專利名稱：：在包括液化天然氣儲存罐的高強(qiáng)度應(yīng)用中用于環(huán)縫焊接的無氣工藝和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電弧焊接技術(shù)，更具體地涉及用于焊接液化天然氣("LNG")儲存罐的改進(jìn)的短弧焊接系統(tǒng)，利用自保護(hù)焊劑芯弧焊(FCAW-S)焊條焊接LNG儲存罐的方法，以及焊條的組合物。背景當(dāng)前，還不存在用無氣或自保護(hù)焊接工藝對高強(qiáng)度管和管道進(jìn)行半自動沿周緣焊接的商品化的解決方案或方法。這是由于用于無氣或自保護(hù)焊接應(yīng)用的傳統(tǒng)工藝在高強(qiáng)度焊接應(yīng)用方面具有固有的限制。在使用無氣或自保護(hù)焊接焊條時(shí)，焊條中用到了各種化學(xué)物質(zhì)來與大氣中的氧和氮反應(yīng)，以將氧和氮排斥在焊縫之外。這些化學(xué)物質(zhì)所用的量要能充分防止氧或氮損害焊接質(zhì)量。但是，雖然這些化學(xué)物質(zhì)(例如鈦和鋁)使焊縫更堅(jiān)固，但也具有導(dǎo)致焊縫脆化的不利影響。這種脆性妨礙了無氣或自保護(hù)焊接方法被用于許多高強(qiáng)度焊接應(yīng)用，例如管道焊接，在管道焊接中通常要求焊接強(qiáng)度能足以滿足用于焊接美國石油研究院(API)X-80級管線管的要求，或更高的要求。進(jìn)一步地，雖然存在使用氣體保護(hù)焊接方法來滿足這些焊接要求的一些方法，但這些方法同樣具有使它們難以合乎要求的缺點(diǎn)。也即，使用氣體保護(hù)方法來焊接高強(qiáng)度管和管道(連同其他應(yīng)用)的現(xiàn)行方法和系統(tǒng)需要昂貴和費(fèi)時(shí)的裝備來保護(hù)焊接區(qū)域不受大氣和各種元素的影響。在管道應(yīng)用中尤其如此，在管道應(yīng)用中焊接常常是在戶外苛刻的環(huán)境條件下發(fā)生的。此外，在液化天然氣(LNG)儲存罐領(lǐng)域，當(dāng)前還不存在使用能高效率并有效地滿足焊接LNG儲存罐所需的嚴(yán)格要求的半自動無氣工藝的商品化系統(tǒng)或方法。由于人們對使用天然氣(甲烷)作為能源的興趣日益增多，與天然氣相關(guān)的儲存和配送工業(yè)逐漸發(fā)展起來。為了儲存的目的，以天然氣的液態(tài)(即，"液化天然氣"或"LNG")儲存天然氣最為有效(從容量角度)。然而，天然氣的液化溫度為大約-163t:。由于此點(diǎn)，儲存罐使用的材料必須在這些溫度下既有延展性又能抗破裂。此外，這種材料具有高強(qiáng)度是有好處的，以便降低總壁厚并防止在焊接過程期間發(fā)生脆性破裂。5%和9。/。鎳的鋼均已經(jīng)被用于和正在被用于構(gòu)建LNG儲存罐，這是由于這種鋼具有針對該特定應(yīng)用有益的屬性。由于關(guān)于LNG儲存罐的安全考慮和安全要求，對這些材料的焊接是非常關(guān)鍵的，因?yàn)橐龅椒显S許多多的標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于鋼基(basesteel)的材料特性，優(yōu)選用AC焊接來防止導(dǎo)致電弧磁偏吹(轉(zhuǎn)而又導(dǎo)致焊接缺陷)的磁效應(yīng)。AC焊接的使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案來實(shí)現(xiàn)，這將在下面以更多的細(xì)節(jié)討論。到目前為止，只有DC焊接正在被用于焊接LNG儲存罐。因?yàn)橹挥心承╊愋偷暮附訉τ诤附覮NG儲存罐是有效的，并且當(dāng)前這些方法中的每一種均存在不足。在焊接LNG儲存罐中，當(dāng)以2G位置焊接時(shí)，已經(jīng)典型地采用埋弧焊(SAW)。然而，非2G位置焊接時(shí)，SAW不能被有效地使用。對于焊位不當(dāng)(out-of-position)的焊接已經(jīng)使用保護(hù)的金屬極電弧焊(手工電弧焊)(SMAW)，但是SMAW要求高技能水平并且在焊接時(shí)引起大量缺陷，導(dǎo)致昂貴且費(fèi)時(shí)的重焊(re-weld)。此外，由于SMAW使用"手工焊條(stickelectrode)"，焊接中的連續(xù)性可能遭損害。用于LNG儲存罐的另外類型的焊接是氣體保護(hù)金屬極電弧焊(GMAC)和氣體保護(hù)鎢極電弧焊(GTAC)。然而，由于這些方法中的每一種都使用氣體保護(hù)，這些選擇不適合用于戶外或與其相沖突的環(huán)境并且這些選擇是昂貴且無效率的選擇。通過引用并入的內(nèi)容本發(fā)明涉及使用短弧焊接工藝，所述短弧焊接工藝采用自保護(hù)帶芯焊條(sdf-shieldingcoredelectrode)，所述自保護(hù)帶芯焊條能滿足用于焊接美國石油研究院(API)X-80級管線管的要求或更高的要求，以及滿足用于焊接LNG儲存罐的要求。在將所述焊接工藝與本發(fā)明的焊劑芯焊條(fluxcoredelectrode)相結(jié)合時(shí)，存在一種協(xié)同關(guān)系。因此，本發(fā)明將控制能量輸入與沉積的焊接金屬的微結(jié)構(gòu)控制結(jié)合到一起，來實(shí)現(xiàn)(achieve)高強(qiáng)度和韌度。具體地，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案可以實(shí)現(xiàn)超過550MPa的抗屈強(qiáng)度和690MPa的抗張強(qiáng)度，以及在-2(TC大于60焦耳的夏比V型缺口(CVN)韌度。在本發(fā)明可以用來焊接LNG儲存罐的另一示例性實(shí)施方案中，抗屈強(qiáng)度為至少430MPa，抗張強(qiáng)度為至少690MPa，并且夏比V型缺口韌度在-196'C為至少70焦耳。在另一實(shí)施方案中，抗張強(qiáng)度在690到825MPa的范圍內(nèi)。短路電弧焊接系統(tǒng)、技術(shù)和相關(guān)概念以及管焊接方法和設(shè)備已經(jīng)一般地闡述于以下各6美國專利中，其內(nèi)容由此通過引用并入本文作為背景信息Parks4,717,807;Parks4,954,691;Parker5,676,857;Stava5,742,029;Stava5,961,863;Parker5,981,906;Nicholson6,093,卯6;Stava6,160,241;Stava6,172,333;Nicholson6,204,478;Stava6,215,100;Houston6,472,634;以及Stava6501,049。電弧焊接領(lǐng)域在自耗送進(jìn)的焊條端和工件之間采用多種焯接工藝，所述工件可以包括兩個(gè)或更多個(gè)要被焊接到一起的部件。本發(fā)明的實(shí)施方案涉及短弧工藝，其中送進(jìn)的焊條在電流脈沖期間被電弧的熱熔化，然后，在所述熔融的金屬由于表面張力作用形成球后，所述熔融的金屬球通過短路作用被轉(zhuǎn)移到工件。所述短路發(fā)生在所述送進(jìn)的焊絲移動所述球與工件上的熔融金屬池接觸時(shí)，所述短路因焊接電壓陡降而被感測到。此后，所述短路被切斷，而短路電弧焊接工藝被重復(fù)。本發(fā)明是對短弧焊接的一種改進(jìn)并且是通過使用這樣的電源來進(jìn)行，即其中焊接波形的輪廓(waveformprofile)是由波形發(fā)生器來控制，所述波形發(fā)生器操作高開關(guān)速度倒相器的脈寬調(diào)制器，例如見于受讓人在下述若干專利中所公開的內(nèi)容例如Parks4,866,247;Blankenship5,278,390;以及Houston6,472,634，它們中的每一個(gè)均由此通過引用并入本文。這三件專利闡述了用于實(shí)施本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的高開關(guān)速度電源的類型并且并入本文作為
背景技術(shù)：
。波形發(fā)生器的波形存儲于存儲器中作為狀態(tài)表，所述狀態(tài)表根據(jù)俄亥俄州克利夫蘭市的林肯電氣公司(LincolnElectricCompanyofCleveland,Ohio)首創(chuàng)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)被選擇并輸出給所述波形發(fā)生器。這樣的用于在波形發(fā)生器中生成波形輪廓的表的選擇公開于幾篇在先技術(shù)專利中，例如前面述及的Blankenship5,278,390中。因此，用于實(shí)施本發(fā)明的電源當(dāng)前是周知的并且構(gòu)成用于本發(fā)明的
背景技術(shù)：
。本發(fā)明的短弧焊接系統(tǒng)的一個(gè)方面采用一種電路來測定形成送進(jìn)的焊條的熔融金屬球的熔化脈沖的總能量，例如Parks4,866,247中所述的。熔化脈沖的總能量由具有在熔化脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)的積分輸出的瓦特計(jì)來探測。這項(xiàng)技術(shù)由于被用于本發(fā)明的一個(gè)方面而通過引用被并入本文。在短弧焊接系統(tǒng)中已形成短路后，通過隨后增大焊接電流消除這種短路。這樣的過程(procedure)是短弧焊接系統(tǒng)中周知的，并且一般地描述于Ihde6,617,549和Parks4,866,247中。因此，也將Ihde6,617,549中所述的技術(shù)并入本文作為
背景技術(shù)：
。本發(fā)明的示例性實(shí)施方案乃是焊接工業(yè)中周知的標(biāo)準(zhǔn)AC脈沖焊接系統(tǒng)的改進(jìn)。受讓人的一件在先待審定申請描述標(biāo)準(zhǔn)脈沖焊接(DC和AC兩者)，具有用于本發(fā)明的示例性AC短路實(shí)施方案的這種類型高頻開關(guān)電源的能量測量電路或程序。盡管并非理解或?qū)嵤┍景l(fā)明所必須，該于2005年4月11日提交的系列序列號為11/103,040的在先申請通過引用被并入本文。本發(fā)明涉及帶芯焊條和短弧焊接系統(tǒng)，以及用來控制該系統(tǒng)的熔化脈沖來沉積特殊的帶芯焊條而不需保護(hù)氣體的方法，本發(fā)明能滿足用于焊接美國石油研究院(API)X-80級管線管的要求或更高的要求，以及滿足用于焊接LNG儲存罐的要求。該系統(tǒng)和方法在脈沖和實(shí)際的短路之間保持一期望時(shí)間。該時(shí)間是由涉及所述短路和所述脈沖的期望的定時(shí)的反饋環(huán)路控制，以使所述脈沖的所述球的大小可以變化來保持一致的短路定時(shí)。這項(xiàng)工藝是對其他短弧控制方案，例如采用兩電源的Pijls4,020,320中所公開的，所作的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。第一電源保持恒定大小的熔化脈沖，并且在短路和隨后的清除脈沖之間存在固定的時(shí)間。7如同在本發(fā)明中所采用的，在脈沖定時(shí)和熔化脈沖參數(shù)間不存在反饋。在熔化脈沖的結(jié)束和短路事件之間保持期望時(shí)間。通過采用反饋環(huán)路的概念來固定期望時(shí)間，電弧穩(wěn)定性得以提高。本發(fā)明可用于DC工藝，如同Pijls4,020,320中所示的，但是當(dāng)采用AC短弧焊接系統(tǒng)時(shí)，本發(fā)明根本上有利的。因此，將Pijls4，020,320通過引用并入本文作為
