CN104169036B

CN104169036B - 用于埋弧焊的系统和方法

Info

Publication number: CN104169036B
Application number: CN201380015643.7A
Authority: CN
Inventors: 肯尼斯·艾伦·费舍尔; 马里奥·阿马塔; 史蒂芬·巴霍斯特; 约瑟夫·邦迪
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2018-01-05
Anticipated expiration: 2033-03-25
Also published as: CA2862671A1; CA2862671C; US20130299461A1; US9821402B2; US9700954B2; WO2013148561A1; EP2830812A1; US20130256276A1; CN104169036A

Abstract

本披露总体上涉及焊接，并且更具体地讲，涉及埋弧焊(SAW)。在一个实施例中，一种焊接系统(10)包括被配置成提供气流的供气系统(16)。所述系统还包括被配置成提供焊丝的供丝系统(14)以及被配置成在埋弧焊(SAW)期间在焊弧附近提供焊药的焊药供应系统(17)。所述系统进一步包括焊炬组件(18)，该焊炬组件被配置成接收所述气流和所述焊丝并且在所述埋弧焊期间在所述焊弧附近传送所述气流和所述焊丝。

Description

用于埋弧焊的系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及焊接，并且更具体地讲，涉及埋弧焊(SAW)。

背景技术

焊接是已变为各个行业中用于多种应用的普遍存在的工艺。例如，焊接通常用于以下应用，例如，造船、海上平台、建筑、钢管厂等。某些焊接技术(例如，气体保护金属极弧焊(GMAW)、气体保护药芯焊丝弧焊(FCAW-G)和气体保护钨极弧焊(GTAW))通常采用保护气体(例如，氩气、二氧化碳或氧气)以在焊接过程期间在焊弧和熔池中以及周围提供特定的局部环境。相比之下，其他焊接技术(例如，埋弧焊(SAW))通常在电弧条件下使用分解或除气的粒状焊药以在焊弧和熔池附近提供局部气氛。另外，SAW提供其他优点，例如，与其他焊接技术相比增大的熔敷率。

一般来讲，对于涉及钢的焊接应用，一个顾虑是在焊接期间以及在焊接过程完成之后在焊缝中存在的扩散氢的量。氢可以从多种来源引入到焊缝中，包括来自大气、金属表面、焊接电极或焊药的水分。在焊接操作期间，还可以从油类、润滑剂或者金属或焊丝表面上的其他涂层引入氢。在焊接过程中氢易溶于暴露于高温的钢中，然而，随着焊缝冷却，氢在钢中会变得越来越难溶，并且从溶液中析出。这会使氢集中在焊缝金属中的不连续处和晶界处。这些高压和高应力区域会使焊缝变得易碎且开裂，最终会导致焊缝失效。

限制焊缝中的扩散氢的一种方法是，例如，预热金属以限制在焊接操作期间在金属表面上存在的水分含量，并且/或者通过调整金属冷却的速率来更好地控制金属微观结构。这种预热方法对于涉及较厚钢板或高强度钢焊接的情况是通用的。然而，在某些情况下，例如水下焊接应用，难以或无法控制焊接期间存在的水分含量。另外，制造者会承担与预热钢以减少加氢裂化的几率有关的很高成本(例如，能量、设备、时间等)。在其他情况下，可能不正确地应用预热，并且只是达到表面预热，而不是浸泡预热。

发明内容

在一个实施例中，一种焊接系统包括被配置成提供气流的供气系统。所述系统还包括被配置成提供焊丝的供丝系统以及被配置成在埋弧焊(SAW)期间在焊弧附近提供焊药的焊药供应系统。所述系统进一步包括焊炬组件，该焊炬组件被配置成接收所述气流和所述焊丝并且在所述SAW期间在所述焊弧附近传送所述气流和所述焊丝。

