[0001] 背景技术和发明内容

[0002] 通常用于GMAW(气体保护金属极电弧焊)和SAW(埋弧焊)的焊丝一般带有铜金属覆层(coating)(覆盖(cladding))，以降低在焊丝和所述焊丝通过的焊枪的接触末
端之间的摩擦和电阻。相反地，出于这个目的，FCAW(焊剂芯电弧焊)焊丝一般带有焊丝
输送润滑剂，所述焊丝输送润滑剂包括固体润滑剂，例如MoS2、WS2、石墨和/或PTFE(特氟
隆)。粘结剂例如植物油、矿物油、合成油或石油蜡被包括在所述焊丝输送润滑剂中，用于
粘附的目的和提高送丝性能，所述送丝性能即从焊丝供应容器取出焊丝并且通过接触末端
无缠结地输送焊丝的容易性。一般为包含钠或钾的皂或洗涤剂等的电弧稳定剂还可以被
溶解和/或分散在粘结剂中。例如，参见Kokai(日本公开的未审查申请)2004-034131、
Kokai 08-257788、Kokai 2002-219595、Kokai 2002-239779、U.S.6,337,144 和
Kokai2003-039191，以上申请的公开通过引用被并入本文。

[0003] 本发明的目的是具有权利要求1的特征的焊丝。焊丝的优选实施方案在从属权利要求中公开并且在说明书中被讨论。发明再有的目的是权利要求10的焊丝覆层组合物和
权利要求15的弧焊。依据本发明，通过在焊丝的表面上提供热稳定的、导电的、细的细粒形
式的固体，在焊丝和焊枪的接触末端之间的电阻被实质性地降低。被确信的结果是，电弧稳
定性将被改进并且接触末端的使用寿命将被增加。

[0004] 因此，在本发明更宽泛的方面，本发明提供在弧焊中使用的焊丝，所述焊丝包括焊丝基体和在所述焊丝基体的表面上的固态导体，所述固态导体包括热稳定的、导电的细粒
固体。特别地，所述固态导体是钙钛矿。

[0005] 在特定实施方案中，本发明提供焊丝，所述焊丝包括焊丝基体和在所述焊丝基体的外表面上的焊丝覆层，所述焊丝覆层包括固体润滑剂、包括热稳定的导电细粒固体的固
态导体以及粘结剂。

[0006] 此外，本发明还提供改进的焊丝覆层，所述焊丝覆层包括固体润滑剂，热稳定的导电细粒固体以及粘结剂。

[0007] 附图简要说明

[0008] 图1A、2A、3A和4A是在依据本说明书的下述实施例1和对比实施例A-C进行的某些实验性焊接测试中使用的四个不同的焊枪接触末端的轴向截面的显微照片；图1A-D：接
触末端磨损-对比实施例A；图2A-D：接触末端磨损-对比实施例B；图3A-D：接触末端磨
损-对比实施例C；图4A-D：接触末端磨损-实施例1；图5：箱线图：从接触体到焊丝的压
降；以及图6：箱线图：从接触体到焊丝的压降。

[0009] 图1B、2B、3B和4B；1C、2C、3C和4C；以及1D、2D、3D和4D是取这些工作实施例的四个不同焊枪接触末端中不同位置上的各自的径向横截面的显微照片；