背景技術(shù)：
，其顯示一種用于DC短弧系統(tǒng)的控制電路，其中兩個(gè)不相關(guān)的定時(shí)被保持為恒定而沒有熔化脈沖的閉環(huán)控制。本發(fā)明還涉及使用焊劑芯(例如自保護(hù)的)焊條或焊絲的焊接方法。電弧焊焊條或焊絲的細(xì)節(jié)，以及具體地用于焊接的帶芯焊條描述于美國專利5,369,244;5,365,036;5,233,160;5,225,661;5,132,514;5,120,931;5,091,628;5,055,655;5,015,823;5,003,155;4,833,296;4,723,061;4,717,536;4，551，610以及4,186,293中，它們均通過引用并入本文。另外，2003年9月8日提交的序列號為10/655,685;2004年4月29日提交的序列號為10/834,141;2004年10月6日提交的序列號為10/959,587;以及2005年10月31日提交的序列號為11/263,064的在先申請中的每件均通過引用并入本文作為背景和非在先技術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對用于解決上面討論的問題的系統(tǒng)和方法，并且提供能形成滿足用于焊接美國石油研究院(API)X-80級管線管要求或更高要求的，以及滿足用于焊接LNG儲存罐要求的焊接系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案可以實(shí)現(xiàn)超過550MPa的抗屈強(qiáng)度和690MPa的抗張強(qiáng)度，以及在-20。C大于60焦耳的夏比V型缺口(CharpyV-notch(CVN))韌度。在本發(fā)明可以用來焊接LNG儲存罐的另一示例性實(shí)施方案中，抗屈強(qiáng)度為至少430MPa，抗張強(qiáng)度為至少690MPa，以及夏比V型缺口韌度在-196"為至少70焦耳。在另一實(shí)施方案中，抗張強(qiáng)度在690至825MPa的范圍內(nèi)。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法通過專門的電源來控制焊弧，以使與帶芯(例如自保護(hù)的)焊條的使用相結(jié)合的弧長最短，以取得期望的焊接特性。應(yīng)用短弧可使熔池中來自大氣的污染最小，這樣提高韌度，并且同時(shí)對焊接期間的多孔性更具抵抗力。另外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，采用短的電弧長度允許采用自保護(hù)焊條，所述焊條包含下面進(jìn)一步討論的根據(jù)本發(fā)明一方面的組合物。此外，采用本發(fā)明，不需采用附加的保護(hù)氣體來實(shí)現(xiàn)這樣的焊接，即該焊接能滿足用于焊接美國石油研究院(API)X-80級管線管的要求或更高要求，以及滿足用于焊接LNG儲存罐的要求，和/或達(dá)到超過550MPa的抗屈強(qiáng)度和690MPa的抗張強(qiáng)度，以及在-2(TC大于60焦耳的夏比V形缺口(CVN)韌度。另外，在再一實(shí)施方案中，當(dāng)焊接LNG儲存罐時(shí)不需要使用保護(hù)氣體，并且實(shí)現(xiàn)至少430MPa的抗屈強(qiáng)度，至少690MPa的抗張強(qiáng)度以及在-196。C至少為70焦耳的夏比V形缺口(CVN)韌度。當(dāng)本發(fā)明的實(shí)施方案接合焊接LNG儲存罐來使用時(shí)，該實(shí)施方案允許以1G、2G以及83G或"焊位不當(dāng)(out-of-position)"的位置進(jìn)行焊接。在本發(fā)明的再一實(shí)施方案中，其中使用的焊條直徑比用于1G位置或2G位置的焊條直徑小，可以實(shí)現(xiàn)3G位置或"焊位不當(dāng)"位置的焊接。根據(jù)如涉及所述方法的本發(fā)明的第一方面，短弧波形的熔化脈沖是交互地用反饋環(huán)路來控制的而不是通過固定熔化脈沖的恒定數(shù)值來控制的。熔化脈沖的結(jié)束和短路之間的時(shí)間通過反應(yīng)性地改變短弧焊接系統(tǒng)中的熔化脈沖的參數(shù)來保持。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)是AC系統(tǒng)，但是可以用于在Pijls4,020,320中一般地描述的類型的DC系統(tǒng)。通過采用單一電源可以便于對短弧波形的操控，所述電源具有由操作高開關(guān)速度倒相器的脈寬調(diào)制器的波形發(fā)生器來控制的波形，如Houston6,472,634中所公開的。本發(fā)明的實(shí)施方式所能取得的一項(xiàng)優(yōu)勢是針對采用如先有技術(shù)所示的兩個(gè)獨(dú)立電源的短弧焊接的改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明的所述第一方面的另一實(shí)施方案，短弧焊接系統(tǒng)是AC系統(tǒng)，其中的熔化脈沖具有負(fù)極性。為了保持恒定的熔融金屬珠，存在一焦耳閾值開關(guān)來將電源變換到低水平正電流，使得送進(jìn)的焊條端上的熔融金屬形成為球，然后與工件焊接池接觸而短路。在實(shí)施方案中，這種AC波形是由控制此波形的各個(gè)電流段的輪廓和確定該波形各段的極性的波形發(fā)生器控制。在在先技術(shù)中，曾用焦耳閾值開關(guān)來給熔化脈沖提供恒定能量。依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，存在計(jì)時(shí)器來測量在熔化脈沖之后焊條短路的時(shí)間。采用反饋環(huán)路來保持在熔化脈沖和短路事件之間的一致時(shí)間。這種時(shí)間的控制穩(wěn)定了電弧和短路周期。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，熔化脈沖和短路之間的時(shí)間為約l.Oms。取決于焊條尺寸和沉積速率，熔化脈沖和短路之間的時(shí)間可以調(diào)節(jié)為在0.5ms到2.0ms的一般范圍中的一固定值。這種計(jì)時(shí)控制典型地適用于AC短弧焊接，然而，相同的概念可以應(yīng)用于正接DC正極性(straightDCpositiveporality)。在兩種情形下，帶有由熔化脈沖形成的熔融金屬的送進(jìn)的焊絲保持在低的靜態(tài)正電流下，該靜態(tài)正電流便于在短路事件前形成球形。在本發(fā)明的任一個(gè)實(shí)施方式中，熔化脈沖的焦耳數(shù)或其他參數(shù)是通過反饋回路來控制的，所述反饋回路被調(diào)節(jié)來保持對短路事件的一預(yù)定時(shí)間。本發(fā)明的所述第一方面的AC實(shí)施方式對管狀的焊劑芯類焊條是有用的，并且依據(jù)下述本發(fā)明的一方面，一個(gè)實(shí)施方案以在芯中具有合金組分的焊劑芯焊條來實(shí)現(xiàn)，在下面進(jìn)一步討論。基于來自于短路時(shí)間的反饋來控制焊劑芯焊條的熔化周期，是保持AC短路焊接工藝穩(wěn)定性的非常精確的過程。鑒于以上所述，本發(fā)明的實(shí)施方案可以被用來以根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的帶芯(如自保護(hù)的)焊條來焊接管。本發(fā)明的再一實(shí)施方案可以被用來以帶芯(如自保護(hù)的)焊條來焊接LNG儲存罐。當(dāng)采用本發(fā)明的方法時(shí)，用于該種焊條的焊接電流低于噴焊的閾值電流。因此，金屬轉(zhuǎn)移到管/罐的接縫必然涉及某種類型的短路，并且在本發(fā)明的實(shí)施方案中將涉及本發(fā)明所針對的類型的球狀短路轉(zhuǎn)移。通過采用AC短弧焊接來提高焊接穩(wěn)定性仍可能造成電弧的不穩(wěn)定性。這種不穩(wěn)定性已通過實(shí)施本發(fā)明而得到克服。因此，本發(fā)明特別適于采用自保護(hù)帶芯焊條對管接縫進(jìn)行AC短弧悍接，從而使得焊接強(qiáng)度滿足用于焊接美國石油研究院(API)X-80級管線管的要求或更高的要求，9和/或滿足用于焊接LNG儲存罐的要求。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，提供了在送進(jìn)的的焊條和工件之間執(zhí)行短弧焊工藝的焊接系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括具有控制器的電源，用來生成將能量引入焊條來熔化焊條端部的電流脈沖；以及低電流靜態(tài)金屬轉(zhuǎn)移區(qū)段，所述低電流靜態(tài)金屬轉(zhuǎn)移區(qū)段允許焊條端上的熔化的金屬沉積到工件的焊接熔池中。在該低電流金屬轉(zhuǎn)移區(qū)段期間，熔融金屬與熔融金屬熔池接觸而短路。計(jì)時(shí)器測量在熔化脈沖結(jié)束和短路事件之間的時(shí)間。一裝置被用來設(shè)定在脈沖和短路事件之間的期望時(shí)間，并且一電路被用來基于在實(shí)際時(shí)間和期望時(shí)間之間的差生成校正信號。這個(gè)校正信號用來控制熔化脈沖的給定參數(shù)，例如在熔化脈沖期間引入焊絲的總能量。根據(jù)本發(fā)明的所述第一方面的示例性實(shí)施方案，該短弧焊接工藝是AC工藝，其中熔化脈沖是用負(fù)電流進(jìn)行的，并且波形的靜態(tài)低電流金屬轉(zhuǎn)移區(qū)段處于正極性。本發(fā)明的AC形式可應(yīng)用于在幾種環(huán)境下(例如在管焊接接縫(weldingjoint)的根焊道中)用焊劑芯焊條的焊接。