TWI290077B - Self-shielded flux cored electrode - Google Patents

Description

1290077 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係關於領域，而特定言之係關於可用於 接合相異金屬及/或用以在碳鋼及/或低合金鋼上沈積緩衝 層之電極。 【先前技術】 在電弧銲領域，主要的三類（3)電弧銲係潛弧銲（SAW)、 屏蔽金屬電弧銲（SMAW)及内包銲劑的電弧銲（FCAW)。在 /曰弧知中’藉由採用電弧來加熱而在一裸金屬電極與所處 理金屬之間產生合併。以—粒狀或可熔材料或銲劑來毯覆 銲縫。藉由在該銲劑下劃過-電弧以產生熱量來溶解周圍 的銲劑以便形成-因電流之持續流動而保持為流體之表面 下導電m開始該銲接操作。該電極之端以及直接位 於其下之工件開始熔化，而將熔化的填充料金屬從該電極 沈積至該工件上。熔化的填充料金屬讓該銲劑池移位而形 成銲縫。在屏蔽金屬電弧銲中，藉由一銲劑塗層而非一鬆 散的粒狀㈣毯覆來產生屏蔽。在内包銲劑之電極中，該 銲劑係包含於金屬護套内。 在銲接技術中，先前已付出大量努力來開發具有希望以 預定方式起作用的敎銲劑成分之—類銲劑組成物。已開 發出大量組成物以用作電弧銲中的銲劑，不僅一般係用作 銲接銲劑而且還用作一金屬核心上或_護套内之一塗層。 在電弧銲中使用銲劑來控制電弧敎性，㈣該銲接: 之成分，並提供對大氣污染之防護。—般藉由修改該銲劑 101442.doc 1290077 之成分來控制電弧穩定性。因此’需要具有在銲劑混合物 中很好地充當電漿電荷載子之物質。銲劑還藉由令金屬 的雜質更容易炫化並提供會優先於該金屬而與該㈣質： 合以形成熔渣之物質來修改該銲接金屬。還可添加其他材 料來降低熔逢熔點，以提高熔潰流動性，並充當用作 銲劑粒子之黏接劑。 μ 經塗布的電極及包心電極一般係用於以鋼為主的金屬之 電弧銲。該些電極—般以較高銲接速度而在一單—狖作及 :個操：中產生高強度銲接。該些電極係定制為：供二 :貫為上無孔而具有抗張強度、延展性、衝擊強度之鲜 2滿足各種應时的最終使用需要。料電極還係定 卜”產生於—銲接程序期間的熔渣數量減到最少。移除 =過該料程序而產生之職1提供—清潔 : ⑷青潔表面進行_漆、塗布)以改善： 觀、抑制腐蝕等。 ::極越來越多地用作固體輝接導線之一替代物以提 1構破配的生產率。包心電極具有—金屬護套與一包含 電極之核心。與許多固體導線相比，包心 透輪廊ΓΓ 速率提高並產生更寬且更-致的滲 9且，與許多固體導線相比，包心電極 及濺汙一般更少，使得電弧 ， 善的銲接沈積物。 奴-並產生潤濕特徵改 挑：。係相異金屬之銲接’其給我們帶來許多 、。專4之不同成分，因此，形成於該些二金 10l442.doc 1290077 屬之間的銲縫係曝露於較大應力，而此較大應力一般會導 致形成裂縫。該些應力部分係由於該等金屬之不同物理特 眭（例如，熱膨脹係數、導熱性、可硬性、降伏強度、伸長） 。另一類有挑戰性的銲接操作係碳鋼及具有碳化鉻的 低合金鋼之硬面處理。由於在該硬面處理操作期間氫擴散 進同妷鋼且還由於在傳播進該高碳鋼的碳化鉻中形成裂 縫’因此一般在此類硬面處理操作中形成裂縫。 雲於相異金屬的銲接與碳鋼及低合金鋼的硬面處理之最 新技術，需要一種可用來減小此類銲接及硬面處理程序中 的裂縫發生率之銲接電極。 【發明内容】 本發明係關於銲接電極，而更特定言之係關於一種可用 於形成介於相異金屬之間的銲珠並減小此類銲珠的破裂發 生率之銲接電極。本發明還係關於或者替代性的係關於在 鋼上沈積緩衝層以減小在此類鋼的硬面處理期間及/或之 後此類鋼的破裂發生率。 本發明之電極特定言之係關於具有一金屬護套之核心電 極’ 4金屬護套圍繞該護套核心中的填充成分，並將藉由 本杂明之特疋參考來說明本發明之電極，但是，可明白還 可使用其他類型之電極。本發明之包心電極具有一填充成 分，該填充成分包括一熔渣系統與金屬合金系統，該金屬 合金系統沈積一抗破裂的高錳組成物，該高錳組成物尤其 可用於將相異金屬銲接在一起以及用於在碳鋼及低合金鋼 上沈積緩衝層。