[0010] 图5是这些工作实施例在压降和压降变化方面得到的结果的图形表示；

[0011] 图6是类似于图5的图形表示，图6说明本说明书的实施例2和3以及对比实施例D-G得到的结果。

[0012] 详细说明

[0013] 依据本发明，在用于弧焊的焊丝的表面上提供热稳定的、导电的、细的细粒形式的固体来降低在焊丝和所述焊丝通过的焊枪接触末端之间的电阻。

[0014] 焊丝基体

[0015] 本发明适用于在任何种类的弧焊工艺(包括但不限于GMAW(气体保护金属极电弧焊)、SAW(埋弧焊)和FCAW(焊剂芯电弧焊))中的、在前已使用的或者以后可能使用的任何
种类的焊丝。依据本发明，针对GMAW和SAW制成的焊丝最普遍地将是固体芯金属焊丝，即，
包括具有基本上均匀组成的金属的固体物料的焊丝，所述焊丝既是“清洁的(clean)”，即未
被涂覆任何种类的润滑剂、粘结剂或其他通常被包括在传统焊丝覆层中的成分，所述焊丝
又是“未覆盖的”，即没有覆盖，或相反地被涂覆铜或者任何其他金属或金属合金(“裸金属
焊丝”)。尽管焊丝也可以由各种各样的其他金属和金属合金制成，例如不锈钢(包括沃斯
田铁系(austenitic)、麻田散铁系(martensitic)、铁素体(ferritic)和双相不锈钢)、低
热膨胀系数(CTE)合金例如因瓦镍铁合金(Invar)和柯伐镍基合金(Kovar)，以及镍基超级
合金例如因康镍合金等，但是这样的焊丝最普遍地是由(低)碳钢制成。此外，尽管依据本
发明一般是不必要的，但是如果期望，所述焊丝也可以被铜或任何其他金属覆盖。类似地，
例如当这样的情况发生时，即如果应用本创新的焊丝覆层组合物的焊丝基体是一般商业上
可获得的、通常带有一些种类的焊丝输送润滑剂的“裸金属焊丝”，所述焊丝也可以被涂覆
传统的输送润滑剂和其他传统成分。因此，本发明的目的是焊丝，其中焊丝具有固体芯而且
基本上没有铜覆盖，并且可选地，焊丝表面上的固体导体在800℃具有至少约50S/cm的电
导率，并且其中所述固体导体是钙钛矿。

[0016] 针对GMAW的焊丝通常将具有约1/16英寸(～1.6mm)或更小的直径，而针对SAW的焊丝将具有约1/16英寸(～1.6mm)或更大的直径。具有至少约2mm、至少约3mm，以及
甚至至少约4mm的直径的SAW焊丝不是不常见的。

[0017] 本发明的再一目的是焊丝，其中焊丝具有焊剂芯。当本发明被用于制造焊剂芯焊丝时，任何种类的焊接焊剂可以被包括在焊丝的芯中。尽管这样的焊剂芯焊丝通常将是未
覆盖的，但是根据期望，所述焊剂芯焊丝可以被铜或任何其他金属或金属合金覆盖。

[0018] 固体润滑剂和粘结剂

[0019] 虽然本发明的固态导体可以单独使用，但是所述固态导体通常将结合一般应用到裸金属焊丝的表面的其他材料，以提高润滑性、送丝性能、电弧稳定性和/或其他性质。所
以，例如，在本发明的一些实施方案中，固态导体可以是焊丝覆层的一部分，所述焊丝覆层
包括固体细粒润滑剂例如MoS2、WS2、ZnO(通常与WS2一起)、石墨和/或PTFE(特氟隆)，以
及粘结剂(例如植物油、矿物油、合成油、石油蜡)等等。出于这个目的，为提高焊丝和输送
所述焊丝的设备之间的润滑性，在前已使用的或者以后可能使用的任何固体润滑剂都可以
在本发明中使用。类似地，为提升这样的固体颗粒和所述固体颗粒粘附的焊丝表面之间的
粘附力，在前已使用的或者以后可能使用的任何粘结剂都可以在本发明中使用。参见上述
引用的各种国内和国外专利文献，这些文献是为了广泛披露针对一般被用于形成传统输送
润滑剂的不同种类固体润滑剂和粘结剂的。

[0020] 在本发明的其他实施方案中，正如上面所描述的，同样，在没有固体润滑剂的情况下，固态导体可以与适合的粘结剂结合。

[0021] 除上述讨论的固体润滑剂和粘结剂以外，包括在传统焊丝润滑剂中的其他成分例如电弧稳定剂等等也可以被包括在本发明的焊丝覆层中。

[0022] 固态导体

[0023] 依据本发明，通过在焊丝的表面上提供包括热稳定的、导电的、细的细粒形式的固体的固态导体，在用于弧焊的焊丝和焊枪的接触末端之间的电阻在焊接期间被降低。在本
文上下文中，“热稳定的”是指所述固态导体保持是固体(例如，不熔化)，并且，此外，按照
根据ASTM E2550-07的TGA(热重分析)所确定的，所述固态导体在1200℃的空气中基本上
不起反应。在1350℃、1500℃，以及甚至1600℃热稳定的固态导体是更令人关注的。在这方
面，参见，例如，Shimizu等，在接触管中的磨损机理(Wear Mechanism in Contact Tube)，
焊接科学与技术(Science and Technology of Welding and Joining)，2006年第1期第11
卷第94-105页，此文指出石墨在焊接温度氧化，因此石墨不是本公开的上下文提到的“热
稳定的”。

[0024] 除热稳定之外，在本发明中使用的固态导体还是导电的。在本文上下文中，“导电的”是指，按照ASTM B193-02所确定的，所述固态导体在800℃具有至少10S/cm(西门子每
厘米)的电导率σ。在800℃具有至少约50S/cm、至少约75S/cm和至少约90S/cm的电导率
的固态导体是更令人关注的。在800℃具有至少约200S/cm、至少约300S/cm、至少约400S/
cm、至少约500S/cm，以及甚至至少约1000S/cm的电导率的固态导体是被预期的。