根據(jù)本發(fā)明的所述電源的另一方面，所述短弧焊接系統(tǒng)的控制器包括用來在短路后生成短路清除脈沖的電路。在所述電源的這個(gè)實(shí)施方案中，波形發(fā)生器在任何給定時(shí)間確定焊接波形的極性和輪廓(profile)。本發(fā)明的焊接系統(tǒng)用來將熔化脈沖和短路之間的時(shí)間保持在一固定值，所述固定值在0.5-2.0ms—般范圍內(nèi)，并且在另一實(shí)施方案中為約l.Oms。根據(jù)所述電源或由所述電源執(zhí)行的方法的另一方面，所述短弧系統(tǒng)是以DC正的方式進(jìn)行的，其中熔化脈沖和靜態(tài)區(qū)段都為正并且緊接著短路正清除脈沖。在波形處理期間，本發(fā)明的這種實(shí)施方式不涉及源自波形發(fā)生器的極性改變來進(jìn)行短弧焊接工藝。所述短弧焊接系統(tǒng)為AC的，并且具有控制電流脈沖的電路，用來導(dǎo)致熔化脈沖和短路之間的實(shí)際時(shí)間，使該實(shí)際時(shí)間和期望時(shí)間相同。本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案保持恒定的時(shí)間，與其他的實(shí)施方案的做法一樣。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案控制熔化脈沖的能量，以控制在熔化脈沖與最終的短路事件之間的時(shí)間。本發(fā)明的所述第一個(gè)方面的又另一個(gè)方面提供了用于控制短弧焊接工藝的熔化脈沖的方法，從而使所述工藝在熔化脈沖和短路事件之間具有一選定的時(shí)間。這種方法所控制的參數(shù)是熔化脈沖的總能量。本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案可以用于采用焊劑芯焊條的圓形留隙焊根的管接縫的根焊道。本發(fā)明的第二方面至少部分涉及利用(如通過所描述的短弧方法所得到的)在AC焊接期間相對短的弧長的應(yīng)用，這導(dǎo)致來自大氣的焊接污染被顯著減少。本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施方案還用到一種特定的焊劑合金體系，所述體系，當(dāng)連同本發(fā)明的這個(gè)方面一起用于焊條中時(shí)，可以取得有利的結(jié)果。所述帶芯焊條的焊劑/合金體系能夠?qū)崿F(xiàn)和促進(jìn)短的孤長。組合根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的這些方面，提供協(xié)同現(xiàn)象，所述協(xié)同現(xiàn)象產(chǎn)生出強(qiáng)度超過60到70ksi的可靠且堅(jiān)韌的焊接金屬，并且在另一實(shí)施方案中具有至少80ksi的抗屈強(qiáng)度，因此提供滿足用于焊接美國石油研究院(API)X-80級管線管的要求或更高要求的焊縫。另外，本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案可以實(shí)現(xiàn)超過550MPa的抗屈強(qiáng)度和690MPa的抗張強(qiáng)度，以及在-2(TC大于60焦耳的夏比V型缺口(CVN)韌度。再者，如本發(fā)明實(shí)施方案中所用的合金允許采用較薄的管子并且在管子的焊接區(qū)中不需要保護(hù)氣體。此外，本發(fā)明的另一實(shí)施方案允許采用自保護(hù)焊劑芯電弧焊接(FCAW-S)以1G和2G位置兩者焊接LNG儲存罐，并且在再一實(shí)施方案中，以3G或"焊位不當(dāng)"焊接而不需要保護(hù)氣體。波形技術(shù)，如俄亥俄州克里夫蘭市的林肯電氣公司所開創(chuàng)的，已經(jīng)被改進(jìn)來用于使用焊劑芯焊條的AC焊接。通過焊縫合金被調(diào)整到對該焊縫期望的機(jī)械特性并且通過焊接操作的位置被較少限制，帶芯焊條允許焊接操作被更精確地控制。然而，為了提供電弧的穩(wěn)定性和適當(dāng)?shù)娜刍瘻囟群腿刍俾?，AC工藝波形的實(shí)際控制是相當(dāng)復(fù)雜的。在電弧焊接工藝期間的焊接金屬污染仍然是采用用于帶芯焊條的AC焊接的一個(gè)問題。焊接操作后，焊接金屬中的污染可以在焊接金屬中導(dǎo)致多孔性、裂紋和其他類型的缺陷。因此，電弧焊工藝的設(shè)計(jì)人員面對的主要挑戰(zhàn)已經(jīng)是開發(fā)用以排除來自電弧環(huán)境的元素(例如來自大氣的污染物)的技術(shù)，或者用于中性化這樣的雜質(zhì)的潛在有害效果的技術(shù)。潛在的污染源包括構(gòu)成焊條的材料、工件本身的雜質(zhì)以及周圍環(huán)境大氣。帶芯焊條可以包含例如鉛、鎂、鋯和鈦的"滅殺"試劑，所述試劑在化學(xué)上與潛在的污染物結(jié)合，防止污染物于焊接金屬中形成多孔結(jié)構(gòu)和有害的夾雜物。本發(fā)明包括焊條組合物的使用，所述焊條組合物減少帶芯焊條允許在焊接金屬中夾雜污染物的趨勢。該方法也減少了需要用作"滅殺"試劑的材料的量。具體地，本發(fā)明提供了自保護(hù)的焊劑芯弧焊(FCAW-S)焊條，所述焊條特別地適合于采用AC波形形成具有減低的污染物程度的焊縫。該焊條具有合金/焊劑體系，所述合金/焊劑體系包括從約35%到約55%的氟化鋇、從約2%到約20%的氟化鋰、從約0%到約15%的氧化鋰、從約0%到約15%的氧化鋇、從約5%到約20%的氧化鐵，以及高達(dá)約25%的去氧和去氮試劑。這種試劑可以選自鋁、鎂、鈦、鋯和它們的組合。當(dāng)使用本發(fā)明的實(shí)施方案來焊接LNG儲存罐時(shí)，焊條的組合物被選擇來匹配被焊接的基體金屬，以便優(yōu)化焊接強(qiáng)度并且在焊接沉積中提供最少為5%的鎳。本發(fā)明提供采用利用特定合金/焊劑體系的自保護(hù)焊劑芯焊條的電弧焊接方法。該方法包括在焊條和基體之間施加第一負(fù)電壓以使鄰近基體的焊條至少部分熔化。該方法還包括在焊條和基體之間施加正電壓以促進(jìn)形成來自焊條的可流動的材料團(tuán)塊。該方法還包括監(jiān)控在焊條和基體之間通過上述可流動團(tuán)塊的電短路的發(fā)生。該方法還包括，一旦檢測到短路，在焊條和基體之間施加第二負(fù)電壓。再者，該方法包括增大第二負(fù)電壓的幅度，以由此消除電短路并由所述可流動物質(zhì)在基體上形成焊縫。該自保護(hù)的焊劑芯焊條可以包括從約35%到約55%的氟化鋇、從約2%到約12%的氟化鋰、從約2%到約15%的氧化鋰、從約115%到約20%的氧化鐵，以及高達(dá)約25%的選自由鋁、鎂、鈦、鋯及其組合組成的組的去氧和去氮試劑。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供短弧焊接系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在所述工藝期間，尤其是當(dāng)所述工藝是在AC模式下進(jìn)行時(shí)，控制短路事件的間隔，以提供滿足焊接至少美國石油研究院(API)X-80級管線管的要求的焊縫。本發(fā)明的另一目的是提供短弧焊接系統(tǒng)，所述短弧焊接系統(tǒng)在所述工藝期間，尤其是當(dāng)該工藝是在AC模式下進(jìn)行時(shí)，控制短路事件的間隔，以提供滿足焊接LNG儲存罐的要求的焊縫。本發(fā)明的再一目的是提供用于短弧焊接的方法，所述方法基于熔化脈沖和短路之間的時(shí)間來控制熔化脈沖，以便該時(shí)間保持固定為期望的值。本發(fā)明的再又一目的是提供改進(jìn)了的焊條組合物，并且特別是焊條填充(electrodefill)組合物，所述悍條填充組合物特別適用于與上述新穎的短弧焊接系統(tǒng)和方法相結(jié)合使用。本發(fā)明的再一目的在于提供協(xié)同系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括短弧工藝和焊劑芯焊條，以將電弧穩(wěn)定在最短的可能弧長。這樣，來自大氣的污染被最小化。合金體系與焊接工藝相結(jié)合可使電弧穩(wěn)定于這樣短的弧長，并且形成可靠和堅(jiān)韌的焊接金屬。本發(fā)明的一種實(shí)施方案可以不用氣體保護(hù)而提供具有至少80ksi的抗屈強(qiáng)度的焊縫，從而提供滿足焊接美國石油研究院(API)X-80級管線管或更高要求的焊縫。進(jìn)一步地，本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案可以實(shí)現(xiàn)超過550MPa的抗屈強(qiáng)度和高于690MPa的抗張強(qiáng)度，以及在-2(TC之下的超過60焦耳的夏比V型缺口(CVN)韌度。在本發(fā)明的再進(jìn)一步的實(shí)施方案中，可以獲得具有足以滿足焊接LNG儲存罐要求的強(qiáng)度的焊縫。在這樣的實(shí)施方案中，抗屈強(qiáng)度至少為430MPa，抗張強(qiáng)度至少為690MPa，以及夏比V型缺口韌度在-196'C至少為70焦耳。在另一實(shí)施方案中，抗張強(qiáng)度在690到825MPa范圍內(nèi)。這些和其他目的和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖所作的描述中會變得清晰。