TWI655988B

TWI655988B - 管狀抗蝕焊線

Info

Publication number: TWI655988B
Application number: TW103135217A
Authority: TW
Inventors: 艾馬塔馬力歐安東尼; 巴霍爾斯特史帝芬愛德華; 海弗林奇特朵爾
Original assignee: 荷巴特兄弟公司
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2019-04-11
Also published as: WO2015054391A2; KR102258750B1; BR112016006819A2; MX2016001981A; CN105612024A; TW201527028A; JP2016533898A; KR20160067863A; CA2921313A1; WO2015054391A3; CN105612024B

Abstract

本發明大體而言係關於焊接，且更特定而言，係關於電弧焊線，該電弧焊諸如氣體金屬電弧焊(GMAW)或藥芯焊絲電弧焊(FCAW)。所揭示管狀焊線具有外鞘及核心，且管狀焊線包括有機穩定劑組分、稀土組分及抗蝕組分，該抗蝕組分包含以下之一或更多者：鎳、鉻及銅。

Description

管狀抗蝕焊線

【相關申請案之交叉引用】

本申請案主張於2013年10月9日提交申請之標題為「SYSTEMS AND METHODS FOR CORROSION-RESISTANT WELDING ELECTRODES」之美國臨時申請案第61/888,965號及於2014年9月24日提交申請之標題為「SYSTEMS AND METHODS FOR CORROSION-RESISTANT WELDING ELECTRODES」之美國臨時申請案第62/054,818號之優先權及權益，藉此上述申請案將出於所有目的以引用之方式全部併入本文。

本發明大體而言係關於焊接，且更特定而言，係關於電弧焊條，該電弧焊諸如氣體金屬電弧焊(Gas Metal Arc Welding；GMAW)或藥芯焊絲電弧焊(Flux Core Arc Welding；FCAW)。

焊接係一種在各種工業中針對各種應用已變得普遍存在的製程。舉例而言，焊接常常用於諸如造船、海上鑽油平臺、建築、鋼管廠等之應用中。某些焊接技術(例如，氣體金屬電弧焊(GMAW)、氣體保護藥芯焊絲電弧焊(Gas-shielded Flux Core Arc Welding；FCAW-G)及氣體鎢電弧焊(Gas Tungsten Arc Welding；GTAW))通常採用保護氣體(例如，氬氣、二氧化碳或氧氣)，以在焊接製程期間提供焊接電弧及焊接熔池內及周圍的特定局部氣氛，而其他焊接技術(例如，藥芯焊絲電弧焊(FCAW)、埋弧焊(Submerged Arc Welding；SAW)及保護金屬電弧焊(Shielded Metal Arc Welding；SMAW))則沒有。另外，某些類型焊接可涉及焊線形式之電焊條。焊線可大體提供焊接填充金屬之供應以及提供焊接製程期間的電流路徑。此外，某些類型之焊線(例如，管狀焊線)可包括一或更多種組分(例如，焊劑、電弧穩定劑或其他添加劑)，該等組分可大體改變焊接製程及/或所得焊接之特性。

在一實施例中，管狀焊線具有外鞘及核心，且管狀焊線包括有機穩定劑組分、稀土組分及抗蝕組分，該抗蝕組分包含以下之一或更多者：鎳、鉻及銅。

在一實施例中，在經塗佈之工件上形成抗蝕焊接沉積。焊接沉積包括約0.5重量%與約21重量%之間的鉻、約0.02重量%與約12重量%之間的鎳及約0.05重量%與約1重量%之間的銅。另外，焊接沉積具有每吋焊接沉積小於約0.25吋的孔隙度。

在一實施例中，製造管狀焊線之方法包括在金屬外鞘內安置核心。核心包括有機穩定劑組分，該組分包括有機分子或有機聚合物之鈉鹽或鉀鹽。核心包括稀土組分，該組分包括鑭系之一或更多種元素或化合物。核心亦包括積聚物，該積聚物具有以下之一或更多者之氧化物：鉀、鈉、矽、鈦及錳。核心進一步包括抗蝕組分，該組分包括以下之一或更多者：鎳、鉻及銅。該方法亦包括在核心周圍壓實金屬外鞘以形成管狀焊線。

10‧‧‧焊接系統

12‧‧‧焊接電源

14‧‧‧焊線饋送器

16‧‧‧氣體供應系統

17‧‧‧保護氣體源

18‧‧‧焊炬

20‧‧‧電纜

22‧‧‧工件

24‧‧‧鉛皮電纜

26‧‧‧夾鉗

30‧‧‧交流電源

32‧‧‧導管

34‧‧‧電弧

50‧‧‧管狀焊線

52‧‧‧金屬外鞘

54‧‧‧顆粒狀核心

56‧‧‧叢集

58‧‧‧接縫

60‧‧‧製程

62‧‧‧方塊

64‧‧‧方塊

66‧‧‧方塊

68‧‧‧方塊

70‧‧‧方塊

80‧‧‧製程

82‧‧‧方塊

84‧‧‧方塊

86‧‧‧方塊

88‧‧‧方塊

當參看隨附圖式閱讀以下詳細描述時，本發明之該等及其他特徵、態樣及優勢將變得更好理解，在該等圖式中相同元件符號貫穿圖式表示相同部件，其中：第1圖係根據本揭示案之實施例之氣體金屬電弧焊(GMAW)系統之方塊圖；第2圖係根據本揭示案之實施例之管狀焊線之橫截面視圖；第3圖係根據本揭示案之實施例使得管狀焊線可用於焊接工件的製程；以及第4圖係根據本揭示案之實施例用於製造管狀焊線的製程。

下文將描述本揭示案之一或更多個特定實施例。為了試圖提供該等實施例之簡明描述，在本說明書中可不描述實際實施例之所有特徵。應將瞭解，在任何此類實際實施例之開發中，與在任何工程設計或設計項目中相同，必須作出眾多特定於實施例的決定以實現開發者之特定目標(諸如符合系統相關及商業相關約束)，從而可自一個實施例至另一實施例變化。此外，應將瞭解，此開發工作可為複雜及耗時的，但儘管如此該工作將為享有本揭示案之益處的一般熟習此項技術者設計、加工及製造之常規任務。

當引入本揭示案之各種實施例之元件時，冠詞「a(一)」、「an(一)」、「the(該)」及「said(該)」意欲意謂存在該等元件之一或更多者。術語「包含」、「包括」及「具有」意欲為包括性的及意謂可存在除所列出元件外的額外元件。應將瞭解，如本文所使用，術語「管狀電焊條」或「管狀焊線」可代表具有金屬外鞘及顆粒狀或粉末核心的任何焊線或電焊條，諸如金屬核心或藥芯焊絲電焊條。應亦將瞭解，術語「穩定劑」或「添加劑」可大體上用於代表改良電弧品質、焊接品質或另外影響焊接製程的任何管狀焊接組分。此外，如本文所使用，「約」可大體代表近似值，在某些實施例中，該術語可表示與實際值小於0.01%、小於0.1%或小於1%的差異(例如，更高或更低)。亦即，在某些實施例中，「約」值可精確到所述值的0.01%內、0.1%內或1%內(例如，加或減)。如本文所使用，「不銹鋼」為包括至少10.5重量%鉻及至少50重量%鐵的任何鋼。示例性不銹鋼之非限制性列表包括：200系列不銹鋼、300系列不銹鋼及400系列不銹鋼。

