Решение для сварки корневого прохода

Решение для сварки корневого прохода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственную заявку

[0001] Эта заявка имеет приоритет и преимущество предварительной заявки США № 61/677143 под названием "Решение для сварки корневого прохода", поданной 30 июля 2012 года, которая, таким образом, включена сюда полностью путем ссылки для всех целей.

Уровень техники

[0002] Настоящие системы и способы относятся в общем к области сварочных систем и в частности к системам дуговой сварки порошковой проволокой с самозащитными электродами (FCAW-S).

[0003] Сварка является процессом, который стал широко распространенным в различных отраслях промышленности для множества применений. Например, сварка часто используется в применениях, таких как судостроение, морская платформа, строительство, трубопрокатные заводы и подобное. Системы дуговой сварки обычно подают электрический ток на электрод для образования дуги между электродом и деталью, тем самым образуя наплавленный металл на детали. В общем электрод может быть непрерывной сварочной проволокой, которая продвигается сварочной системой для достижения детали. Дополнительно, химический состав и физическое состояние компонентов сварочной проволоки могут значительно влиять на качество сварного шва.

[0004] Во время дуговой сварки порошковой проволокой (FCAW), например, так как электрод и деталь нагреваются дугой, участок электрода и участок детали могут расплавляться и смешиваться для образования наплавленного металла. Для некоторых применений сварки части детали, свариваемые вместе, могут быть установлены на расстоянии друг от друга. В определенном примере во время сварки корневого прохода трубы шов корневого прохода может сплавлять участки трубы вместе по всему корневому зазору; однако корневой зазор увеличивает сложность процесса сварки. Например, во время сварки корневого прохода подкладка может быть использована для поддержки расплавленного материала в корневом зазоре во время операции сварки, что может увеличивать стоимость и время, связанное с каждой операцией сварки. Дополнительно, во время сварки корневого прохода защитный газ может быть использован для вытеснения внешней среды, окружающей расплавленный наплавленный металл для улучшения свойств наплавляемого металла (например, ограничивая пористость и хрупкость). Однако использование защитного газа увеличивает вес, сложность и стоимость сварочной системы.

Краткое описание

[0005] В варианте выполнения трубчатая сварочная проволока включает сердцевину и оболочку, расположенную вокруг сердцевины. Дополнительно, трубчатая сварочная проволока включает больше чем приблизительно 2,4% активатора стекловидного шлака по весу.

[0006] В другом варианте выполнения способ изготовления сварочного электрода включает этап, на котором обеспечивают гранулированную сердцевину, причем этап, на котором обеспечивают гранулированную сердцевину включает этап, на котором смешивают первый агломерат и второй агломерат с активатором стекловидного шлака. Способ дополнительно включает этап, на котором размещают гранулированную сердцевину внутри металлической оболочки для образования сварочного электрода, причем сварочный электрод содержит больше чем приблизительно 2,4% активатора стекловидного шлака по весу.

[0007] В другом варианте выполнения способ сварки включает этап, на котором подают сварочную проволоку в сварочное устройство и образуют наплавленный металл по меньшей мере части сварочной проволоки на детали в режиме переноса с коротким замыканием. Способ дополнительно включает этап, на котором подают ток на сварочное устройство за множество этапов. Множество этапов включает этап шарика, выполненный с возможностью образования расплавленного шарика на конце сварочной проволоки и с возможностью продвижения сварочной ванны в деталь путем увеличения тока до первого уровня тока.

Чертежи

[0008] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут лучше понятны после прочтения следующего далее подробного описания со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых одинаковые символы представляют одинаковые части на всех чертежах, на которых:

[0009] Фиг. 1 представляет собой блок-схему сварочной системы, имеющей схему управления и устройство подачи проволоки в соответствии с аспектами настоящего раскрытия;

[0010] Фиг. 2 представляет собой вид в поперечном сечении трубчатой сварочной проволоки в соответствии с вариантами выполнения настоящего раскрытия;

[0011] Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение варианта выполнения соединения труб в соответствии с аспектами настоящего раскрытия;

[0012] Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение варианта выполнения соединения с V-образной разделкой кромок в соответствии с аспектами настоящего раскрытия;

[0013] Фиг. 5 представляет собой схематическое изображение варианта выполнения соединения с J-образной разделкой кромок в соответствии с аспектами настоящего раскрытия;

[0014] Фиг. 6 представляет собой блок-схему варианта выполнения сварки коротким замыканием самозащитной трубчатой сварочной проволокой в соответствии с аспектами настоящего раскрытия; и

[0015] Фиг. 7 представляет собой график цикла сварки коротким замыканием в соответствии с аспектами настоящего раскрытия.