鑒于通過附圖示意性闡述的本發(fā)明的實(shí)施方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、性質(zhì)和各種附加的特征將呈現(xiàn)得更全面，其中圖1是本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案中所使用的短孤焊接系統(tǒng)的框圖；圖1A是一般地沿圖1中1A-1A線截取的放大剖視圖；圖2是一系列側(cè)視圖，表示短弧焊接工藝的I-IV階段；圖3是組合的電流和電壓波形曲線圖，表示針對圖2所示的各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)圖4中所公開的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的波形；圖4是流程框圖，表示執(zhí)行本發(fā)明實(shí)施方案的圖1中的系統(tǒng)的一種改型；圖5和6是圖1中所示的焊接系統(tǒng)的部分的流程框圖，用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的兩個(gè)另外的12實(shí)施方案；圖7和8是圖1所示的焊接系統(tǒng)的部分流程框圖，所述焊接系統(tǒng)將圖4所示的本發(fā)明的實(shí)施方案與來自圖5和6所示的本發(fā)明的實(shí)施方案的組合波形控制相結(jié)合；圖9是用于本發(fā)明的DC正電實(shí)施方式的電流波形；圖IO是示意性正視圖，表示用于管子焊接接頭的根焊道或定位焊焊道的本發(fā)明；圖11是帶有框圖的側(cè)視圖，表示代表性焊接系統(tǒng)和焊條的使用；圖12是沿圖11中的線12-12—般地截取的放大剖視圖，對焊條作了更細(xì)致的圖示；圖13是放大的示意圖，表示一帶芯焊條，其中所述鞘和芯以不同的速率熔化；圖14是類似于圖13的視圖，表示沒有針對帶芯焊條應(yīng)用調(diào)整的波形的缺點(diǎn)；圖15是類似于圖13和14的視圖16是部分側(cè)視圖，表示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方案的帶芯焊條，并且表示弧長，所述弧長通過使用本發(fā)明被最小化；圖17表示本發(fā)明的實(shí)施例中的波平衡和DC偏移對焊接金屬氮回收率的影響；圖18示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案進(jìn)行的示例性焊縫的接縫設(shè)計(jì)；以及圖19A和19B分別示出以1G位置和2G位置進(jìn)行的焊接。具體實(shí)施例方式在電弧焊接工業(yè)中，短弧焊接是常見的方法并且涉及如圖2示意性公開的四個(gè)階段I、II、III和IV。用于執(zhí)行短弧焊接的電源可以是基于變壓器的電源；然而，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案，圖1所示的系統(tǒng)A利用基于高開關(guān)速度倒相器的電源B，所述電源B具有跨線路IO、14的AC電源，或者引導(dǎo)到產(chǎn)生跨線路14a、14b的第一DC信號的倒相器14的三相電源。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，將升壓或降壓變換器20用于電源B，以通過生成受控的跨輸出線路22、24的第二DC信號來校正輸入功率因子。高開關(guān)速度倒相器30將跨線路22、24的第二DC信號變換為由多個(gè)跨輸出引線32、34的電流脈沖形成的波形。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，跨引線32、34的所述波形為DC正的或AC的；因此，倒相器30具有一輸出階段(未示出)，所述輸出階段支配跨引線32、34的已成形波形的極性。這些引線分別連接焊條E和工件WP。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的短弧技術(shù)，焊條E是通過接觸末端42從供絲線軸或鼓(supplyspoolordrum)40供給的焊絲W的送進(jìn)端。這樣，當(dāng)橫跨在焊條E和工件WP之間的間隙形成具有期望極性的受控波形被，焊絲W以給定的WFS朝工件WP被驅(qū)動。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，焊絲W是示意性地在圖IA中示出的焊劑芯焊絲，并且被示出為包括外部低碳鋼鞘50，所述外部低碳鋼鞘50圍繞具有焊劑并且通常包括合金粒子的內(nèi)部焊劑芯52，這種焊絲也稱作自保護(hù)焊絲或焊條。下面將更詳細(xì)地討論所述焊條的一個(gè)實(shí)施方案。分路器60驅(qū)動反饋電流裝置62，這樣線路64上的電壓信號表征焊接工藝中的瞬時(shí)電弧電流。在相似方式下，裝置70于輸出線路72上生成一信號表征焊接工藝的瞬時(shí)電壓。倒相器30的控制器C是數(shù)字設(shè)備，例如DSP或微處理器，所述控制器C執(zhí)行以一般模擬的體系結(jié)構(gòu)示意地說明的功能。作為控制器C的核心部件，波形發(fā)生器100根據(jù)狀態(tài)表來處理具體波形，所述狀態(tài)表儲存于存儲器單元102中并通過裝置或電路104根據(jù)期望的焊接工藝而被選擇。一旦選擇了期望的短弧焊接工藝后，選擇信號104a被引導(dǎo)到存儲器單元102,從而定義期望短弧焊接的波形特性和參數(shù)的所述狀態(tài)表被載入波形發(fā)生器100，如線路102a所指示的。發(fā)生器100在輸出線路100a上在任何給定時(shí)間輸出波形輪廓，其中期望的極性由線路100b上的邏輯指示。所圖示的由數(shù)字控制器C控制的電源B具有電流控制反饋類型，其中在線路64上表征電流的電壓通過誤差放大器110和線路100a上的波形輪廓信號相結(jié)合，所述放大器IIO在線路110a上具有輸出信號以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的波形控制技術(shù)控制脈寬調(diào)制器112。線路112a上的輸出信號控制跨線路32、34的波形的形狀，并且正在被實(shí)施的特定波形輪廓的極性由線路100b上的邏輯設(shè)定。以該方式，波形發(fā)生器100控制脈寬調(diào)制器112，以在線路112a上具有控制倒相器30高頻操作的脈沖。這個(gè)倒相器開關(guān)頻率一般大于18kHz并且優(yōu)選大于約40kHz。如到目前為止所描述的，具有控制器C的電源B是依據(jù)俄亥俄州克里夫蘭市林肯電氣公司開創(chuàng)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)操作的。控制器C為數(shù)字的，但是以模擬方式來說明。為了實(shí)現(xiàn)短弧焊接工藝，控制器C必需接收有關(guān)焊條E和工件WP之間短路狀態(tài)的反饋信息?？刂破鰿的這個(gè)特征示意性表示為短路探測器120，所述短路探測器120在線路122上形成一邏輯，以通知報(bào)波形發(fā)生器100存在短路事件SC。于是，發(fā)生器在存在短路時(shí)被通知，并依據(jù)如在任何短弧焊接工藝所完成的對短路的處理來執(zhí)行一波形。如到目前為止所描述的，控制器C是標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，例外的是通過線路100b上的邏輯在倒相器30的輸出控制極性開關(guān)。為了實(shí)踐所述發(fā)明，控制器C擁有電路150，用來在短路之前控制熔化脈沖。電路150是數(shù)字的，但以模擬的體系結(jié)構(gòu)示意性地圖示。所述功能通過控制器C的數(shù)字處理器實(shí)現(xiàn)，以控制熔化脈沖的能量。這樣的能量控制電路在由申請人于2005年4月11日提交的序列號為11/103,040的在先共同待審定申請中描述。這份在先申請通過引用被并入本發(fā)明不是作為現(xiàn)有技術(shù)，而是作為相關(guān)技術(shù)。正如該在先申請中所示，脈沖焊接波形的熔化脈沖的能量可以由包括乘法器152的電路150控制，用以乘積線路64、72上的瞬時(shí)信號，以在線路154上提供表征焊接工藝的瞬時(shí)瓦特信號。線路154上的該瓦特信號通過Parks4,866,247中所述的標(biāo)準(zhǔn)積分器156累加。線路154上的瓦特信號的積分由波形發(fā)生器100控制，所述發(fā)生器100生成脈沖起始命令(如框160所示)，來對應(yīng)于由線路162上的邏輯指示的熔化脈沖的起始。當(dāng)波形發(fā)生器100起始熔化脈沖時(shí)，起始點(diǎn)為時(shí)間t"線路164上的輸出信號通過積分器156來起始線路154上瓦特信號的積分。所述積分過程由線路170上的邏輯來終止，所述線路170上的邏輯是一旦接收到輸入線路172a上的邏輯通過激活終止脈沖裝置或電路172而產(chǎn)生的。線路172a上的邏輯通過切換裝置172來改變輸出線路172a和172c上的邏輯。線路172c上的邏輯通知波形發(fā)生器該熔化脈沖要終止以改變輸出線路100a上的波形輪廓。同時(shí)，線路172b上的信號切換復(fù)位裝置或電路174，以改變線路170上的邏輯來終止瞬時(shí)瓦特信號的積分。輸出線路156a上的數(shù)字(digitalnumber)被載入數(shù)字寄存器180,所述數(shù)字寄存器180具有表征短弧焊接工藝中給定的熔化脈沖的總能量的輸出182。這一總能量信號與儲存在寄存器190中以在線路192上提供一數(shù)字或信號的期望能量水平相比較。比較器194比較線路182上的數(shù)字表征的給定脈沖的實(shí)際能量和線路192上的數(shù)字表示的期望能量水平。所述實(shí)際能量和期望能量之間的關(guān)系控制線路14172a上的邏輯。當(dāng)線路182上的信號等于線路192上的信號，比較器194改變線路172a上的邏輯來終止脈沖，如裝置或電路172所示。這終止積分并且終止由波形發(fā)生器100生成的熔化脈沖。電路150被采用來執(zhí)行本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，該實(shí)施方案通過調(diào)節(jié)電路200改變線路192上的數(shù)字來改變?nèi)刍}沖的參考能量(referenceenergy)或期望能量。當(dāng)如通過線路182上的數(shù)字(例如與線路192上的信號比較)所確定的那樣，達(dá)到調(diào)節(jié)后的能量或能量閾值時(shí)，則終止所述脈沖。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，所采用的電源和方法調(diào)節(jié)電路200，以通過改變?nèi)刍}沖來改變用于進(jìn)行短弧焊接工藝的參考能量。應(yīng)用具有數(shù)字控制器C的電源B的短弧焊接系統(tǒng)A是通過調(diào)節(jié)電路200來操作的，以實(shí)現(xiàn)圖3中所示的波形。AC電流波形200具有圖2中由階段I表征的負(fù)熔化脈沖212，其中所述熔化脈沖于在焊條E的端部上產(chǎn)生熔融金屬220。脈沖212中的電流水平低于噴射電弧所需的電流，從而存在通過短路的轉(zhuǎn)移。時(shí)間h起始焦耳測量，如后面將說明的。所述脈沖在時(shí)間t,具有起始位置212a且在時(shí)間t2具有停止位置212b。接著所述熔化脈沖之后，按照標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，存在正的低電流靜態(tài)轉(zhuǎn)移區(qū)段214，如圖2的階段II所表征的。在這個(gè)階段，送進(jìn)的焊條E端部上的熔融金屬220在等待在時(shí)間t3發(fā)生的短路時(shí)由于表面張力作用而形成球形，并且如階段III所示。