如所論及，某些類型電焊條(例如，管狀焊線)可包括一或更多種組分(例如，焊劑、電弧穩定劑或其他添加劑)，該等組分可大體改變焊接製程及/或所得焊接之特性。舉例而言，某些當前揭示之電焊條實施例包括一或更多種抗蝕組分(例如，鎳、鉻、銅及/或上述之合金或混合物)，該等組分可使得焊接沉積能夠具有增強或改良的抗蝕或抗氧化能力。另外，某些當前揭示之電焊條實施例包括有機穩定劑(例如，基於衍生纖維素的組分)，該有機穩定劑可大體上改良電弧之穩定性，同時提供幫助焊接經塗佈之工件(例如，鍍鋅或氮化工件)的還原氣氛。如本文所使用，「有機穩定劑」可代表具有有機部分(例如，碳基分子或聚合物鏈)及穩定劑部分(例如，I/II族金屬離子)的有機鹽或有機金屬化合物。某些當前揭示之電焊條實施例亦包括稀土組分(例如，鑭系元素合金、鑭系元素矽化物)，該稀土組分可大體上幫助控制焊接期間的電弧之形狀及穿透力。在某些實施例中，具有較低碳含量的金屬外鞘可用於在焊接期間提供例如較低焊濺速率、減小的焊接煙塵及/或減小的至工件內的穿透力。此外，在某些實施例中，所揭示管狀焊線可具有適宜組成物以使得能夠形成具有相對較高鉻含量(例如，4-6重量%鉻)的焊接沉積，從而可保持氮溶解在焊接沉積內以減輕或防止焊接孔隙度。應可瞭解，當焊接具有高氮含量的工件(例如，氮化鋼)時，此尤其適用於提供低孔隙度焊接沉積(例如，每吋焊接小於約0.25吋或小於約0.10吋的孔隙度)。

因此，在某些實施例中，當前揭示之管狀焊線增強了經塗佈(例如，鍍鋅、鍍鋅退火、鍍鋁、氮化、油漆等)工件及/或較薄(例如，20-、22-、24-量規或更薄)工件之可焊性，甚至是處於高移動速度(例如，大於30吋/分鐘或大於40吋/分鐘)下的可焊性。進一步地，當抗蝕焊接為理想時，所揭示管狀焊線之某些實施例之外鞘及/或核心內的前述抗蝕組分(例如，鎳、鉻、銅及/或上述之合金或混合物)可相對於軟鋼焊接沉積改良焊接沉積之抗蝕性。在某些實施例中，所揭示管狀焊線之外鞘可為抗蝕外鞘，諸如美國焊接協會(American Welding Society；AWS)A5.22所定義之不銹鋼外鞘(例如，304、409、410或430不銹鋼)。另外，在某些實施例中，由所揭示管狀焊線形成的抗蝕焊接沉積可為根據AWS A5.22的不鏽焊接沉積(例如，304、409、410或430不銹鋼)。由所揭示管狀焊線之某些實施例賦能的改良抗蝕性可免除或者補充某些焊接後製程步驟，諸如在沉積後準備及塗佈(例如，鍍鋅)焊接沉積。另外，某些當前揭示之管狀焊線可拉伸成特定直徑(例如，0.024吋、0.030吋、0.035吋、0.0375吋、0.040吋或其他適宜直徑)以提供良好熱傳遞及沉積速率及/或以使得能夠焊接更薄工件。

轉至圖式，第1圖圖示根據本揭示案之利用電焊條(例如，管狀焊線)的氣體金屬電弧焊(GMAW)系統10之實施例。應瞭解，儘管所呈現之論述可特定聚焦於第1圖圖示之GMAW系統10，但當前揭示之電焊條可有益於使用電焊條的任何電弧焊製程(例如，FCAW、FCAW-G、GTAW、SAW、SMAW或類似電弧焊製程)。焊接系統10包括焊接電源12、焊線饋送器14、氣體供應系統16及焊炬18。焊接電源12大體上將功率供應給焊接系統10及可經由電纜束20耦接至焊線饋送器14以及使用具有夾鉗26的鉛皮電纜24耦接至工件22。在圖示實施例中，經由電纜束28將焊線饋送器14耦接至焊炬18以便在焊接系統10之操作期間將可消耗管狀焊線(亦即，電焊條)及功率供應給焊炬18。在另一實施例中，焊接功率單元12可耦接至焊炬18及直接將功率供應給焊炬18。

焊接電源12可大體上包括功率轉換電路系統，該電路系統自交流電源30(例如，AC電網、引擎/發電機組或上述之組合)接收輸入功率、調節輸入功率及經由電纜20提供DC或AC輸出功率。因此，焊接電源12可根據焊接系統10之需求向焊線饋送器14供電，進而向焊炬18供電。終止於夾鉗26中的鉛皮電纜24將焊接電源12耦接至工件22以閉合焊接電源12、工件22及焊炬18之間的電路。焊接電源12可包括電路元件(例如，變壓器、整流器、開關等)，該等元件能夠根據焊接系統10之需求所指示的將AC輸入功率轉換成直流電極正向(direct current electrode positive；DCEP)輸出、直流電極負向(direct current electrode negative；DCEN)輸出、DC可變極性、脈衝DC或可變平衡(例如，平衡或失衡)AC輸出。應瞭解，當前揭示之電焊條(例如，管狀焊線)可使得眾多不同功率配置的焊接製程能夠改良(例如，改良電弧穩定性及/或改良焊接品質)。

圖示之焊接系統10包括氣體供應系統16，該氣體供應系統將保護氣體或保護氣體混合物自一或更多個保護氣體源17供應至焊炬18。在所描述實施例中，經由氣體導管 32將氣體供應系統16直接耦接至焊炬18。在另一實施例中，可將氣體供應系統16替代地耦接至焊線饋送器14，且焊線饋送器14可調節自氣體供應系統16至焊炬18的氣體流動。如本文所使用，保護氣體可代表可提供給電弧及/或焊接熔池以便提供特定局部氣氛(例如，以便保護電弧、改良電弧穩定性、限制金屬氧化物形成、改良金屬表面濕潤度、改變焊接沉積之化學物等)的任何氣體或氣體混合物。在某些實施例中，保護氣體流可為保護氣體或保護氣體混合物(例如，氬(Ar)、氦(He)、二氧化碳(CO₂)、氧(O₂)、氮(N₂)、類似適宜保護氣體或上述之任何混合物)。舉例而言，保護氣體流(例如，經由導管32輸送)可包括Ar、Ar/CO₂混合物(例如，Ar中1%與99%之間的CO₂)、Ar/CO₂/O₂混合物、Ar/He混合物等。藉由特定實例，在某些實施例中，保護氣體流可包括100% Ar；75% Ar及25% CO₂；90% Ar及10% CO₂；或98% Ar及2% O₂。

因此，圖示之焊炬18大體上自焊線饋送器14接收電焊條(亦即，管狀焊線)功率及自氣體供應系統16接收保護氣體流，以便執行工件22之GMAW。在操作期間，可使焊炬18靠近工件22，使得可消耗電焊條(亦即，退出焊炬18之觸頭的焊線)與工件22之間可形成電弧34。另外，如下文將論述，藉由控制電焊條(亦即，管狀焊線)之組成物，可改變電弧34之化學物及/或所得焊接(例如，組成物及物理特性)。舉例而言，電焊條可包括焊劑或合金組分，該等組分可影響焊接製程(例如，充當電弧穩定劑)及進一步地可變得至少部分地併入焊接中，從而影響焊接之機械特性。此外，電焊條(亦即，焊線)之某些組分亦可在電弧附近提供額外保護氣氛，影響電弧34之移送特性，使工件表面脫氧，限制焊接沉積中的氧化或銹蝕等。

第2圖圖示當前揭示之焊線之一實施例之橫截面。第2圖圖示管狀焊線50，該管狀焊線包括金屬外鞘52，該金屬外鞘封裝顆粒狀或粉末狀核心54(亦稱為填充物)。在某些實施例中，管狀焊線50可遵守一或更多個AWS標準。舉例而言，在某些實施例中，可根據以下標準將管狀焊線50分類：AWS A5.18(「SPECIFICATION FOR CARBON STEEL ELECTRODES AND RODS FOR GAS SHEILDED ARC WELDING」)，或AWS A5.20(「CARBON STEEL ELECTRODES FOR FLUX CORED ARC WELDING」)，或AWS A5.29(「SPECIFICATION FOR LOW ALLOY STEEL ELECTRODES FOR FLUX CORED ARC WELDING」)，或AWS A5.36(「SPECIFICATION FOR CARBON AND LOW-ALLOY STEEL FLUX CORED ELECTRODES FOR FLUX CORED ARC WELDING AND METAL CORED ELECTRODES FOR GAS METAL ARC WELDING」)，或AWS A5.22(「SPECIFICATION FOR STAINLESS STEEL FLUX CORED AND METAL CORED WELDING ELECTRODES AND RODS」)，或適用於塗佈(例如，鍍鋅、鍍鋁、氮化等)或未塗佈軟鋼、低合金鋼或耐候鋼工件的另一適宜AWS標準。另外，在某些實施例中，所揭示管狀焊線可並不屬於現有AWS標準中。舉例而言，在某些實施例中，所揭示管狀焊線可形成麻田散鐵焊接沉積，且因此可超出現有AWS標準之範圍。然而，此類管狀焊線實施例可用作例如用於形成硬面焊接沉積的硬面類型焊線。應可瞭解，對於此類實施例，可隨後加熱處理(例如，在約1200℉下歷經約1小時或以下)所得麻田散鐵焊接沉積以改良焊接沉積之延伸性，同時仍保持焊接沉積之高強度。然而，應亦可瞭解，此類焊接後加熱處理可對焊接操作增加時間及成本及可在某些類型工件中引發不利變形。