Подробное описание

[0016] Один или более определенных вариантов выполнения настоящего изобретения будут описаны ниже. В попытке обеспечения краткого описания этих вариантов выполнения все признаки фактического осуществления не могут быть описаны в описании. Следует понимать, что при разработке любого такого фактического осуществления, как и в любом инженерном или опытно-конструкторском проекте, многочисленные решения конкретного осуществления должны быть выполнены для достижения определенных целей разработчиков, например, совместимость со связанной системой и ограничения, связанные с бизнесом, которые могут изменяться от одного осуществления к другому. Более того, следует понимать, что такое усилие по разработке может быть сложным и требующим много времени, но все-таки будет рутинным делом разработки, изготовления и производства для специалистов в области техники, использующих преимущество этого раскрытия.

[0017] Как указано выше, во время сварки корневого прохода корневой зазор вводит сложность в процесс сварки. Например, во время обычной сварки корневого прохода подкладка может быть использована для поддержки расплавленного материала в корневом зазоре во время операции сварки, и защитный газ может быть использован для вытеснения окружающей среды, окружающей расплавленный наплавленный металл. Однако, как отмечено выше, использование подкладки и/или защитного газа увеличивает сложность, вес и стоимость сварочной системы и операции сварки.

[0018] В связи с этим настоящие варианты выполнения включают трубчатые сварочные проволоки, которые могут в общем улучшать сварку корневого прохода путем исключения подкладки, защитного газа или и того и другого из операций сварки корневого прохода и/или других подобных операций сварки. Соответственно, варианты выполнения раскрытой в настоящее время трубчатой сварочной проволоки включают несколько компонентов, которые в общем изменяют процесс сварки и/или свойства получающегося шва. Например, в некоторых вариантах выполнения один или более компонентов трубчатой сварочной проволоки могут обеспечивать защитную атмосферу вблизи сварочной дуги при нагреве, влиять на свойства переноса сварочной дуги, дезоксидировать и/или денитрифицировать поверхность детали и/или обеспечивать другие необходимые воздействия. Дополнительно, некоторые компоненты самозащитной трубчатой сварочной проволоки, такие как некоторые оксиды (например, диоксид кремния), могут быть предназначены для жесткого усиления сварочной ванны во время операции сварки, позволяя некоторым вариантам выполнения раскрытой в настоящее время трубчатой сварочной проволоки выполнять швы, заполняющие раскрытый корень, без подкладки.

[0019] Соответственно, раскрытые в настоящее время сварочная система и варианты выполнения способа позволяют системе дуговой сварки самозащитной порошковой проволокой (FCAW-S) выполнять сварку с раскрытым корнем шва без подкладки и/или без внешнего источника защитного газа. В связи с этим варианты выполнения раскрытой сварочной системы FCAW-S могут быть менее сложными, легче по весу и/или иметь более низкую стоимость, чем сварочная система, использующая внешний источник защитного газа. Более того, может быть понятно, что в дополнение к признакам, обеспечиваемым сварочной проволокой, также может быть желательным для процесса сварки сварочной системы иметь определенные характеристики. Например, варианты выполнения раскрытой в настоящее время сварочной системы могут быть выполнены с возможностью использования режима переноса с коротким замыканием (например, регулируемого режима наплавки металла, RMD™), который обеспечивает полное управление током в течение всей операции сварки (например, чтобы управлять наплавкой участка сварочной проволоки на детали). Например, в некоторых вариантах выполнения, используя вышеупомянутое управление током, сварочная система может быть выполнена с возможностью наплавки металла шва в капельном или мелкокапельном режиме переноса с коротким замыканием с относительно низкой скоростью разбрызгивания. Дополнительно, в некоторых вариантах выполнения, как указано подробно ниже, ток может быть уменьшен непосредственно перед отключением короткого замыкания, чтобы уменьшать разбрызгивание, производимое дугой после отключения.