因此，在t2與t3之間的時(shí)間便是在熔化脈沖結(jié)束和短路事件之間的時(shí)間，該時(shí)間由線路122上的邏輯指出，如圖1所示。在階段II之后，如頸部222所示的電流收縮作用使熔融金屬220與熔池224分離。按照標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，階段IV中所示的這個(gè)電收縮作用由負(fù)短路脈沖216加速，所述負(fù)的短路脈沖216具有帶陡坡的第一電流區(qū)段216a并且繼以帶較緩坡的第二電流區(qū)段。最后，縮短的金屬分離開且線路122上的SC邏輯變換來在時(shí)間t！起始由過渡區(qū)段218指示的下一個(gè)電流脈沖。波形210為AC波形，具有負(fù)熔化脈沖212、低電流的靜態(tài)區(qū)段214以及在時(shí)間h變換到下一負(fù)脈沖212的清除脈沖216。相應(yīng)的電壓具有波形230，該波形230具有負(fù)區(qū)段232、低電平的正區(qū)段234，所述低電平的正區(qū)段234在短路236處急降并且繼以負(fù)電壓區(qū)段238，所述負(fù)電壓區(qū)段238在區(qū)段240變換到下一個(gè)熔化脈沖電壓232?？偟闹芷跁r(shí)間(cycletime)是從t！到下一個(gè)ti，而正變換214具有的時(shí)間小于總的周期時(shí)間的20%。這一點(diǎn)防止斷弧(stubbing)。本發(fā)明包括用于通過控制器C的波形發(fā)生器100來控制波形210的電源和方法，從而基于電路200的調(diào)節(jié)使熔化脈沖212在t2結(jié)束時(shí)的時(shí)間和實(shí)際短路事件的時(shí)間t3之間的時(shí)間是恒定的。在示例性的實(shí)施方案中，這種時(shí)間延遲調(diào)節(jié)是由圖4所示的電路250完成的。在這個(gè)電路中，熔化脈沖在t2的時(shí)間和短路的時(shí)間t3之間的時(shí)間設(shè)定在0.5到2.0ms之間的期望水平。在一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)定的期望時(shí)間延遲為1.0ms，這是線路254上的信號的水平。這樣，線路254上的數(shù)字?jǐn)?shù)值為期望的t2至t3時(shí)間。t2和t3之間的實(shí)際時(shí)間是由在時(shí)間t2起始而在時(shí)間t3停止的計(jì)時(shí)器260測定的。該定時(shí)器在指示為t5的適當(dāng)時(shí)間復(fù)位以用于下一次測量，所述適當(dāng)時(shí)間可以被調(diào)節(jié)到位于t3后的各種不同位置，所述不同位置被圖示為在圖3中熔化脈沖期間。線路262上的數(shù)字是t2與t3之間的實(shí)際時(shí)間。該實(shí)際時(shí)間被儲存于寄存器270內(nèi)且在任何適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，例如t被復(fù)位。這樣，線路272上的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是實(shí)際測量的t2與t3之間的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間和線路254上的期望時(shí)間相比較。任何誤差放大器可以被用來數(shù)字地處理實(shí)際時(shí)間與設(shè)定時(shí)間的關(guān)系。該處理示意性地被圖示為求和點(diǎn)280和數(shù)字濾波器282，所述數(shù)字濾波器具有用于調(diào)節(jié)電路200的輸出284。期望時(shí)間和實(shí)際時(shí)間的差為線路284上的誤差信號，該誤差信號增大或減少電路200的期望的總能量。所述期望的總能量由更新電路290在指示為t2的適當(dāng)時(shí)間被周期性地更新。這樣，圖1中線路192上的信號一直是用于短弧悍接工藝的脈沖212的期望的總能量。這個(gè)總能量通過時(shí)間t2與時(shí)間t3之間的任何差值來調(diào)節(jié)，以便脈沖212的能量針對即將到來的短路保持一恒定的或期望的時(shí)間延遲。這種時(shí)間控制穩(wěn)定系統(tǒng)A的短弧焊接過程。在圖4中，該電源的示例性實(shí)施方案是通過改變用于熔化脈沖的能量闞值來實(shí)現(xiàn)的，以改變該脈沖和短路事件之間的計(jì)時(shí)。如圖5和6所圖示的，這個(gè)時(shí)間也可以由所述熔化脈沖的電壓或功率來改變。在以上兩種實(shí)施方案中，熔化脈沖的時(shí)間h至t2被保持固定，如框300所指示的。在這個(gè)恒定時(shí)間的熔化脈沖期間，改變電壓或電源來控制脈沖和短路事件之間的時(shí)間。在圖5中，在輸出線路284上的來自濾波器282的數(shù)字控制反饋環(huán)路310，以調(diào)節(jié)熔化脈沖的電壓，如線路312上的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)所指示的。為了調(diào)節(jié)用來控制短路事件的延時(shí)的電源，輸出線路284上的數(shù)字被用來調(diào)節(jié)反饋環(huán)路320，所述數(shù)字通過波形發(fā)生器100與線路154上的瞬時(shí)功率進(jìn)行比較。所述功率的改變是線路322上的數(shù)值，所述數(shù)值與線路154上的數(shù)字進(jìn)行比較，用來控制熔化脈沖的功率。這樣，在本發(fā)明的實(shí)施方案中，波形的總能量、波形的電壓或波形的功率被調(diào)節(jié)，以在t2與t3之間保持恒定的時(shí)間，從而在圖1所示系統(tǒng)A中穩(wěn)定電弧并且控制短路事件。依據(jù)該電源的另一個(gè)實(shí)施方案，熔化脈沖212的能量調(diào)節(jié)和圖5和6中所圖示本發(fā)明的兩種改型相結(jié)合。這種結(jié)合式的控制示于圖7和8中，其中前述的求和點(diǎn)280和數(shù)字濾波器282被圖示為結(jié)合于模擬誤差放大器330中。該元件或程序具有輸出332，所述輸出配備有在已經(jīng)達(dá)到閾值能量時(shí)用來終止熔化脈沖的邏輯，如線路182上的邏輯所指示的。因此，所述脈沖總能量是和圖7中的脈沖電壓控制電路310和圖8所示的脈沖功率控制320一起被控制的。輸出312和輸出172c相結(jié)合，以控制發(fā)生器100的線路100a上的波形輪廓。在相似的方式下，能量水平由線路172c上的邏輯結(jié)合功率脈沖控制電路320的輸出線路322上的數(shù)字信息來控制。其他參數(shù)的結(jié)合可以被用來控制熔化脈沖212，以確保熔化脈沖和短路事件之間的時(shí)間的精確控制。這樣的其他參數(shù)是在通過閉合反饋環(huán)路來控制波形發(fā)生器的
技術(shù)領(lǐng)域：
的技藝范圍內(nèi)的。在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中，所述工藝為AC工藝，如圖4所示；然而，可以采用DC正波形400，如圖9所示。熔化脈沖402在該脈沖在時(shí)間t2終止前具有高的正電流402a。該電流在DC正電模式下被限制在噴射電弧所需的水平之下，使金屬不發(fā)生短路不會分離。這個(gè)概念定義所述短弧焊接工藝。于是，該波形變換到等待在時(shí)間t3斷路的低水平的正電流區(qū)段404。這種低水平的正電流被用于本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中并在時(shí)間t3結(jié)束。然后，由波形發(fā)生器生成短路清除脈沖410。脈沖410具有高的斜坡區(qū)412和階梯區(qū)414以使電流回到高電流水平402a?？梢杂帽景l(fā)明的各個(gè)已圖示的實(shí)施方案來實(shí)現(xiàn)正電流波形400;然而，用于控制線路32、34上的輸出波形極性的線路100b上的邏輯不是必須的。上述電源的示例性實(shí)施方案是在于采用焊劑芯焊條的管子焊接操作，如圖lA所示意性地表征的。這樣的管子焊接操作示意性地圖示于圖10中，其中管段420、422定義留隙焊根424。如圖4所示，本發(fā)明在焊絲W通過接觸末端42到管子接頭的留隙焊根424的過程中，控制焊絲W上的波形。圖10示出特定實(shí)施方案，即用本發(fā)明焊接管子接頭的根部焊道來將管段初步結(jié)合(tack)到一起，以供隨后用標(biāo)準(zhǔn)焊接技術(shù)來接縫。在某些實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的電源和/或焊接操作呈現(xiàn)下述方面中的一個(gè)或更多個(gè)方面。由于金屬轉(zhuǎn)移的主要模式是短路焊接模式，因而電流密度一般小于噴焊所需的密度。如在許多短路電弧焊工藝中，根據(jù)絲徑確定收縮電流，例如，對于5/64英寸的焊劑芯焊絲，可以采用625安的電流。一般地，正電流趨于建立弧長。若允許正電流達(dá)到負(fù)電流弧長的相同水平，即使為1/2毫秒，正電流弧將達(dá)到不希望有的長度。一般地，正側(cè)的控制電流在約50安到約125安的范圍，并且在一個(gè)實(shí)施例中為約75安。該波形的負(fù)的部分既可以是恒定的功率也可以是具有斜率從約5%到15%的電流的電壓。典型地，焊接可以在約60赫、10%正的情況下進(jìn)行。由于正電流設(shè)定在較低的水平，波形為正的這部分通常小于20%。圖11和12示意性圖示了波形技術(shù)焊機(jī)和/或焊接系統(tǒng)510，以及帶芯焊條530。該焊接系統(tǒng)包括焊機(jī)510，該焊機(jī)510具有一焊炬520來將焊條530引向工件W。焊接系統(tǒng)510包括通過整流器550、560整流的三相輸入電源Ll、L2和L3，以及一電源540。該電源540提供一輸出，具體地，如在2005年10月31日提交的序列號為11/263,064的美國申請所描述的AC波形，在前面通過引用并入本文。電弧AC被建立在焊條530的端部和工件W之間。該焊條為帶芯焊條，具有鞘600和內(nèi)部的填充芯610。所述芯610包括焊劑成分，例如以顆粒610a表征的。這些成分610a的目的在于(a)通過用熔渣覆蓋熔融金屬來保護(hù)熔融焊接金屬不為大氣污染，(b)用化學(xué)方法與各種大氣污染物相結(jié)合，以使它們對焊接質(zhì)量的負(fù)面影響降至最小和/或(c)產(chǎn)生電弧保護(hù)氣體。