏繞於一捲軸或一絞盤上之一纏捲平台。

揭示一焊絲段。該焊絲可具有實質上沒有金屬碎屑之一表面及安置於該焊絲之外表面上之一層潤滑劑。在一些實施例中，該焊絲係一鋁合金。在其他實施例中，自含有鉬及鉀之清單中選擇潤滑劑。

1‧‧‧鋁焊絲

2‧‧‧滾輪

4‧‧‧滾輪

6‧‧‧線圈

8‧‧‧線繩

10‧‧‧捲軸

12‧‧‧張力量測器件

14‧‧‧第一改向滾輪

15‧‧‧輔助滾輪

16‧‧‧第二改向滾輪

18‧‧‧驅動捲軸

20‧‧‧捲盤

22‧‧‧原料鋁焊絲

24‧‧‧第一拉引平台

26‧‧‧經拉引之焊絲

28‧‧‧熱處理平台

30‧‧‧經熱處理之焊絲

32a-n‧‧‧額外拉引平台

34‧‧‧最終拉引平台

36‧‧‧焊絲

38‧‧‧拋光/潤滑平台

40‧‧‧焊絲

42‧‧‧捲軸

100‧‧‧步驟

200‧‧‧步驟

300‧‧‧步驟

400‧‧‧步驟

500‧‧‧步驟

600‧‧‧步驟

700‧‧‧步驟

A‧‧‧箭頭

B‧‧‧箭頭

附圖繪示迄今為止針對其之原則之實際應用而設計之所揭示之方法之較佳實施例，且其中：圖1係用於在所揭示之系統及方法中使用之一例示性焊絲拋光裝置之一示意圖；圖2係所揭示之系統之一例示性實施例之一示意圖；及圖3係所揭示之方法之一例示性實施例之一邏輯流程圖。

揭示一種用於在拋光及潤滑鋁焊絲中使用之系統及方法。儘管揭示該系統及方法用以配合鋁焊絲使用，然應瞭解，本發明之原理可配合其他材料(諸如銅)之焊絲使用。

如所描述，製造鋁焊絲之先前嘗試主要著重於提供表面潤滑劑 以最小化摩擦從而試圖減少碎屑之產生。如稍後將更詳細描述，所揭示之系統及方法著重於將碎屑自焊絲之表面移除，且將少量潤滑劑均勻地塗覆於焊絲之表面上。

在一實施例中，使用一焊絲拋光技術將碎屑自焊絲之表面移除。此一拋光技術之一實例在Boockmann之美國專利第5,382,455號及5,409,535號中揭示，該等案之全文以引用之方式併入本文中。Boockmann技術利用一拋光線繩將碎屑自一焊絲之表面移除。可將少量潤滑劑塗覆於經拋光之焊絲。在一實施例中，此潤滑劑包含鉬(Mb)。在另一實施例中，在拋光程序期間塗覆潤滑劑。例如，拋光線繩可使用一些潤滑劑浸透，使得當線繩拋光焊絲時，將潤滑劑均勻地塗覆於焊絲之表面。

圖1繪示用於配合所揭示之系統及方法使用之一例示性焊絲拋光配置。儘管將描述一特定焊絲拋光/潤滑配置，然應瞭解，僅出於繪示性目的提供此一配置，且其不具有限制性。因而，所揭示之系統及方法可配合各種其他適合拋光及潤滑技術使用。

如圖1中所示，可經由一對滾輪2、4自左向右且透過一股線繩8(其已使用一些潤滑劑浸透)之複數個線圈6沿箭頭「A」之方向饋進一連續段之鋁焊絲1。在一非限制例示性實施例中，線繩8可由黏液纖維及醯胺之一編織製成。在一些實施例中，一或多股線繩8可使用一潤滑劑或一抗磨劑浸透。該股線繩8自一捲軸10展開。該股線繩8展開及藉由一張力量測器件12及一第一改向滾輪14依圍繞焊絲1之線圈引導至一輔助滾輪15，接著經引導至一第二改向滾輪16及至一驅動捲軸18。

在一些實施例中，鋁焊絲1及線繩8依相反方向移動。在其他實施例中，鋁焊絲1及線繩8依相同方向移動。在一非限制例示性實施例中，焊絲1可沿箭頭「A」之方向依每分鐘約1400英尺(fpm)之一速度 移動，而線繩8可沿相反方向依每分鐘約25公分(cpm)移動。

由於線繩8及鋁焊絲1之相對移動，線繩8擦除駐留於焊絲之表面上之任何碎屑。該等碎屑嵌入線繩中且自焊絲被帶走。同時，可浸入線繩8中之一些潤滑劑被轉移至焊絲之表面，使得產生一經潤滑的無碎屑焊絲。接著該焊絲可被轉移至一捲軸用以運輸、儲存及使用。