藉由本發明之電極而形成之銲接可用來形 101442.doc 1290077 成強固、堅硬而抗衝擊的表面，該表面尤其可用於連接及/ 修補金孱鐵軌。本發明之電極還可用於在含有難以銲接的 碳鋼之材料以及錳鋼上的表面上形成緩衝層。本發明之電 極還可用於將錳鋼銲接在一起。本發明之電極可進一步用 於以高達300 °C之作業溫度來銲接阻熱的不銹鋼及壓鑄 鋼。藉由本發明之電極而形成的銲接金屬之硬度約為15〇 至300 HB，並係藉由約275至4〇〇1^之機械應變而冷固。 在本發明之一方面，本發明之電極可能係一自我屏蔽電 極。如此，在使用該電極時需要極少屏蔽或不需要任何屏 蔽。可明白，能使用一屏蔽氣體。若使用此一屏蔽氣體，

則與該電極結合使用該屏蔽氣體以向該銲珠或緩衝層提供 保護以免受大氣中的元素及/化合物之影響。該屏蔽氣體一 般包括一或多個氣體。該些一或多個氣體相對於該銲珠戋 緩衝層之成分一般係惰性或實質上係惰性。該屏蔽氣體可 包括，但不限於C〇2屏蔽氣體、或c〇2與氬的混合屏蔽氣 體，其中C〇2組成該混合物之約2至4〇〇/。。在本發明之一工 非限制性具體實施例中，當使用一混合的屏蔽氣體時，= 屏蔽氣體包括占體積5至25%之二氧化碳及平衡氣體氩。了 明白，還可使用其他及/或額外的惰性或實質上為惰2 I 在本發明之另一及/或替代性方面，該包心電極包括一主 要由鐵形成之金屬護套（例如，碳鋼、低碳鋼、 人人 卜轉綱、低 a金鋼等）；但是，該金屬護套可包括其他金屬，例如作· 限於鋁、銻、鉍、硼、碳、鉻、鈷、銅、鉛、 —不 ° 、、鉬、鎳、 101442.doc !29〇〇77 銳矽硫、錫、鈦、鎢、釩、鋅及/或錯。在本發明之一 非限制性具體實施例中，該金屬護套主要包括鐵及一或多 個其他元素，例如，但不限於碳、鉻、銅及/ 或矽。在本發明之另一項非限制性具體實施例中，該金屬 護套之鐵成分至少約為重量的80%。在本發明之另一項# 限制性具體實施例中，該包心電極之護套包括低碳鋼。在 本發明之另一項非限制性具體實施例中，該包心電極之護 套包括一不銹鋼護套（例如，304、304L、314等）。當該包 心電極中包括該填充成分時，該填充成分一般組成占總電 極重量至少約1%的重量而不超過約55%的重量，且通常約 占總電極重量的10至50%，更常見約占總電極重量的2〇至 48 /〇最吊見約占總電極重量的25至45〇/〇。在本發明之一項 非限制性具體實施例中，當該護套係由一低碳鋼形成時， ϋ亥包心電極之填克成分具有一較高的重量百分比。在一特 疋的非限制性範例中，一低碳軟鋼護套中該包心電極之填 鲁充成分約占總電極重量的30至50。/〇，一般約占總電極重量 的35至48%，而更一般的係約占總電極重量的40至46%。在 另一項特定的非限制性範例中，一不銹鋼護套中該包心電 極之填充成分約占總電極重量的10至30%，一般約占總電 極重里的約12至48%，而更一般的約占總電極重量的約20 至 26% 〇 在本♦明之另一項及/或替代性方面中，該包心電極包括 一金屬護套及形成一錳含量較高的金屬沈積物之填充成 分。在本發明之一項非限制性具體實施例中，本發明之電 101442.doc 1290077 極之金屬沈積物包括至少約占重量4%的猛，至少約占重量 5%的鎳及至少約占重量12%的鉻。在此項具體實施例之一 特定的非限制方面中，本發明之電極之金屬沈積物包括至 少約占重量4.5%的錳，至少約占重量7%的鎳及至少約占重 量17%的鉻。在此項具體實施例之另一特定的非限制性方 面中，本發明之電極之金屬沈積物包括約占重量4.5至7.5%