在另一个实施例中，一种系统包括焊炬组件，该焊炬组件具有焊炬主体，所述焊炬主体包括被配置成使一种或多种气体流过所述焊炬主体的气体导管。所述焊炬组件进一步包括接触末端，该接触末端具有被配置成使一种或多种气体在焊弧附近流动的一个或多个气体导管。此外，所述接触末端被配置成连接至所述焊炬主体使得所述焊炬主体的气体导管与所述接触末端的一个或多个气体导管流体连通。所述焊炬组件进一步包括焊药传送部件，所述焊药传送部件被配置成在所述焊弧附近传送粒状焊药，其中所述焊药传送部件连接至所述接触末端附近的所述焊炬主体并且被配置成使所述粒状焊药与所述一种或多种气体混合。

在另一个实施例中，一种方法包括在进行的埋弧焊(SAW)熔池附近传送气流和粒状焊药流。所述方法进一步包括在所述进行的埋弧焊熔池上沉积所述粒状焊药流以形成焊药垫。

附图说明

当参考附图阅读以下详细说明时，本披露的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，附图中相似的附图标记代表在整个附图中表示相似的零件，其中：

图1是根据本披露的实施例的混合埋弧焊(HSAW)焊接系统的方框图；

图2是根据本披露的实施例的HSAW焊接系统的内部电路的方框图；

图3是根据本披露的实施例的HSAW焊炬的透视图；

图4是根据本披露的实施例的沿着线4-4截取的图3所示的焊炬的剖视图；

图5是根据本披露的实施例的图4所示的接触末端的放大剖视图；

图6是根据本披露的实施例的接触末端的远端的透视图；以及

图7是根据本披露的实施例的认为在SAW期间使用含氟气体从焊缝金属去除扩散氢所涉及的步骤的流程图。

具体实施方式

按照以下详细描述，本文提供了在埋弧焊(SAW)或混合埋弧焊(HSAW)期间利用气流来控制电弧和/或熔池附近(例如，周围或附近)的气氛的焊接系统和方法的实施例。另外，本文提供了在埋弧焊(SAW)或混合埋弧焊(HSAW)期间特别利用含氟气体来减少焊缝金属中的扩散氢的量的焊接系统和方法的实施例。这样，术语“混合埋弧焊”或“HSAW”一般可以用于指结合一种或多种气体(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)，类似于GMAW，但是通常仍然将焊缝埋在焊药垫中。应当理解，公开的实施例总体上针对于将一种或多种气体(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)提供至通常不涉及提供气流的弧焊工艺(例如，SAW)。还应当理解，尽管本披露特别关注SAW，但是本文讨论的含氟气体的包含物可以有助于试图使焊缝中的扩散氢最小化的任何弧焊工艺。

本文中使用的含氟气体是单种气体，或者每种气体分子基本上具有至少一个氟原子的气体的混合物。例如，含氟气体可以是碳基气体，(诸如，四氟化碳(CF₄)、六氟乙烷(C₂F₆)或氯三氟甲烷(CF₃Cl)，)或者可以是无机气体，(诸如，三氟化氮(NF₃)、三氟化硼(BF₃)、四氟化硅(SiF₄)、氟气(F₂)、六氟化钨(WF₆)或它们的任意混合物)。本文中使用的保护气体可以指能够用于电弧和/或熔池以便提供特定的局部气氛(例如，保护电弧，提高电弧稳定性，限制金属氧化物的形成，改善金属表面的润湿，改变焊缝熔敷的化学成分)的任何气体或气体的混合物。在某些实施例中，保护气体可以是单种保护气体或保护气体混合物(例如，氩气(Ar)、氦气(He)、二氧化碳(CO₂)、氧气(O₂)、氮气(N₂)、类似的合适的保护气体或它们的任意混合物)。例如，保护气流可以包括Ar、Ar/CO₂的混合物、Ar/CO₂/O₂的混合物、Ar/He的混合物等。另外，除非另外指明，所有提到的气体混合百分比表示体积百分比。