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的操作實(shí)踐，芯610還包括合金化成分，稱之為顆粒610b，以及其他各種顆粒610c，它們被組合來提供芯610的填充料。在在先應(yīng)用中，為了優(yōu)化焊接操作，必須采用實(shí)心焊絲以及外部的保護(hù)氣體。但是，為了形成具有特殊機(jī)械和冶金性能的焊縫則需要具體的合金，這是難以由實(shí)心焊絲的形式獲得的。另外，由于要利用氣體，或是由于多風(fēng)條件、清潔氣體混合物的可利用性以及不利地理?xiàng)l件而難以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，氣體保護(hù)不是總是可行的選項(xiàng)。因此，如在本發(fā)明中那樣，利用自保護(hù)的帶芯焊條是有優(yōu)勢的，從而環(huán)境不會影響焊接。此外，如前面討論的，當(dāng)使用氣體保護(hù)來焊接LNG儲存罐時(shí)會遇到類似的問題。再有，對于LNG儲存罐，這些剩余的現(xiàn)有方法受到其應(yīng)用(如SAW)的限制，難以得到一致且無缺陷的焊接(如SMAW)。在應(yīng)用帶芯焊條而不對焊接波形輪廓進(jìn)行控制所造成的普遍問題圖示于圖13中。該焊接工藝熔化鞘600來提一部分向上熔化到焊條周圍的熔融金屬630，如熔化的上端640所指示的。這樣，焊條的鞘比芯熔化得更快。這導(dǎo)致熔融金屬材料存在于焊條530的輸出端而沒有保護(hù)氣體或者通過芯610的內(nèi)部成分的熔化而造成的化學(xué)反應(yīng)。這樣，電弧AC是在無保護(hù)氣氛中熔化焊條610的金屬。當(dāng)鞘和芯是以相同的速率熔化時(shí)，形成對熔融金屬的必要保護(hù)。使熔融金屬比芯熔化得更快的問題在圖14的圖片表征中作了進(jìn)一步指示。來自鞘600的熔融金屬650在芯610有機(jī)會熔化前已與工件W結(jié)合。這樣，芯610不能為焊接工藝提供必要的保護(hù)。圖13和14說明為何采用帶芯焊條的AC焊接未曾被用于海底管道焊接和其他管道焊接的原因。然而，采用帶芯焊條時(shí)可以采用AC波形來控制熱輸入。通過控制用于焊接工藝的AC的波形的精確輪廓，可以使鞘600和芯610以近似相同的速率熔化。不能適當(dāng)協(xié)調(diào)鞘的熔化和芯的熔化是為何(如圖15所示)可能要利用保護(hù)氣體的一個(gè)原因?？刂艫C波形的優(yōu)點(diǎn)在于可以避免外部保護(hù)氣體。另外，與在LNG儲存罐上使用SMAW相關(guān)聯(lián)的困難和矛盾，連同SAW工藝所規(guī)定的限制定位，都可以避免。雖然，如前所述，AC波形的控制可以帶來顯著的優(yōu)點(diǎn)，但為了提供電弧穩(wěn)定性和以及合適的熔化溫度和速率，AC波形的實(shí)際控制是相當(dāng)復(fù)雜的。并且，即使應(yīng)用了先進(jìn)的AC波形，焊縫污染仍是可能的。通過應(yīng)用先進(jìn)的AC波形，即使采用保護(hù)氣體也仍有可能造成焊縫污染。因此，在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了某些焊條組合物，它們在結(jié)合AC波形使用時(shí)，能夠形成結(jié)實(shí)、堅(jiān)韌和耐用的焊縫，而不會有顯著的污染問題，并且不需AC波形另外所要求的控制程度。當(dāng)用本發(fā)明的方法或電源以帶芯焊條焊接時(shí)，希望使鞘和芯以相同速率熔化。這種操作促進(jìn)某種芯料與鞘均質(zhì)混合，使熔融材料的混合物在化學(xué)上抵抗大氣污染的影響。要求用來產(chǎn)生期望焊接金屬的機(jī)械和冶金特性的合金化(alloying)元素均勻地分布在焊接金屬中。此外，從熔渣和/或氣體形成成分獲得的保護(hù)性優(yōu)點(diǎn)可以被最佳化。如前所述，這種情形已圖示于圖15中。作為對比，圖14圖示鞘比芯熔化得快的情形。在這種有害的情形中，在芯已有機(jī)會熔化之前，來自鞘500的熔融金屬已與工件W結(jié)合。金屬650被保護(hù)不受大氣污染影響的程度沒有達(dá)到如果未熔的芯料成分已實(shí)際熔化所應(yīng)達(dá)到的程度。此外，獲得所希望的機(jī)械和冶金特性所需的合金化元素可能在熔融金屬650中缺失。如前所指示的，采用波形技術(shù)的類型的電焊機(jī)可以被用于采用帶芯焊條(例如圖16所示的焊條700)的AC焊接。這樣的焊條包括環(huán)繞由包括合金化金屬和熔渣或焊劑材料等顆粒材料形成的芯720的外部鋼鞘710。由于具有了內(nèi)部焊劑或熔渣材料，在焊接操作期間不需要外部保護(hù)氣體。通過在芯720中包括合金化材料，在工件730上的焊接金屬740熔池可以被改性而具有準(zhǔn)確的合金成分。這是采用帶芯焊條而不用實(shí)心焊絲的優(yōu)點(diǎn)和理由所在，因?yàn)樵趯?shí)心焊絲中合金化必須通過焊絲的實(shí)際組成來完成。當(dāng)采用實(shí)心焊絲時(shí)，對焊接金屬進(jìn)行合金化調(diào)節(jié)是頗為困難的。因此，在高質(zhì)量的焊接中采用帶芯的(如自保護(hù)的)焊條是有益的。電弧AR以一速率熔化鞘710并且熔化芯720中的成分或填充料，該速率可以被控制成基本相同。焊接金屬740中的污染，如氫、氮和氧，可以在焊接金屬中造成多孔性問題、裂紋以及其他類型的物理缺陷。因此，設(shè)計(jì)從熔融焊接金屬排除污染物的焊接工藝是一種挑戰(zhàn)。通常采用"滅殺"試劑，典型為硅、鋁、鈦和/或鋯，它們將以化學(xué)方式與潛在的污染物結(jié)合，以防止它們在焊接金屬中形成孔隙或有害的夾雜物。另外，可以添加"清除劑"來與含氫的物質(zhì)反應(yīng)，以從焊接處中除去氫。為了一致地沉積可靠的焊接金屬740，經(jīng)常已經(jīng)必需以這樣的量來添加這類滅殺試劑，即所述量本身有害于焊接金屬的性質(zhì)，如延展性和低溫韌性。因此，希望減少熔融金屬在電弧AR中的暴露，以防金屬的污染從焊條700傳遞到工件730，從而滅殺試劑可以被最小化。當(dāng)用于AC焊接時(shí)，本發(fā)明的焊條組合物形成期望的焊縫，所述焊縫耐久、堅(jiān)韌且不易受與使用常規(guī)焊條組合物相關(guān)聯(lián)的其他問題的影響。本發(fā)明的焊條組合物可以結(jié)合AC波形使用，其中AC波形的正、負(fù)形狀進(jìn)行了修正，以減小整總體弧長LA。在這種方式下，較少暴露于大氣并且期間金屬為熔融的時(shí)間較短。本發(fā)明的焊條組合物設(shè)計(jì)所針對的AC波形和相關(guān)焊接工藝的詳細(xì)描述，已經(jīng)敘述于在2005年10月31U提交的序列號為11/263,064的美國申請，其內(nèi)容已在前面通過引用并入本文。事實(shí)上，通過減短弧長，熔融金屬從焊條700移動到焊接金屬熔池740時(shí)的溫度可以被降低。典型地，當(dāng)采用可以以針對負(fù)區(qū)段和正區(qū)段的不同形狀來執(zhí)行AC焊接工藝的焊機(jī)時(shí)，用帶芯焊條進(jìn)行的AC焊接可以被有效地用于這一領(lǐng)域。這種交變波形的正部和負(fù)部的參數(shù)可以被獨(dú)立地調(diào)節(jié)，以對選擇的焊條700的鞘710和芯720二者的熔化進(jìn)行補(bǔ)償和優(yōu)化。更具體地，本發(fā)明的實(shí)施方案涉及焊條和AC焊的組合，其中波形的正區(qū)段和負(fù)區(qū)段被個(gè)別地調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)低弧長和減低污染的目的。采用這種對策，本發(fā)明的焊條組合物，特別是由于它的自保護(hù)，可以提供顯著的優(yōu)點(diǎn)。這種焊條被使用時(shí)不需保護(hù)氣體，并且，取決于特定的應(yīng)用，可以依靠芯中的去氧劑和去氮劑來獲得進(jìn)一步保護(hù)以免受大氣污染。這樣，本發(fā)明的實(shí)施方案利用FCAW-S焊條芯中的一獨(dú)特組的合金化和焊劑組分提供了焊接方法的一個(gè)協(xié)同體系。如已說明的，帶芯焊條是被連續(xù)輸送的具有粉狀焊劑和/或合金化成分的芯的管狀金屬鞘。這些可以包括助熔元素、去氧和去氮劑、合金化材料，以及能增強(qiáng)韌度和強(qiáng)度、改進(jìn)抗侵蝕性及穩(wěn)定電弧的元素。示例性的芯材料可以包括鋁、鈣、碳、鉻、鐵、錳以及其他元素和材料。雖然焊劑芯焊條被廣泛使用，但在悍接合金鋼時(shí)，金屬芯產(chǎn)品在調(diào)節(jié)填料金屬組合物方面是有用的。金屬芯焊條中的粉末一般是金屬和合金粉末而不是化合物，在焊縫面上僅產(chǎn)生小的熔渣島狀物。與此相反，焊劑芯焊條在焊接中則產(chǎn)生廣泛的熔渣覆蓋，其支承并使焊縫成形。在悍接LNG儲存罐和其他相似的應(yīng)用中時(shí)，連續(xù)焊絲輸送方面的本質(zhì)提供了超過SMAW方法的焊接連續(xù)性的益處。本發(fā)明的合金/焊劑體系包括特定量的鋇源、特定量的鋰源、氧化鋰、氧化鐵以及可選量的氧化鈣、氧化硅和氧化錳。鋇的一種或更多種氟化物、氧化物和/或碳酸鹽可以用作為鋇源。而鋰的一種或更多種氟化物和/或碳酸鹽可以用作鋰源。該合金/焊劑體系包括于焊條填充料中。焊條填充料一般構(gòu)成焊條的約18%到約24%。該合金/焊劑系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案包括作為鋇源地從約35%到約55%的氟化鋇，19作為鋰源地從約2%到約12%的氟化鋰，作為第二鋇源地從約0%到約8%的碳酸鋇，作為第二鋰源地從約0%到約8%的碳酸鋰，從約0%到約15%的氧化鋰，從約0%到約15%的氧化鋇，從約5%到約20%的氧化鐵，從約0%到約5%的氧化鈣，從約0%到約5%的氧化硅，從約0%到約5%的氧化錳，以及高達(dá)約25%的鋁、鎂、鈦、鋯或它們的組合用于去氧和去氮，而其余的金屬性物質(zhì)可選擇地包括鐵、鎳、錳、硅或其組合。除非另有說明，本文表示的百分?jǐn)?shù)均為重量百分?jǐn)?shù)。在實(shí)施方案中，焊條填充料組合物包括從約35%到約55%的氟化鋇、從約2%到約12%的氟化鋰、從約0%到約15%的氧化鋰、從約0%到約15%的氧化鋇、從約5%到約20%的氧化鐵以及高達(dá)約25%的如前所述的去氧和去氮試劑。在其他實(shí)施方案中，前述焊條填充料組合物還可以包括從約0%到約8%的碳酸鋇。在另一實(shí)施方案中，該填充料組合物可以包括從約0%到約8%的碳酸鋰。在又一實(shí)施方案中，該填充料組合物可以包括從約0%到約5%的氧化鈣。