的錳，約占重量7至10%的鎳，約占重量17至2〇%的鉻，高 達約占重量0.2〇/〇之碳，高達約占重量〇·3〇/〇之鋼，高達約占 重量0.3%之鉬，高達約占重量〇 〇35%之磷，高達約占重量 1.2%之矽及高達約占重量〇 〇25%之硫。在本發明之另一項 非限制性具體實施例中，本發明之電極之金屬沈積物的成 分符合ISO 17633中18 8類Μη之標準。 在本發明之另一及/或替代性方面中，本發明之電極包括 具有-熔渣系統之一填充成分，該熔渣系統加強藉由該電 極而形成的銲接層或緩衝層。該填充成分中之—或多=熔 ，形成劑亦至少部分屏蔽所形成的銲珠或沈積的緩衝層不 =大氣之影響。該填充成分—般包括選擇成與所需鲜接 至屬沈積物至少近似匹配及/或令所形成的銲祛搐π 特性之气夕z J办珉的鋅珠獲得所需 ㈣之-或多個金屬合金劑。該填充成分之成分 . =多：金屬氧化物(例如，氧化紹、氧化爛、氧化約、氧 ’。、氧化鐵、氧化鎂、氧化鈮、氧化鉀、二氧化矽、# 化納、乳化锡、氧化鈦、氧化飢、氧化錯 ^ :二=㈣);一或多個金屬氟化物(例如， 、叙、氟化約、氟化鉀、氟化鈉、特氧綸等）； 101442.doc 1290077 及/或-或多個金屬合金劑(例如，鋁、銻、鉍、硼、鈣、# ::始、銅、鐵、錯、鐘、翻、錄、铌、石夕、硫、踢、：: :鋇、鋅、錯等）。在本發明之一項非限制性具體實施例 ，该填充成分之熔渣系統組成該電極重量之至少約1%， -般小於該電極重量之約30%’更一般的係該電極重量。之 約3至2〇%，而更-般的係該電極重量之約7至14%。在本發 明之另-項非限制性具體實施财，該填充成分之炫㈣ 統之重量百分比低於該填充成分之金屬合金含量。在：發 :之-非限制性方面中’該金屬合金含量與該熔渣系統： 量的重量百分比之比率至少係約…i，一般係至少約 1.75:卜更一般的係約以七：卜而甚至更一般的係約 Μ:卜該填充成分之熔渣系統係用於在一沈積製程期間 及/或之後至少部分地向該銲接金屬或緩衝層提供保護，及 /或辅助-特定的沈積製b在本發明之另_項非限制性具 體實施例中，該熔渣系統包括至少一沈積保護劑。在此項 具體實施例之一非限制性方面中，該等沈積保護劑中的至 少一沈積保護劑包括在該金屬沈積操作期間產生一屏蔽氣 體之一產氣化合物。該產氣化合物一般在該銲接操作期間 分解並釋放一至少部分保護該銲接金屬或該等緩衝層之氣 體（例如，產生C〇2之化合物、產生氟化物之化合物等）。所 釋放的氣體有減小在該電弧環境下氮之部分壓力從

J 々 //U 積金屬中的附氮量減小之效果。沈積金屬上過多的氮可i 成沈積金屬具有不利的多孔性而可能有損於沈積金屬之物 理特性及外觀。所釋放之氣體亦可或者替代性的係可從該 101442.doc -11 - 1290077 電弧區域擦掉水氣，從而減少沈積金屬之氫吸收量。藉由 減；所沈積金屬周圍之水氣，來自水中而吸收進該沈積金 屬的氫之數量減少，從而降低該沈積金屬之多孔性。在此 項具體實施例之一特定的非限制性方面中，產氣化合物包 括一產生氟化物之化合物（例如，CaF2、等卜在一非 限制性的方案中，一或多個產生氣化物之化合物組成該等 產氣化合物中的絕大部分。在此項具體實施例之一特定的 非限制性方面中，該產氣化合物組成該電極重量之至少約 〇·=，一般係該電極重量之約02至5%，更一般的係該電極 重量之約0.4至2%，而甚至更一般的係該電極重量之約 至1 曰.4%。該產氣化合物還組成或替代性地組成該炼邊系統 重量之至少約1%’-般係該熔渣系統重量之約2至40%，更 -般的係祕渣系統重量之約4至18%，而甚至更—般的係 該熔〉嫩重量之約8至12%。在本發明之另一項非限制性 具體貫把例中’該溶潰系統包括至少一散裝劑以用來覆蓋 並保護所沈積的金屬層免受該大氣影響直至該等金屬沈積 層已至少係部分凝固。在此項具體實施例之一特定的非限 制性方面中，該散裝劑包括—金屬氧化物（例如，Ti〇2等）。 2非限制性方案中，氧化鈦組成該等散裝劑中的絕大部 刀。在此項具體實施例之__特定的非限制 裝劑組成該電極重量之$ ,丨、的1〇/ ή 甲°亥政 1一更一二;至…，一般係該電極重量之約 、又的係該電極重量之約2至6%，而其 般的係該電極會吾+ a， ^ ~ —、 、、勺3.5至5%。該散裝劑還組成或替代性 、、且、亥熔渣系統重量之， 飯係该熔渣系統 10l442.doc -12- 1290077 重量之約25至90%，而更_ # & # & 至6〇〇/ &甘 叙的係该熔潼系統重量之約30 主6〇 /〇，而甚至更一般的伤 在太 ’、Μ /-系統重量之約40至55%。 