[0025] 依据本发明，作为在焊丝的表面上提供热稳定的导电固态导体的结果，使用的焊丝和所述焊丝通过的焊枪接触末端之间的电阻在弧焊期间被降低。被确信的是，这进而导
致接触末端的焦耳热的相应降低。这应该导致显著降低接触末端归因于过度加热的磨损的
速率，并且因此相应增加接触末端的使用寿命。进而，在机器人焊接中这是显著的益处，所
述机器人焊接的“停工时间(down time)”的代价是非常高的。

[0026] 热稳定的和导电的并且还可以以细的细粒形式提供的任何固体材料都可以用作本发明的固态导体。固态导体的颗粒尺寸不是关键，并且基本上任何颗粒尺寸都可以使用。
一般来讲，固态导体的颗粒尺寸应该足够小，使得所述固态导体将被选择的具体粘结剂粘
附到焊丝基体表面，并且固态导体的颗粒尺寸应该足够大，使得获得所述固态导体的成本
不会变的过分昂贵。就实用而言，这意味着固态导体的平均颗粒尺寸通常将是约40微米或
更小，具体地40微米到1nm(纳米)。更优选的是40微米到0.1微米。在约20微米或更
小、约10微米或更小、约5微米或更小或者甚至2微米或更小量级的平均颗粒尺寸是更令
人关注的。

[0027] 此外，尽管任何在800℃具有至少约10S/cm(西门子每厘米)的电导率σ的热稳定固体都可以用作本发明的固态导体，但是在800℃呈现至少约25S/cm的电导率σ的那
些是更令人关注的，而在800℃呈现至少约50S/cm、至少约75S/cm或甚至至少约100S/cm
的电导率σ的那些甚至是更令人关注的。在800℃具有甚至更高的电导率，例如至少约
200S/cm、至少约300S/cm、至少约400S/cm、至少约500S/cm、至少约700S/cm或甚至至少约
1000S/cm的热稳定固体是被预期的。参见下面的表1，表1识别出了具有这些以及甚至更
高水平的电导率的具体的热稳定固体。

[0028] 可以用于这个目的的一类固体材料是导电的钙钛矿。“钙钛矿”涉及一普通的结晶的混合金属氧化物的组，其基本化学式遵循ABO3形式。钙钛矿(具体地，分子式ABOx，x是
2.5-3.2、最优选x是3)中常用的A-阳离子是稀土、碱土、碱金属和其他大的阳离子，例如
+2 +3 + + + + +2
Pb 和Bi ，且下述阳离子更是尤其常用的，其中A是至少一种选自由Na、K、Rb、Ag、Ca 、
+2 +2 +2 +3 +3 +3 +3 +4 +4
Sr 、Ba 、Pb 、La 、Pr 、Nd 、Bi 、Ce 和Th 组成的组的元素。钙钛矿中常用的B阳离子
+ +2 +2 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +3 +4 +4 +4 +4 +5 +5
包括：Li、Cu 、Mg 、Ti 、V 、Cr 、Mn 、Fe 、Co 、Ni 、Rh 、Ti 、Mn 、Ru 、Pt 、Nb 、Ta 、
+6 +6
Mo 和W 。

[0029] 钙钛矿的晶体结构可以被看作简单立方体(primitive cube)，其中较大的A-阳离子占据立方体的中央，较小的B阳离子占据顶点，而氧阴离子占据立方体边的中心。所述
结构通过B-阳离子(八面体)的6配位和A-阳离子的12配位来稳定。离子的堆积可以
被认为是A和O离子共同形成立方体密集堆积排列，其中B离子占据八位体空位的四分之
一。

[0030] 尽管简单立方体是理想化的结构，A阳离子和B阳离子之间半径的差异可以使结构改变为一些不同所谓的畸变，其中倾斜是最常见的一种。钙钛矿BO6八面体的倾斜伴随
着一个或更多个轴线的扭曲，以适应所述差异。

[0031] 复杂的钙钛矿结构可以包含两种或更多种不同的A-阳离子、两种或更多种不同的B-阳离子或者两者都包含。这通常导致有序和无序的变异。如此复杂的钙钛矿晶体还
可以呈现氧原子的化学剂量过量或不足，尤其是当晶体包含彼此之间价态不同的多个阳离
子A(或阳离子B)时。因此，复杂的钙钛矿还可以被看作对应于分子式 ，其
中z可以在大于3和小于3之间变化，以便满足存在的其他元素的价态。注意，有时复杂的
钙钛矿还被描述为具有例如Y1Ba2Cu3O7-δ的分子式，其中氧的下标在6附近变化，而不是在
ABO3情况中的3。然而，这仅仅是语义符号，如Y1Ba2Cu3O6等同于Y0.5Ba1Cu1.5O3。