在再一實(shí)施方案中，該焊條填充料組合物可以包括從0%到約5%的氧化硅。在再另一實(shí)施方案中，該焊條填充料組合物可以包括從0%到約5%的氧化錳。其他實(shí)施方案包括使用這些試劑，即碳酸鋇、碳酸鋰、氧化鈣、氧化硅、氧化錳及其組合中的一種或更多種。當(dāng)使用本發(fā)明的實(shí)施方案來焊接LNG儲存罐時(shí)，焊條的組合物被選擇來匹配被焊接的基體金屬，從而優(yōu)化焊接強(qiáng)度并且在焊接沉積中提供最少5%的鎳。本發(fā)明的方法的示例性實(shí)施方案包括在焊條和基體之間施加第一負(fù)電壓，以使靠近基體的焊條至少部分熔化。該方法還包括在焊條和基體間施加正電壓，以促進(jìn)來自焊條的可流動材料團(tuán)塊的形成。該方法還包括監(jiān)控在焊條和基體之間通過可流動團(tuán)塊的電短路的發(fā)生。該方法還包括一旦探測到短路在焊條和基體之間施加第二負(fù)電壓。而且，所述方法包括增大第二負(fù)電壓的幅度，以由此清除電短路并從所述可流動團(tuán)塊在所述基體上形成焊縫。焊劑芯焊條中的焊條填充料組合物包括從約35%到約55%的氟化鋇、從約2%到約12%的氟化鋰、從約0%到約15%的氧化鋰、從約0%到約15%的氧化鋇、從約5%到約20%的氧化鐵以及選自由鋁、鎂、鈦、鋯及其組合組成的組的高達(dá)約25%的去氧和去氮劑。在其他實(shí)施方案中，焊條填充料中可以包括附加的試劑。例如，可以包括從約0%到約8%的碳酸鋇。焊條填充料組合物在另一實(shí)施方案中包括從約0%到約8%的碳酸鋰。再一實(shí)施方案包括從約0%到約5%的氧化鈣。又一實(shí)施方案包括從約0%到約5%的氧化硅。而，又另一實(shí)施方案包括從約0%到約5%的氧化錳。在再進(jìn)一步的實(shí)施方案中，這些試劑的一種或更多種可以被加到或者以其他方式包括在該焊條填充料組合物中。例如，除了前述的氟化鋇、氟化鋰、氧化鋰、氧化鋇、氧化鐵，以及一種或更多種特定的去氧和去氮試劑的比例以外，20上述焊條填充料還包括從約0%到約8%的碳酸鋇、從約0%到約8%的碳酸鋰、從約0%到約5%的氧化鈣、從約0%到約5%的氧化硅以及從約0%到約5%的氧化錳。該焊劑/合金體系是從傳統(tǒng)的用于FCAW-S焊條的焊劑/合金體系改進(jìn)的結(jié)果，以實(shí)現(xiàn)短的弧長和在低的熱輸入下的焊接，而低的熱輸入是由在該工藝中使用獨(dú)特波形所導(dǎo)致的。短的電弧長度和穩(wěn)定的電弧是該合金與焊劑體系以及該波形的獨(dú)特特征相結(jié)合的結(jié)果。本質(zhì)上，所述焊接消耗品和工藝兩者協(xié)同地被優(yōu)化，來達(dá)到最終焊接產(chǎn)品的要求。在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供形成具有引人注目的性質(zhì)的焊接金屬的方法。一般地，這些方法涉及提供具有上述組合物的芯的焊絲或焊條。在實(shí)施方案中，該焊絲或焊條是在無保護(hù)氣體下使用，或更正確地是在不用形成這種氣體的試劑下使用。所述方法還包括下述操作焊絲或焊條被移向目的區(qū)域，例如兩管子段之間形成的接頭。在附加的實(shí)施方案中，這樣的移動在受控的送進(jìn)速度下進(jìn)行。該方法還包括由焊絲和管段間的電弧形成焊接電流來熔化焯絲或焊條，以由此在接頭處形成熔融金屬焊縫。該方法還包括通過一系列短路事件使熔化的焊絲轉(zhuǎn)移為熔融金屬焊縫。本方法特別適用于焊接由具有抗屈強(qiáng)度至少約70ksi和厚度小于約0.75英寸的金屬形成的兩個(gè)管段間的接頭。在又一實(shí)施方案中，本發(fā)明能夠不需用氣體保護(hù)提供具有至少80ksi抗屈強(qiáng)度的焊縫，從而提供滿足至少是焊接美國石油研究院(API)X-80級管線管的要求的焊縫。另外，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案可以取得高于550MPa的抗屈強(qiáng)度和660MPa的抗張強(qiáng)度以及在-2(TC下超過60焦耳的夏比V型缺口(CVN)韌度。在又一示例性實(shí)施方案中，本發(fā)明可以提供充分的強(qiáng)度和焊接質(zhì)量，從而使所述FCAW-S方法可以被用于焊接LNG儲存罐。為了焊接LNG儲存罐，本發(fā)明的實(shí)施方案提供至少為430MPa的抗屈強(qiáng)度、至少為6卯MPa的抗張強(qiáng)度以及在-196。C至少為70焦耳的夏比V型缺口(CVN)韌度。在另一實(shí)施方案中，抗張強(qiáng)度在690到825MPa范圍內(nèi)。如前面所討論的，這可以通過以1G或2G位置焊接(分別在圖19A和19B中所示)以及3G或"焊位不當(dāng)"位置焊接這兩者中的任一種來實(shí)現(xiàn)。然而，可以理解，本發(fā)明可以被用于厚度大于或小于0.75英寸的管。在一個(gè)實(shí)施方案中，一般形成的作為結(jié)果的焊縫具有大于70ksi的抗張強(qiáng)度，而在某些應(yīng)用中大于約90ksi。在特定的方面，該熔化電流可以是負(fù)的。若該熔化電流為負(fù)，則金屬轉(zhuǎn)移操作可由正電流進(jìn)行。然而，該金屬轉(zhuǎn)移可以由獨(dú)立于熔化電流的正電流進(jìn)行。在實(shí)施上述方法時(shí)，在一實(shí)施方案中平均弧長小于0.30英寸，在另一實(shí)施方案中小于0.20英寸，而在又一實(shí)施方案中小于0.10英寸。在上述方法的實(shí)施方案中，短路事件的發(fā)生率是被自動控制的，一般為約40到約100周期/秒。在另外的實(shí)施方案中，上述概念，即將電源與控制技術(shù)同這里所述的焊條組合物相結(jié)合，可以被用來產(chǎn)生具有在-20'C為60焦耳的最小夏比V型缺口韌度的焊接金屬。類似地，所述方法也可用來產(chǎn)生具有在-40。C為40焦耳的最小夏比V型缺口韌度的焊接金屬。而且，所述方法可用來產(chǎn)生具有超過90ksi的抗張強(qiáng)度的焊接金屬。這樣，使用厚度小于約0.75英寸的薄管可以因此而產(chǎn)生費(fèi)用的節(jié)省。不需保護(hù)氣體，從而可以消除或大大減少現(xiàn)場氣體的成本。另外，在那些受通常限制的應(yīng)用中，比如SAW，可以實(shí)現(xiàn)焊接的靈活性，并且在諸如SAW的焊接應(yīng)用中可以避免焊接缺陷和不一致性。附加地，如上面討論的，本發(fā)明的實(shí)施方案可以被用來生產(chǎn)具有至少為430MPa的抗屈強(qiáng)度、至少為690MPa的抗張強(qiáng)度以及在-196'C至少為70焦耳的夏比V型缺口(CVN)韌度的焊接金屬。因此，這個(gè)實(shí)施方案可以被用于例如焊接LNG儲存罐的應(yīng)用。在另一實(shí)施方案中，抗張強(qiáng)度在690到825MPa范圍內(nèi)。本申請可以有大量廣泛的各種應(yīng)用。本文描述的系統(tǒng)、工藝和/或組合物特別適于以自保護(hù)焊劑芯焊絲來焊接至少是X80的管(標(biāo)號X80與API5L:2000工業(yè)規(guī)范一致)。然而，本發(fā)明可以與其他管的等級結(jié)合使用。本發(fā)明也可用于在管子上進(jìn)行"根焊道"或定位焊(tackwelding)操作。本發(fā)明與當(dāng)前周知的將埋弧的短弧用于初始焊道的情形相比，可以以較小的電弧力來熔化更大量的焊絲。本發(fā)明的另一種應(yīng)用是在用機(jī)器人焊接應(yīng)用方面，用于薄規(guī)格金屬件的高速焊接。實(shí)施例以下的討論針對本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明并不受限于下述的實(shí)施例和結(jié)果，但是下面的討論被提供來證明可由本發(fā)明的示例性實(shí)施方案獲得的結(jié)果。用本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行了一系列試驗(yàn)焊接，其中自保護(hù)焊劑芯焊條被用于短弧焊接工藝。在一些試驗(yàn)中，使用0.062英寸直徑的LincolnInnershieldNR-233。焊接是以恒定的焊絲送進(jìn)速度和行進(jìn)速度進(jìn)行的。焊縫是堆焊焊縫，有三道并排的焊道，然后在該的三道焊道的頂上的第二層具有并排的兩道焊道。上述板的表面在焊接前經(jīng)噴砂處理除去氧化層和臟物。分析該第二層中的焊接金屬層，以獲得氮含量。由于并未有意識地將氮加入所用的焊條，下述分析是在假定焊接金屬中的氮是來自周圍氣氛的情況下進(jìn)行的。另外，焊接電源被構(gòu)造為產(chǎn)生具有變化波形的交變電流，而AC波形的下述特征是有變化的"波形平衡"一波形平衡是當(dāng)焊條極性為正時(shí)AC周期時(shí)間的百分率；以及"DC偏移"一DC偏移是波形的正和負(fù)部分的幅度不相等程度的測度。-20的DC偏移指示波形正部的幅度為19.4伏特，而負(fù)部為23伏特。另外，+20指示相反情形，即-23伏特的正部和19.4伏特的負(fù)部。圖17描述，在由所述要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行的示例性焊縫中，波形平衡和DC偏移對焊接金屬氮回收率的影響。如圖17所示，在0%波平衡的大數(shù)據(jù)點(diǎn)，0.029%氮回收率，是用直流電進(jìn)行的焊接的結(jié)果。在10%波平衡、+200(3偏移下得到兩個(gè)焊縫，以及在50%波平衡、-200<:偏移下得到兩個(gè)焊縫，它們與DC焊縫相比具有顯著地低的氮回收率。此外，在試驗(yàn)期間還可以看到，在波平衡和DC偏移的其他結(jié)合形式下，觀察到的氮回收率高于用DC時(shí)觀察到的回收率。另外，在附加的實(shí)施方案中，還可以通過操控波形來控制焊接金屬中氧和氫的水平。減少了總體的污染水平也就減少了對滅殺、清除、或幾何結(jié)構(gòu)改進(jìn)或溶解性限制的試劑的需求。下列各表提供依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行的焊接實(shí)施例的焊縫數(shù)據(jù)和技術(shù)規(guī)范。在該實(shí)施例中，將Pipeliner⑧焊條(來自俄亥俄州克里夫蘭市林肯電氣公司)按表1中列出的過程用于5G位置。此外，圖18描述對應(yīng)于以下各表所示數(shù)據(jù)的焊接接縫設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。此金屬焊接件181為APIX-80級，具有17mm的厚度，并且焊縫結(jié)構(gòu)如圖18中所述。