專利名稱：用于帶芯焊條的送進潤滑劑、帶芯焊條以及gmaw工藝的制作方法
用于帶芯焊條的送進潤滑劑、帶芯焊條以及GMAW工藝本發(fā)明涉及用于帶芯焊條的送進潤滑劑、帶芯焊條以及GMAW工藝。
背景技術(shù)：
熔化極氣體保護電弧焊(GMAW)，有時以其子類型被稱為熔化極惰性氣體保護(MIG)焊或者活性氣體保護(MAG)焊，是一種半自動或者自動極弧焊接工藝，其中連續(xù)的并且可消耗的焊絲焊材(“焊絲”)和保護氣體經(jīng)焊槍被送進。圖I和圖2圖示說明了常規(guī)工業(yè)GMAW系統(tǒng)的基本設(shè)計。如在這些圖中所示，GMAW系統(tǒng)10包括電源12、焊絲驅(qū)動組件14、保護氣體供應(yīng)系統(tǒng)16以及用于承載電能、焊絲和保護氣體到要被焊接的工件20的纜線組件18。焊絲驅(qū)動組件14典型地包括用于承載連續(xù)的可消耗的焊絲焊材的滾筒24的卷軸架22，以及包括一個或更多個驅(qū)動輪(未示出)的驅(qū)動 機構(gòu)26，所述驅(qū)動機構(gòu)用于驅(qū)動焊絲從滾筒24經(jīng)纜線組件18至工件20。同時，保護氣體供應(yīng)系統(tǒng)16通常包括保護氣體源28和與纜線組件18流體連通的氣體供應(yīng)導(dǎo)管30。尤其如在圖2中圖示說明的，纜線組件18典型地表現(xiàn)為一端附接到電源12、焊絲驅(qū)動組件14和氣體供應(yīng)系統(tǒng)16并且另一端附接到焊槍34的延長的柔性纜線32的形式。如在圖3 (圖3為柔性纜線32的徑向橫截面)中圖示說明的，此柔性纜線通常包括用于提供焊接電能到焊槍40的導(dǎo)電嘴的電纜34，用于運輸保護氣體的氣體導(dǎo)管36，以及用于置放所述焊絲的柔性護套48。實際上，柔性纜線32通常為至少10英尺Γ3πι)長，更典型地至少15英尺Γ4. 6m),至少20英尺Γ6. lm)，至少25英尺Γ7. 6m)，或者甚至至少30英尺Γ9. Im)長，以致在焊槍34被手移動到各種不同的位置時，電源12、焊絲驅(qū)動組件14和保護氣體供應(yīng)系統(tǒng)16可以基本上保持靜止。另外，柔性纜線32通常被制作得盡可能的柔韌，因為這為在任意期望的位置移動和定位的焊槍34方面提供了最大程度的靈活性。所以，例如，柔性纜線32通常被制作得足夠柔韌以致所述柔性纜線32可以做相對急轉(zhuǎn)的彎曲，比如被盤繞成好幾圈(如在圖2中圖示說明的)。為了防止焊絲在柔性纜線32內(nèi)部纏結(jié)，焊絲被穿入柔性護套48的內(nèi)部。通常，此柔性護套由緊卷成螺旋的金屬絲制成，所述柔性護套的內(nèi)直徑僅稍微大于所述焊絲的外直徑，因為在柔性纜線32中的此結(jié)構(gòu)提供了高度的靈活性，而同時防止了在所述焊絲和在所述柔性纜線內(nèi)部的其他構(gòu)件之間的接觸。由于延長的柔性纜線32的長度和靈活性，經(jīng)常要用相當大的力以驅(qū)動焊絲從滾筒24經(jīng)纜線組件18到工件20上。因此，用焊絲送進潤滑劑包覆焊絲以降低在所述焊絲外表面和所述焊絲通過的柔性護套的內(nèi)表面之間的摩擦系數(shù)是在工業(yè)中的慣例做法。鈉基皂和鈣基皂，例如硬脂酸鈉和硬脂酸鈣，最常見地被用于本目的?？商鎿Q地，某些固體顆粒材料，比如MoS2、WS2、ZnO (通常與WS2—起)、石墨和/或PTFE (特氟隆)，也已經(jīng)被用于本目的。皂基送進潤滑劑真正的優(yōu)勢是潤滑能力和送進能力，也即，所述潤滑劑的能力使能用最小的力并且盡可能平穩(wěn)地使焊絲從焊絲的供應(yīng)滾筒運輸?shù)胶笜尳M件，尤其是當送進被許多個起停打斷時。這是因為處于在送進期間遇到的溫度、剪應(yīng)力和其他局部條件之下，皂基潤滑劑有變軟或者塑化為滑的、柔順的半固體材料的傾向，在這種意義上，皂基潤滑劑大體上是柔軟的并且是柔順的。一般而言，固體顆粒送進潤滑劑不提供相同優(yōu)越水平的送進能力，因為它們在送進操作期間保持硬的、固體顆粒的形式。皂基送進潤滑劑的另一個優(yōu)勢是電弧穩(wěn)定能力，S卩，促進在導(dǎo)電嘴和要被焊接的工件之間一致的不間斷的電弧的潤滑劑的能力。穩(wěn)定的電弧促進均勻焊道的形成，因為正是電弧熔化了焊條。一般而言，顆粒送進潤滑劑不提供與皂基潤滑劑相同優(yōu)越的電弧穩(wěn)定能力，再次地，因為它們在送進操作期間保持硬的、固體顆粒的形式。