詳言之，管狀焊線50之某些實施例可能夠在塗佈(例如，鍍鋅、鍍鋁、氮化等)及未塗佈軟鋼工件上提供高品質焊接。應可瞭解，管狀焊線50之前述抗蝕組分(例如，鎳、鉻、銅及/或上述之混合物或合金)可使得能夠形成抗蝕焊接沉積，及從而減輕或免除某些製程步驟(例如，清洗及塗佈焊接沉積之表面)。進一步地，消除此類製程步驟可減少焊接製程時間及/或改良焊接製程效率。應亦可瞭解，在某些實施例中，管狀焊線50可經設計用於單道或者多道焊接操作。應可瞭解，大體而言，可藉由工件之基底材料將單道焊接金屬稀釋約15%及50%，且因此可調節管狀焊線50之組成物以便在所得焊接沉積中提供特定目標濃度之抗蝕組分以用於特定類型(例如，單道或多道)焊接操作。藉由特定實例，在某些實施例中，管狀焊線50可能夠實現具有肥粒鐵不鏽化學物的焊接沉積，其中可向使用單道焊接操作的焊接沉積提供最小鉻含量(例如，焊接沉積之至少2.5重量%的鉻)以在塗佈(例如，鍍鋅、鍍鋁、氮化)或未塗佈軟鋼工件上產生抗蝕焊接沉積，該等工件包括具有0.3吋或以下厚度(例如，量規厚度)的工件。

第2圖所圖示之管狀焊線50之金屬外鞘52可由任何適宜金屬或合金(諸如鋼)製成。應將瞭解，金屬外鞘52之組成物可影響所得焊接之組成物及/或電弧34之特性。在某些實施例中，金屬外鞘52可佔管狀焊線50之總重量的約80%與90%之間。舉例而言，在某些實施例中，金屬外鞘52可提供或佔管狀焊線50之總重量的約84%與約86%之間。如所論及，在某些實施例中，金屬外鞘52可由如AWS A5.22所定義之304、409、410或430不銹鋼製成。

在某些實施例中，金屬外鞘52可包括某些添加劑或雜質(例如，合金組分、碳、鹼金屬、錳或類似化合物或元素)，該等添加劑或雜質可經選擇以提供所需焊接特性。舉例而言，在某些實施例中，管狀焊線50之金屬外鞘52可為低碳條，該低碳條包括相對較小(例如，較低或減小)量之碳。在某些實施例中，金屬外鞘52之碳含量可佔整體管狀焊線50之重量的小於約0.01%、小於約0.02%、小於約0.03%、小於約0.04%、小於約0.05%、小於約0.06%、小於約0.07%、小於約0.08%、小於約0.09%或小於約0.1%。另外，在某些實施例中，金屬外鞘52可由大體上具有少量包含物的鋼(例如，低碳鋼)製成。舉例而言，在某些實施例中，金屬外鞘52之錳含量可佔管狀焊線50之重量的約0.25%與約0.5%之間，或約0.34%或約0.35%的錳。藉由進一步實例，在某些實施例中，金屬外鞘52可具有小於管狀焊線50之總重量的約 0.02%之磷含量及/或小於管狀焊線50之總重量的約0.02%之硫含量。在某些實施例中，金屬外鞘52亦可提供小於管狀焊線50之重量的約0.04%之較少矽含量，小於管狀焊線50之重量的約0.05%之鋁含量，小於管狀焊線50之重量的約0.1%之銅含量，及/或小於管狀焊線50之重量的約0.02%之錫含量。因此，在某些實施例中，金屬外鞘52之鐵含量可佔管狀焊線50之重量的超過約80%(例如，84%、85%)。如上文所論及，在某些實施例中，替代顆粒狀核心54或除顆粒狀核心54外，可將抗蝕組分(例如，鎳、鉻、銅)中的一或更多者合併入金屬外鞘52中。

圖示管狀焊線50之顆粒狀核心54可大體上為壓實粉末。在某些實施例中，顆粒狀核心54可佔管狀焊線50之總重量的約5%與約40%之間或約10%與約20%之間。舉例而言，在某些實施例中，顆粒狀核心54可提供管狀焊線50之總重量的約14%、約15%、約16%或約20%。此外，在某些實施例中，下文所論述之顆粒狀核心54之組分可均勻或非均勻地(例如，成塊或叢集56)安置於顆粒狀核心54內。舉例而言，某些藥芯焊絲電焊條及金屬核心電焊條實施例之顆粒狀核心54可包括一或更多種金屬(例如，鐵、鐵鈦、鐵矽或其他合金或金屬)，該等金屬可提供用於焊接沉積的填充金屬的至少一部分。藉由特定實例，在某些實施例中，顆粒狀核心54可包括約0%與約60%之間的鐵粉以及其他合金組分，諸如鈦鐵(例如，40%等級)、鎂矽鐵及矽鐵粉末(例如，50%等級，不穩定)。可存在於管狀焊線50內的組分之其他實例(亦即，除一或更多個碳源及一或更多種鹼金屬及/或鹼土金屬化合物外)包括其他穩定組分、焊劑組分及合金組分，諸如可在可購自Illinois Tool Works Inc.之METALLOY X-CEL^TM電焊條中找到。

在管狀焊線50之某些實施例中，相對於顆粒狀核心54或整體管狀焊線50，一或更多個碳源及一或更多種鹼金屬及/或鹼土金屬化合物之組合之總百分比可介於約0.01重量%與約10重量%之間。舉例而言，在某些實施例中，一或更多個碳源及一或更多種鹼金屬及/或鹼土金屬之組合之總百分比可為顆粒狀核心54或管狀焊線50的約0.01重量%與約8重量%之間、約0.05重量%與約5重量%之間或約0.1重量%與約4重量%之間。藉由特定實例，在某些實施例中，顆粒狀核心54可包括碳源及鉀源，兩者一起佔顆粒狀核心54的約10重量%或以下。應將瞭解，在電弧34條件下，焊線50之組分(例如，金屬外鞘52、顆粒狀核心54等)可改變物理狀態、化學反應(例如，氧化、分解等)或變成併入未藉由焊接製程實質修改的焊接中。

在某些實施例中，管狀焊線50可包括(例如，在金屬外鞘52及/或顆粒狀核心54中)一或更多種金屬或合金，該等金屬或合金可限制、阻擋或防止沉積後焊接沉積內的銹蝕。舉例而言，在某些實施例中，金屬外鞘52及/或顆粒狀核心54可包括鎳(Ni)、鉻(Cr)、銅(Cu)及上述之混合物或合金中的一或更多者，該等物質可限制由反應性物質(諸如氧)造成的焊接沉積之銹蝕。藉由特定實例，在某些實施例中，鉻可佔管狀焊線50的約0.1重量%與約20重量%之間、約0.2重量%與約18重量%之間、約0.3重量%與約17重量%之間、約0.4重量%與約16重量%之間、約0.5重量%與約15.8重量%之間、約0.6重量%、約4重量%與6重量%之間、約2.5重量%或約16重量%。進一步地，在某些實施例中，鉻可佔核心54之重量的約0.5%與約90%之間或約4%與約80%之間。如所論及，在某些實施例中，管狀焊線50可經設計以提供具有相對較高鉻含量的焊接沉積(例如，具有至少3重量%、4重量%或5重量%鉻的焊接沉積)，以使得能夠在氮含量高的基底材料(例如，氮化鋼基底材料)上形成低孔隙度焊接。