[0032] 关于钙钛矿的一般描述，参见：Tejuca等，钙钛矿型氧化物的性质和应用(Properties and Applications of Perovskite-type Oxides) Marcel Dekker，
Inc.，纽约，1993年；Bhyiyan，“专题评述：解决方案导出的质构氧化物薄膜-综述
(TOPICAL REVIEW，Solution-derived Textured Oxide Thin Films-A Review)”，超导
科学技术(Superconductivity Science Technology)，第19卷，Institute of Physics
Publishing，2006年1月4日；H.Kamimura，氧化铜超导体原理(Theory of Copper Oxide
Superconductors)，Springer-Verlag，柏林，2005年；Pena，钙钛矿氧化物性能的化学
结构(Chemical Structures of Pemformce of Perovskie Oxides)，化学评论(Chem.
Ref.)，101(7)，1981-2018，2001，10.1021/cr980129fS0009-2665(98)001129-0，网站发布
日期：2001年5月31日；以及McEvoy，用于减少固体氧化物燃料电池中高温氧气的材料
(Materials for High-temperature Oxygen reduction in Solid Oxide Fuel Cells)，材
料科学杂志(Journal of Materials Science)2001年第36卷第1087-1091页。

[0033] 作为陶瓷(ceramics)，钙钛矿是热稳定的。此外，作为一个类别，它们呈现宽泛变化的电导率。一些是不导电的，即，电绝缘，而其他的像金属一样导电。许多是半导体，即，
固体的电导率通常在绝缘体和导体的电导率之间，但可以被永久地或动态地控制在宽泛的
范围内。

[0034] 导电的钙钛矿是众所周知的，并且在许多不同的电气应用中使用，其中高温下的良好导电性是必需的。例如，它们被广泛地用于形成固体氧化物燃料电池(SOFC)的阴极。
例如，参见以上提到的McEvoy的文章。

[0035] 出于这个目的，令人关注的钙钛矿的类别被描述为对应于分子式ABOx，其中A是La、Ce、Pr、Sm、Nd、Gd和Y中的至少一种；B是Ga、Mg、Mn、Fe、Cr、Co、Cu、Zn和Ni中的至少
一种；以及x是2.5-3.5；其中A可以可选地被Sr、Ba和Ca中的一种或更多种部分地取代。
在本文上下文中，“部分地取代”是指，只要维持A原子加上取代者的总量与B原子的总量的
比，高达50原子％的A原子可以被所指出的取代者取代。这类钙钛矿是令人关注的，所述
钙钛矿中的A被所指出的取代者取代至少5原子％、至少10原子％或甚至至少15原子％
t。

[0036] 导电的钙钛矿的具体实施例包括所有那些已经被公开或者以后可能被公开的在制造固体氧化物燃料电池的电极中有用的钙钛矿。所述实施例包括LaMnO3、CaMnO3、LaNiO3、
LaCoO3、LaCrO3等。掺杂锶的LaMnO3是尤其令人关注的。其他实施例包括LaAlO3、GdFeO3、
SrTiO3、BaCeO3、BaxSr1-xTiO3、BaZrO3、BaSnO3、BaZr0.35Ti0.65O3、La1-xCaxMnO3、LaNiO3、(Pb，Sr)
TiO3、[Pb(Sc0.5Nb0.5)]xTi1-xO3、Pb1-xCaxTiO3、PbTiO3、Pb(Yb，Nb)TiO3、PbZrO3、Pb(Zr，Ti)O3和
SrRuO3。同样众所周知的是，这些材料可以掺杂各种各样的不同的掺杂元素，包括但不限于
Y、Hg、TI和镧系元素(La至Yb)。参见上面引用的Bhyiyan的文章。

[0037] 其他有用的钙钛矿的具体实施例包括它们的电导率，在下面的表1中提出：

[0038] 表1

[0039] 选定的钙钛矿及其在800℃的电导率，以西门子/厘米计

[0040]m
c/S 0 5 5
，CE 1.0 1.0 1.0 67 38 902 002 59 893 497 001 851 991

Ox-32.0 Ox-32.0
成组 OgMaGrSaL58.22.08.01.09.0 gM)oCaG(rSaL8.01.09.01.09.0 OgMaGrSaLx-32.08.02.08.0 gM)rCaG(rSaL8.01.09.01.09.0 OoCeFrSrPx-32.08.02.08.0 OoCnMrSrPx-32.08.02.08.0 OnMrSrPx-33.056.0 OoCnMrSrPx-32.08.03.07.0 OoCnMrSrPx-32.08.02.057.0 OoCdNx-3 OoCrSdNx-31.09.0 OoCrSdNx-32.08.0 OoCrSdNx-33.07.0 OoCrSdNx-34.06.0