本I月之另一項非限制性呈妒 括至w、一 & + /、體貫知例中，該熔渣系統包 面沈ϋ ί濁濕劑、電弧穩定劑、㈣移除劑及/或一表 一入费士 w使用该熔渣潤濕劑時，其有助於確保該熔洚 元全覆蓋該沈積金屬以保護 一 至兮望八“ m尤積金屬免受該大氣影響直 主。亥等金屬沈積層已係至少邱八 之外迦W 竹主^刀凝固，及/或在該沈積金屬 成中起辅助作用。在此項具體實施例之-特定的 成1 :Αΐ203仆在一非限制性方案中，二氧化石夕氧化物組 2專㈣潤濕劑中的絕大部分。在此項具體實施例之一 、疋的非限制性方面中’該溶邊潤濕劑組成該電極重量之 至八勺0.1〇/。’ 一般係該電極重量之約〇·2至6〇/〇,更一般的係 該電極重量之約〇.5至5%，而甚至更一般的係該電極重量之 約1=%。該熔潰潤濕劑還組成或替代性地組成該熔逢系 統。重量之至少約1〇%，-般係該熔渣系統重量之約15至 0更般的係該熔渣系統重量之約20至40%，而甚至更 般的係該㈣系統重量之約2()至训。當使用該穩定劑 時’其輔助產生一令賤汙最小化之靜電弧。在此項具體實 施例之-特定的非限制性方面中，該穩定劑包括一金屬氧 化物⑽如，ho、wo、Ti〇2等）。在一非限制性形成方案 氣化鉀及/或氧化納組成該穩定劑中的絕大部分。在此 員/、體貝鈿例之一特定的非限制性方面中，該穩定劑（不包 括諸如Tl〇2之類具有特定有限程度的電弧穩定效果之一散 101442.doc -13- 1290077 裝劑)組成該電極重量之至少約〇1%，一般係該電極重量之 勺〇·2至4/(>，更一般的係該電極重量之約0.3至3.5%，而甚 至更一般的係該電極重量之約〇5至2%。該穩定劑（不包括 諸如Ti02之类員具有#寺定有限程度的電弧穩定效果之一散裝 背J )還、、且成或替代性地組成該熔渣系統重量之至少約 1，5/〇 5般係该熔渣系統重量之約2至40%，更一般的係該 溶，系統重1之約5至鳩，而甚至更—般的係該熔潰系統 重量之約7至15%。當使用該表面沈積劑時，其有益於該沈 :金屬之光受及整體表面外觀。在此項具體實施例之一特 疋的非限制性方面中，該表面沈積劑包括一金屬氧化物（例 如’ Al2〇3、Na2〇、κ2〇等）。在一非限制性方案中，氧化链 、、且成絲面沈積劑巾的絕大部分。在此項具體實施例之一 特^定的非限制性方面中，該表面沈積劑組成該電極重量之 至=力0·1 /°，一般係該電極重量之約0.2至4%，更一般的係 :電極重量之約0.3至3.25%，而甚至更一般的係該電極重 量，約0·4Μ·8%。該表面沈積散裝劑還組成或替代性地組 成該熔渣系統重量之至少約1>6%，一般係該熔渣系統重量 勺2至35/〇,更一般的係該溶渣系統重量之約6至，而 甚至更-般的係該熔渣系統重量之約8至16%。當使用該熔 渣：除劑時，其有助於容易地移除該沈積金屬上及㈣^ 之炫邊。在此項具體實施例之—特定的非限制性方面中， 該表面沈積齊J包括-金屬氧化物（例如，Na2〇、K2〇等卜該 ㈣系_可包括提高及/或降低該料黏度及/或減少產 生的煙之化學劑。 101442.doc -14- 1290077 本發明之一主要目的係提供一種金屬沈積物以及用以形 成此一金屬沈積物之程序，該金屬沈積物能促進將相異金 屬、高錳金屬銲接在一起及/或促進低碳鋼及/或低合金鋼之 硬面處理及表面硬焊。 本發明之另一及/或替代性目的係提供金屬沈積物以及 用以形成符合ISO 17633第18 8類Μη標準的此一金屬沈積 物之程序。 本發明之另一及/或替代性目的係提供一種金屬沈積物 修以及用以形成此一金屬沈積物之程序，該程序使用一内包 銲劑之電極來形成一符合ISO 17633第18 8類Μη標準之金 屬沈積物。 本發明之另一及/或替代性目的係提供一種金屬沈積物 以及用以形成此一金屬沈積物之程序，該程序使用具有_ 熔渣系統的一内包銲劑之電極，該熔渣系統輔助形成一符 合ISO I7633第I8 8類Μη標準之金屬沈積物。 本發明之另一及/或替代性目的係提供一種金屬沈積物 以及用以形成此一金屬沈積物之程序，該程序使用具有一 熔渣系統（係一自我屏蔽系統）的一内包銲劑之電極。 從關於本發明之論述將會明白該些及其他目的及優點。 【實施方式】 ~ 本發明係關於一種經改進的内包銲劑之電極，其明確古 之係定制為將相異金屬銲接在一起或在碳鋼及低;;金鋼: 形f緩衝層。