[0020] С учетом вышеупомянутого, Фиг. 1 представляет собой блок-схему сварочной системы 10, выполненной с возможностью подачи трубчатой сварочной проволоки 12 (обсужденной подробно ниже) к сварочной горелке 14. В проиллюстрированном варианте выполнения сварочная система 10 является сварочной системой FCAW-S; однако настоящий подход может давать определенные преимущества другим типам сварочных систем (например, GMAW, SAW или другим подобным сварочным системам). Сварочная система 10 включает в себя основной блок 16, функционально соединенный со сварочной горелкой 14. Размещение сварочной горелки 14 вблизи от детали 18 (например, соединения труб) позволяет электрическому току, подаваемому источником 20 питания, образовывать дугу 22 от трубчатой сварочной проволоки 12 (например, сварочного электрода) к детали 18. Дуга 22 замыкает электрическую цепь от источника 20 питания к трубчатой сварочной проволоке 12, к детали 18, а затем обратно к земле через заземляющий зажим 24 и заземляющий кабель 26. Заземляющий кабель 26 может быть функционально соединен с источником 20 питания через схему 28 управления. Тепло, производимое дугой 22, может заставлять трубчатую сварочную проволоку 12 и/или деталь 18 переходить в расплавленное состояние (например, сварочную ванну), облегчая операцию сварки.

[0021] Основной блок 16 питает, управляет и подает расходные материалы к сварочной горелке 14 для осуществления сварки. Устройство 30 подачи проволоки подает трубчатую сварочную проволоку 12 от устройства 32 снабжения электродами (например, барабана) к горелке 14. Источник 20 питания может включать элементы схемы (например, трансформаторы, выпрямители, переключатели и подобное), способные преобразовывать входную мощность переменного тока в выходную мощность обратной полярности постоянного тока (DCEP), в выходную мощность прямой полярности постоянного тока (DCEN), постоянный ток переменной полярности, импульсный постоянный ток, или выходную мощность переменного тока с переменной симметричностью (например, симметричного или несимметричного), как определено требованиями сварочной системы 10. В некоторых вариантах выполнения источник 20 питания может быть источником питания постоянного тока.

[0022] Следует понимать, что раскрытый в настоящее время основной блок 16 может позволять улучшения при выполнении процесса сварки с раскрытым корнем шва. Например, для точного управления наплавкой расплавленного материала от трубчатой сварочной проволоки 12 на деталь 18 (например, соединение 72), схема 28 управления управляет источником 20 питания и устройством 30 подачи проволоки. Схема 28 управления может управлять питанием, подаваемым на сварочную горелку 14, путем регулирования формы колебаний напряжения и тока, подаваемых к сварочной горелке 14. В некоторых вариантах выполнения схема 28 управления может управлять источником 20 питания для подачи питания на сварочную горелку 14 на требуемом уровне мощности с помощью последовательных этапов, что может определять режим переноса (например, капельный или мелкокапельный режим переноса) трубчатой сварочной проволоки 12. Источник 20 питания может обеспечивать требуемый уровень мощности на сварочной горелке 14, быстро регулируя ток и напряжение, подаваемые к горелке 14. Схема 28 управления может контролировать подачу напряжения и тока с помощью датчика 34 напряжения и датчика 36 тока.

[0023] Изменяя напряжение и ток, подаваемые на сварочную горелку 14, проиллюстрированную на Фиг. 1, схема 28 управления может управлять интенсивностью дуги 22 и соответственно тем, каким образом расплавленный материал от трубчатой сварочной проволоки 12 наплавляется на деталь 18. В варианте выполнения схема 28 управления может изменять мощность, подаваемую на сварочную горелку 14, согласно заданному алгоритму, хранящемуся в памяти 38 и выполняемому процессором 40. В некоторых вариантах выполнения память 38 может быть любым пригодным изделием производства, которое включает один или более материальных машиночитаемых носителей, по меньшей мере в совокупности хранящих данные и команды в виде программ, приложений, модулей, подпрограмм и т.д. Например, Память 38 может включать постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативное запоминающее устройство (RAM), магнитное запоминающее устройство, оптическое запоминающее устройство или любую их совокупность. Процессор 40 может быть выполнен с возможностью выполнять команды, хранящиеся в памяти 38. Процессор 40 дополнительно может быть выполнен с возможностью обработки сигналов от датчиков 34, 36 напряжения и тока, чтобы определять этап режима переноса. В некоторых вариантах выполнения процессор 40 может быть выполнен с возможностью прогнозирования отключения короткого замыкания между трубчатой сварочной проволокой 12 и деталью 18. Может быть понятно, что прогнозирование короткого замыкания и отключения короткого замыкания позволяет схеме 28 управления уменьшать разбрызгивание путем уменьшения тока до отключения.