另夕卜，如圖18所示，焊道被圖示為焊道#1至焊道#9。表2表示依據(jù)表1進(jìn)行焊縫的機(jī)械試驗(yàn)的結(jié)果。最后，表3表示表1中所示的悍接沉積的化學(xué)物質(zhì)。表l一焊接過程:<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>表2:機(jī)械試驗(yàn)結(jié)果(被焊接的焊接金屬)<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>上述實(shí)施例只是對本發(fā)明實(shí)施方案的示例，而不是打算用任何方式來限制本發(fā)明。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，所述短弧焊接裝置是利用焊槍將焊條連續(xù)向被焊工件送進(jìn)的焊接裝置。這與MIG焊接工藝類似。然而，如上所指示的，該工藝是利用自保護(hù)焊劑芯焊條的無氣工藝。另外，該采用短弧焊接系統(tǒng)和所公開的焊條的焊接方法是類似于MIG焊接的方法，即這里的焊條是通過焊槍連續(xù)送進(jìn)的。再有，除上述討論以外，在本發(fā)明其他實(shí)施方案中，該焊接裝置可以是引擎驅(qū)動的機(jī)器或是燃料電池或基于蓄電池驅(qū)動的裝置。此外，本發(fā)明也可以與自動的或機(jī)器人焊接機(jī)一起被應(yīng)用。本發(fā)明己通過某些實(shí)施方案和應(yīng)用作了描述。這些內(nèi)容可以組合和互換而不脫離所附權(quán)利要求書所規(guī)定的本發(fā)明的范圍。如所附權(quán)利要求書定義的系統(tǒng)、方法、焊條及其組合通過引用并入本說明書，作為本協(xié)同發(fā)明的新穎特征的描述的一部分。權(quán)利要求1.一種焊接方法，所述方法包括從焊接裝置向工件送進(jìn)自保護(hù)焊條；以及采用短孤焊接工藝來用所述送進(jìn)的自保護(hù)焊條焊接所述工件，其中焊縫具有至少430MPa的抗屈強(qiáng)度，至少690MPa的抗張強(qiáng)度以及在-196℃至少70焦耳的夏比V型缺口韌度。2.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述焊條是焊劑芯自保護(hù)悍條。3.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述焊條是通過焊槍向所述工件送進(jìn)的。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述焊縫具有在690到825MPa范圍內(nèi)的抗張強(qiáng)度。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述焊縫滿足焊接用于液化天然氣的儲存罐的要求。6.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述自保護(hù)焊條是自保護(hù)焊劑芯弧焊絲。7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過下述操作控制所述短弧焊接工藝的熔化脈沖，其中在所述熔化脈沖之后是低電流轉(zhuǎn)移周期測量所述熔化脈沖和在所述轉(zhuǎn)移周期期間的短路之間的持續(xù)時(shí)間；針對所述持續(xù)時(shí)間設(shè)定期望時(shí)間；通過比較所述測量的持續(xù)時(shí)間和所述設(shè)定的期望時(shí)間生成校正信號；以及根據(jù)所述校正信號調(diào)節(jié)所述熔化脈沖的參數(shù)。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述短弧焊接工藝期間的平均弧長高達(dá)0.3英寸。9.如權(quán)利要求l所述的方法，其中在所述短孤焊接工藝期間的平均孤長高達(dá)0.2英寸。10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述短弧焊接工藝期間的平均弧長高達(dá)0.1英寸。11.一種焊接方法，所述方法包括從焊接裝置向工件送進(jìn)自保護(hù)焊條；以及采用短孤焊接工藝來用所述送進(jìn)的自保護(hù)焊條焊接所述工件，其中焊縫滿足焊接用于液化天然氣的儲存罐的要求。12.如權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述焊條是焊劑芯自保護(hù)焊條。13.如權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述焊條是通過焊槍向所述工件送進(jìn)的。14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中焊縫具有至少430MPa的抗屈強(qiáng)度，至少690MPa的抗張強(qiáng)度以及在-196'C至少70焦耳的夏比V型缺口韌度。15.如權(quán)利要求ll所述的方法，其中所述自保護(hù)焊條是自保護(hù)焊劑芯弧焊絲。16.權(quán)利要求ll所述的方法，還包括通過下述操作控制所述短弧焊接工藝的熔化脈沖，其中在所述熔化脈沖之后是低電流轉(zhuǎn)移周期測量所述熔化脈沖和在所述轉(zhuǎn)移周期期間的短路之間的持續(xù)時(shí)間；針對所述持續(xù)時(shí)間設(shè)定期望時(shí)間；通過比較所述測量的持續(xù)時(shí)間和所述設(shè)定的期望時(shí)間生成校正信號；以及根據(jù)所述校正信號調(diào)節(jié)所述熔化脈沖的參數(shù)。17.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述短弧焊接工藝期間的平均弧長高達(dá)0.3英寸。18.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述短弧焊接工藝期間的平均弧長高達(dá)0.2英寸。19.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述短弧焊接工藝期間的平均弧長高達(dá)O.l英寸。20.—種焊接方法，所述方法包括從焊接裝置向工件送進(jìn)自保護(hù)焊條；以及采用短孤焊接工藝來用所述送進(jìn)的自保護(hù)焊條焊接所述工件，其中焊縫具有在-196。C至少70焦耳的夏比V型缺口韌度。21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述焊條是焊劑芯自保護(hù)焊條。22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述焊條是通過焊槍向所述工件送進(jìn)的。23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述焊縫具有至少430MPa的抗屈強(qiáng)度。24.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述焊縫具有至少690MPa的抗張強(qiáng)度。25.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述焊縫具有在690MPa到825MPa范圍內(nèi)的抗張強(qiáng)度。26.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述焊縫滿足焊接用于液化天然氣的儲存罐的要求。27.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述自保護(hù)焊條是自保護(hù)焊劑芯弧焊絲。28.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括通過下述操作控制所述短弧焊接工藝的熔化脈沖，其中在所述熔化脈沖之后是低電流轉(zhuǎn)移周期-測量所述熔化脈沖和在所述轉(zhuǎn)移周期期間的短路之間的持續(xù)時(shí)間；針對所述持續(xù)時(shí)間設(shè)定期望時(shí)間；通過比較所述測量的持續(xù)時(shí)間和所述設(shè)定的期望時(shí)間生成校正信號；以及根據(jù)所述校正信號調(diào)節(jié)所述熔化脈沖的參數(shù)。29.如權(quán)利要求20所述的方法，其中在所述短弧焊接工藝期間的平均弧長高達(dá)0.3英寸。30.如權(quán)利要求20所述的方法，其中在所述短弧焊接工藝期間的平均弧長高達(dá)0.2英寸。31.如權(quán)利要求20所述的方法，其中在所述短弧焊接工藝期間的平均弧長高達(dá)O.l英寸。32.—種焊接設(shè)備，包括短弧焊接系統(tǒng)，所述短弧焊接系統(tǒng)向被焊接工件送進(jìn)焊條；其中所述焊條是自保護(hù)焊條；以及其中所述短弧焊接系統(tǒng)被控制，以致于焊縫具有至少430MPa的抗屈強(qiáng)度，至少690MPa的抗張強(qiáng)度以及在-196。C至少70焦耳的夏比V型缺口韌度。33.—種焊接設(shè)備，包括短弧悍接系統(tǒng)，所述短弧焊接系統(tǒng)向被焊接工件送進(jìn)焊條；其中所述焊條是自保護(hù)焊條；以及其中焊縫滿足焊接用于液化天然氣的儲存罐的要求。34.—種焊接設(shè)備，包括短弧焊接系統(tǒng)，所述短弧焊接系統(tǒng)向被焊接工件送進(jìn)焊條；其中所述焊條是自保護(hù)焊條；以及其中焊縫具有在-196。C至少70焦耳的夏比V型缺口韌度。全文摘要公開了用短弧焊接工藝和自保護(hù)焊條環(huán)縫焊接高強(qiáng)度材料的焊接系統(tǒng)和方法，包括環(huán)縫焊接液化天然氣儲存罐。所述焊接系統(tǒng)包括向被焊接工件送進(jìn)自保護(hù)焊條的焊接設(shè)備，并且控制所述設(shè)備的電弧長度和操作，使焊縫滿足焊接至少是美國石油研究院X-80級的管線管的要求，或者可以焊接液化天然氣儲存罐。所述系統(tǒng)還包括具有控制器的電源，用來形成將電能引到焊條內(nèi)來熔化自保護(hù)焊條的端部的電流脈沖，以及在所述熔化脈沖結(jié)束之后的低電流靜態(tài)金屬轉(zhuǎn)移區(qū)段，在該區(qū)段期間，熔化的焊條與所述工件接觸而短路。文檔編號B23K9/12GK101687270SQ200780053278公開日2010年3月31日申請日期2007年9月19日優(yōu)先權(quán)日2007年5月23日發(fā)明者B·納瑞雅南,E·斯圖爾特,P·T·索爾蒂斯,R·K·邁爾斯申請人:林肯環(huán)球股份有限公司