該内包銲劑之電極包括一新賴的炼渣系統， 遠熔渣系統使得能在有或無一屏蔽氣體之條件下使用該内 101442.doc -15- 1290077 包銲劑之電極。若使用 一氧化碳或二氣化碳與 氧化碳）。 屏蔽氣體’則該屏蔽氣體一般係 氬之混合物（其包括约18至25°/。之二 • 該内包銲劑之電極係定制為沈積—抗破裂的高猛不錄鋼 組成物，該組成物尤其可用於相異金屬之結合以及用以在 碳鋼及低合金鋼上沈積緩衝層。 該内包銲劑之電極-般具有_低碳軟鋼護套或—不錄鋼 護套。當使用一低碳軟鋼護套時，該護套一般包含該内包 _ 鲜劑之電極重量之40至，而更一般的係約該内包銲劑 之電極重量之55%。當使用諸如304L之類的—不銹鋼護套 時，該護套一般包含該内包銲劑之電極重量之約65至 80%，而更一般的係該内包銲劑之電極重量之約75〇/〇。 由該内包銲劑之電極而沈積之金屬一般具有一符合ZSO 17633標準而屬於該18 8 Μη分類之成分。一般地，該沈積 金屬具有的成分之一般重量百分比如下： 碳 最多0.2 鉻 17至 20 銅 最多0.3 锰 4.5 至 7.5 羞目 最多0.3 鎳 7至10 磷 最多0.035 矽 最多1.2 硫 最多0.025 101442.doc •16- 1290077 該内包銲劑之電極包括一填充成分，該填充成分促進該 金屬沈積至一工件上並辅助獲得所需的沈積金屬成分。該 填充成分一般包括’按該電極之重量百分比計’約占重量5 至15%之熔渣系統及平衡合金劑。在一項特定具體實施例 中，該填充成分組成電極重量之約20至25%，且包括，按 電極之重量百分比計，約占重量8至12%之熔渣系統及該等 平衡合金劑。該溶渣系統之一般成分包括（按電極之重量百 分比計）： 散裝劑 1 至 10% 產氣化合物 0.05 至 6% 嫁渣潤濕劑 0.05 至 7% 穩定劑 0至5% 表面沈積劑 0至5% 該熔渣系統之另外的一般成分包括（按電極之重量百分 比計）： 散裝劑 2至9% 產氣化合物 0.1 至 5% 熔渣潤濕劑 0.1 至 6% 穩定劑 0.1 至 4% 表面沈積劑 0至4% 該熔渣系統之另外的一般成分包括（按電極之重量百分 比計）： 氧化鈦 2至6% 產生氟化物之化合物 0.4至2% 101442.doc 17 1290077 0·2至 5% 〇·2至 4〇/〇 0-4% 二氧化矽 钟/納化合物 氧化鋁 該熔渣系統之一特定的非限制性 量百分比計）： 刀包括（按電極之重 氧化鈦 4.3%

CaF2加 K3A1F6 1 % 二氧化石夕 2% 氧化鉀及氧軸 〇.83〇/〇 氧化铭 0.95 曰上文提到的特定炫逢系統中各成分之功能如下所述；但 ^ ’應明白，所論述之功能係猜想之功能而非此類成分之 貫際或全部功能。 該嫁渣系統中的負介斜f^ ^ 虱化鈦主要係向该熔渣提供散裝劑以便 該溶渣能覆蓋該沈積全屬。兮翁 W孟屬鑌虱化鈦還辅助電弧穩定。可 月白還可使用其他或額外的散裝劑。 乂等氟化a物提供該炼渣系統之產氣特徵。在銲接期間 4氟化&物（例如，CaF2、K^AIF6等）一般係至少部分蒸發 於δ亥電弧中’從而形成在從該電極沈積的金屬區域周圍之 一氣體阻障。可明白，還可使用其他或額外的產氣化合物。 此乳體阻障減小該熔化的沈積金屬周圍環境中氮之部分壓 力’從而減少該沈積金屬之附氮量。該沈積金屬中氮數量 之減少令該沈積金屬中的多孔數量減少，從而提高該沈積 金屬之物理特性及外觀。該氣體阻障還輔助從該電弧區域 101442.doc 1290077 擦掉水氣，從而減少該沈積金屬之氫吸收量。該沈積金屬 中過里的氫可能引起該沈積金屬中的多孔性問題。該電弧 區域周圍的水氣係一氫源。 該二氧化矽係一熔渣潤濕劑。該二氧化矽輔助促使該熔 渣覆蓋一工件上的沈積金屬以便改善該沈積金屬之外觀。 可明白，還可使用其他或額外的熔渣潤濕劑。該熔渣系統 中的二氧化矽數量應受限制，從而避免頑固性熔渣，因為 頑固性熔渣之顆粒實質上會在該熔渣及該沈積金屬冷卻期 I間爆炸。一般地，該熔渣系統之二氧化矽含量不超過該電 極重里之約7%，而一般係不超過該電極重量之約4〇/〇。 