用于低锰焊接合金的系统和方法技术方案

本公开大体涉及焊接合金，并且更具体地涉及用于电弧焊操作的焊接耗材(例如，焊丝和焊条)。在一个实施例中，焊接耗材包括小于大约1重量％的锰，以及选自由以下项组成的组的一种或多种增强剂：镍、钴、铜、碳、钼、铬、钒、硅和硼。所述焊接耗材还包括一种或多种颗粒控制剂，所述颗粒控制剂选自由以下项组成的组：铌、钽、钛、锆和硼，其中所述焊接耗材包括小于大约0.6重量％的颗粒控制剂。另外，所述焊接耗材具有小于大约0.23的碳当量(CE)值。所述焊接耗材被设计成在焊接操作期间提供小于大约0.01克/分钟的锰烟气产生速率。

System and method for low manganese soldering alloys

The disclosure generally relates to a welding alloy, and more specifically to a welding consumable (e.g., a welding wire and an electrode) for an arc welding operation. In one embodiment, the welding consumables comprise less than about 1 wt% manganese, and one or more reinforcing agents selected from the group consisting of nickel, cobalt, copper, carbon, molybdenum, chromium, vanadium, silicon and boron. The welding consumables also includes one or more particle control agent, the particle control agent selected from the group consisting of the following items: niobium, tantalum, titanium, zirconium and boron, wherein the welding consumables including less than about 0.6 wt% of the particle control agent. In addition, the welding consumables have a carbon equivalent (CE) value of less than about 0.23. The welding consumables are designed to provide a manganese fume generation rate of less than about 0.01 g / min during the welding operation.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请是2014年4月30日申请的题为“用于低锰焊接合金的系统和方法(SYSTEMSANDMETHODSFORLOW-MANGANESEWELDINGALLOYS)”的第14/265,750号美国专利申请的部分接续申请，该美国专利申请要求2013年5月8日申请的题为“用于低锰焊条的系统和方法(SYSTEMSANDMETHODSFORLOW-MANGANESEWELDINGELECTRODES)”的第61/821,064号美国临时专利申请的优先权，两个美国专利申请的公开内容出于各种目的以全文引用方式并入本文。
技术介绍
本公开大体涉及焊接合金，以及更具体地涉及用于焊接的，诸如用于熔化极气体保护电弧焊(GasMetalArcWelding,GMAW)、钨极气体保护电弧焊(GasTungstenArcWelding,GTAW)、保护金属极电弧焊(ShieldedMetalArcWelding,SMAW)以及药芯焊丝电弧焊(FluxCoreArcWelding,FCAW)的焊接耗材(例如，焊丝和焊条)。焊接是一种已经在各种工业的多种应用中变得日益普遍存在的工艺。例如，焊接往往用于诸如造船业、海上平台、建筑、钢管厂等等应用。某些焊接技术(例如，熔化极气体保护电弧焊(GMAW)、气体保护药芯焊丝电弧焊(Gas-shieldedFluxCoreArcWelding,FCAW-G)、自保护药芯焊丝电弧焊(Self-shieldedFluxCoreArcWelding,FCAW-S)，以及埋弧焊(SubmergedArcWelding,SAW))通常利用焊丝形式的焊接耗材。其它焊接技术(例如，熔化极保护电弧焊(SMAW)和钨极气体保护电弧焊(GTAW))可利用焊棒或焊条形式的焊接耗材。这些类型的焊接耗材通常可提供填料金属的供应以在工件上形成焊接沉积物(weldingdeposit)。
技术实现思路