mc/S，CE 592 92 93 78 * 152 219 9431 5851 921 201 851 203

成 OoCeCrx-31.09.0 OeFeCrx-31.09.0 OoCeFeCrx-32.08.051.058.0 OiNeFeCrx-32.08.01.09.0 OnMeCrx-33.07.0 ObNeFr62 OeFoCrx32.08.0 OoCrSax-37.03.0 OoCrSax-35.05.0 OoCrSax-34.06.0 OeFrSax-34.06.0 OnMrSax-33.056.0 OoCeFrSax-32.08.053.056.0 OoCeFrSa32.08.04.06.0
组 S S S S S S S L L L L L L L
2152 ** 52 ** 211 ** 002 ** 182 ** 613

OoCrSdNx-35.05.0 OnMdN3 OnMrSdNx-351.058.0 OnMrSdNx-33.07.0 OnMrSdNx-34.06.0 OnMrSdNx-35.05.0

094 962 23 78 0001 553 97

OoCeFrSa35.05.04.06.0 OoCeFrSa38.02.04.06.0 OeFoCrSax-39.01.02.08.0 OeFoCrSax-38.02.02.08.0 OeFoCrSax-32.08.02.08.0 OeFoCrSax-35.05.02.08.0 OoCnMrSax-32.08.02.057.0
L L L L L L L

[0041] *在600℃的电导率

[0042] **在700℃的电导率

[0043] 除钙钛矿外，其他热稳定的、导电的、能够以细的细粒形式供应的固体材料可以被用作本发明的固态导体。实施例包括例如在美国公开的申请2007/0184324中示出的
镍酸镧，以及呈现焦绿石结构(A2B2O7)的材料，例如La2Zr2O7、Gd2Zr2O7、Eu2Nb2O7、Gd2Nb2O7、
Sm2Nb2O7、Ho2Nb2O7、Y3NbO7和Yb3NbO7。

[0044] 在焊丝基体的表面上的固态导体的量可以宽泛地变化，并且基本上任何量都可以使用。一般来说，足够的固态导体应该是被用于在焊接期间提供焊丝和所述焊丝通过的焊
枪接触末端之间的电阻的显见的降低，但是不至于多到使焊丝的操作变得困难。因此，占焊
2 2 2
丝表面面积的在0.001到10gms/m 或0.01到1gm/m 或甚至0.05到0.5gm/m 的量级的固
态导体负载可以被使用。

[0045] 在本发明的一些实施方案中，正如在上面所指出的，出于粘附的目的，固态导体与合适量的液体或固体有机粘结剂(例如植物油、矿物油、合成油或石油蜡)结合而无需固体
润滑剂的存在。在这种情况下，由此提供的焊丝覆层可以被看作通常包含基于全部焊丝覆
层重量的约1到50wt.％固态导体、更常见地约2到25wt.％固态导体、约5到15wt.％固态
导体或甚至约7到13wt.％固态导体。所述焊丝还包括在焊丝基体的表面上的粘结剂，其中
所述粘结剂具体是植物油、矿物油、合成油、石油蜡或其混合物。

[0046] 在本发明的其他实施方案中，正如在上面所指出的，焊丝覆层将包括本发明的固态导体，以及固体润滑剂例如MoS2、WS2、石墨、ZnO和/或PTFE(特氟隆)。在这些实例中，
本发明的固态导体可以以基于固体润滑剂重量的低至1∶10到高达10∶1的重量比率的
量存在。5∶1到1∶5、2∶1到1∶2、1.5∶1到1∶1.5，以及甚至约1∶1的相对重
量比率是可能的。通常，出于粘附的目的，这样的覆层还将包括合适量的液体或固体有机粘
结剂，例如植物油、矿物油、合成油或石油蜡。在这种情况下，焊丝覆层可以被看作包含基于
全部焊丝覆层重量的约1到20wt.％固体润滑剂和约1到20wt.％热稳定固态导体。更令
人关注的是那些包含约4到15wt.％固体润滑剂和约4到15wt.％热稳定固态导体的焊丝
覆层。包含约6到11wt.％固体润滑剂和约6到11wt.％热稳定固态导体的焊丝覆层是甚
至更令人关注的。最优选的固态导体是如在上面描述的钙钛矿。

[0047] 一般来说，这样的组合物(即，含有或不含固体润滑剂)通常将包含基于全部焊丝覆层重量的约60到98wt.％粘结剂、更常见地约70到92wt.％粘结剂，以及甚至约78到
88wt.％粘结剂。