該氧化鋁還輔助熔渣潤濕。該氧化鋁主要係充當一表面 沈積劑來增強該沈積金屬上該溶渣覆蓋物下側之光滑特 被，從而提高該沈積金屬之光亮度及整體表面外觀。可明 白’還可使用其他或額外的表面沈積劑（例如，Na2〇、K2〇 等）。該熔渣系統中氧化鋁（如該二氧化矽含量）的數量應受 限制’從而避免出現頑固性熔渣。一般地，該熔渣系統之 •氧化鋁含量不超過該電極重量之約5%，而一般係不超過該 電極重量之約3%。 該等鈉及鉀化合物在一工件上沈積金屬的期間提供電弧 穩定性。氧化鈉及氧化鉀係用於該熔渣系統之一般化合 物 了明白’還可使用其他或額外的納及/或鉀化合物（例 如，lAlF6等）。可明白，還可使用其他或額外的電弧穩定 劑（例如，Ti〇2等）。該電弧穩定劑輔助產生一軟靜電弧，該 軟靜電弧在該沈積製程期間產生極少的濺汙。當該熔渣系 101442.doc •19- 1290077 及在：：時，該氧化納還辅助提高炼潰的光滑度以 及在该炫渣及沈積的輝接金屬已冷卻時移除熔逢。該氧化 •納還輔助減小該溶逢之頌固性，從而在該溶逢冷卻時样定 _。該炼潰系統中的氧化納數量應受限制以避免該熔 渣附有過多水氣而造成該沈積金屬之多孔增加。一般地， 吞亥溶渣系統之氧化納合景# y 奶各里不超過该電極重量之約4%，而一 般係不超過該電極重量之約2%β該氧化_如該氧化納般亦 輔助提高熔潰之光滑度以及在該熔淺及所沈積的鲜接金屬 修6冷卻時移除熔潰。該溶潰系統中的氧化钟數量如該氧化 納含量般應受限制，以避免該熔渣附有過多水氣而造成該 沈積金屬之多孔增加。一般地，該溶渣系統之氧化卸含量 不超過忒電極重里之約2%，而更一般的係不超過該電極重 量之約1%。-般地，當該熔渣系統中包括氧化鈉及氧化鉀 時，該氧化鈉含量大於該氧化鉀含量。在一項非限制性具 體實施财，該炫渣系統中氧化鈉與氧化钟之重量比率約 為1.5-10: 1，而一般約係4-6: i ;但是，還可能有其他比 率。 該填充成分中的合金劑將依據該金屬護套之成分而變 化。用於一权鋼濩套之一填充成分中的合金劑一般包括 鉻、錳及鎳。該等合金劑還可包括銅、鉬及矽。在一非限 制性成分中，用於一低碳軟鋼護套之一填充成分中的合金 劑包括，按電極重量百分比計，約占重量丨6至22%之鉻、 高達約占重量0.6%之銅、約占重量3至9%之錳、高達約占 重ϊ 0.5%之鉬、約占重量6至12%之鎳、約占重量〇·is 18% 101442.doc -20· !29〇〇77 之秒以及約占重量1 q 至35 /〇之鐵。在一非限制性成分中， 用於- 304L不錄鋼護套之一填充成分中的合金劑包括，按 '電極重量百分比計’高達約占重量5%之鉻、高達約占重量 0.6%之銅、約占重量1 一 ' 至7/〇之龜、尚達約占重量0.5%之鉬、 高達約占重量3%之鉾、古；臺奶μ s π達約占重量0.8%之矽以及約占重 量2至23%之鐵。 、如上所述’内包銲劑之電極之主要應用係接合相異金屬 以及在硬面處理之前於碳鋼及低合金鋼上形成緩衝層。一 _般的相異金屬接合包括但不限於，將抗磨耗的低合金鋼板 鋅接於普通的軟鋼結構部件，以及將14%Mn錳鋼件銲接於 普通的軟鋼或銲接於其他14%錳鋼件。由該内包銲劑之電 極形成的銲接金屬阻抗該些類型應用中該銲接金屬之破 裂。由該内包銲劑之電極形成的緩衝層之一非限制性範例 係在以一極具抗磨耗性的碳化鉻來包層該高碳鋼（例如， 1045鋼⑽鋼專）之前於該高碳鋼上施加一緩衝層。該緩 衝層阻抗銲接期間該高碳鋼的HAZ中出現破裂，因為該沈 攀積金屬成分之奥氏體基質阻抗氫擴散進該HAZ。在施加該 石反化鉻包層後’該包層往往會破裂（此係需要的），但是，該 包層之破裂可能導致該高碳鋼之破裂（此係不需要的）。該緩 衝層阻抗或防止該包層中的裂縫傳播進該高碳鋼。由於該 緩衝層並不會硬化，因此該缓衝層之成分進一步使得該包 層與該高碳鋼之間形成更佳的黏接。 從本文之揭示内容，熟習此項技術者將會明白所論述的 具體實施例之該些及其他修改以及本發明之其他具體實施 101442.doc -21 · 1290077 例，從而清楚地瞭解前述說明性事項僅應解釋為說明而非 限制本發明。