一般来讲，所公开的HSAW实施例可以结合单独的或与焊药组合的气流(例如，保护气流和/或含氟气流)，从而在电弧和/或熔池附近提供特定的局部气氛。因此，由于这种气流可以在焊接过程期间提供一些或全部的局部气氛，所以公开的HSAW实施例能在焊药成分的选择上提供更大的自由度。此外，某些公开的实施例结合含氟气流，并且这样可以提供一种方法，这种方法按照比其他解决方案，例如，上述预热方法，更高性价比的方式有效地减少焊缝中的扩散氢的量。然而，应当理解，利用含氟气流的公开的实施例可以结合预热方法来使用，以对焊缝中的扩散氢的含量提供组合效果，并且还可以减小通常用于给定焊接操作的预热量(或程度)。还应该指出的是，目前公开的实施例可以利用含氟气体，而不是含氟固体。含氟气体给焊接操作者带来好处，例如，在焊丝的选择上提供更大灵活性，并且在焊接操作期间减少飞溅。

转向附图，图1图示了根据本披露的实施例的混合埋弧焊(HSAW)系统10的实施例，该系统在焊接过程期间利用气流来提供至少一部分局部气氛。系统10包括焊接电源12、焊丝进给器14、供气系统16、焊药供应系统17和焊炬18。焊接电源12一般将电力提供至焊接系统10，并且可以经由电缆束20连接至焊丝进给器14，以及使用具有夹钳26的导线24连接至工件22。在图示的实施例中，焊丝进给器14经由电缆束28连接至焊炬18，以便在焊接系统10工作期间将焊丝(例如实心焊丝或药芯焊丝)和电力供应到焊炬18。在另一个实施例中，焊接电源12可以连接至焊炬18，并且直接对其供应电力。

在所描述的实施例中，焊接系统10包括供应气流(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)到焊炬18的供气系统16，其中气流在焊弧和/或熔池所处位置处或附近(例如，大约0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或小于大约30mm)提供至少一部分局部气氛。在所描述的实施例中，供气系统16经由气体导管30直接连接至焊炬18。在另一个实施例中，供气系统16可以替代连接至焊丝进给器14，并且焊丝进给器14可以调节从供气系统16到焊炬18的气体流量。图示的HSAW系统10的焊药供应系统17经由焊药导管31将焊药提供至焊炬18。因此，图示的焊炬18一般接收来自焊丝进给器14的焊丝和电力、来自供气系统16的气流以及来自焊药供应系统17的焊药流，以便对工件22进行HSAW。在操作期间，可以将焊炬18拿到工件22附近，使得可以在焊炬18与工件22之间形成电弧32。应当理解，本披露的一方面是控制电力传送、焊丝、气体、焊炬18的焊药、电弧32和/或工件22表面的熔池以控制焊接过程。

图示的焊接系统10的供气系统16包括气源34，一种或多种气体(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)可以例如一起存储在气瓶中。例如，一种或多种保护气体(例如，Ar、He、CO₂、O₂、N₂或它们的任意混合物)可以存储在气源34中以提供保护气体流。此外，一种或多种含氟气体可以另外或可替代地存储在气源34中以提供含氟气流。含氟气体的非限制性实例可以包括C_mF_nX_p、NF₃、BF₃、SiF₄、F₂或WF₆或它们的任意混合物的任意一种。对于C_mF_nX_p，X可以是氢或氯原子，m可以是1与5之间的任意值，n可以是1与18之间的任意值，并且p可以是0与18之间的任意值。例如，含氟气体可以是CF₄、CF₃Cl、CF₂H₂、CFC1₃、C₂F₆、C₂F₄、C₂F₅C1、C₂F₄H₂、C₃F₇H、C₄F₁₀等或它们的任意混合物的任意一种。例如，在某些实施例中，供气系统16可以包括含大约95％CF₄和大约5％F₂的单种气瓶。这样，在某些实施例中，由气源34提供的含氟气体的浓度可以是零(即，大约0％)或在大约0.1％与10％之间(例如，0.2％、0.5％、0.75％、1％,、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、7％、8％、9％、10％等)的含氟气体，余量为保护气体或保护气体混合物。在一个实施例中，由焊炬18供应的总气流中的含氟气体的百分比在大约0.5％与5％之间。在一个实施例中，总气流中的含氟气体的百分比小于大约0.1％、1％、2％、3％、4％或5％。