藉由進一步實例，在某些實施例中，鎳可佔管狀焊線50的約0重量%與約5重量%之間、約0.1重量%與約2.5重量%之間、約0.2重量%與約2重量%之間、約0.3重量%與約1重量%之間、約0.4重量%與約0.8重量%之間或約0.6重量%。在某些實施例中，鎳可佔核心54之重量的約0.5%與約10%之間、約1%與約5%之間或約4%。在某些實施例中，銅可佔管狀焊線50的約0重量%與約2重量%之間、約0.1重量%與約1重量%之間、約0.25重量%與約0.9重量%之間、約0.3重量%與約0.75重量%之間或約0.6重量%。進一步地，在某些實施例中，銅可佔核心54之重量的約0.5%與約10%之間，或約1%與約5%之間，或約4%。

另外，在某些實施例中，在管狀焊線50中可存在鉬(Mo)以便在焊接製程期間捕獲碳，從而可增加鉻對抗蝕性的可用性。舉例而言，在某些實施例中，在管狀焊線50中可存在鉻的量之約40%量(以重量計)的鉬。藉由特定實例，在某些實施例中，鉬可佔管狀焊線50的約0.01重量%與約5重量%之間、約0.02重量%與約4重量%之間、約0.03重量%與約3重量%之間、約0.05重量%與約1.5重量%之間、約0.08重量%與約1.2重量%之間或約0.09重量%。在其他實施例中，可使用鈦或鈮以類似量代替鉬以提供類似效果。

另外，管狀焊線50之當前揭示之實施例可包括安置於顆粒狀核心54中的有機穩定劑。有機穩定劑可為任何有機分子，該有機分子包括一或更多個鹼金屬離子(例如，I族：鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs))或鹼土金屬離子(例如，II族：鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)或鋇(Ba))。亦即，在某些實施例中，有機穩定劑包括有機子組分(例如，有機分子或聚合物)，該有機子組分包括碳、氫及氧，且可化學地(例如，共價或離子地)鍵合至鹼金屬或鹼土金屬離子。在其他實施例中，有機穩定劑可包括有機子組分(例如，有機分子或聚合物，諸如纖維素)，該等有機子組分已與鹼金屬及/或鹼土金屬鹽(例如，氧化鉀、硫酸鉀、氧化鈉等)混合(例如，並非化學地鍵合)。

藉由特定實例，在某些實施例中，有機穩定劑可為包括纖維素鏈的基於纖維素之(例如，纖維質的)組分，該纖維素鏈已經衍生化形成鈉鹽或鉀鹽(例如，羧甲基纖維素鈉或羧甲基纖維素鉀)。舉例而言，在某些實施例中，基於纖維素的有機穩定劑可為具有範圍自約0.5至約2.5之取代度(degree of substitution；DS)的羧甲基纖維素鈉。大體而言，衍生纖維素之DS可為0與3之間的一實數，表示多糖之各個單體單元中的經取代羥基部分之平均數。在其他實施例中，有機穩定劑可為其他有機分子，該等有機分子包括一或更多個族I/族II離子。舉例而言，在某些實施例中，有機穩定劑可包括衍生糖(例如，衍生蔗糖、葡萄糖等)或具有一或更多個羧酸或硫酸酯部分的多糖，該等部分可用以形成鹼金屬或鹼土金屬鹽。在其他實施例中，有機穩定劑可包括類皂分子(例如，十二烷基硫酸鈉或硬脂酸鈉)或海藻酸鹽。另外，在某些實施例中，有機穩定劑可佔顆粒狀核心54的小於約10重量%、約0.05重量%與約5重量%之間、約0.1重量%與約3重量%之間、約0.25重量%與約2.5重量%之間、約0.5重量%與約1.5重量%之間、約0.75重量%或約1重量%。另外，在某些實施例中，有機穩定劑可佔管狀焊線50的小於約5重量%、約0.05重量%與約3重量%之間、約0.08重量%與約2重量%之間、約0.1重量%與約1重量%之間或約0.15重量%。

應可瞭解，管狀焊線50之有機穩定劑組分可維持在適宜含量，以使得可在焊弧附近提供還原環境(例如，富氫)，而無需將實質孔隙度引入到焊接中。應將進一步瞭解，利用有機分子作為輸送媒劑用於將至少一部分族I/族II離子輸送至焊弧，如當前所揭示，可未廣泛使用，因為有機分子在電弧條件下可產生氫，此可對於軟鋼產生多孔及/或弱焊接。然而，如下文所闡述，使用當前揭示之有機穩定劑提供高品質焊接(例如，低孔隙度焊接)，即使當在經塗佈(例如，鍍鋅、鍍鋁、氮化)及/或薄工件上以高移動速度焊接時亦提供。

另外，管狀焊線50之某些當前揭示之實施例亦可包括安置於顆粒狀核心54中的碳組分。舉例而言，存在於顆粒狀核心54及/或金屬外鞘52中的碳源可為眾多形式及可穩定電弧34及/或增加焊接之碳含量。舉例而言，在某些實施例中，可利用石墨、石墨烯、奈米管、富勒烯及/或類似實質sp²混合碳源作為管狀焊線50中的碳源。此外，在某些實施例中，石墨烯或石墨可用於亦提供其他組分(例如，水分、氣體、金屬等)，該等組分可存在於碳板之間的間隙空間中。在其他實施例中，實質sp³混合碳源(例如，微金剛石或奈米金剛石、碳奈米管、巴克球)可用作碳源。在更多其他實施例中，實質非晶碳(例如，碳黑、燈黑、煙灰及/或類似非晶碳源)可用作碳源。此外，儘管本揭示案可將此組分稱為「碳源」，但應將瞭解碳源可為化學修飾碳源，該碳源可含有除碳以外的元素(例如，氧、鹵素、金屬等)。舉例而言，在某些實施例中，管狀焊線50在顆粒狀核心54中可包括碳黑組分，該組分可含有約20%的錳含量。在某些實施例中，管狀焊線50之碳組分可為粉末或顆粒狀石墨。

在某些實施例中，碳組分可佔顆粒狀核心54的約0.01重量%與約9.9重量%之間、約0.05重量%與約5重量%之間、約0.1重量%與約3重量%之間、約0.25重量%與約2重量%之間、約0.4重量%與約1重量%之間或約0.5重量%。另外，在某些實施例中，碳組分可佔顆粒狀核心54的小於約10重量%、約0.01重量%與約5重量%之間、約0.05重量%與約2.5重量%之間、約0.1重量%與約1重量%之間或約0.5 重量%。在某些實施例中，碳組分可佔管狀焊線50的小於約5重量%、約0.01重量%與約2.5重量%之間、約0.05重量%與約0.1重量%之間或約0.08重量%。在某些實施例中，顆粒狀核心54可不包括碳組分。

此外，除上文所論述之有機穩定劑外，管狀焊線50亦可包括一或更多種無機穩定劑以進一步穩定電弧34。亦即，管狀焊線50之顆粒狀核心54可包括族1及族2元素(例如，Li、Na、K、Rb、Cs、Be、Mg、Ca、Sr、Ba)的一或更多種化合物。示例性化合物之非限制性列表包括：族1(亦即，鹼金屬)及族2(亦即，鹼土金屬)之矽酸鹽、鈦酸鹽、鈦酸錳、海藻酸鹽、碳酸鹽、鹵化物、磷酸鹽、硫化物、氫氧化物、氧化物、高錳酸鹽、矽鹵化物、長石、銫沸石、輝鉬礦及鉬酸鹽。舉例而言，在一實施例中，管狀焊線50之顆粒狀核心54可包括鈦酸鉀錳、硫酸鉀、鈉長石、鉀長石及/或碳酸鋰。藉由特定實例，顆粒狀核心54可包括矽酸鉀、鈦酸鉀、海藻酸鉀、碳酸鉀、氟化鉀、磷酸鉀、硫化鉀、氫氧化鉀、氧化鉀、高錳酸鉀、矽氟酸鉀、鉀長石、鉬酸鉀或上述之組合作為鉀源。在某些實施例中，一或更多種鹼金屬及/或鹼土金屬化合物可包括羧甲基纖維素之族1及族2鹽(例如，羧甲基纖維素鈉或羧甲基纖維素鉀)。在標題為「SYSTEMS AND METHODS FOR WELDING ELECTRODES」之美國申請案第13/596,713號及標題為「STRAIGHT POLARITY METAL CORED WIRES」之美國專利案第7,087,860號及標題為「STRAIGHT POLARITY METAL CORED WIRE」之美國專利案第6,723,954號中描述可使用之穩定化合物之類似實例，該等申請案出於所有目的以引用之方式全部併入本文。

