[发明专利]用于GMAW复合激光弧焊的焊条

说明书

发明背景

本发明涉及根据权利要求1的焊条，根据权利要求3的制备焊条的方法以及根据权利要求14的焊接方法。符合本发明的设备，系统以及方法涉及用于GMAW复合激光弧焊的焊条。

近来，在复合激光弧焊方面已经有所进展，在复合激光弧焊中，使用激光和气体保护金属极弧焊(GMAW)方法的结合焊接工件。在这样的焊接的一个实施例中，激光被用来创建，或至少初始化，熔化的熔池，并且GMAW过程跟随在激光之后来沉积填充材料-焊条-到熔池中。因为GMAW过程典型地依照众所周知的GMAW工艺完成，所以采用符合美国焊接协会(AWS)标准的实心焊条，例如A5.18ER70S-3。然而，当在复合激光弧焊过程中焊接时，标准AWS焊条的使用可能导致固化裂纹的产生和增加的焊缝硬度，这可能使焊缝的完整性和质量降级。

发明内容

为了解决焊缝(weed)的完整性和质量降级的问题，提出根据权利要求1的焊条，根据权利要求3的制备焊条的方法以及根据权利要求14的焊接方法。本发明的进一步实施方案可以从从属权利要求(subclaims)中取得。本发明的示例性的实施方案是用于复合激光弧焊的焊条，以及制备和使用所述焊条的方法，所述焊条具有以所述焊条重量百分比计不超过0.02％的碳，在0.6％到1.2％范围内的锰，在0.3％到0.6％范围内的硅，不超过0.01％的硫，以及不超过0.01％的磷。根据所述焊接方法，所述焊条由芯和围绕所述芯的外套构成可能是适宜的。

附图简要说明

通过参照附图详细描述本发明的示例性实施方案，本发明的上述和/或其他方面将会更加明显，在所述附图中：

图1图示说明代表性的GMAW复合激光弧焊系统的图示表征；以及

图2图示说明根据本发明示例性实施方案的金属芯焊条的横截面的图示表征。

示例性实施方案的具体描述

现在将在下面通过参照附图描述本发明的示例性实施方案。所描述的示例性实施方案意图帮助理解本发明，而不意图以任何方式限定本发明的范围。相似的参考编号在通篇中意指相似的要素。

图1描绘了GMAW复合激光弧焊系统100的基本表征。系统100包括激光设备103，所述激光设备103向工件W发射光束101，使所述工件开始熔化。所述激光设备103与激光电源105耦合。焊条111经由焊丝送进设备(未示出)和导电嘴113被传送到焊缝。GMAW电源115向所述焊条111提供焊接波形以致于可以使用GMAW或者相似的焊接过程将焊条沉积到焊缝。因为GMAW焊接和GMAW复合激光弧焊是众所周知的，焊接过程和各自组件的操作和结构的细节本文将不具体讨论。尽管以下的讨论参照GMAW焊接，本发明的各方面不限于用在GMAW焊接中，而是也可以用在具有相似问题的相似的焊接操作中。

如上所述，在典型的复合激光弧焊操作中，利用标准AWS A5.18ER70S-3/-6实心焊条。已经发现由于这样的标准焊条的化学组成的各方面，在GMAW复合激光弧焊中这样的标准焊条的使用会导致裂缝和过度的焊缝硬度。

AWS A5.18焊条分类要求顺应性焊条(compliant electrodes)在焊丝的组成中具有特定量的某些元素。具体地，AWS A5.18ER70S-3要求如下(以焊条重量的百分比计)：

碳(C)＝0.06％到0.15％

锰(Mn)＝0.9％到1.40％

硅(Si)＝0.45％到0.75％

硫(S)＝不超过0.035％

磷(P)＝不超过0.025％

为了典型GMAW焊接(以及相似的焊接操作)的目的，使用具有这样的组成的实心焊条导致可接受的焊缝。然而，当这样的焊条被用在GMAW复合激光弧焊时，碳、锰和硅的存在增加焊缝金属的凝固范围。同样地，熔池的固化在一个宽的温度范围上发生。这引起最后的液体在焊缝的枝晶间区域凝固以具有这些合金元素(C，Si和Mn)的增加的浓度。该浓度引起此区域的固化温度变得甚至更低。从而，当这在具有高压力的焊接点的区域发生时——例如在具有高的深宽比的焊接点中可能经历——其可能导致焊缝中的裂缝。这可以被称作固化裂缝。此外，由这样的焊条产生的焊缝的冷却速率可能会足够高以引起固化的焊缝具有高硬度微观结构。这可能导致整体焊缝具有高硬度，取决于工件的应用这可能是不利的。