在一非限制例示性實施例中，線繩8使用足夠量之一脫模劑及Mb潤滑劑之一混合劑浸透以在所完成之焊絲表面上提供一所要量之潤滑劑。在一實施例中，脫模劑可為礦油精。礦油精可用作Mb潤滑劑之一脫模劑，使得當線繩8越過焊絲1時，潤滑劑被釋放至焊絲1之表面上。歸因於線繩8圍繞焊絲1捲繞之事實，潤滑劑均勻地沈積於焊絲之整個表面上，此係勝於導致不均勻潤滑劑塗覆之先前技術之一改良。在一些實施例中，可將約0.2mg/m²至5mg/m²之一些潤滑劑沈積於焊絲表面上。

將Mb用作潤滑劑之一優點係此可對所得焊接品質產生最小影響。然而應瞭解，亦可使用其他潤滑劑，諸如鉀。另外，可使用各種適合抗磨化合物之任何者。

如一般技術者將瞭解，焊絲之製造可包含複數個拉引、熱處理及其他處理步驟用以處理焊絲及將焊絲直徑自一原料直徑減小至適於一特定連續焊接應用之一最終直徑。現參考圖2，將描述一例示性焊絲製造系統。可提供含有具有一第一直徑之原料鋁焊絲22之一捲盤20。可沿箭頭「B」之方向饋進原料鋁焊絲22至一第一拉引平台24，其中原料焊絲22之直徑可經減小為小於第一直徑之一第二直徑。在一非限制例示性實施例中，原料鋁焊絲22可具有約9.5公釐(mm)之一直徑，且第一拉引平台可導致約3.2mm之一第二直徑。接著，經拉引之焊絲26可經導引至一熱處理平台28，其中可執行一或多個熱處理程序。儘管經展示為一單一熱處理平台，然應瞭解，可使用多個個別熱 處理平台。另外，該焊絲可如所期望經受交替散佈個別熱處理步驟之個別拉引步驟。熱處理步驟之一或多者可為退火步驟或均質化步驟。

另外，儘管在熱處理平台28之前僅展示一單一拉引平台24，然應瞭解，可在熱處理之前採用一個以上拉引程序。接著，經熱處理之焊絲30可經導引至一或多個額外拉引平台32a-n以進一步將焊絲之直徑減小一所要量。應瞭解，額外拉引平台32a-n可酌情構成任何所要數目之個別平台以提供具有一所要最終直徑之一焊絲。在一實施例中，該系統可包含多至十四個個別拉引平台。一最終拉引平台34可將焊絲36減小至一所要最終直徑。繼最終拉引平台之後，焊絲36可經導引至一拋光/潤滑平台38，其中鋁及/或其他顆粒可自焊絲之外表面移除，且其中可將一潤滑劑薄層塗覆於焊絲之外部。在一非限制例示性實施例中，拋光/潤滑平台38採用關於圖1所描述之裝置。接著，經拉引、拋光及潤滑之焊絲40可裝載於一捲軸42上且經封裝用以儲存、運輸及在一連續焊接裝置中使用。

在一例示性實施例中，可需要多至十四個拉引步驟以將一原料焊絲之直徑減小至一最終直徑用以在一連續焊接裝置中使用。重要的是，拋光/潤滑平台38定位於焊絲製程之最終拉引平台34之下游，僅在最終焊絲封裝步驟之前。藉由僅在封裝之前執行拋光/潤滑步驟，可在一拋光步驟中移除由全部先前拉引步驟產生之碎屑。

如將瞭解，所揭示之系統及方法執行兩個重要功能。首先，其等自焊絲之表面移除鋁碎屑，因此消除在焊接程序期間的焊絲刨屑。其次，其將一較薄且均勻層之潤滑劑添加至焊絲之表面，此減少焊絲與一連續焊接裝置之內部組件之間之摩擦。所揭示之串聯焊絲拋光/潤滑系統及方法允許保留焊接完整性(即很少或沒有焊接孔隙度問題)、改良焊絲潤滑性及消除在焊接期間的焊絲刨屑。除了此等功能優點之外，該系統及方法亦導致改良焊絲表面裝飾、提供具有一明亮 且均勻表面外觀(無刮痕或劃痕)之所得焊絲。

經由以下測試來判定拋光/潤滑程序之有效性：(1)焊絲饋進測試、(2)經拋光之焊絲之焊接孔隙度測試、及(3)焊絲表面潤滑性測試。該焊絲具有1.2公釐之一直徑，且塗覆約0.2mg/m²至5.0mg/m²之潤滑劑。應瞭解，亦可使用更小及更大直徑焊絲(例如自0.8公釐至約2公釐)。