盡管皂基送進潤滑劑在送進能力和電弧穩(wěn)定能力方面優(yōu)越于固體顆粒送進潤滑齊U，但是在形成的焊縫金屬的氫污染方面，尤其當帶芯焊條被使用時，它們是較差的。過度的氫污染能夠?qū)е略黾拥拈_裂，因此在軍事和其他需要高強度焊縫接合的應(yīng)用中經(jīng)常避免使用帶芯焊條。例如，參見D. D. Harwig等，焊接參數(shù)和焊條大氣曝露對氣體保護藥芯電弧焊縫的擴散氫含量的影響(Effects of Welding Parameters and Electrode Atmospheric Exposure on the Diffusible Hydrogen Content of Gas Shielded Flux Cored ArcWelds),焊接研究副干丨J (Welding Research Supplement), 1999 年 9 月，第 314-321 頁。因此，將被理解的是，常規(guī)焊絲送進潤滑劑具有的固有的問題——提供供在GMAW設(shè)備中使用的期望程度的送進能力(潤滑能力)的那些焊絲送進潤滑劑生成不可接受的量的氫污染，而產(chǎn)生可接受的低水平氫污染的那些焊絲送進潤滑劑不能提供足夠的送進能力(潤滑能力)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將送進潤滑劑配制為固體顆粒潤滑劑(solidparticulate lubricant)和阜基潤滑劑(soap-based lubricant)的混合物,但只在此混合物中皂基潤滑劑的量為約40wt. %或更少時，提供達成兩個目標的改進的焊絲送進潤滑劑是可能的，即，提供供在GMAW設(shè)備中使用的期望程度的送進能力(潤滑能力)且不生成不可接受的量的氫污染。因此，本發(fā)明提供改進的焊絲送進潤滑劑，所述焊絲送進潤滑劑包括約10至40wt. %的至少一種阜基潤滑劑,約40至90wt. %的至少一種固體顆粒潤滑劑,所述固體顆粒潤滑劑選自MoS2、WS2、Zn0、石墨和PTFE，以及最高20wt. %的至少一種可選的附加潤滑劑成分。另外，本發(fā)明還提供供GMAW和其他電弧焊接工藝使用的改進的焊條，所述改進的焊條包括用上述焊絲送進潤滑劑包覆的帶芯焊條。另外，本發(fā)明進一步提供改進的GMAW方法，在所述GMAW方法中，被潤滑的焊絲借助于驅(qū)動組件經(jīng)延長的柔性護套和與所述延長的柔性護套連通的焊槍被送進到工件，其中所述被潤滑的焊絲包括用上述送進潤滑劑包覆的帶芯焊條。進一步的技術(shù)方案被公開在下面說明示例的實施方案的描述、附圖和權(quán)利要求中。


通過參考下面的附圖，本發(fā)明可以被更容易地理解，其中
圖I和圖2是圖不說明常規(guī)GMAW焊接系統(tǒng)的不意圖和透視圖；圖3是在圖I和圖2的GMAW系統(tǒng)的纜線組件中使用的典型的延長的柔性纜線的示意性徑向橫截面；圖4是示出根據(jù)送進潤滑劑的組成，在下文描述的擴散氫控制實驗中所產(chǎn)生的擴散氫的量以及所使用的充分潤滑的焊條的表面鈉計數(shù)(surface sodium count)的曲線圖；以及圖5是示出在下文描述的送進能力控制實驗中根據(jù)送進潤滑劑組成所需要的平均和最大送進力的圖表。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明，在用于GMAW和其他電弧焊工藝的焊條上的送進潤滑劑由固體顆粒 潤滑劑和皂基潤滑劑的混合物構(gòu)成，其中皂基潤滑劑的量為約40wt.%或更少。采用這種方法時，相較于其中送進潤滑劑全部由常規(guī)皂基潤滑劑構(gòu)成的常規(guī)慣例，被引入焊縫的不想要的擴散氫的量被實質(zhì)性地降低了。盡管如此，由這些皂基類潤滑劑而變?yōu)榭赡艿膬?yōu)越的送進能力和電弧穩(wěn)定能力被保留。帶芯焊條本發(fā)明大體上涉及使用任意類型的焊條的電弧焊，特別是GMAW。然而，通常，其實施與使用帶芯焊條有關(guān)，尤其是金屬帶芯焊條，因為氫污染是在此類型的焊接操作中最常被發(fā)現(xiàn)的問題。帶芯焊條是具有被外護套圍繞的管狀芯或內(nèi)部區(qū)的焊接消耗品。有兩種基本的種類，金屬芯焊條和藥芯焊條。在金屬芯焊條中，焊條的芯主要由要被并入到將要形成的焊縫中的一種或更多種金屬形成。通常，所述芯將包含至少約80wt. %金屬，其余為焊劑和如在下文進一步討論的與藥芯焊條有關(guān)的其他常規(guī)成分。