此外，對於當前揭示之管狀焊線50之某些實施例，一或更多種無機穩定劑可以積聚物或燒結物之形式包括於顆粒狀核心54中。亦即，管狀焊線50之某些實施例可包括積聚物或燒結物形式的上文所描述之無機穩定劑中的一或更多者，該等穩定劑可在焊接期間穩定電弧。如本文所使用，術語「積聚物」或「燒結物」係代表化合物之混合物，該混合物已在煆燒爐或烘箱中燒製或加熱以使得混合物之組分彼此密切接觸。應將瞭解，積聚物可具有細微地或實質上不同于用於形成積聚物的混合物之個別組分的化學及/或物理特性。舉例而言，如當前所揭示，積聚可提供燒結物，該燒結物比非積聚材料更適合於焊接環境。

在某些實施例中，管狀焊線50之顆粒狀核心54可包括一或更多種鹼金屬或鹼土金屬化合物(例如，氧化鉀、氧化鈉、氧化鈣、氧化鎂或其他適宜鹼金屬或鹼土金屬化合物)之積聚物或燒結物。在其他實施例中，管狀焊線50之顆粒狀核心54可包括鹼金屬或鹼土金屬化合物及其他氧化物(例如，二氧化矽、二氧化鈦、二氧化錳或其他適宜金屬氧化物)之混合物之積聚物。舉例而言，管狀焊線50之一個實施例可包括積聚的鉀源，該鉀源包括氧化鉀、矽石及二氧化鈦之混合物。藉由進一步實例，管狀焊線50之另一實施例可包括顆粒狀核心54中的另一穩定積聚物，該積聚物具有氧化鉀(例如，約22重量%與25重量%之間)、氧化矽(例如，約10重量%與18重量%之間)、二氧化鈦(例如，約38重量%與42重量%之間)及氧化錳或二氧化錳(例如，約16重量%與22重量%之間)之混合物。在某些實施例中，積聚物可包括約5重量%與75重量%之間的鹼金屬及/或鹼土金屬化合物(例如，氧化鉀、氧化鈣、氧化鎂或其他適宜鹼金屬及/或鹼土金屬化合物)或約5重量%與95重量%之間的鹼金屬及/或鹼土金屬(例如，鉀、鈉、鈣、鎂或其他適宜鹼金屬及/或鹼土金屬)。此外，在某些實施例中，當選擇積聚之混合物中存在的各組分之相對量時，可考慮其他化學及/或物理因素(例如，最大化積聚物之鹼金屬及/或鹼土金屬負載、酸性、穩定性及/或吸濕性)。在某些實施例中，積聚物可佔顆粒狀核心54的約0.01重量%與約9.9重量%之間、約0.05重量%與約5重量%之間、約0.1重量%與約4重量%之間、約1重量%與約3重量%之間、約1.5重量%與約2.5重量%之間或約2重量%。另外，在某些實施例中，積聚物可佔顆粒狀核心54的小於約10重量%、約0.1重量%與約6重量%之間、約0.25重量%與約2.5重量%之間、約0.5重量%與約1.5重量%之間、約1重量%或約0.75重量%。在某些實施例中，積聚物可佔管狀焊線50的小於約5重量%、約0.05重量%與約2.5重量%之間、約0.1重量%與約0.5重量%之間或約0.75重量%。

另外，管狀焊線50之顆粒狀核心54亦可包括其他組分以控制焊接製程。舉例而言，稀土元素可大體上影響電弧34之穩定性及熱傳遞特性。因此，在某些實施例中，管狀焊線50可包括稀土組分，諸如稀土矽化物(例如，可購自 Miller and Company of Rosemont，伊利諾斯州)，該稀土矽化物可包括稀土元素(例如，鑭系元素)、非稀土元素(例如，鐵及矽)及上述之化合物(例如，矽化鈰、矽化鑭等)。在其他實施例中，可以不使本發明方法無效的量使用任何鑭系元素、合金或化合物(例如，矽化鈰、矽化鑭、鎳鑭合金等)。藉由特定實例，在某些實施例中，稀土組分可佔顆粒狀核心54的小於約10重量%、約0.01重量%與約8重量%之間、約0.5重量%與約5重量%之間、約0.25重量%與約4重量%之間、約1重量%與約3重量%之間、約0.75重量%與約2.5重量%之間、約2重量%或約1.5重量%。在某些實施例中，稀土組分可佔管狀焊線50的小於約5重量%、約0.01重量%與約2.5重量%之間、約0.1重量%與約0.75重量%之間或約0.3重量%。

此外，管狀焊線50可另外或替代地包括其他元素及/或礦物質以提供電弧穩定性及控制所得焊接之化學物。舉例而言，在某些實施例中，管狀焊線50之顆粒狀核心54及/或金屬外鞘52可包括某些元素(例如，鈦、錳、鋯、氟或其他元素)及/或礦物質(例如，黃鐵礦、磁鐵礦等)。藉由特定實例，某些實施例可在顆粒狀核心54中包括矽化鋯、鎳鋯，或鈦、鋁及/或鋯之合金。詳言之，包括各種硫化物、硫酸鹽及/或亞硫酸鹽化合物(例如，諸如二硫化鉬、硫化鐵、亞硫酸錳、硫酸鋇、硫酸鈣或硫酸鉀)的含硫化合物或含硫化合物或礦物質(例如，黃鐵礦、石膏或類似含硫物質)可包括於顆粒狀核心54中，以藉由改良焊珠形狀及促進焊渣分離來改良所得焊接之品質，此改良可尤其用於焊接鍍鋅工件時，如下文所論述。此外，在某些實施例中，管狀焊線50之顆粒狀核心54可包括多個硫源(例如，亞硫酸錳、硫酸鋇及黃鐵礦)，而管狀焊線50之其他實施例可包括僅單個硫源(例如，硫酸鉀)，而不包括大量的另一硫源(例如，黃鐵礦或硫化鐵)。舉例而言，在一實施例中，管狀焊線50之顆粒狀核心54可包括佔顆粒狀核心54的約0.01重量%與約0.5重量%之間或約0.15重量%或0.2重量%的硫酸鉀。

大體而言，管狀焊線50可大體上穩定化對工件22的電弧34之形成。因此，所揭示管狀焊線50可改良焊接製程之超過一個態樣(例如，沉積速率、移動速度、焊濺、焊珠形狀、焊接品質等)。應將進一步瞭解，電弧34之改良的穩定性可大體上賦能及改良經塗佈之金屬工件及較薄工件之焊接。舉例而言，在某些實施例中，經塗佈之金屬工件可包括鍍鋅、鍍鋅退火(例如，鍍鋅及退火之組合)或類似鋅塗佈工件。示例性經塗佈之工件之非限制性列表進一步包括經油漆、密封、浸漬、電鍍(例如，鍍鎳、鍍銅、鍍錫或使用類似金屬的電鍍或化學鍍)、鍍鉻、氮化、鍍鋁或滲碳工件。舉例而言，在鍍鋅工件情況中，當前揭示之管狀焊線50可大體上改良穩定性及控制電弧34之穿透，以使得可不管工件22之外部上的鋅塗層實現良好焊接。另外，藉由改良電弧34之穩定性，所揭示管狀焊線50可大體上使得能夠焊接比使用其他電焊條可能的情況下更薄的工件。舉例而言，在某些實施例中，所揭示管狀焊線50可用於具有約14-、16-、18-、20-、 22-、24-量規的焊接金屬或甚至更薄工件。舉例而言，在某些實施例中，所揭示管狀焊線50可賦能具有小於約5mm、小於3mm、小於約1.5mm、小於約1.27mm(例如，約0.05吋)、小於約1.11mm(例如，約0.0438吋)或約1mm(例如，約0.0375吋)厚度的焊接工件。