焊絲饋進測試

執行焊絲饋進測試以模擬已發現在焊接期間產生焊絲刨屑之「真實世界」條件。該測試由以下組成：饋進標準程序及經拋光及經潤滑之焊絲兩者通過一12英尺長之焊炬總成達60分鐘。該總成包含諸多意欲重複在操作期間之最壞情況彎曲之彎管。針對各焊絲直徑基於「正常」產業值而選擇炬護襯材料、尺寸及焊絲饋進速度。當各1小時饋進測試完成時，擦拭焊接護襯，且以碎屑之量為特徵。若護襯擦拭出焊絲刨屑，則饋進測試被認為失敗。將結果製成於下面表1中。

焊接孔隙度測試

根據AWS A5.10：1999「Specification for Bare Aluminum and Aluminum-Alloy Welding Electrodes and Rods」之第11節而執行焊接孔隙度測試。經由一延長時期產生之標準生產及經拋光/潤滑之焊絲兩者之樣本被焊接及針對焊接孔隙度進行放射線照相。在一6英寸長之焊接中之全部容許孔隙度係0.0225平方英寸。將結果製成於下面表1中。

焊絲表面潤滑性測試

藉由量測彼此抵靠滑動之兩組焊絲之靜摩擦係數(μ)而判定焊絲表面潤滑性，如下：

F_N=正向力

F_H=由向下斜率施加之力

F_G=重力

F_R=摩擦力

μ=靜摩擦係數

藉由增大角θ直到滑板開始移動(F_H>F_R)而判定靜摩擦係數。為更好表示在焊接期間饋進護襯中經歷之實際摩擦，在一單一焊絲樣本之三側(0°、+90°、-90°)之各者上進行多個摩擦量測。針對三側之各者計算一平均摩擦值，且平均此等三個值以判定樣本之焊絲之總靜摩擦係數值。將結果製成於下面表1中。

測試結果

將自此等測試之結果概括於以下表1中：

如所見，所揭示之系統及方法提供比較標準程序焊絲之具有一實質上減小之摩擦係數之焊絲。另外，所揭示之系統及方法提供通過 針對焊接孔隙度之產業標準，且產生顆粒產生之可接收位準且維持一均勻穩定的焊接電弧之焊絲。

應瞭解，不同潤滑劑及線繩式樣及材料可用於修改或改變焊絲特性。亦可調整線繩速度、線繩張力、線繩之類型、潤滑劑之類型、拋光距離、拋光機器放置位置(例如單獨放置或與其他製造操作串聯放置)以將所要物理特性提供至焊絲。另外，可使用所揭示之系統及方法來拋光及潤滑其他類型之焊絲(例如鋼、銅等)。

現參考圖3，將討論根據本發明之一例示性方法。在步驟100中，自一捲軸饋進原料鋁焊絲且使其經受其中其之直徑減小一第一量之一第一拉引步驟。在步驟200中，直徑減小之焊絲經受其中焊絲之一或多個物理或化學性質被修改之一熱處理步驟。在步驟300中，經熱處理之焊絲被導引至其中其之直徑減小一第二量之一第二拉引步驟。在步驟400中，焊絲視情況經受複數個額外拉引步驟以將焊絲之直徑減小額外程度。在步驟500中，焊絲經受其中焊絲之直徑經減小至適合於一自動焊接裝置之一最終值之一最終拉引步驟。在步驟600中，焊絲經受其中鋁碎屑自焊絲之表面移除且將一潤滑劑薄層塗覆於該表面之一拋光/潤滑步驟。在一實施例中，潤滑劑包含應用約0.2mg/m²至約5.0mg/m²之Mb。在步驟700中，經拉引、拋光及潤滑之焊絲準備好用於封裝。

在一實施例中，所揭示之程序係一連續程序，其始於自原料鋁焊絲捲軸展開至纏繞於儲存捲軸上。在一非限制例示性實施例中，焊絲之饋進速度係約2000fpm。在其他實施例中，該程序可為一不連續程序，其中離散地執行處理步驟之諸部分。

儘管已參考某些實施例而揭示本發明，然在不背離本發明之精神及範疇(如在隨附申請專利範圍中定義)之情況下，針對所描述之實施例之許多修改、更改及變化係可能的。因此，預期本發明並不限於 所描述之實施例，而是其具有由以下申請專利範圍及其之等效物之文句定義之完整範疇。

Claims (19)