更常見地，所述芯將包含至少約85wt. %金屬，至少約90wt. %金屬，或者甚至至少約95wt. %金屬,其余為焊劑和其他常規(guī)成分。在藥芯焊條中，焊條的芯主要由一種或更多種輔助焊接過程的組分形成，比如助熔元素(即，產(chǎn)生大量熔洛覆蓋焊道直至冷卻的元素)、脫氧和脫氮試劑和穩(wěn)定焊弧的元素。構(gòu)造帶芯焊條典型地開始于平金屬條，一開始，平金屬條先被形成為“U”形。芯填充材料隨后被置于此“U”中，并且通過拉伸該被填充的條經(jīng)一個或更多個模具和/或成型輥，所述條被閉合成管狀構(gòu)型以壓緊芯材料并且固定所述帶芯焊條的最終直徑。參見美國專利號2，785，285，美國專利號2，944，142，美國專利號3，534，390和美國公布申請?zhí)?006/0255027，所述文獻的公開內(nèi)容通過弓I用并入本文。皂基潤滑劑一般而言，先前已經(jīng)被用作或者將來可能被用作焊絲送進潤滑劑的任意皂基潤滑劑都能夠被用作本發(fā)明的皂基潤滑劑。就這一點而言，皂基潤滑劑(有時被稱為“干送進潤滑劑”)包括金屬陽離子的脂肪酸鹽，盡管非金屬陽離子，比如銨，也可以被使用。飽和的和不飽和的(單、雙和多不飽和的)脂肪酸可以被用于本目的。通常，脂肪酸包含約8-24個碳原子，盡管具有12-20個或甚至14-18個碳原子的脂肪酸是更典型的。硬脂酸、油酸、亞油酸或棕櫚酸，或者更常見地這些酸的混合物，是更加典型的。
這樣的鹽的金屬陽離子可以是一價的，比如Na、K、Ru和Cs，在這種情況下，皂基送進潤滑劑一般是可溶于水的。另外，這樣的鹽的金屬陽離子可以是二價的或者三價的，在這種情況下，皂基送進潤滑劑一般是可溶于水的。鈉是在這樣的鹽中最常見的一價陽離子，而鈣是這樣的鹽中最常見的多價陽離子。除鈣之外，最常見用于這樣的鹽中的多價金屬陽離子為鋁、鋇、鎂、鋅或者這些金屬的混合物。參見授予Maples的美國專利5，898，022，尤其是第4欄第5行。其他金屬，舉例來說，如B、In、Ga、Tl、Cd、Mg、Be等，也可以被使用。參閱授予Gzesh的美國專利5，593，956和授予Franks的美國專利2，956，017以及日本Kokai [已公布的未審查的專利申請]2005-074438 和 2005-095972。參閱 Kokai2004_034131、Kokai08-257788、Kokai 2002-219595、Kokai 2002-239779、美國專利 6，337，144 和 Kokai2003-039191。所有這些專利文件的公開內(nèi)容也通過弓I用被并入本文中。如在本領(lǐng)域被充分理解的，商業(yè)上可獲得的皂基潤滑劑可以用過量的脂肪酸(SP，化學(xué)計量當量過量)或這過量的金屬陽離子來配制。另外，它們也典型地基于脂肪酸皂潤滑齊 本身與各種助劑(比如填充劑、顏料、染料、極壓添加劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、增稠劑、蠟類和聚合物、油類、酯類、乙氧基化物類、金屬濕潤劑類等諸如此類)組合。具體的例子包括， 但不限于，可溶的蠟，比如固體石蠟、微晶、氫化甘油三酯、天然和合成的鯨蠟以及天然的和合成的蠟；油和脂，比如烴類、硅酮類、非氧化性植物油、動物油和脂；顆粒填充劑，優(yōu)選其自身呈現(xiàn)一些固有的潤滑能力的，比如滑石、石墨、氮化硼、涂料級鋁粉、以及其他氟化烴類和某些類型的灰燼或硅藻土；以及表面活性劑，比如辛苯氧基-聚乙氧基乙醇-非離子型物質(zhì)，舉例來說，所述物質(zhì)可由商品名TRITON X 100 的產(chǎn)品獲得。只要它們不以任何實質(zhì)性的方式不利地影響本發(fā)明的皂基拉絲潤滑劑降低或消除擴散氫的能力，這些助劑和其他助劑則可以以常規(guī)量被使用以提供它們已知的作用。固體顆粒潤滑劑一般而言，先前已經(jīng)被用作或者在未來可能被用作焊絲送進潤滑劑的任意顆粒固體可以被用作本發(fā)明的固體顆粒潤滑劑。在此上下文中，“固體顆粒”潤滑劑將被理解為指的是在送進操作期間在被采用的條件下保持為硬的顆粒固體的形式的材料。皂基潤滑劑，盡管在被施用時通常為固體，但不是此上下文中的“固體顆粒”潤滑劑，因為它們典型地在送進操作期間在所遇到的溫度、剪應(yīng)力和其他局部條件之下變軟和被塑化為滑的、柔順的半固體材料。常見用作固體顆粒焊絲送進潤滑劑的典型的顆粒固體包括MoS2、WS2、ZnO (通常與WS2 一起)、石墨和/或PTFE (特氟隆)及其混合物。