[0024] Как проиллюстрировано на Фиг. 1, схема 28 управления может быть соединена с интерфейсом 42 оператора. Интерфейс 42 оператора может включать устройства 44 ввода (например, шкалы, кнопки, переключатели и т.д.), выполненные с возможностью обеспечения регулирования оператором основного блока 16. Например, устройства 44 ввода, например, шкалы, могут позволять регулирование оператором на основе свойств (например, размера, материала и т.д.) трубчатой сварочной проволоки 12 и детали 18. Устройства 44 ввода также могут позволять регулирование устройства 30 подачи проволоки с помощью схемы 28 управления. Дисплей 46 может отображать информацию, относящуюся к рабочему состоянию сварочной системы 10 FCAW-S, стабильности дуги, качеству шва и/или параметрам шва. Дисплей 46 и устройства 44 ввода могут использоваться вместе для навигации по меню и регулирования параметров шва основного блока 16. Индикаторы 48 могут быть использованы для предупреждения оператора об условиях и состоянии сварочной системы 10. Например, индикаторы 48 могут быть использованы для предупреждения оператора о недостаточном снабжении 32 электродами или других условиях основного блока 16.

[0025] Как отмечено выше, управляя составом трубчатой сварочной проволоки 12, определенные химические и механические свойства получающегося наплавленного металла могут быть изменены. Например, как указано подробно ниже, трубчатая сварочная проволока 12 может включать компоненты, чтобы реагировать с и удалять нежелательные вещества (например, кислород и/или азот) из среды шва. В некоторых вариантах выполнения трубчатая сварочная проволока 12 может дополнительно обеспечивать легирующие компоненты (например, медь, молибден, кремний, углерод или другие подходящие легирующие компоненты) для сварочной ванны, оказывающие влияние на механические свойства, такие как прочность и/или вязкость наплавляемого металла. Более того, некоторые компоненты трубчатой сварочной проволоки 12 также могут обеспечивать защитную атмосферу вблизи дуги 22, влиять на свойства переноса дуги 22, очищать поверхность детали 18 и т.д.

[0026] С учетом вышеупомянутого поперечное сечение 50 варианта выполнения раскрытой в настоящее время трубчатой сварочной проволоки 12 проиллюстрировано на Фиг. 2. Проиллюстрированная трубчатая сварочная проволока 12 включает металлическую оболочку 52, вмещающую гранулированную или порошковую сердцевину 54. Металлическая оболочка 52 может включать любой подходящий металл или сплав (например, железо, высокоуглеродистую сталь, низкоуглеродистую сталь, марганец, никель или другой подходящий металл или сплав). Например, в некоторых вариантах выполнения металлическая оболочка 52 может включать 80%, 90%, 95%, 98% или 100% железа или стали. Следует понимать, что, так как металлическая оболочка 52 может в общем обеспечивать по меньшей мере часть присадочного металла для шва, состав металлической оболочки 52 может влиять на состав получающегося шва. Например, в некоторых вариантах выполнения металлическая оболочка 52 может включать менее приблизительно 0,1%, менее приблизительно 0,05%, между приблизительно 0,01% и 0,05% или между приблизительно 0,01% и 0,03% по весу углерода. Дополнительно, в некоторых вариантах выполнения металлическая оболочка 52 может включать менее приблизительно 0,5%, менее приблизительно 0,3% или между приблизительно 0,2% и 0,4% марганца по весу. В некоторых вариантах выполнения марганец и углерод могут быть главными легирующими элементами металлической оболочки 52 с балансом металлической оболочки 52, состоящей из железа и следов металлов. В определенном примере в некоторых вариантах выполнения оболочка 52 может иметь в химическом составе приблизительно 85,7% по весу железа, 0,26% по весу марганца и 0,022% по весу углерода относительно общего веса трубчатой сварочной проволоки 12.

[0027] Гранулированная сердцевина 54 проиллюстрированной трубчатой сварочной проволоки 50 может в общем быть прессованным порошком с составом, который, как обсуждено подробно ниже, включает различные компоненты, каждый из которых может выполнять по меньшей мере одну функцию (например, агент защитного газа, легирующих веществ и т.д.) во время процесса сварки. Дополнительно, компоненты гранулированной сердцевины 54 могут быть однородно или неоднородно (например, в скоплениях или группах 56) расположены внутри гранулированной сердцевины 54. В некоторых вариантах выполнения гранулированная сердцевина 54 может составлять между приблизительно 11-24%, приблизительно 13-15% или приблизительно 14% от общего веса трубчатой сварочной проволоки 50. Для определенных вариантов выполнения раскрытой трубчатой сварочной проволоки гранулированная сердцевина 54 может составлять менее 15% от общего веса трубчатой сварочной проволоки 50, что может быть значительно меньше, чем у сердцевин других сварочных проволок. Для таких вариантов выполнения относительно низко увеличивается способность трубчатой сварочной проволоки 50 производить качественный шов по всему раскрытому корню.