此外，當前揭示之管狀焊線50賦能超過每分鐘30吋或甚至40吋之移動速度的焊接(例如，薄量規鍍鋅鋼之焊接)。舉例而言，管狀焊線50易於賦能低焊接孔隙度下以每分鐘40吋以上之移動速度(例如，每分鐘35或45吋)的高品質填角焊接。亦即，當前揭示之管狀焊線50可賦能比其他固體核心、金屬核心或藥芯焊絲焊線更高(例如，高出50%至75%)的移動速度。應將瞭解，較高移動速度可賦能較高生產率(例如，生產線上)及降低成本。另外，當前揭示之管狀焊線50在使用寬操作製程窗口下展現出良好間隙處置及提供優良焊接特性(例如，強度、延伸性、外觀等)。進一步地，管狀焊線50大體上產生比其他固體核心、金屬核心或藥芯焊絲焊線更少的煙霧及焊濺物。

此外，所揭示管狀焊線50亦可與某些焊接方法或技術(例如，在焊接操作期間電焊條以特定方式移動的技術)組合，該等焊接方法或技術可進一步增加焊接系統10用於特定類型工件之穩健性。舉例而言，在某些實施例中，焊炬18可經配置以所需圖案(例如，圓形、旋轉電弧或蛇形圖案)在焊炬18內循環或週期性移動電焊條，以便維持管狀焊線50與工件22之間(例如，僅介於管狀焊線50之外鞘52與工件 22之間)的電弧34。藉由特定實例，在某些實施例中，可與焊接方法一起利用所揭示管狀焊線50，該等焊接方法諸如標題為「DC ELECTRODE NEGATIVE ROTATING ARC WELDING METHOD AND SYSTEM」之美國臨時專利申請案第61/576,850號、標題為「DC ELECTRODE NEGATIVE ROTATING ARC WELDING METHOD AND SYSTEM」之美國專利申請案第13/681,687號及標題為「ADAPTABLE ROTATING ARC WELDING METHOD AND SYSTEM」之美國臨時專利申請案第61/676,563號中所描述；該等申請案出於所有目的以引用之方式全部併入本文。應將瞭解，此類焊接技術可尤其用於焊接薄工件(例如，具有20-、22-或24-量規厚度)，如上文所論及。

第3圖圖示可使用所揭示焊接系統10及管狀焊線50焊接工件22的製程60之實施例。圖示之製程60開始於將管狀電焊條50(亦即，管狀焊線50)饋送至焊接設備(例如，焊炬18)(方塊62)。如上文所闡述，在某些實施例中，管狀焊線50可包括例如一或更多種抗蝕組分(例如，鎳、鉻、銅或上述之混合物或合金)、有機穩定劑組分(例如，羧甲基纖維素鈉)及一或更多種稀土組分(例如，稀土矽化物)。進一步地，管狀焊線50可具有一外徑，該外徑介於約0.024吋與約0.062吋之間，介於約0.030吋與約0.060吋之間，介於0.035吋與約0.052吋之間或約0.040吋。應亦可瞭解，在某些實施例中，焊接系統10可以適宜速率饋送管狀焊線50，以賦能大於30吋/分鐘或大於40吋/分鐘之移動速度。

另外，製程60包括在焊接設備之觸頭(例如，焊炬18之觸頭)附近提供保護氣體流(例如，100%氬、100%二氧化碳、75%氬/25%二氧化碳、90%氬/10%二氧化碳或類似保護氣體流)(方塊64)。在其他實施例中，可使用未使用氣體供應系統(例如，諸如第1圖所圖示之氣體供應系統16)的焊接系統，及管狀焊線50之一或更多種組分(例如，碳酸鉀)可分解以提供一種保護氣體組分(例如，二氧化碳)。

接下來，可將管狀焊線50靠近工件22以在管狀焊線50與工件22之間點火及維持電弧34(方塊66)。應瞭解，可使用例如用於GMAW系統10的DCEP、DCEN、DC可變極性、脈衝DC、平衡或失衡AC功率配置產生電弧34。一旦已對工件22建立電弧34，可將管狀焊線50的一部分(例如，填充金屬及合金組分)移送至工件22之表面上的焊接熔池中以形成焊接沉積之焊珠(方塊68)。同時，可自管狀焊線50釋放管狀焊線50之其他組分以充當電弧穩定劑、造渣劑及/或脫氧劑，以控制電弧之電氣特性及焊接沉積之所得化學及機械特性(方塊70)。

據信，對於某些實施例，有機穩定劑之族I或族II金屬(例如，鉀及鈉離子)可大體與有機穩定劑分離及向電弧提供穩定影響。同時，據信，有機部分(例如，包含至少碳及氫，但可能包括氧)可在電弧條件下分解以在焊接位點上或附近提供還原(例如，富氫)氣氛。因此，儘管不希望受理論所局限，據信，當前揭示之所得還原氣氛及與族I/族II穩定金屬、稀土組分、循環運動等潛在組合提供賦能高移動速度及低孔隙度的焊接解決方案，即使當焊接經塗佈之工件或執行間隙填充時亦提供。舉例而言，在某些實施例中，管狀焊線50可大體上使得能夠焊接更薄工件以及經油漆、鍍鋅、鍍鋅退火、電鍍、鍍鋁、氮化、鍍鉻、滲碳或其他類似經塗佈之工件。舉例而言，當前揭示之管狀焊線50之某些實施例可使得能夠焊接具有小於5mm或小於4mm厚度的工件或具有約1.3mm或1.2mm厚度的工件，同時維持相對較高的移動速度(例如，超過30吋/分鐘或超過40吋/分鐘)及低孔隙度，即使當執行間隙填充(例如，1-3mm間隙填充)時亦如此。

此外，應可瞭解，對於抗蝕性為理想的實施例，第3圖所圖示之製程60可不一定包括準備及塗佈焊接沉積的額外處理步驟。亦即，管狀焊線50之抗蝕組分可使得能夠形成焊後狀態的抗蝕(例如，抗生銹或抗氧化)焊接沉積，從而可免除通常用於經塗佈之工件的額外處理步驟。換言之，當使用其他電焊條焊接經塗佈(例如，鍍鋅、氮化)工件時，在形成焊接沉積後，可清洗、準備焊接沉積及工件之表面以接受塗佈，及隨後用塗層塗佈該表面以向工件提供抗蝕性。舉例而言，在使用其他電焊條形成焊接沉積後，可用鋼絲刷清洗焊接沉積及工件之表面及隨後用鋅電鍍或用基於鋅的噴漆油漆該表面。

應可瞭解，由前述額外處理步驟所提供的抗蝕性可受到操作者清洗、準備及塗佈工件之良好程度的限制。相比之下，在使用當前揭示之管狀焊線50形成焊接沉積後，焊接沉積將包括管狀焊線50之抗蝕組分的至少一部分，該抗蝕組分之至少一部分向焊接沉積提供抗蝕性，同時免除額外清洗、準備及塗佈處理步驟。然而，應亦可瞭解，在本發明方法之某些實施例中，使用所揭示管狀焊線50形成的抗蝕焊接沉積可經歷前述清洗、準備及塗佈處理步驟以向工件提供甚至更多的抗蝕性。在此類情況中，抗蝕焊接沉積可確保，即便操作者執行相對較差的清洗、準備及/或塗佈工件工作，焊接沉積及/或工件仍維持抗蝕水平。