由于可獲得性和成本，這些材料將通常用作本發(fā)明的固體顆粒潤滑劑。然而，其他固體顆粒焊絲送進潤滑劑也可以被使用。例如，專利文獻表明很多不同的顆粒固體作為焊接工業(yè)中的固體顆粒焊絲送進潤滑劑(或者所述潤滑劑的組分)也是有用的。例如，日本Kokai 2005-074438表明硫基極壓試劑可以被用于本目的，而Kokai 10-193175表明在鋼鐵精煉期間生成的并且主要由氧化鐵構(gòu)成的灰粉(fume powder)可以被用于本目的。同時,Kokai 2004-202572表明銅粉可以被用于本目的，而Kokai 09-141489表明無機鉀化合物，比如硼酸鉀，可以被用于本目的。類似地，Kokai 08-157858表明亞磷酸酯可以被用于本目的，而Kokai 2003-305587表明磷酸鐵、錳和鋅的膜可以被用于本目的。類似地，Kokai 2006-095579和Kokai 09-206987表明至少當與礦物(比如云母、絹云母或滑石)組合時，碳酸鈣和氮化硼是二硫化鑰的類似物。同時，Kokai 09-323191表明當與MoS2或WS2組合時，二氧化鈦是有效的焊絲潤滑劑，而Kokai 08-057650表明當與WS2組合時，不銹鋼粉是有效的焊絲潤滑劑。類似地，Kokai 08-151548表明硅酸鉀可以與PTFE組合被用作有效的焊絲潤滑劑，而Kokai 06-285677表明當與PTFE或MoS2組合時，碳酸鈣和或碳酸鈉，鈣或鈉的氟化物或硅酸鹽，以及硅酸玻璃、鈉玻璃、鉀玻璃和鈉鈣玻璃制成有效的焊絲潤滑劑。以相同的方式，Kokai 2006-095551以及很多其他日本Kokai表明磷脂類(phosphatide)(—種磷脂(phospholipid))可以與MoS2組合用于本目的。與上述公開內(nèi)容一致，這些附加的材料也可以與上文描述的“常見”固體焊絲潤滑劑一起被使用。根據(jù)本發(fā)明，所有這些材料，包括其混合物，可以被用作本發(fā)明的固體顆粒焊絲送進潤滑劑。為了方便起見，除了 MoS2、WS2、ZnO、石墨和PTFE (特氟隆)之外，所有在這部分描述的材料，以及所有在先前部分描述的助劑(即除了皂基潤滑劑之外所有在先前部分中的成分)，以及所有以下描述的有機粘結(jié)劑，在本文被稱為“附加的潤滑劑成分”。本發(fā)明焊絲送進潤滑劑的固體顆粒潤滑劑的顆粒尺寸不是關(guān)鍵，且任意先前已經(jīng)被用于或者將來可能被用于本目的的顆粒尺寸在本發(fā)明中是有用的。近似約O. 5-15 μ m. 或者甚至約I-IOym.的顆粒尺寸是更令人關(guān)注的。近似約1_2μπι.的顆粒尺寸尤其更令人關(guān)注，特別是當被包覆的焊絲具有相當粗糙的表面時。有機粘結(jié)劑商業(yè)上，固體顆粒焊絲潤滑劑經(jīng)常與液體或糊狀有機粘結(jié)劑組合以粘結(jié)所述顆粒到焊條基質(zhì)。至少在一些實例中，這樣的液體或糊狀有機粘結(jié)劑還可以增強潤滑能力和送進能力。常見的有機粘結(jié)劑的實施例包括粘性油，比如植物油、礦物油，和各種合成油以及各種有機固體，比如石蠟等等。液體載體，比如水和/或各種醇類(例如異丙醇)，也可以被包括以便于應(yīng)用，尤其當固體(糊狀)有機粘結(jié)劑被使用時。盡管這樣的液體或糊狀有機粘結(jié)劑可以被包括在發(fā)明的送進潤滑劑中，但是符合期望地它們要被避免，因為在使用條件下，它們通常分解產(chǎn)出擴散氫。類似地，所有其他有機性質(zhì)的附加潤滑劑成分也優(yōu)選被避免，因為在使用條件下，它們通常也會分解產(chǎn)出擴散氫。皂基潤滑劑和固體顆粒潤滑劑的混合物根據(jù)本發(fā)明，在GMAW和其他電弧焊工藝中使用的焊條上的送進潤滑劑由固體顆粒潤滑劑和皂基潤滑劑的混合物構(gòu)成，其中皂基潤滑劑的量為約40wt.%或更少。采用這種方法時，相較于常規(guī)皂基潤滑劑，不想要的擴散氫的產(chǎn)生被實質(zhì)性地降低了，同時，由這些皂基類潤滑劑變?yōu)榭赡艿膬?yōu)越的送進能力和電弧穩(wěn)定能力被保留。