[0028] Таблицы 1 и 2, как указано ниже, включают различные варианты выполнения трубчатой сварочной проволоки 12, проиллюстрированной на Фиг. 1 и 2. Конкретнее, таблица 1 включает неограничивающий список компонентов девяти примерных составов (например, E1-E9) гранулированной сердцевины 54 для раскрытой в настоящее время трубчатой сварочной проволоки 12. Для вариантов выполнения E1-E4 и E7 в таблице 1 металлическая оболочка 52 может составлять приблизительно 86% от веса трубчатой сварочной проволоки 12, тогда как остальные приблизительно 14% от веса трубчатой сварочной проволоки 12 могут быть внесены гранулированной сердцевиной 54. Для вариантов выполнения E5, E6, E8 и E9 в таблице 1 гранулированная сердцевина 54 может вносить 11%, 13,5%, 15% и 24% от веса трубчатой сварочной проволоки 12 соответственно. Таблица 2 включает вычисленное химическое разложение гранулированной сердцевины 54 на основе компонентов, обозначенных в таблице 1, для каждого из вариантов выполнения трубчатой сварочной проволоки 12, представленных в таблице 1. Дополнительно, таблица 3 включает химические анализы для двух примерных наплавляемых металлов, образуемых с использованием раскрытых трубчатых сварочных проволок 50.

Таблица 1Примерные составы для гранулированной сердцевины 54 для вариантов выполнения E1-E9 трубчатой сварочной проволоки 12. Значения даны в весовых процентах относительно общего веса гранулированной сердцевины 54 (% сердцевины) и в весовых процентах относительно общего веса трубчатой сварочной проволоки 50 (% проволоки)
	E1	E2	E3	E4	E5	E6	E7	E8	E9
Функция	Компоненты гранулиро-ванной сердцевины	% сердцевины/% проволоки	%сердцевины/% проволоки	% сердцевины % проволоки	% сердцевины/ % проволоки	% сердцевины/% проволоки	% сердцевины/% проволоки	% сердцевины/ % проволоки	% сердцевины/% проволоки	% сердцевины/% проволоки
Агент защитного газа	карбонат кальция	3,9	0,55	3,9	0,55	3,9	0,55	3,9	0,56	3,9	0,43	3,9	0,53	3,9	0,55	3,9	0,59	2,3	0,55
Легирующие или присадочные вещества	порошок металличес-кого никеля	3,2	0,45	3,2	0,45	3,2	0,45	3,2	0,46	3,2	0,35	3,2	0,43	3,2	0,45	3,2	0,48	1,8	0,43
порошок железа	0,0	0,00	0,0	0,00	0	0,00	0,0	0,00	0,0	0,00	0,0	0,00	0,0	0,00	0,0	0,00	41,9	10,06
порошок металлического марганца	9,7	1,36	9,7	1,36	9,7	1,38	9,7	1,39	9,7	1,07	9,7	1,31	9,7	1,36	9,7	1,46	5,6	1,34
Раскисляющие/денитрифицирующие вещества	порошок металличес-кого алюминия	24,7	3,46	24,2	3,39	24,3	3,45	24,3	3,47	24,3	2,67	24,3	3,28	24,3	3,40	24,3	3,65	14,2	3,41
агломериро-ванные оксиды Li/Mn/Fe	4,3	0,60	4,3	0,60	4,3	0,61	4,3	0,61	4,3	0,47	4,3	0,58	4,3	0,60	4,3	0,65	1,4	0,34
агломериро-ванные оксиды Li/Si/Fe	37,2	5,21	37,7	5,28	37,2	5,28	37,2	5,32	37,2	4,09	37,2	5,02	37,2	5,21	37,2	5,58	21,7	5,21