第4圖圖示可製造管狀焊線50之製程80之實施例。應可瞭解，製程80僅提供製造管狀焊線50之實例；然而，在其他實施例中，製造之其他方法可用於產生管狀焊線50，而不會使本發明方法失效。亦即，舉例而言，在某些實施例中，可經由輥軋形成方法或經由將核心組成物裝填至中空金屬外鞘中形成管狀焊線50。第4圖所圖示之製程80開始於將扁平金屬條饋送穿過眾多沖模，該等沖模使金屬條成型為部分圓形金屬外鞘52(例如，產生半圓形或槽形)(方塊82)。在金屬條已至少部分地成型為金屬外鞘52後，可用填充物(例如，顆粒狀核心54)填充外鞘(方塊84)。亦即，可用各種粉末狀合金、耐蝕、電弧穩定、造渣、脫氧及/或填充組分填充部分成型的金屬外鞘52。舉例而言，在各種焊劑及合金組分之中，可將一或更多種抗蝕組分(例如，鎳、鉻、銅及/或上述之合金或組合)、一或更多種有機穩定劑組分(例如，羧甲基纖維素鈉)、一或更多種碳組分(例如，石墨粉)及一或更多種稀土組分(例如，稀土矽化物)添加至金屬外鞘52中。此外，在某些實施例中，亦可將其他組分(例如，稀土矽化物、磁鐵礦、鈦酸鹽、黃鐵礦、鐵粉及/或其他類似組分)添加至部分成型金屬外鞘52中。

接下來，在所圖示製程80中，一旦已將顆粒狀核心材料54之組分添加至部分成型金屬外鞘52中，可隨後將部分成型金屬外鞘52饋送穿過一或更多個裝置(例如，拉伸沖模或其他適宜閉合裝置)，該等裝置可大體上閉合金屬外鞘52，以使得該金屬外鞘實質上圍繞顆粒狀核心材料54(例如，形成接縫58)(方塊86)。另外，可隨後將閉合金屬外鞘52饋送穿過眾多裝置(例如，拉伸沖模或其他適宜裝置)，以藉由壓實顆粒狀核心材料54減小管狀焊線50之圓周(方塊88)。在某些實施例中，可隨後歷經約4至6小時將管狀焊線50加熱至約300℉與約650℉之間，然後將管狀焊線封裝至滑軸、捲軸或轉鼓上以便運輸，而在其他實施例中，可封裝管狀焊線50，無需此烘焙步驟。

下文所闡述為根據本發明方法之實施例針對管狀焊線50的五種示例性調配物(E1、E2、E3、E4及E5)。應可瞭解，下文所論述之調配物E1-E5僅提供為實例且不欲限制本發明方法之範疇。表1包括相對於顆粒狀核心54之重量以重量百分比計的顆粒狀核心54之成分。進一步地，表1包括管狀焊線50之實施例E1-E5的金屬條52及顆粒狀核心54之經計算化學組成物，其中將值提供為相對於整體管狀焊線50的重量百分比。應可瞭解，對於表1中所闡述之管狀焊線50之實施例E1、E2、E4及E5，顆粒狀核心54可佔管狀焊線50 之總重量的約15%，而對於實施例E3，顆粒狀核心54可佔管狀焊線50之總重量的約20%。另外，如上文所闡述，在某些實施例中，管狀焊線50可包括鉻(例如，0.1重量%至30重量%鉻)、銅(例如，0重量%至1重量%銅)及鎳(例如，0重量%至10重量%鎳)或上述之任何組合中的一或更多者，以便提供實質上抗蝕的焊接沉積。

應可瞭解，AWS A5.29規範定義針對B類及針對W2類的全焊金屬(all-weld metal；AWM)沉積化學物，其中兩者皆提供比典型軟鋼化學物更大的抗蝕性。舉例而言，B類之焊接沉積可用於發電廠之高溫應用，而W2類之焊接沉積可形成於耐候鋼工件上。因此，AWS A5.29規範大體係針對在軟鋼及/或低合金鋼工件上形成焊接沉積。應亦可瞭解，AWS A5.22規定定義針對單道不銹鋼焊接沉積的AWM化學品(例如，409類、304類及308類)，該等化學品提供適宜抗蝕性，無需對不鏽工件的表面處理。因此，儘管AWS A5.29及A5.22規範定義抗蝕焊接沉積，但該等標準不直接論述焊接經塗佈之工件(例如，鍍鋅、鍍鋅退火、電鍍、鍍鋁、鍍鉻、氮化、滲碳或其他類似經塗佈之工件)。因此，應可瞭解，管狀焊線50之實施例E1可包括類似抗蝕組分作為分類在AWS A5.29 W2類下的焊線，管狀焊線50之實施例E2可包括用於分類在AWS A5.29 W2及/或B類下的焊線中的抗蝕組分之組合。另外，管狀焊線50之實施例E3可包括類似抗蝕組分作為分類在AWS A5.22 409類下的焊線，及管狀焊線50之實施例E4可包括類似抗蝕組分作為分類在AWS A5.22 308類下的焊線。另外，管狀焊線50之實施例E5可包括類似抗蝕組分作為分類在AWS A5.22 B3及/或W2類下的焊線。因此，在某些實施例中，可將管狀焊線50(例如，實施例E3)歸類為A5.22 ECG焊線(例如，根據AWS A2.2.3-8中所描述之分類系統)及可在量規厚度之軟性塗佈或未塗佈鋼工件上提供肥粒鐵不鏽AWM化學品，其中在單道焊接操作期間向焊接沉積提供足夠的鉻(例如，約15%至約50%稀釋)以對焊接沉積賦予抗蝕性。如上文所論及，在某些實施例中，管狀焊線50可並不屬於AWS類(例如，由於低延伸性)及可形成焊接沉積，該等焊接沉積將接受焊接後的加熱處理以對焊接沉積賦予所需機械特性。

舉例而言，管狀焊線50之某些實施例(例如，E4)可使得能夠在單道焊接操作期間以約30%稀釋形成奧氏體不鏽焊接沉積。此奧氏體焊接沉積可包括與AWS A5.22 308或304類類似的抗蝕組分(例如，包括約18%與約21%之間的鉻及約9%與11%之間的鎳)。針對此實例，為了向焊接沉積提供抗蝕組分之前述含量，當前揭示之管狀焊線50之某些實施例(例如，E4)可包括管狀焊線50之大於約20重量%(例如，介於約25%與約30%之間)的鉻及/或大於約10重量%(例如，介於約12%與約18%之間)的鎳。進一步地，如下文表1中所圖示，管狀焊線50之某些實施例(例如，E4)可利用針對管狀焊線50之金屬外鞘52的不銹鋼條(例如，根據AWS A5.22 304類)。藉由特定實例，在某些實施例中，管狀焊線50之金屬外鞘52可包括約0.02重量%碳、約18.3重量%鉻、約70重量%鐵、約1.85重量%錳及約9.8重量%鎳。因此，對於使用不銹鋼金屬外鞘52的管狀焊線50之實施例，鉻(例如，外鞘52及核心54中)可佔管狀焊線50之重量的約15%與約30%之間，及鎳(例如，外鞘52及核心54中)可佔管狀焊線50之重量的約5%與約10%之間。

下文表2包括示例性焊接參數，當使用所揭示管狀焊線50之實施例E1-E3形成焊接沉積時可使用該等參數。舉例而言，焊接沉積係根據表2所闡述之參數使用機器人焊機(例如，Miller Auto-Axcess 450及Motoman EA1400N機器人手臂)及鍍鋅鋼板金屬工件由管狀焊線實施例E1-E3形成。該等示例性焊接沉積未展示燒穿跡象及提供了可接受的表面外觀。實施例E1-E3之各者提供了良好可焊性以及良好饋送性。另外，管狀焊線50之某些實施例(例如，E1)提供了展現出基於縱向彎曲測試(例如，根據AWS A5.36中針對單道對接焊接所闡述的測試步驟)的良好延伸性之焊接沉積。進一步地，相信實施例E1-E5之各者提供具有大於約70ksi之抗拉強度的完好焊接沉積。