[0048] 此外，本发明的目的是使用根据权利要求1至9中一项的焊丝来对目标物进行弧焊。
实施例

[0049] 为更彻底地描述本发明，实施以下工作实施例。

[0050] 在每个实施例中，使用从俄亥俄州克利夫兰市的林肯电气可获得的PowerWave455自动焊接机器，将直径0.045英寸(～1.1mm)的固态低碳钢裸金属焊丝焊接进1F位
置(“堆焊”)，以在0.375英寸(～9.5mm)厚的经喷丸处理的低碳钢板上形成焊缝。通过
所述机器以每分钟450英寸(～1143cm/min)的速度输送焊丝，同时所述机器利用0.75英
寸(～19.1mm)的固定干伸长(stick-out)在31伏的恒定电压和约340安培的安培数下
操作。

[0051] 每次焊接测试持续60秒。在那之后，焊枪的接触末端被从所述机器移除并且被从轴向和径向剖切(sectioned)，使得可以以视觉方式检查在接触末端的外端的接触末端接
触表面，即焊丝穿过的接触末端中的孔的表面。此外，所述剖面之一还被合适的试剂侵蚀，
使得在这个位置形成接触末端的合金的微观结构也可以以视觉方式确定。

[0052] 每个实施例至少运行四次并且有时五次，其中被选择的每个实施例最有代表性的一次运行在下面讨论：

[0053] 对比实施例A

[0054] 在这个实施例中，使用的焊丝是传统的铜覆盖低碳钢焊丝，所述焊丝涂覆有通常被用在覆盖焊丝的铜上(“标准铜润滑剂(copper lubricant)”或“铜润滑油(copper
lube)”)的传统水基有机输送润滑剂。得到的结果在图1A、1B、1C和1D的显微照片中示出。

[0055] 正如在图1A中示出的，图1A是轴向横截面，长～1mm的相对短的磨痕被生成。同时，图1B和1C是通过这个磨痕的径向剖面，磨痕示出假定来自焊丝的铜覆盖的额外量的铜
沉积在接触末端的接触表面上。

[0056] 最后，图1D是类似于示出形成接触末端的合金的微观结构的图1B的轴向剖面，示出遍及界定接触表面的金属物料的基本上均匀的、小的粒子结构。这说明在焊接期间，电接
触体处的接触末端的温度没有超过形成接触末端的铜合金的软化点。

[0057] 对比实施例B

[0058] 在这个实施例中，除省略了其铜覆盖外，使用的焊丝是与在对比实施例A中所使用的相同的低碳钢焊丝。此外，这个焊丝涂覆有通常被用在裸钢(无铜覆盖)焊丝上的无
水有机输送润滑剂，所述润滑剂包括商业上可获得的合成油和商业上可获得的电弧稳定剂
的混合物(“标准裸焊丝润滑剂”或“裸焊丝润滑油”)。得到的结果在图2A、2B、2C和2D的
显微照片中示出。

[0059] 正如在图2A中示出的，长～5mm的焊疤(weld scar)被生成，由此说明与对比实施例A中发生的相比，更大区域的接触末端被影响。同时，图2B和2C示出遍及这个焊疤的
区域，生成约10μm厚的粗糙化的接触区域，这被确信不仅是因为铜的移除，还因为熔化的
钢的相对连续的层在这个区域的沉积。

[0060] 最后，图2D示出在这个区域内的接触末端金属中的大粒子，由此说明接触末端在这个位置的温度超过金属的软化点。

[0061] 对比实施例C

[0062] 在这个实施例中，与对比实施例B中所使用的相同的焊丝(无铜覆盖但涂覆有标准裸焊丝润滑剂)外覆有分散在包括上面提到的标准裸焊丝润滑剂的90.8wt.％有机粘结
剂中、包括5.0wt.％细粒WS2、1.7wt.％细粒ZnO和2.5wt.％细粒石墨的混合物。

[0063] 正如在图3A中示出的，长～2mm的焊疤被生成，由此说明被影响的接触末端区域大于对比实施例A但小于对比实施例B。图3A还示出一些未知材料小的颗粒沉积在接触表
面外侧但靠近磨痕区域。同时，图3B和3C示出接触表面保持平滑并且无任何增加的材料
(例如对比实施例B裸金属焊丝的粗糙化的钢层)。

[0064] 最后，图3D示出有些大粒子存在于形成接触表面的金属微结构中，由此说明在这些区域中至少一些局部化的加热达到了软化点以上。

[0065] 实施例1

[0066] 在这个实施例中，与对比实施例B中所使用的相同的焊丝(无铜覆盖但涂覆有标准裸焊丝润滑剂)外覆有分散在包括以上提到的标准裸焊丝润滑剂的83.2wt.％有机粘结
剂中、包括8.4wt.％细粒WS2和8.4wt.％“LSM”固态导体的混合物，所述“LSM”固态导体包
括分子式为(La0.85Sr0.15)0.98MnO3的钙钛矿，具有20微米的平均颗粒尺寸和在800℃约100S/
cm的电导率。