Шлакообразующие вещества	рутиловый песок	0,0	0,00	0,0	0,00	0,4	0,06	0,4	0,06	0,4	0,04	0,4	0,05	0,4	0,06	0,4	0,06	0,2	0,05
оксид железа	2,5	0,35	2,5	0,35	0,0	0,00	0,0	0,00	0,0	0,00	0,0	0,00	0,0	0,00	0,0	0,00	0,0	0,00
оксид марганца	0,0	0,00	0,0	0,00	2,5	0,36	2,5	0,36	2,5	0,28	2,5	0,34	2,5	0,35	2,5	0,38	2,5	0,60
кремниевый песок	0,0	0,00	0,0	0,00	0	0,00	0,0	0,00	9,5	1,05	9,5	1,28	9,5	1,33	9,5	1,43	5,5	1,32
диоксид кремния (мелко-зернистый)	14,5	2,03	14,5	2,03	14,5	2,06	14,5	2,07	5,0	0,55	5,0	0,68	5,0	0,70	5,0	0,75	2,9	0,70
ИТОГО	100	14	100	14	100	14,2	100	14,3	100	11	100	13,5	100	14	100	15	100	24

[0029] Как указано в таблице 1, варианты выполнения E1-E9 включают гранулированную сердцевину 54, имеющую различные компоненты, каждый из которых может выполнять по меньшей мере одну функцию агента защитного газа, легирующих веществ, и раскисляющих/денитрифицирующих веществ во время процесса сварки. Следует понимать, что, тогда как определенный компонент может быть обозначен в качестве определенного вещества в таблице 1, компонент также может выполнять другие функции во время процесса сварки. Например, как изложено более подробно ниже, алюминий может выполнять функцию денитрифицирующего вещества (например, чтобы реагировать c и удалять азот из сварочной ванны), но также может в некоторой степени действовать в качестве раскисляющего вещества (например, чтобы реагировать c и удалять кислород из сварочной ванны) и легирующего вещества (например, чтобы влиять на механические свойства наплавляемого металла).

[0030] Как указано в таблице 1, гранулированная сердцевина 54 может включать между приблизительно 0,4% и приблизительно 0,6% карбоната кальция в качестве агента защитного газа по весу трубчатой сварочной проволоки 50. В связи с этим по меньшей мере часть карбоната кальция может разлагаться в условиях дуги, чтобы создавать защитный газ CO₂. Соответственно, варианты выполнения E1-E9 могут быть использованы в качестве сварочных проволок FCAW-S без использования внешнего защитного газа, что может уменьшать сложность и стоимость сварочной системы 10, а также операции сварки. Однако следует понимать, что варианты выполнения E1-E9 также могут быть использованы в сочетании с внешним защитным газом (например, в системе GMAW) без ухудшения качества наплавляемого металла.

[0031] Как указано в таблице 1, гранулированная сердцевина 54 может включать между приблизительно 1% и приблизительно 12% легирующих и присадочных веществ (например, никеля, марганца и металлических порошков железа) по весу трубчатой сварочной проволоки 50. В частности варианты выполнения E1-E9 включают между 1% и 2% по весу порошков никеля и марганца, тогда как вариант выполнения E9 включает дополнительные 10% по весу порошка железа в качестве присадочного вещества. Может быть понятно, что по меньшей мере часть легирующих и присадочных веществ может быть включена в наплавляемый металл во время операции сварки, оказывая влияние на механические свойства (например, прочность, пластичность и/или вязкость) наплавляемого металла. Однако, как отмечено выше, часть алюминиевого порошка также может быть включена в наплавляемый металл, чтобы влиять на получающиеся механические свойства.

[0032] Как указано в таблице 1, гранулированная сердцевина 54 может включать между приблизительно 7% и приблизительно 10% раскисляющих/денитрифицирующих веществ (например, алюминиевого порошка, агломерата Li/Mn/Fe и агломерата Li/Si/Fe) по весу трубчатой сварочной проволоки 50. Химический состав агломератов Li/Mn/Fe и Li/Si/Fe обсужден подробно ниже. Как уже отмечено, раскисляющие/денитрифицирующие вещества реагируют c и удаляют азот и/или кислород из сварочной ванны, чтобы в общем уменьшать пористость и хрупкость шва. Однако, как отмечено выше, алюминий также может выполнять функцию, например, легирующего вещества. Подобным образом, другие компоненты агломератов (например, соединения натрия, соединения калия, соединения лития) также могут служить для стабилизации дуги во время процесса сварки.