1. 一種用於處理一焊絲之方法，其包括：自一捲軸饋進原料焊絲至一拉引平台；拉引該原料焊絲以產生一直徑減小之焊絲；拉引該直徑減小之焊絲以產生一最終直徑焊絲；將浸透一定量之一潤滑劑的一線繩圍繞該最終直徑焊絲捲繞，並使該線繩越過該最終直徑焊絲之一表面，以拋光該最終直徑焊絲以將顆粒污染物自該最終直徑焊絲之該表面移除；及將該經拋光之焊絲纏繞於一捲軸上或纏繞於一絞盤中。
2. 如請求項1之方法，其包括熱處理該直徑減小之焊絲以產生經熱處理之直徑減小之焊絲，以用於拉引以產生該最終直徑焊絲。
3. 如請求項1之方法，其中該原料焊絲係一鋁合金，且該最終直徑係適於在一連續焊接裝置中使用之一直徑。
4. 如請求項1之方法，其中使該線繩越過該焊絲之該表面進一步包括：沿與該焊絲之一移動方向相反之一方向移動該線繩。
5. 如請求項2之方法，其中該等饋進、拉引、熱處理、拋光及纏繞動作係一連續製程之部分。
6. 如請求項2之方法，其中該等饋進、拉引、熱處理、拋光及纏繞動作係一非連續製程之離散部分。
7. 如請求項1之方法，其進一步包括：將該定量之該潤滑劑自該線繩轉移至該最終直徑焊絲之該表面以在該最終直徑焊絲之該表面上提供一潤滑劑薄層。
8. 如請求項7之方法，其中自含有鉬及鉀之清單選擇該潤滑劑。
9. 一種用於處理一焊絲之系統，其包括： 用於展開原料焊絲之一展開平台；用於自該展開平台接收該原料焊絲且用於將該原料焊絲減小至一直徑減小之焊絲的一第一拉引平台；用於接收該直徑減小之焊絲且用於拉引該直徑減小之焊絲以產生一最終直徑焊絲之一第二拉引平台；用於自該第二拉引平台接收該最終直徑焊絲且用於將浸透一定量之一潤滑劑的一線繩圍繞該最終直徑焊絲捲繞，並使該線繩越過該最終直徑焊絲之該表面而將顆粒污染物自該最終直徑焊絲之一表面移除之一拋光平台；及用於將該經拋光之焊絲纏繞於一捲軸或絞盤上之一纏捲平台。
10. 如請求項9之系統，其進一步包括用於自該第一拉引平台接收該直徑減小之焊絲且用於熱處理該直徑減小之焊絲以產生經熱處理之直徑減小之焊絲，以用於在該第二拉引平台之拉引之一熱處理平台。
11. 如請求項9之系統，其中該原料焊絲係一鋁合金，且該最終直徑係適於在一連續焊接裝置中使用之一直徑。
12. 如請求項9之系統，其中該拋光平台進一步經組態以沿與該最終直徑焊絲之一移動方向相反之一方向移動該線繩。
13. 如請求項10之系統，其中該饋進平台、該第一拉引平台、該第二拉引平台、該熱處理平台、該拋光平台及該纏繞平台係一連續製造系統之部分。
14. 如請求項9之系統，其中該拋光平台進一步經組態以：將該定量之該潤滑劑自該線繩轉移至該最終直徑焊絲之該表面以在該最終直徑焊絲之該表面上提供一層潤滑劑。
15. 如請求項14之系統，其中自含有鉬及鉀之清單選擇該潤滑劑。
16. 一種焊絲製造裝置，其包括：一第一焊絲拉引器，其經構形以接收一原料焊絲，並將該原料焊絲減小至一直徑減小之焊絲；一第二焊絲拉引器，其經構形以自該第一焊絲拉引器接收該直徑減小之焊絲，並拉引該直徑減小之焊絲以產生一最終直徑焊絲；一焊絲拋光器，其經構形以自該第二焊絲拉引器接收該最終直徑焊絲，並將浸透一定量之一潤滑劑的一線繩圍繞該最終直徑焊絲捲繞，及使該線繩越過該最終直徑焊絲之一表面而將顆粒污染物移除；及一捲軸或絞盤，其經構形以自該焊絲拋光器接收該經拋光之最終直徑焊絲以纏繞於該捲軸或絞盤上。
17. 如請求項16之裝置，其進一步包括經構形以自該第一焊絲拉引器接收該直徑減小之焊絲且熱處理該直徑減小之焊絲之一熱處理裝置。
18. 如請求項16之裝置，其中該焊絲拋光器進一步經組態以：沿與該最終直徑焊絲之一移動方向相反之一方向移動該線繩。
19. 如請求項16之裝置，其中該焊絲拋光器進一步經組態以：沿與該最終直徑焊絲之一移動方向相反之一方向移動該線繩。