101442.doc 22-

Claims (1)

1290077 .第〇94115669號專利申請案 1 中文申請專利範圍替換本(96年7月） 十、申請專利範圍： 1· 一種包心電極，其係用於形成一高錳金屬沈積物，該高 猛金屬沈積物包括至少約占重量4%之錳與至少約占重量 10%之鉻，該包心電極包含一金屬護套與填充成分，該填 充成分包括金屬合金劑與一熔渣系統，在該填充成分中 該等金屬合金劑與該熔渣系統之一重量百分比的比率約 為至少1.5 : 1，該熔渣系統包含：約占該包心電極重量〇· i 至4%之氧化鉀、氧化鈉或其混合物，約占該包心電極重 里〇 · 1至3 %之氧化銘’約占該包心電極重量〇 · 1至3 %之產 生氟化物的化合物，約占該包心電極重量0·2至6%之二氧 化石夕，以及約占該包心電極重量丨至8%之氧化鈦。 2·如凊求項丨之包心電極，其中該金屬護套係低碳鋼金屬或 一不銹鋼。 3·如請求項丨或2之包心電極，其中該填充成分組成該包心 電極重量之約1〇至50%。 4·如请求項丨或2之包心電極，其中該熔渣系統組成該包心 電極重量之約3至20%。 5. 如請求項3之包心電極，其中該熔渣系統組成該包心電極 重量之約3至20%。 6. 如請求項1或2之包心電極，其中在該填充成分中該等金 屬&五劑與該溶渣系統之一重量百分比的比率約為 1.9-5.5: 1。 7. 如請求項5之包心電極，其中在該填充成分中該等金屬合 金劑與該溶渣系統之-重量百分比的比率約為i 9_5 ·5 : 101442-960726.doc 1290077 8 ·如w求項1或2之包心電極，其中該溶潰系統包括·約占 该包心電極重量〇·2至4%之氧化鉀、氧化鈉或其混合物， 約占該包心電極重量〇· i至3〇/〇之氧化鋁，約占該包心電極 重S 〇·4至2%之產生氟化物的化合物，約占該包心電極重 里〇·2至5%之一氧化石夕，以及約占該包心電極重量2至6% 之氧化鈦。 9·如請求項7之包心電極，其中該熔渣系統包括··約占該包 心電極重量0.2至4%之氧化鉀、氧化納或其混合物，約占 違包心電極重量〇·1至3%之氧化鋁，約占該包心電極重量 0.4至2%之產生氟化物的化合物，約占該包心電極重量ο.〕 至5%之二氧化矽，以及約占該包心電極重量2至6%之氧 化鈦。 10·如請求項1或2之包心電極，其中該.氧化鈉與該氧化鉀之 一重量百分比的比率約為1.5-10 : 1。 11 ·如請求項9之包心電極，其中該氧化鈉與該氧化鉀之一重 量百分比的比率約為1·5-ΐ〇 : 1。 12·如請求項i或2之包心電極，其中該等合金劑包括··占該 包心電極重量！至7%之錳，占該包心電極重量2至35%之 鐵’約占該包心電極重量最多至9%之鎳，約占該包心電 極重量最多至22%之鉻，約占該包心電極重量最多至i 8% 之石夕’約占該包心電極重量最多至0.5〇/〇之鉬，以及約占 該包心電極重量最多至0.6%之銅。 13·如請求項11之包心電極，其中該等合金劑包括··占該包 101442-960726.doc

心電極重量1至7%之錳，占該包心電極重量2至35%之 1290077 鐵，約占該包心電極重量最多至9%之鎳，約占該包心電 極重量最多至22%之鉻，約占該包心電極重量最多至ι.8〇/ο 之石夕’約占該包心電極重量最多至〇 · 5 0/〇之翻，以及約占 該包心電極重量最多至0.6%之銅。 14 · 一種形成一金屬沈積物之方法，該金屬沈積物包括至少 約占重量4%之錳與至少約占重量10%之鉻： a) k供一包心電極’其包括一金屬護套與填充成分，該 填充成分包括金屬合金劑與一炼渣系統，在該填充成 分中該等金屬合金劑與該熔渣系統之一重量百分比的 比率約為至少1 · 5 : 1，該熔渣系統包含：約占該包心電 極重量0.1至4%之氧化鉀、氧化鈉或其混合物，約占該 包心電極重量0.1至3°/〇之氧化鋁，約占該包心電極重量 〇 · 1至3 °/。之產生氟化物的化合物，約占該包心電極重量 0.2至6°/。之二氧化矽，以及約占該包心電極重量i至8% 之氧化鈦；以及 b) 藉由一電流來至少部分熔化該包心電極，以促使在該 包心電極中至少一化合物釋放一屏蔽氣體並促使該包 心電極之一熔化部分將熔化的金屬沈積於一工件上， 。