[0033] В некоторых вариантах выполнения увеличение содержания лития гранулированной сердцевины 54 может позволять содержанию алюминия гранулированной сердцевины 54 быть уменьшенным без существенного влияния на способность сердцевины ограничивать включение азота и/или кислорода в сварной шов. Дополнительно, при таких обстоятельствах уменьшение количества алюминия в сварочной ванне может усиливать получающийся наплавленный металл. Дополнительно, в некоторых вариантах выполнения трубчатая сварочная проволока 50 может включать между приблизительно 3% до приблизительно 4% или между приблизительно 0,9% до приблизительно 1,3% алюминия по весу трубчатой сварочной проволоки 50. Дополнительно, фторид лития и оксид лития (например, из агломератов Li/Mn/Fe и Li/Si/Fe) могут в соответствии с требованием понижать точку плавления при образовании шлака на основе оксида алюминия. Дополнительно, в некоторых вариантах выполнения один только оксид лития может составлять больше чем приблизительно 0,4%, больше чем 0,8% или больше чем 1% трубчатой сварочной проволоки 50 по весу.

[0034] Дополнительно, как указано в таблице 1, гранулированная сердцевина 54 может включать между приблизительно 1,8% и приблизительно 2,8% шлакообразующих веществ (например, рутилового песка, оксида железа, оксида марганца, кремниевого песка и/или диоксида кремния) по весу трубчатой сварочной проволоки 50. Может быть понятно, что определенные шлакообразующие компоненты могут влиять, среди прочего, на вязкость сварочной ванны. Как используется здесь, активатор стекловидного шлака может обозначать один или более компонентов трубчатой сварочной проволоки 50, которые могут способствовать более низкой точке плавления, стекловидный шлак не деформирует подварочный шов во время операции сварки. Другими словами, использование активаторов стекловидного шлака, подобно SiO₂, может обеспечивать непрерывный усиленный по существу однородный сварной шов, и может позволять шлаку течь и застывать без существенной деформации (например, вмятия) и/или воздействия плавления на деталь (например, исключая холодную разливку). Например, диоксид кремния (SiO₂) (например, из одного или более из кремниевого песка, мелкозернистого диоксида кремния и/или агломератов, как указано в таблице 1) может способствовать более низкой точке плавления, стекловидный шлак течет и застывает без взаимодействия с границей сплавления. В связи с этим в некоторых вариантах выполнения активатором стекловидного шлака в трубчатой сварочной проволоке 50 является диоксид кремния. Может быть понятно, что другие оксиды (например, диоксид титана, борат, оксид натрия), как полагают, также могут быть полезными для активации стекловидного шлака. Соответственно, в других вариантах выполнения активатор стекловидного шлака может быть смесью двух или более оксидных соединений (например, диоксида кремния и оксида натрия).

[0035] В некоторых вариантах выполнения активатор стекловидного шлака (например, SiO₂, диоксид титана, борат, оксид натрия или другой подходящий оксид) может быть выполнен с возможностью увеличения способности системы 10 FCAW-S выполнять швы с раскрытым корнем (например, без использования подкладки) с помощью этого жесткого усиления сварочной ванны. Для некоторых вариантов выполнения трубчатой сварочной проволоки 50 гранулированная сердцевина 54 может включать больше чем приблизительно 1,6%, больше чем приблизительно 1,8% или больше чем приблизительно 2% активатора стекловидного шлака по весу трубчатой сварочной проволоки 50. Более того, некоторые варианты выполнения раскрытой в настоящее время трубчатой сварочной проволоки 50 могут включать по существу более высокое (например, от 5 до 10 раз выше) содержание активатора стекловидного шлака (например, содержание SiO₂), чем другие самозащитные сварочные проволоки. Как указано в таблице 2, в некоторых вариантах выполнения сформированная гранулированная сердцевина 54 может включать активатор стекловидного шлака (например, SiO₂) в количествах больших, чем приблизительно 1%, больших, чем приблизительно 2%, больших, чем приблизительно 3% или между приблизительно 2,5% и приблизительно 3,5% относительно веса трубчатой сварочной проволоки 50.

[0036] Более того, как отмечено выше, в некоторых вариантах выполнения один или более компонентов могут быть подготовлены и включены в гранулированной сердцевине 54 в качестве агломератов (например, спечены и/или образованы во фритты). Следует отметить, что выражение "агломерат" или "фритта" в данном контексте относится к смеси соединений, которая была обожжена или нагрета в кальцинаторе или печи так, что компоненты смеси находятся в непосредственном контакте друг с другом. Следует понимать, что агломерат или фритта может иметь незначительно или существенно различные химические и/или физические свойства, чем отдельные компоненты смеси, используемые для образования агломерата. Например, агломерат обычно может лучше подходить для среды шва (например, более сухой и/или лучше текучесть порошка), чем неагломерированная форма того же компонента.