具體地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明提供用于GMAW的滿足ANSI/AWS A4(用于檢測由電弧焊產(chǎn)生的馬氏體鋼、貝氏體鋼和鐵素體鋼焊縫金屬的擴散氫含量的標準方法)的擴散氫的H4標準的送進潤滑劑是可能的，即，每100克熔敷焊縫金屬產(chǎn)生少于4毫升H2，而同時呈現(xiàn)與常規(guī)皂基潤滑劑基本上相同送進能力(潤滑能力)，常規(guī)阜基潤滑劑比如從Henkel Technologies, Henkel Corporationof Madison Heights Michigan 可獲得的 STEELSKIN" 411 (M)(產(chǎn)品 A842)固體潤滑劑,其被認為是包含>60%硬脂酸鹽和各為1-10%的硫酸鈉、碳酸鈉、硝酸鈉和二烷基硫代硫酸鋅。本發(fā)明的送進潤滑劑的皂基潤滑劑，除了提供其已知的潤滑能力和電弧穩(wěn)定功能之外，還提供與粘結(jié)固體顆粒潤滑劑到焊條基質(zhì)有關(guān)的某些粘結(jié)功能。根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)確定甚至當此皂基潤滑劑以有限的量被使用時，此粘結(jié)功能也足以使得通常被需要以粘結(jié)固體顆粒潤滑劑到焊條基質(zhì)的有機粘結(jié)劑能夠被消除。作為結(jié)果，當這樣的有機粘結(jié)劑被使用時，固有生成的擴散氫的產(chǎn)生也被消除。結(jié)合在本發(fā)明的送進潤滑劑中皂基潤滑劑的最大濃度被限定為約40wt. %的事實，此效果的整體結(jié)果為，盡管本發(fā)明的潤滑劑的送進能力被基本上維持，但由本發(fā)明的送進潤滑劑產(chǎn)生的擴散氫的量被降低至每100克熔敷焊縫金屬產(chǎn)生少于4毫升H2。如上文標明的，在本發(fā)明的潤滑劑中皂基送進潤滑劑的量應(yīng)該不多于約40wt. %。這是因為如果皂基潤滑劑的量超過約40wt.%，產(chǎn)生的擴散氫的量通常將超過ANSI/AWSA4. 3的擴散氫的H4標準允許的最大量，即，每100克熔敷焊縫金屬4毫升H2。通常，在本發(fā)明的送進潤滑劑中的皂基送進潤滑劑的量將為基于作為整體的本發(fā)明的送進潤滑劑重量的約35wt. %或更少,更典型地約30wt. %或更少。在本發(fā)明的送進潤滑劑中的皂基潤滑劑的最小量應(yīng)該足以確保送進潤滑劑的送進能力不以任何顯著程度被損害。也就是說，在本發(fā)明的送進潤滑劑中的皂基潤滑劑的量應(yīng)該足以使本發(fā)明的送進潤滑劑呈現(xiàn)與常規(guī)皂基潤滑劑(比如STEELSKIN': 411(M))實質(zhì) 上相同的送進能力(潤滑能力)。期望地，在本發(fā)明的送進潤滑劑中的皂基潤滑劑的量足以使得，當通過在下文加工實施例中描述的分析測試測量時，本發(fā)明的送進潤滑劑呈現(xiàn)用于具有l(wèi)/16in (1.59臟)的直徑的焊絲的小于22磅( 98牛頓)、用于具有0.052丨11 (I. 32mm)的直徑的焊絲的小于14磅Γ62牛頓)、用于具有O. 045in(l. 14mm)的直徑的焊絲的小于12磅Γ53牛頓)的最大送進力。一般而言，這意味著在本發(fā)明的送進潤滑劑中的皂基潤滑劑的量通常應(yīng)該是基于作為整體的本發(fā)明的送進潤滑劑重量的至少約IOwt. %，至少約15wt.%或者甚至至少約20wt. %。在那些本發(fā)明的送進潤滑劑僅由固體顆粒潤滑劑和皂基潤滑劑構(gòu)成的本發(fā)明的實施方案中，固體顆粒潤滑劑的量應(yīng)該是基于作為整體的本發(fā)明的送進潤滑劑重量的至少約60wt. %。這是因為，如果使用更小量的固體顆粒潤滑劑，由本發(fā)明的送進潤滑劑產(chǎn)生的擴散氫的量可能超過ANSI/AWS A4. 3的H4標準允許的最大量，即，每100克熔敷焊縫金屬少于4毫升H2。固體顆粒潤滑劑的至少約65wt. %、至少約70wt. %、至少約75wt. %、至少約80wt. %或者至少約85wt. %的濃度是更典型的。在那些本發(fā)明的送進潤滑劑包含如那些上文描述的附加潤滑劑成分的實施方案中，基于作為整體的本發(fā)明的送進潤滑劑的重量，最高約20wt.%的上文描述的固體顆粒潤滑劑可以被這些附加潤滑劑成分代替。其中固體顆粒潤滑劑的最高約15wt.%、最高約IOwt. %、或者甚至最高約5wt. %被這些附加潤滑劑成分代替的實施方案是更令人關(guān)注的。因此，本發(fā)明的送進潤滑劑將通常包含約10至40wt. %、更常見的約15至35wt. %或者甚至約20至30wt.