在一个实施例中，焊接耗材包括小于大约1重量％的锰，以及选自由以下项组成的组的一种或多种增强剂：镍、钴、铜、碳、钼、铬、钒、硅和硼。另外，所述焊接耗材具有小于大约0.23的碳当量(carbonequivalence,CE)值。所述焊接耗材还包括一种或多种颗粒控制剂，所述颗粒控制剂选自由以下项组成的组：铌、钽、钛、锆和硼，其中所述焊接耗材包括小于大约0.6重量％的颗粒控制剂。所述焊接耗材被设计成在焊接操作期间提供小于大约0.01克/分钟的锰烟气产生速率。在另一实施例中，一种在焊接操作期间形成焊接沉积物的方法包括将焊接耗材朝向结构钢工件推进，其中所述焊接耗材包含小于大约1重量％的锰。所述方法包括在焊条和结构钢工件之间产生电弧。所述方法还包括使焊接耗材的一部分以及结构钢工件的一部分熔融以形成焊接沉积物，其中焊接操作每分钟产生小于大约0.01克的锰烟气。在另一实施例中，一种焊接沉积物使用每分钟产生小于大约0.01克的锰烟气的电弧焊操作和焊接耗材而形成在钢工件上。所述焊接沉积物包含：小于大约1重量％的锰；大于或等于大约70ksi的拉伸强度；大于或等于大约58ksi的屈服强度；用伸长百分比所度量的延展性，所述延展性为至少大约22％；以及在-20℉下大于或等于大约20ft-lbs的夏比V型缺口(CVN)冲击韧性。附图说明本专利技术的这些和其它特征、方面和优点在结合附图阅读以下详细描述后将变得更易理解，在所述附图中相同的附图标记表示相同的部分，其中：图1是根据本公开的实施例的熔化极气体保护电弧焊(GMAW)系统的方块图；图2是图示使用本公开的实心焊条的实施例进行的一系列示例焊接操作的熔离速率对焊接电流的曲线图；图3是图示使用图2的实心焊条实施例进行的所述系列实例焊接操作的熔离速率对送丝速度的曲线图；图4是图示使用图2的实心焊条实施例进行的所述系列实例焊接操作的焊条转化为烟气的百分比对送丝速度的曲线图；图5是图示使用图2的实心焊条实施例进行的所述系列实例焊接操作的焊接烟气产生速率对送丝速度的曲线图；以及图6是图示使用图2的实心焊条实施例进行的所述系列实例焊接操作的锰焊接烟气产生速率对送丝速度的曲线图。具体实施方式下文将描述本公开的一个或多个具体实施例。致力于提供对这些实施例的简明描述，在本说明书中可能不描述实际实施方式的所有特征。应当理解的是，在任何此类实际实施方式的开发中，如在任何工程或者设计项目中，必须做出众多特异于实施方式的判定来实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关和商业相关的约束条件，所述约束条件可在从一个实施方式到另一个实施方式中为不同的。此外，应当理解的是，此类开发计划可为复杂和费时的，但是仍然将是可受益于本公开的一般技术人员进行设计、构造和制造的例行工作。当介绍本公开的各个实施例的要素时，冠词“一(a/an)”、“该(the)”和“所述(said)”旨在表示可存在一个或多个要素。术语“包括(comprising/including)”和“具有(having)”旨在为包含性的并且表示可存在除所列出的要素以外的其它要素。应当理解的是，如本文所使用的，术语“管状焊条”或者“管状焊丝”可代表具有金属包层和颗粒状或者粉末状内芯的任何焊丝或者焊条，诸如金属粉芯或者药芯焊条。应当理解的是，如本文所用的术语“管状”可包括各种焊丝形状，包括圆形、椭圆形、正方形、多边形，或者任何其它合适的形状。应当理解的是，关于特定组分使用的用语“基本上不含”可代表所述特定组分是以仅痕量浓度(例如，小于大约0.01％，小于大约0.001％，或者小于大约0.0001％)存在的，或者完全不存在的(例如，0重量％或者低于检测限)。本专利技术的实施例针对用于焊接应用的合金(例如，如焊接耗材)。例如，本文所公开的焊接合金可在某些实施例中形成为实心焊丝(例如，用于GMAW或者SAW应用)。在某些实施例中，所公开的焊接合金可形成为焊丝、被切割成数段，以及随后用焊剂(flux)涂覆，从而形成电焊条(例如，用于SMAW应用)。在其它实施例中，本文所公开的合金可形成为管状焊丝的包层并且填充有颗粒状内芯材料，从而产生药芯或金属粉芯的焊丝(例如，用于FCAW-G或者FCAW-S应用)。在某些实施例中，所公开的焊接合金可形成为焊丝并且被切割成棒条的长度，以用于钨极气体保护电弧焊(GTAW)应用。因此，可了解到，本文所公开的合金可用于许多焊接耗材的生产。具体地，本文所公开的焊接合金具有低锰含量。更具体地，所公开的焊接合金实施例包含小于大约2重量％的锰，诸如小于大约1.5重量％的锰，小于大约1重量％的锰，小于大约0.9重量％的锰，或者甚至仅包含痕量的锰含量。因此，如下文详细阐述的，所公开的焊接合金使得能够生产具有比其它焊接耗材的锰含量少大约5％和大约95％之间的焊接耗材(例如，焊丝和焊条)，并且这些焊接耗材使得能够生产低锰焊接沉积物和低锰焊接烟气。此外，本公开的焊接合金可用于焊接结构钢(例如，软钢、低合金钢、碳钢，或者其它合适的结构钢)和非结构钢(例如，铬钼钢)。本公开的焊接合金提供了与使用具有相当高锰含量的焊接耗材形成的焊接沉积物的性能相当或者超过该性能的焊接沉积物性能(例如，拉伸强度、屈服强度等等)。例如，本实施例使得能够形成锰含量小于大约2重量％的焊接沉积物，虽然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊接耗材，所述焊接耗材包括：小于大约1重量％的锰；一种或多种增强剂，所述增强剂选自由以下各项组成的组：镍、钴、铜、碳、钼、铬、钒、硅和硼；以及一种或多种颗粒控制剂，所述颗粒控制剂选自由以下各项组成的组：铌、钽、钛、锆和硼，其中所述颗粒控制剂包括小于所述焊接耗材的大约0.6重量％；其中根据Ito和Bessyo碳当量方程，所述焊接耗材的碳当量(CE)小于大约0.23；并且其中所述焊接耗材在焊接操作期间提供小于大约0.01克/分钟的锰烟气产生速率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.12 US 14/457,5991.