焊药供应系统17可以经由导管31提供粒状焊药流到电弧32所处位置处或电弧32的附近(例如，在1mm、2mm、3mm、5mm或大约小于30mm的范围内)。由于在电弧32附近传送焊药流，所以在熔池附近(例如，上方，覆盖熔池并且/或者附近)会聚集成焊药层或焊药垫。焊药的至少一部分可以在电弧32和/或熔池所处位置处或附近部分分解并且/或者除气(例如，在受热时释放一种或多种气体)，并且结合供气系统16工作以在熔池所处位置处或附近(例如，在1mm、2mm、3mm或大约小于30mm)提供适当的局部气氛。焊药可以另外或可替代地促进工件22的润湿，限制金属氧化物的形成，从焊缝去除化学杂质，并且/或者发挥类似的作用以促进焊接过程。焊药一般可以包括例如典型的团聚状、粘结状或熔融状的焊药。这些焊药可以是中性、半中性或活性焊药，并且可以具有不同的酸性或碱性水平范围。示例的焊药的非限制性列表包括：金红石铝酸盐(AR)、碱性铝酸盐(AB)、碱性氟化铝(AF)、碱性氟化物(FB)或硅酸钙(CS)焊药。另外，在某些实施例中，焊药可以选自根据EN760规范的焊药。

此外，在某些实施例中，本披露的一方面是在焊接过程期间，焊药可以在电弧32所处位置处或附近(例如，在1m、2mm、3mm或大约小于30mm)与气流(例如，保护气流和/或含氟气流)基本上混合。也就是说，如以下参照图3至图6的详细描述，HSAW系统10的某些实施例可以包括焊炬18，该焊炬被配置成确保气流(例如，保护气流和/或含氟气流)在焊药达到电弧32之前或者当焊药到达电弧时一般替换分散在粒状焊药中的标准空气。在其他实施例中，焊药供应系统17可以在保护气体和/或含氟气体的气氛下另外或可替代地存储焊药，使得被传送到焊炬18的焊药可以与气流(例如，保护气流和/或含氟气流)预混合。

一般应当理解，在HSAW系统10的某些实施例中，使用气流(例如，包括保护气流、含氟气流或它们的任意混合物)一般可以允许使用不同类型的焊药(例如，可能与典型的SAW过程不兼容的焊药)。也就是说，气流(例如，包括保护气体和/或含氟气体)可有助于控制电弧32、熔池和/或工件22表面上的焊药垫附近(例如，大约1mm、2mm、3mm或大约小于30mm)的局部气氛。这样，焊缝的质量会更少地依赖于焊药所提供的局部气氛。这样，当前的HSAW系统10可以利用低成本的焊药。此外，通过使用含氟气流，可以减少或一并消除在焊药或电极(例如，药芯焊丝、金属芯焊丝或实心焊丝)中常用的其他部件，例如，氟化物盐或者其他固氟源。这一般可以根据其他因素(例如，涉及焊药和/或焊丝的成本、所需的焊缝性能、所需的焊缝化学成分、除渣、焊珠形状、熔深、熔覆率等)来更自由地选择焊药和/或焊丝电极。例如，在利用含氟气流的实施例中，可以用更基本的焊药来代替一般被选用于减少焊缝中得到的氢含量的酸性焊药，同时仍然提供具有类似氢含量的焊缝。