[0037] С учетом вышеупомянутого, как указано в таблице 1, каждый из вариантов выполнения E1-E9 включает два агломерата, а именно агломерат Li/Si/Fe и агломерат Li/Mn/Fe. Например, в некоторых вариантах выполнения агломерат Li/Si/Fe может иметь химический состав, который включает приблизительно 18,7% оксида лития, приблизительно 61,6% оксидов железа, приблизительно 0,2% оксида натрия и приблизительно 19,5% диоксида кремния. Дополнительно, агломерат Li/Si/Fe может быть образован путем нагрева смеси, включающей приблизительно 16,3% воды, приблизительно 30% оксидов железа, приблизительно 1,3% силиката натрия, приблизительно 12,3% диоксида кремния, приблизительно 10,1% оксида железа (например, очищенного Fe₂O₃), приблизительно 30% карбоната лития, до приблизительно 1700F в течение приблизительно 2 часов.

[0038] В некоторых вариантах выполнения агломерат Li/Mn/Fe может иметь химический состав, который включает приблизительно 10,85% оксида лития, приблизительно 24,84% фторида лития, приблизительно 53,1% оксидов железа, приблизительно 0,29% оксида натрия, приблизительно 1,22% диоксида кремния, 0,31% оксида алюминия и 9,39% оксида марганца. Дополнительно, агломерат Li/Mn/Fe может быть образован путем образования сначала промежуточного агломерата путем нагрева смеси, включающей приблизительно 16,44% воды, приблизительно 1,32% силиката натрия, приблизительно 48,29% оксида железа (например, очищенного Fe₂O₃), приблизительно 24,5% карбоната лития и приблизительно 9,45% оксида марганца, до приблизительно 1700°F в течение приблизительно 2 часов. Агломерат Li/Mn/Fe далее может быть образован путем нагрева смеси, включающей приблизительно 73,8% промежуточного агломерата, приблизительно 24,6% очищенного (например, осажденного) фторида лития и приблизительно 1,6% силиката натрия, до приблизительно 1150°F в течение приблизительно 2 часов. Соответственно, агломерат Li/Mn/Fe может рассматриваться как агломерат "двукратного обжига", тогда как агломерат Li/Si/Fe может рассматриваться как агломерат "однократного обжига".

Таблица 2Вычисленное химическое разложение примерных составов E1-E9 вариантов выполнения гранулированной сердцевины, указанных в таблице 1. Значения находятся в весовых процентах относительно общего веса трубчатой сварочной проволоки 50. Отметим, что разложение обозначает основные составные части гранулированной сердцевины и, что другие микроэлементы или соединения могут быть представлены в гранулированной сердцевине 54
Формула	E1	E2	E3	E4	E5	E6	E7	E8	E9
Al	3,441	3,371	3,451	3,475	2,673	3,281	3,645	3,402	3,408
Al2O3	0,010	0,010	0,005	0,005	0,004	0,005	0,005	0,005	0,005
CaCo3	0,508	0,508	0,532	0,536	0,412	0,505	0,525	0,561	0,530
Fe	0,015	0,015	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	9,709
FeO	3,881	3,924	3,580	3,605	2,773	3,403	3,529	3,781	3,760
Li2O	1,039	1,052	1,054	1,061	0,817	1,002	1,039	1,113	1,039
LiF	0,150	0,150	0,152	0,153	0,117	0,144	0,150	0,160	0,149
Mn	1,346	1,346	1,377	1,387	1,067	1,310	1,358	1,455	1,404
MnO	0,057	0,057	0,412	0,415	0,319	0,392	0,407	0,436	0,392
Na2O	0,012	0,012	0,012	0,012	0,010	0,012	0,012	0,013	0,012
Ni	0,446	0,446	0,454	0,458	0,352	0,432	0,448	0,480	0,432
Si	0,014	0,014	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
SiO2	3,041	3,054	3,112	3,134	2,411	2,959	3,068	3,288	3,105
TiO2	0,001	0,001	0,055	0,056	0,043	0,053	0,055	0,059	0,047

[0039] Источники лития гранулированной сердцевины 54, обоз