%的皂基潤滑劑，其余為固體顆粒潤滑劑或固體顆粒潤滑劑和一種或更多種如上文表明的附加潤滑劑成分的混合物。在那種情況下，即，當除了皂基潤滑劑和固體顆粒潤滑劑之外，本發(fā)明的送進潤滑劑包含一種或更多種附加潤滑劑成分時，這樣的附加潤滑劑成分的總量應(yīng)該是基于作為整體的本發(fā)明的送進潤滑劑重量的不大于約20wt. %，更符合期望地不大于約IOwt. %。如果是這樣，固體顆粒潤滑劑的量可以低至至少40wt. %,更符合期望地至少50wt. %。本發(fā)明的送進潤滑劑包含約20至30wt. %的皂基潤滑劑，其余為固體顆粒潤滑劑，尤其是MoS2和WS2,這種送進潤滑劑是尤其令人關(guān)注的，而那些包含約25wt. %的皂基送進潤滑劑和約75wt. %的MoS2、WS2或者兩者的送進潤滑劑是特別令人關(guān)注的。潤滑劑負載量本發(fā)明的送進潤滑劑可以施用于本發(fā)明的具體的應(yīng)用中的焊條的量可以廣泛地變化，且基本上提供期望程度的送進能力的任意的量可以被使用。一般而言，本發(fā)明的送進潤滑劑被使用的量可以為多達lOgms/m2的焊絲表面積到少至O. 001gms/m2的焊絲表面積。近似O. Ol至lgm/m2或者甚至O. 05至O. 5gm/m2的焊絲表面積的潤滑劑負載量是尤其令人關(guān)注的。加工實施例為了更充分地描述本發(fā)明，以下加工實施例被實施。在這些實施例中，一系列金 屬芯焊條通過如大體上在上文提到的美國專利2006/0255027中描述的常規(guī)連續(xù)工藝被生產(chǎn)，其中低碳鋼金屬護套被卷繞在粉末狀金屬芯周圍以形成圓柱形的預(yù)成型品，而這樣形成的預(yù)成型品隨后拉伸經(jīng)一系列被潤滑的擠出模以將所述預(yù)成型品壓縮為期望的最終直徑。這樣得到的焊條焊絲隨后在爐中被燒制以分解可能仍然存在在完成的焊條上的任何殘留的拉伸潤滑劑，在此之后，完成的焊條被繞在單獨的卷繞輥用于如下文描述的進一步的使用。四種不同的焊條焊絲被生產(chǎn)，兩種具有O. 045英寸(I. 143mm)的最終直徑的較小的焊絲和兩種具有1/16英寸(I. 5875mm)的最終直徑的較大的焊絲。因為由焊條呈現(xiàn)的擴散氫的量能夠被在制造之后留在其表面上殘留的拉伸潤滑劑(或者其分解產(chǎn)物)的量所影響，較小的焊絲中的一個和較大焊絲中的一個用較少殘留的拉伸潤滑劑制作，而另外兩種焊絲用較多殘留的拉伸潤滑劑制作。鈉皂拉伸潤滑劑被用于制作這些焊絲，因此通過XRF(X射線熒光)測量的表面鈉計數(shù)提供在制造之后是較多的還是較少的殘留拉伸潤滑劑(或者其分解產(chǎn)物)留在這些焊絲的表面上的精確的指示。就這一點而言，用較少拉伸潤滑劑制作的兩種焊絲呈現(xiàn)4-8個計數(shù)的表面鈉計數(shù)，而用較多拉伸潤滑劑制作的兩種焊絲呈現(xiàn)8-12個計數(shù)的表面鈉計數(shù)。對照實施例A和B—常規(guī)送進潤滑劑為了證明送進潤滑劑的化學(xué)組成對在GMAW中的氫污染以及送進能力(潤滑能力)能夠具有的效果，進行一系列對照實驗，其中上述焊絲焊條被以不同的常規(guī)焊絲送進潤滑劑包覆并且這樣得到的被潤滑的焊絲隨后被測試以測量擴散氫和送進能力。在這些測試中，擴散氫通過ANSI/AWS A4. 3分析程序被測量，而送進能力通過以下分析測試被確定。銅塊以常規(guī)方式被焊接，使用Lincoln Electric CV 400電源和改進的LN-9F GMA送進器以供應(yīng)1/16英寸(I. 5875mm)直徑金屬芯焊絲經(jīng)焊槍到焊接位置。焊接機配備有25英尺(7. 6米)柔性送進纜線，所述柔性送進纜線包括以線繞的圓柱形形式的焊絲供應(yīng)護套，所述護套具有為了送進具有O. 052英寸至1/16英寸的直徑的焊絲而定尺寸的內(nèi)直徑。送進纜線被卷繞在12英寸Γ30ηπι)直徑芯軸上11/2圈以提供對焊絲經(jīng)送進焊絲供應(yīng)護套和焊槍的移動的適合的阻力，同時焊接機的焊絲供應(yīng)送進輥被配備允許驅(qū)動焊絲經(jīng)送進護套需要的平均和瞬間送進力被監(jiān)控并且被記錄的監(jiān)控系統(tǒng)。1/16英寸焊絲被以265in/min (673cc/min)的速率供應(yīng)，用于每次測試約15分鐘的總時間。除了擴散氫和送進能力之外，通過XRF，被充分潤滑的焊絲(即在以正被使用的特定送進潤滑劑包覆之后得到的焊絲)的殘留鈉含量也被測量以確定其表面鈉濃度。運行四個不同組的對照實驗，每個組針對所生產(chǎn)的四種不同的焊絲的一個。因此，在以下四種不同的焊條焊絲上運行相同的對照實驗組I :攜帶較少的殘留拉伸潤滑劑的較小的焊絲，組2 :攜帶較多的殘留拉伸潤滑劑的較小的焊絲，組3 :攜帶較少的殘留拉伸潤滑劑的較大的焊絲，以及組4 :攜帶較多的殘留拉伸潤滑劑的較大的焊絲。在每組對照實驗中，測試種個不同的常規(guī)送進潤滑劑。另外，運行第七個對照實驗，其中出于比較的目的，完全沒有使用潤滑劑。使用的不同的常規(guī)送進潤滑劑的化學(xué)組成在以下表I中被闡述。 表I不同的常規(guī)送進潤滑劑的組成