[0067] 正如在图4A中示出的，长～5mm的焊疤被生成，由此说明被影响的接触末端的区域几乎与对比实施例B中发生的一样大，在所述对比实施例B中被测试的是裸金属焊丝。然
而，图4B和4C示出在几乎与对比实施例A和C相同的方式下，接触体表面保持平滑并且无
任何增加的材料。而且，图4D示出相对于使用传统固体润滑剂的对比实施例C，甚至更少的
大粒子存在于形成接触表面的金属的微结构中，由此说明在这个实施例中发生的局部化的
加热至软化点以上的量要小于在对比实施例C中所发生的量。

[0068] 通过比较图1B、1C、2B、2C、3B、3C、4B和4C可以看出，在避免产生粗糙化的接触体表面方面，本发明(实施例1)的焊丝工作起来与对比实施例C焊丝(未覆盖/固体润滑油
+裸焊丝润滑油)的一样好并且比对比实施例B焊丝(未覆盖/裸焊丝润滑油)的要好。
此外，它工作起来还比对比实施例A的铜覆盖/铜润滑油焊丝要好。另外，通过比较图1D、
2D、3D和4D可以看出，在避免对接触末端表面的微观结构损害方面，本发明(实施例1)的
焊丝工作起来基本上与对比实施例A的传统铜覆盖/铜润滑油一样好并且比对比实施例B
的焊丝(未覆盖/裸焊丝润滑油)和对比实施例C的焊丝(未覆盖/固体润滑油+裸焊丝
润滑油)要好。

[0069] 电阻测量

[0070] 为进一步证明本发明的效果，焊丝和接触末端之间的压降在上述工作实施例的每次60秒焊接测试运行期间被测量，并且以600Hz的数据采集速率被记录。就是说，对于每
个实施例的每次测试运行，通过计算机以每秒600次自动测量并且记录压降，由此每次60
秒测试运行生成36,000个数据点。接着，结合每个实施例的全部四次或五次测试运行的所
有数据点来为每个实施例提供全部数据点，即，取决于针对那个实施例进行了四次还是五
次测试运行，每个实施例有146,000或180,000个数据点。接着，数据被分析以确定平均压
降、在第25个和第75个百分位数(percentile)的压降，以及第25个和第75个百分位数
之间的差异。此外，统计学上不显著的数据点被识别为在大于150％的第75个百分位数的
水平上和小于66.67％的第25个百分位数水平上。每个工作实施例产生的焦耳热根据如下
公式也被计算：

[0071] P＝I×V，其中

[0072] P＝产生的焦耳热，以瓦特计，

[0073] I＝电流，以安培计，以及

[0074] V＝电压，以伏特计

[0075] 所得到的结果在以下的表2中报告并且在图5中形象化地呈现。

[0076] 表2

[0077] 从焊丝到接触末端的压降

[0078]

[0079] 从表2和图5可以看出，在平均压降和产生热方面，实施例1的本创新的焊丝表现得与对比实施例A的铜覆盖/铜润滑油焊丝一样好或更好，并且明显比对比实施例B的焊
丝(未覆盖/裸焊丝润滑油)和对比实施例C的焊丝(未覆盖/固体润滑油+裸焊丝润滑
油)要好。这提示在避免由于过量焦耳热而产生的接触末端磨损以及因此提高接触末端的
使用寿命方面，本创新的焊丝表现得至少与传统铜覆盖/铜润滑油焊丝的一样好，并且明
显比传统的涂覆有固体润滑剂的焊丝的要好。

[0080] 表2和图5还示出在使用创新的焊丝时产生的第25个和第75个百分位数电压水平之间的差异至少与对比实施例A的传统铜覆盖/铜润滑油焊丝的一样好，并且明显比对
比实施例B的传统焊丝(未覆盖/裸焊丝润滑油)和对比实施例C的传统焊丝(未覆盖/
固体润滑油+裸焊丝润滑油)的相应值要好。因为在弧焊期间生成的电弧尺寸与净施加电
压成正比，所以通过创新的焊丝产生的电压水平的该相对较小的差异提示在电弧稳定性方
面，本创新的焊丝表现得至少与对比实施例A的传统铜覆盖/铜润滑油的一样好，并且比对
比实施例C(未覆盖/固体润滑油+裸焊丝润滑油)焊丝要好。