如上所述，图示的HSAW系统10通过控制传送到焊炬18、电弧32和/或工件22表面上的熔池的功率、焊丝、气体和焊药来控制焊接过程。另外，在某些实施例中，通过控制保护气体和/或含氟气体的化学成分，可以调整电弧32和/或所得的焊缝的化学成分。例如，当焊接尤其对存在扩散氢敏感的金属时，供气系统16可以供应更高流速的含氟气体，或者利用更高相对浓度的含氟气体(例如，保护气体中的含氟气体在5％至10％之间)以使扩散氢的清除达到最大限度。例如，当使用碳基含氟气体时，利用具有更多数量的碳(即，更大的m值)的气体会在仍然减少扩散氢的量的同时有助于所得的焊缝具有更多的碳，这对某些钢应用会是可取的。作为另一个实例，当使用碳基含氟气体时，使用具有一些氢(即，X是氢原子，p大于0)的气体可以给电弧带来益处，例如，在焊接过程期间仍然限制氢的含量(这会有助于焊缝金属)的同时增加电弧温度以及电弧穿入工件的熔深。然而，并非所有的含氟气体与涉及特定金属的应用兼容。例如，尽管六氟化硫(SF₆)可以用作保护气体的添加剂以减少焊缝中存在的扩散氢的量，但是一些材料(例如，钢)与SF₆不兼容，因为在焊接过程之后残留在焊缝中的硫(例如，硫化亚铁)的量会由于在焊缝凝固期间硫偏析而引起开裂。这样，目前某些公开的实施例利用的含氟气体基本上不含硫。

对于一些实施方式，所希望的是供气系统16从分开的气源传送含氟气流(例如，包括CF₄、F₂、CF₂Cl₂或类似的含氟气体或气体混合物)和保护气流(例如，Ar、He、CO₂、O₂、N₂或它们的任意混合物)。转到图2，示出了HSAW系统40的另一个实施例的方框图。更具体地讲，图2示出了根据本披露的某些实施例的可以采用含氟气流来减少焊缝中的扩散氢的焊接系统40的一些内部部件。此外，类似于图1的HSAW系统10，图2所示的HSAW系统40总体上包括焊接电源12、焊丝进给器14、焊炬18、供气系统16和焊药供应系统17。

在图2所示的实施例中，焊接电源12包括功率转换电路42，该功率转换电路接收来自交流电源44(例如，交流电力网、发动机/发电机组或它们的组合)的输入功率，调节输入功率，并且经由电缆46提供输出功率以便给焊丝进给器14供电，焊丝进给器进而根据系统40的要求给焊炬18供电。因此，在一些实施例中，功率转换电路42可以包括电路元件(例如，变压器、整流器、开关等)，其能根据如系统40所述的要求将交流输入电力转换成直流反接(DCEP)输出、直流正接(DCEN)输出或可变平衡交流输出。终止于夹具26的导线24将功率转换电路42连接至工件22，并且闭合焊接电源12、工件22和焊炬18之间的电路。

焊接电源12还包括控制电路48，该控制电路48被配置成接收并处理有关焊接系统40的性能和要求的多个输入。控制电路48包括处理电路50和存储器52。存储器52可以包括易失性或非易失性存储器，例如，ROM、RAM、磁存储器、光学存储器或它们的组合。此外，多个控制参数可以与代码一起存储在存储器52中，所述代码被配置成在工作期间提供特定输出(例如，启动焊丝供给，启用气流，启用焊药流等)。处理电路50还可以接收来自用户接口54的一个或多个输入，使用者可以通过用户接口选择工艺和输入所需的参数(例如，电压、电流、特定的脉冲或非脉冲焊接的焊接规范等)。例如，在某些实施例中，用户界面54可以使使用者能设置有关反接(EP)或正接(EN)电流的大小和幅值的参数(例如，用于涉及可变平衡交流电的焊接应用)。