潤滑劑組成
NL__S_
A__IOO0ZoMoS2_
B__具有少于40 wt%添加劑(如亞硝酸鈉&碳酸鈉)的無硼砂鈉皂
C__具有少于40wt.%添加劑(如碳酸鈉鹽)的鈉—電_
E具有少于40wt.%添加劑(如七I墨、M0S2、碳酸納&結(jié)晶—■氧化娃)的納-
F__具有少于40 wt.%添加劑(如石墨、碳酸鈉&結(jié)晶二氧化硅)的鈉皂
G STEELSKIN 411 (M)(具有少于40 wt.%添加劑(如硫酸鈉、碳酸鈉、硝__酸鈉&二烷基硫代硫酸鈉)的鈉皂)_擴散氫對照實驗一較小直徑焊絲因為較小直徑焊絲(O. 045英寸一I. 143mm)對氫收集更敏感而較大直徑焊絲(1/16英寸一I. 5875mm)對送進能力更敏感，較小直徑焊絲被用于這些擴散氫對照實驗而較大直徑焊絲被用于下文討論的送進能力對照實驗。相應(yīng)地，在這些擴散氫對照實驗中，運行兩組實驗，組I使用攜帶較少的殘留拉伸潤滑劑的較小的焊絲，且組2使用攜帶較多的殘留拉伸潤滑劑的較小的焊絲。這些實驗的結(jié)果在圖4中被重現(xiàn)，圖4示出根據(jù)送進潤滑劑的組成，產(chǎn)生的擴散氫的量(圓形)以及所使用的被充分潤滑的焊條的表面鈉計數(shù)(三角形)的曲線圖。在此圖中，后綴“L”用于表示在制造中使用較少的拉伸潤滑劑的組I的對照實驗，而后綴“H”用于表示在制造中使用較多的拉伸潤滑劑的組2的對照試驗。如在此圖中所示，在制造中使用較少的拉伸潤滑劑(后綴“L”)的組I的對照實驗大體上產(chǎn)生比在制造中使用較多的拉伸潤滑劑(后綴“H”)的組2的對照實驗少的擴散氫(圓形)。相似地，組I的對照實驗大體上產(chǎn)生比組2的對照實驗少的殘留鈉(三角形)。另夕卜，圖4還示出了所使用的送進潤滑劑不含鈉皂(實驗AL和AH，其中送進潤滑劑是100%的MoS2)的兩個對照實驗產(chǎn)生所有實驗中最低量的擴散氫，基本上與根本沒有使用送進潤滑劑的對照實驗NLL和NLH產(chǎn)生的相同。這些對照實驗共同示出了用皂基拉伸潤滑劑和皂基送進潤滑劑制作的焊絲固有地產(chǎn)生顯著量的擴散氫。送進能力對照實驗一較大直徑焊絲如上文表明的，較大直徑焊絲(1/16英寸-I. 5875mm)對于送進能力更敏感，因此在這些送進能力對照實驗中，運行兩組實驗，組3使用攜帶較少殘留拉伸潤滑劑的較大的焊絲，而組4使用攜帶較多殘留拉伸潤滑劑的較大的焊絲。所得到的結(jié)果以圖表的方式在圖5中呈現(xiàn)，圖5是示出根據(jù)送進潤滑劑的組成所需的平均和最大送進力的圖表。如圖4那樣，圖5也使用后綴“L”表示在制造中使用較少的拉伸潤滑劑的對照實驗(組3)以及后綴“H”表示在制造中使用較多的拉伸潤滑劑的對照試驗(組4)。同樣地，請注意，由此圖，約22磅Γ98牛頓)的最大送進力大體上被視為對于在此特別的分析測試中用于GMAW的可接受的送進潤滑劑的限制。也就是說，在此特別的分析測試中，經(jīng)所述焊絲的送進護套驅(qū)動焊絲需要的最大的力在所述15分鐘測試的過程期間的任何時候超過約22磅Γ98牛頓)的送進潤滑劑被視為是不可接受的。如圖5所示，使用100%MoS2作為送進潤滑劑(AL和AH)兩種焊條焊絲的送進能力比所使用送進潤滑劑包含至少60wt. %的皂基潤滑劑的所有其他焊條焊絲的送進能力差得多。具體地，圖5示出了對于焊條焊絲AL (以100%MoS2送進潤滑劑和較少的拉伸潤滑劑制作的)所需的最大送進力為大約65磅(289牛頓)，所述最大送進力遠遠超過約22磅Γ98牛頓)的最大允許值。相似地，對于焊條焊絲AH (以100°觀032送進潤滑劑和較多的拉伸潤滑劑制作的)所需的最大送進力為大約35磅(156牛頓)，仍然實質(zhì)性地超過約22磅Γ98牛 頓)的最大允許值。與此相反，對于所有其他焊條焊絲(所述焊條焊絲均攜帶鈉皂基送進潤滑劑)所需的最大送進力一致地小于約22磅Γ98牛頓)的最大允許值。