對於根據表2之參數形成的各個焊接沉積，焊接沉積之外部展示出極少或無外部孔隙度，而焊接操作之開始與停止展示出鍍鋅塗佈材料之焊接中常見的一些微小外部孔隙度。該等焊接沉積之X射線分析證實了僅微小內部孔隙度之存在。因此，應可瞭解，本發明方法使得低孔隙度(例如，低表面孔隙度及/或低總孔隙度)焊接能夠在高移動速度(例如，超過30吋/分鐘或40吋/分鐘)下實現，即使當焊接經塗佈之工件時亦可實現。在某些實施例中，藉由當前揭示之管狀焊線50賦能的低孔隙度可提供實質上無孔的焊接。在其他實施例中，所揭示管狀焊線50可提供具有僅小空隙或微孔(例如，直徑小於約1.6mm)的低孔隙度焊接，該等小空隙或微孔彼此分離大於或等於各個微孔之各別直徑的距離。進一步地，在某些實施例中，可將孔隙度表示為在一方向上(例如，沿焊接軸)的每段焊接距離所遇到的微孔直徑之總和。對於此類實施例，焊接可具有以下孔隙度：每吋焊接小於約0.3吋、每吋焊接小於約0.25吋、每吋焊接小於約0.2吋或每吋焊接小於約0.1吋。在某些實施例中，存在於管狀焊線50中的鉻的量可保持氮之實質部分以溶解狀態存在於工件中，以提供此類低孔隙度焊接，尤其是當焊接具有高氮含量的工件 (例如，氮化鋼)時。應可瞭解，可使用X射線分析、顯微鏡分析或另一適宜方法量測焊接之孔隙度。

然而，如上文所論及，管狀焊線50之某些實施例可形成焊接沉積，該等焊接沉積最初具有高強度，但亦具有相對較低的延伸性及強韌性。舉例而言，在單(例如，1+1)道對接焊接測試中，使用管狀焊線50之一實施例(例如，E5)以使用藥芯焊絲電弧焊製程(例如，電流：約280A，電壓：28V，移動速度：約12吋/分鐘，電氣伸出長度(electrical stickout)：7/8吋，保護氣體混合物：90% Ar/10% CO₂)形成焊接沉積。對於此實例，儘管焊後狀態沉積可具有充分強度(例如，約93,200磅/平方吋(pounds per square inch；PSI)以滿足碳當量(carbon equivalent；CE)單道強度類，但焊接沉積可不具有充分延伸性來符合AWS類之其餘者。舉例而言，當焊後狀態沉積經歷縱向彎曲(例如，半徑約0.75吋)時，可在焊珠中開始形成開口。然而，對於此實例，應可瞭解，一旦焊接沉積已經歷焊接後加熱處理(例如，約1200℉歷經約1小時或以下)，焊接沉積可通過類似縱向彎曲測試，同時仍維持高強度。然而，應可瞭解，對於強度係唯一問題的應用，示例性焊接沉積可適用而無需焊接後加熱處理。

另外，下文表3包括使用市售管狀焊線FabCOR^® F6(可購自Hobart Brothers Company of Troy，OH)及使用針對三個不同焊接實驗(亦即，熔融按鈕(melt-button)、AWM化學焊盤及1層焊盤)的所提供管狀焊線50之實施例E1-E3所形成的焊接沉積之化學分析。如上文所闡述，管狀焊線50(例如，實施例E1、E2、E3及E5)可沉積上文所論述之抗蝕組分中的一或更多者以限制、阻擋或防止所得焊接沉積內的銹蝕。舉例而言，在某些實施例中，焊接沉積可包括鎳、鉻、銅及上述之混合物或合金中的一或更多者，該等物質可限制由反應性物質(諸如氧)造成的焊接沉積之銹蝕。應可瞭解，所揭示管狀焊線50之某些實施例可產生具有麻田散鐵及/或肥粒鐵結構的低合金焊接沉積，而其他實施例可產生具有麻田散鐵及/或肥粒鐵結構的高合金焊接沉積。如本文所使用，「低合金焊接沉積」係一種具有大於50重量%之鐵含量及小於10重量%之總合金含量(例如，鉻、鎳、銅等)的焊接沉積。如本文所使用，「高合金焊接沉積」係一種具有大於50重量%之鐵含量及大於10重量%之總合金含量(例如，鉻、鎳、銅等)的焊接沉積。舉例而言，在某些實施例中，焊接沉積可為不銹鋼。藉由特定實例，在某些實施例中，焊接沉積可為200系列不銹鋼、300系列不銹鋼或400系列不銹鋼。

藉由特定實例，如表3所闡述，在某些實施例中，銅可佔焊接沉積的約0.05重量%與約2重量%之間、約0.07重量%與約1重量%之間、約0.08重量%與約0.9重量%之間、約0.09重量%與約0.8重量%之間、約0.1重量%與約0.8重量%之間或約0.4重量%。藉由進一步實例，在某些實施例中，鉻可佔焊接沉積的約0.4重量%與約20重量%之間、約0.5重量%與約16重量%之間、約0.6重量%與約11重量%之間、約0.7重量%與約10重量%之間。藉由更進一步實例，在某些實施例中，鎳可佔焊接沉積的約0.1重量%與約1重量%之間、約0.2重量%與約0.7重量%之間、約0.3重量%與約0.65重量%之間、約0.4重量%與約0.65重量%之間或約0.35重量%。另外，在某些實施例中，鉬可存在於管狀焊線50中，可將該管狀焊線的一部分併入所得焊接沉積中。藉由特定實例，在某些實施例中，鉬可佔焊接沉積的約0.001重量%與約0.2重量%之間、約0.01重量%與約0.15重量%之間、約0.01重量%與約1.2重量%之間或約0.07重量%。在其他實施例中，鈦及/或鈮可另外或替代地存在於焊接沉積中。

本揭示案之技術效果包括使得能夠在經塗佈之工件上形成抗蝕焊接沉積。詳言之，當前揭示之管狀焊線包括一或更多種抗蝕組分(例如，鎳、鉻、銅及/或上述之合金或混合物)，該等組分可使得焊接沉積能夠具有增強或改良的抗蝕或抗氧化能力。此外，在某些實施例中，所揭示管狀焊線可具有適宜組成物以使得能夠形成具有相對較高鉻含量(例如，4-6重量%鉻)的焊接沉積，從而可保持氮溶解在焊接沉積內以減輕或防止焊接氮化鋼工件時的焊接孔隙度。因此，當前揭示之管狀焊線增強了經塗佈(例如，鍍鋅、鍍鋅退火、鍍鋁、氮化、油漆等)工件及/或較薄(例如，20-、22-、24-量規或更薄)工件之可焊性，甚至是處於高移動速度(例如，大於30吋/分鐘或大於40吋/分鐘)下亦如此。

儘管本文已圖示及描述本發明之僅某些特徵，但熟習此項技術者將想到許多修改及變化。因此，應將理解，附加申請專利範圍意欲在本發明之真實精神範疇內覆蓋所有此類修改及變化。

Claims

一種包含一外鞘及一核心的管狀焊線，其中該管狀焊線包含：一有機穩定劑組分，該有機穩定劑組分包含羧甲基纖維素之一族I或族II鹽；一稀土組分；以及一抗蝕組分，該抗蝕組分包含以下之一或更多者：鎳、鉻及銅；其中該管狀焊線之該核心包括一燒結物，該燒結物包含一族I或族II金屬之氧化物、一鈦之氧化物及一錳之氧化物，及其中該核心包含約0.1重量%與約2重量%之間的該燒結物。
如請求項1所述之管狀焊線，其中該一或更多種抗蝕組分包含鉻，及其中該管狀焊線包含約0.05重量%與約30重量%之間的鉻。
如請求項2所述之管狀焊線，其中該核心包含約4重量%與約80重量%之間的鉻。
如請求項2所述之管狀焊線，其中該外鞘包含小於約20重量%的鉻。
如請求項1所述之管狀焊線，其中該一或更多種抗蝕組分包含鎳，及其中該管狀焊線包含約0.1重量%與10重量%之間的鎳。
如請求項5所述之管狀焊線，其中該外鞘包含小於約10重量%的鎳。
如請求項5所述之管狀焊線，其中該核心包含小於約4重量%的鎳。
如請求項1所述之管狀焊線，其中該一或更多種抗蝕組分包含銅，及其中該管狀焊線包含約0.1重量%與1重量%之間的銅。
如請求項8所述之管狀焊線，其中該核心包含小於約4重量%的銅。
如請求項1所述之管狀焊線，其中該核心包含約0.05重量%與約5重量%之間的該有機穩定劑組分。
如請求項1所述之管狀焊線，其中該稀土組分包含鑭系之一或更多種元素或化合物，且其中該核心包含約0.1重量%與約3重量%之間的該稀土組分。
如請求項1所述之管狀焊線，其中該外鞘包含304不銹鋼、409不銹鋼、410不銹鋼及430不銹鋼之至少一者。