亥化的金屬包括至少約占重量4 %之|孟與至少約占重 量！〇%之鉻。 15·如請求項14之方法，其包括將一屏蔽氣體導向該工件以 至少部分屏蔽該包心電極中沈積於該工件上的該熔化部 分之步驟。 101442-960726.doc 1290077 16.如請求項14或15之方法’其中該屏蔽氣體包括氬、二氧 化竣或其混合物。 17·如請求項14或15之方法，其中該金屬護套係低碳鋼金屬 或一不銹鋼。 1 8 ·如請求項16之方法，其中該金屬護套係低碳鋼金屬或一 不銹鋼。 19·如請求項14或15之方法，其中該電極形成一具有約15〇至 300HB的硬度且藉由約275至400HB的機械應力冷固之 焊接金屬。 20·如請求項18之方法，其中該電極形成一具有約15〇至 300ΗΒ的硬度且藉由約275至400ΗΒ的機械應力冷固之 焊接金屬。 21·如請求項14或15之方法，其中該電極形成一焊接金屬， 其包含：至少約重量4%之猛，至少約重量5%之鎳，及至 少約重量12%之鉻。 22·如請求項20之方法，其中該電極形成一焊接金屬，其包 含：至少約重量4%之錳，至少約重量5%之鎳，及至少約 重量12%之鉻。 2 3 ·如晴求項2 1之方法’其中該電極形成一焊接金屬，其包 含：至少約重量4.5%之錳，至少約重量7%之鎳，及至少 約重量17%之鉻。 24·如請求項22之方法，其中該電極形成一焊接金屬，其包 含：至少約重量4.5%之錳，至少約重量7%之鎳，及至少 約重量17%之鉻。 101442-960726.doc 1290077 2 5 ·如請求項14或1 5之方法，j：中兮 0 八甲5亥填充成分組成該包心電 極重置之約10至50%。 26.如請求項24之方法，其中該 曰 、尤成分組成該包心電極重 置之約10至50%。 27·如請求項14或15之方法，其中 T 4 k渣系統組成該包心電 極重量之約3至20%。 28·如請求項26之方法，豆中兮栌、水么 /、T °亥I /查糸統組成該包心電極重 量之約3至20%。 29·如請求項邮15之方法，其中在該填充成分中該等金屬 合金劑與該熔潰系統之一重量百分比的比率約為 1.9-5.5 : 1 〇 30·如睛求項28之方法’其中在該填充成分中該等金屬合金 劑與該溶渣系統之-重量百分比的比率約為19_5.5 : i。 31·如μ求項14或15之方法，其中該熔渣系統包括··約占該 包心電極重量0.2至4%之氧化鉀、氧化鈉或其混合物，約 占該包心電極重量〇」至3%之氧化鋁，約占該包心電極重 量0.4至2%之產生氟化物的化合物，約占該包心電極重量 0.2至5%之二氧化矽，以及約占該包心電極重量2至6%之 氧化鈦。 32.如請求項30之方法，其中該熔渣系統包括：約占該包心 電極重量0.2至4%之氧化鉀、氧化鈉或其混合物，約占該 包心電極重量0.1至3%之氧化鋁，約占該包心電極重量〇.4 至2%之產生氟化物的化合物，約占該包心電極重量0.2至 5%之二氧化矽，以及約占該包心電極重量2至6%之氧化 101442-960726.doc 1290077 33·如請求項14或15之方法，A中 八中5亥虱化鈉與該氧化鉀之 重置百分比的比率約為H1() 34. 如請求項32之方法，苴中嗜 ，、甲4乳化鈉與該氧化鉀之一重量 百分比的比率約為1.5-10 : 1。 35. 如請求項14或15之方法，其中該合金劑包括：約占該包 心電極重量1至7%之錳，約占該包心電極重量2至35%之 鐵’約占該包心電極重量最多至9%之鎳，約占該包心電 極重量最多至22%之鉻，約占該包心電極重量最多至1.8% 之矽，約占該包心電極重量最高至0.5%之鉬以及約占該 包心電極重量最高至0.6%之銅。 3 6.如請求項32之方法，其中該合金劑包括：約占該包心電 極重量1至7%之錳，約占該包心電極重量2至35%之鐵’ 约占該包心電極重量最多至9%之鎳，約占該包心電極重 量最多至22%之鉻，約占該包心電極重量最多纟Μ%之 矽，約占該包心電極重量最高至〇·5%之钥以及約占該包 心電極重量最高至0.6%之銅。 101442-960726.doc