這表明皂基送進潤滑劑對于提供供在常規(guī)GMAW設(shè)備中使用的需要的潤滑能力是必需的，并且MoS2和其他常規(guī)顆粒固體送進潤滑劑是不能夠提供這種程度的潤滑能力的。上述擴散氫和送進能力對照實驗一起說明了常規(guī)送進潤滑劑的問題——提供供在GMAW設(shè)備中使用的期望程度的潤滑能力的那些焊絲送進潤滑劑生成不可接受量的擴散氫，而產(chǎn)生可接受的低水平的擴散氫的那些焊絲送進潤滑劑不提供足夠的潤滑能力。實施例I和2以及比較實施例A、B和C根據(jù)本發(fā)明，使用由不同量的MoS2和皂基潤滑劑的混合物構(gòu)成的送進潤滑劑重復(fù)上述擴散氫和送進能力對照實驗。所使用的特定焊絲與在上述對照實驗中使用的相同，這些焊絲被制作以便在制造之后(在施用送進潤滑劑之前)具有通過XRF測量的4-10個計數(shù)的表面鈉含量的焊絲。另外，在一個實驗，比較實施例B中，使用基本上與表I的潤滑劑F相同的送進潤滑劑，除了在該潤滑劑中的所有MoS2被石墨代替。使用的各種送進潤滑劑的組成在以下表2中被闡述表2送進潤滑劑的組成
權(quán)利要求
1.一種用于在焊條上使用的送進潤滑劑，所述送進潤滑劑包括約10至40wt. %的至少一種皂基潤滑劑，約40至90wt. %的至少一種固體顆粒潤滑劑，所述固體顆粒潤滑劑選自MoS2, WS2、ZnO、石墨和PTFE，以及最高20wt. %的至少一種可選的附加顆粒潤滑劑成分。
2.如權(quán)利要求I所述的送進潤滑劑，其中所述送進潤滑劑基本上不含有機粘結(jié)劑。
3.如權(quán)利要求I或2所述的送進潤滑劑，其中所述送進潤滑劑基本上由約10至40wt.%的至少一種含Na或含Ca皂基潤滑劑以及約60至90wt. %的至少一種固體顆粒潤滑劑組成。
4.如權(quán)利要求I至3之一所述的送進潤滑劑，其中所述皂基潤滑劑的濃度以及所述固體顆粒潤滑劑的濃度被選擇，以致所述送進潤滑劑在具有1/16英寸(I. 59mm)的直徑的焊條上呈現(xiàn)不大于約22磅(約98牛頓)的送進能力并且當根據(jù)ANSI/AWS A4. 3測試時，每100克熔敷焊縫金屬產(chǎn)生少于4毫升H2。
5.如權(quán)利要求I至4之一所述的送進潤滑劑，其中所述固體顆粒潤滑劑是MoS2和WS2中的至少一種。
6.如權(quán)利要求I至5之一所述的送進潤滑劑，其中所述送進潤滑劑基本上由約15至35wt. %的至少一種含Na或含Ca皂基潤滑劑，其余為MoS2、WS2、ZnO、石墨和PTFE中的至少一種或者其余為MoS2和WS2中的至少一種組成。
7.如權(quán)利要求6所述的送進潤滑劑，其中所述送進潤滑劑包括約20至30wt.%的至少一種含Na或含Ca皂基潤滑劑，其余為MoS2和WS2中的至少一種。
8.如權(quán)利要求7所述的送進潤滑劑，其中所述送進潤滑劑包括約20至30wt.%的含Na皂基潤滑劑，其余基本上為MoS2。
9.如權(quán)利要求8所述的送進潤滑劑，其中所述送進潤滑劑基本上由約25wt.%的含Na皂基潤滑劑，其余基本上為MoS2組成。
10.一種被潤滑的帶芯焊條，所述被潤滑的帶芯焊條包括用包括如權(quán)利要求I至9之一所述的送進潤滑劑的送進潤滑劑包覆的帶芯焊條。
11.如權(quán)利要求10所述的被潤滑的帶芯焊條，其中所述帶芯焊條是帶金屬芯的焊條。
12.—種用于在金屬工件(20)中形成焊縫的GMAW方法，在所述GMAW方法中，被潤滑的焊絲借助于驅(qū)動組件(14)經(jīng)延長的柔性纜線和與所述延長的柔性纜線連通的焊槍(40)被送進到所述工件(20)，其中所述被潤滑的焊絲包括權(quán)利要求10或11所述的被潤滑的帶芯焊條。
全文摘要
一種用于在焊條上使用的送進潤滑劑，所述送進潤滑劑包括約10至40wt.%的至少一種皂基潤滑劑，約40至90wt.%的至少一種固體顆粒潤滑劑，所述固體顆粒潤滑劑選自MoS2、WS2、ZnO、石墨和PTFE，以及最高20wt.%的至少一種可選的附加顆粒潤滑劑成分。
文檔編號B23K35/36GK102844149SQ201180017453
公開日2012年12月26日 申請日期2011年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者R·潘戴, V·B·拉簡, J·V·里德, C·I·西德斯 申請人:林肯環(huán)球股份有限公司