一种焊接耗材，所述焊接耗材包括：小于大约1重量％的锰；一种或多种增强剂，所述增强剂选自由以下各项组成的组：镍、钴、铜、碳、钼、铬、钒、硅和硼；以及一种或多种颗粒控制剂，所述颗粒控制剂选自由以下各项组成的组：铌、钽、钛、锆和硼，其中所述颗粒控制剂包括小于所述焊接耗材的大约0.6重量％；其中根据Ito和Bessyo碳当量方程，所述焊接耗材的碳当量(CE)小于大约0.23；并且其中所述焊接耗材在焊接操作期间提供小于大约0.01克/分钟的锰烟气产生速率。2.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中在所述焊接操作期间，所述锰烟气产生速率小于大约0.007克/分钟。3.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中在所述焊接操作期间，所述锰烟气产生速率小于大约0.006克/分钟。4.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中在所述焊接操作期间，当所述焊接耗材朝向工件的推进速率小于大约700英寸/分钟或当焊接电流小于大约425安培时，或当两者时，所述锰烟气产生速率在大约0.0025克/分钟和大约0.0065克/分钟之间。5.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述焊接耗材包括实心焊丝、焊条棒或电焊条。6.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述焊接操作包括熔化极气体保护电弧焊(GMAW)操作、埋弧焊(SAW)操作、保护金属极电弧焊(SMAW)操作或钨极气体保护电弧焊(GTAW)操作。7.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述焊接耗材包括在大约0.05重量％和大约0.9重量％之间的锰。8.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述焊接耗材包括在大约0.1重量％和大约0.8重量％之间的锰。9.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述焊接耗材包括在大约0.2重量％和大约0.5重量％之间的锰。10.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述焊接耗材包括在大约0.3重量％和大约0.4重量％之间的锰。11.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述一种或多种增强剂包括镍，并且其中所述焊接耗材包括小于大约5重量％的镍。12.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述一种或多种增强剂包括铜，并且其中所述焊接耗材包括在大约0.001重量％和大约2重量％之间的铜。13.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述一种或多种增强剂包括碳，并且其中所述焊接耗材包括小于大约0.12重量％的碳。14.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述一种或多种增强剂包括铬，并且其中所述焊接耗材包括小于大约0.8重量％的铬。15.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述一种或多种颗粒控制剂包括钛，并且其中所述焊接耗材包括小于大约0.2重量％的钛。16.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述一种或多种颗粒控制剂包括锆，并且其中所述焊接耗材包括小于大约0.2重量％的锆。17.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述一种或多种增强剂和所述一种或多种颗粒控制剂包括硼，并且其中所述焊接耗材包括在大约0.001重量％和大约0.01重量％之间的硼。18.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述焊接耗材的所述CE小于大约0.2。19.根据权利要求1所述的焊接耗材，其中所述焊接耗材被配置成在钢工件上形成焊接沉积物，并且其中所述焊接沉积物包括：大于或等于大约70ksi的拉伸强度；大于或等于大约58ksi的屈服强度；用伸长百分比所度量的延展性，所述延展性为至少大约22％；以及在-20℉下大于或等于大约20ft-lbs的夏比V型缺口冲击韧性。20.一种在焊接操作期间形成焊接沉积物的方法，所述方法包括：将焊接耗材朝向钢工件推进，其中所述焊接耗材包括小于大约1重量％的锰；在焊条和所述钢工件之间产生电弧；以及使所述焊接耗材的一部分以及所述钢工件的一部分熔融以形成所述焊接沉积物，其中所述焊接操作每分钟产生小于大约0.01克的锰烟气。21.根据权利要求20所述的方法，其中所述焊接操作每分钟产生小于大约0.007克的锰烟气。22.根据权利要求20所述的方法，其中所述焊接操作每分钟产生小于大约0.006克的锰烟气。23....

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·爱德华·巴霍斯特，凯文·M·克里格，约瑟夫·C·邦迪，马里奥·安东尼·阿马塔，达里尔·L·邓肯，苏珊·勒娜特·菲奥里，
申请(专利权)人：霍伯特兄弟公司，
类型：发明
国别省市：美国;US