[0081] 因此，当考虑到在以上联系实施例1和对比实施例A-C所讨论的磨损减少的视觉证据时，刚刚在上面讨论过的经分析确定的电阻数据说明在减少接触末端中产生的焦耳
热、避免对接触末端的物理和微结构损害和维持电弧稳定性方面，本创新的焊丝表现得至
少与传统铜覆盖/铜润滑油焊丝的一样好，并且明显比涂覆有传统固体润滑剂的焊丝要
好。这转而提示本创新的焊丝呈现的使用寿命将至少与传统铜覆盖焊丝的一样好，并且明
显比涂覆有传统固体输送润滑剂的焊丝要好。

[0082] 实施例2和3以及对比实施例D到G

[0083] 为了显示本发明提供的改善的结果是独立于使用的具体有机粘结剂的，以一系列实验重复实施例1和对比实施例B，一些使用与上述实施例1和对比实施例B所使用的相
同的标准裸焊丝润滑剂作为有机粘结剂，而其他的使用不同的裸焊丝润滑剂作为有机粘结
剂，具体地，从弗吉尼亚州费尔法克斯郡(Fairfax，Virginia)的Exxon Mobile公司可获得
的无水产品Mobil Velocite Oil No.10，所述产品被确信是严格精炼的包含稳定性增强添
加剂的基油。此外，还进行以下附加的改变：

[0084] 焊接是在约250安培下沿15英尺的中途有180°转弯的输送路径进行的，而不是在340安培下沿6-8英尺的直的输送路径，

[0085] 焊接在350ipm和31.7V下进行300秒，

[0086] 数据以750Hz被采集，

[0087] 在裸焊丝基体和本发明的焊丝覆层之间的有机输送润滑剂底层(undercoating)被省略，

[0088] 使用的LSM钙钛矿固态导体从不同的源获得并且具有～2μ而不是～20μ的颗粒尺寸，以及

[0089] 本发明的焊丝覆层由1gm LSM钙钛矿固态导体分散在10毫升的被测试的有机粘结中制成。

[0090] 同时，为了证明这些测试的可重复性，在不同的日子实施两个其他情况的相同对照实验，所述两个对照实验在与这个系列的测试中所使用的相同的条件下使用与在上面的
对比实施例A(铜覆盖/铜润滑油)中所使用的那些相同的铜覆盖焊丝。

[0091] 当在实施例1和对比实施例B的情况下，在每次焊接测试运行期间，焊丝和接触末端之间的压降被测量、记录和分析，以确定平均压降、第25个和第75个百分位数压降、第25
个和第75个百分位数之间的差异，以及焦耳热的产生。得到的结果在以下的表3-5中报告，
并且在图6中形象化地呈现。在这些表中，“润滑油1”是指在上面的实施例1和对比实施
例A和B中用作有机粘结剂的标准裸焊丝润滑剂，而“润滑油2”是指Mobil Velocite Oil
No.10。

[0092] 表3

[0093] 从焊丝到接触末端的压降

[0094]

[0095] 表4

[0096] 焊接电流

[0097]

[0098] 表5

[0099] 接触末端的热/功率

[0100]

[0101] 从表3-5和图6可以看出，尽管从两个对照实验对比实施例D和E中得到的结果非常相似，但不是完全相同的。因此，这两个实施例之间的差异说明这些测试中固有的实验
误差的程度。

[0102] 现在，通过比较如在表3-5中报告并且在图6中形象化呈现的针对实施例2和3所得到的结果，可以看出由于这些结果之间的差异是在通过对比实验D和E说明的实验
误差内的，这些结果几乎是完全相同的。例如，实施例2和3中生成的平均电阻加热之间
的差(37.1-35.6＝1.5瓦特)小于对比实施例D和E中生成的平均电阻加热之间的差
(45.5-43.1＝2.4瓦特)。这说明，就热生成而言，从实施例2和3得到的结果在这些测试
的实验误差内，并且因此是完全相同的。

[0103] 在另一方面，当使用润滑油2(Mobil Velocite Oil No.10)时，第25个和第75个百分位数电压水平之间的差异稍好于当使用润滑油1(在上面的实施例1中使用的标准裸
焊丝润滑剂)时所得到的电压差异。这些结果显示在由本发明实现的有利结果方面，润滑
油2(Mobil Velocite Oil No.10)至少与润滑油1(在上面的实施例1中使用的标准裸焊
丝润滑剂)一样好。

[0104] 虽然在上面仅仅描述了本发明的几个实施方案，将被理解的是，可以作出许多修改而不背离本发明的精神和范围。所有这些修改打算被包括在本发明的范围内，本发明的
范围仅受到所附权利要求书的限制。