基于从操作者接收的这些输入，例如，经由传送到功率转换电路42的控制信号操作控制电路48以控制焊接功率输出的产生，焊接功率输出供应到焊丝上以用于执行所需的焊接操作。基于这些操作命令，功率转换电路42适合于形成最终会施加在焊炬18处的焊丝上的输出功率。为此，如以上所指出的，可以采用各种功率转换电路，包括斩波器、升压电路、降压电路、逆变器、转换器等。再者，在图2的实施例中，控制电路48还包括被配置成在工作期间与焊丝进给器14的电子器件对接的接口电路56。接口电路56连接至处理电路50以及焊丝进给器14的部件。另外，处理电路50经由连接至接口电路56的电缆58提供与焊接操作有关的控制信号给焊丝进给器14。如上所述，焊接电源12和焊丝进给器14可以通过电缆束20彼此连接，并且焊炬18可以经由电缆束28连接至焊丝进给器14。

在图示的实施例中，供气系统16包括一个或多个含氟气源57和一个或多个保护气源59。也就是说，图示的供气系统16被配置成供应含氟气流(例如，包括CF₄、F₂、CF₂Cl₂、类似的含氟气体或它们的任意混合物)和保护气流(例如，包括Ar、He、CO₂、O₂、N₂或它们的任意混合物)到位于焊丝进给器14中的流量控制系统60。在其他实施例中，可以不使用保护气源59，焊药供应系统17供应的焊药可以在含氟气体清除来自熔池的残余氢的同时在熔池上方基本上提供保护气氛。在所描述的实施例中，供气系统16经由一个或多个保护气体导管62(例如，导管束)和一个或多个含氟气体导管64(例如，导管束)单独传送气体到气流控制系统60。在另一个实施例中，供气系统16可以连接至单个预混合气源(例如，2％的CF₄，98％的1:1的Ar/CO₂)，该预混合气源可以经由单个气体导管连接至流量控制系统60，类似于图1的实施例。

在图2的HSAW系统40中，流量控制系统60可以连接至多个含氟气源57以及多个保护气源59。例如，流量控制系统60可以经由保护气体导管束62中的不同导管接收来自两个保护气源59(例如，Ar和CO₂)的单独气流，并且经由含氟气体导管束64中的不同导管接收三个含氟气源(例如，CF₄、CF₃Cl和F₂)，并且提供来自五个单独气源的混合气流。应当理解，某些实施例可以采用任意数量的气体导管和气源。在另一个实施例中，流量控制系统60可以接收并调节来自一个或多个保护气源59和一个或多个含氟气源57的气流，并非它们混合在一起，而是单独(例如，经由不同的导管)输出气体到焊炬18。另外，流量控制系统60包括多个阀门66，并且可以包括对穿过气体导管68到达焊炬18的流入气流以及流出气流的流量进行调节的多个调节器、气流传感器等。

保护气源59可以包括Ar、He、CO₂、O₂、N₂或它们的任意混合物的任意一种。例如，保护气源59可以包括100％CO₂，大约85％Ar/15％CO₂的混合物，大约75％Ar/24％CO₂/1％O₂的混合物，大约95％CO₂/5％N₂的混合物，100％CO₂等。含氟气源57可以包括C_mF_nX_p、NF₃、BF₃、SiF₄、F₂或WF₆或它们的任意混合物的任意一种。其中X可以是氢或氯原子，m可以是1与5之间的任意值，n可以是1与18之间的任意值，并且p可以是0与18之间的任意值。例如，含氟气体可以是CF₄、CF₂C1₂、CF₃C1、CF₃H、C₂F₄H₂、C₂FC1₃、C₂F₄H₂、C₂F₆、C₃F₆C1₂、C₄F₇H₃等或它们的任意混合物的任意一种。或者，例如，含氟气体可以包括大约98％CF₄/2％CF₂Cl₂的混合物，大约90％CF₃H/10％BF₃的混合物，大约85％C₂F₄/13％CF₄/2％WF₆的混合物等。在一个实施例中，通过流量控制系统60供应到焊炬18的总气流中的含氟气体的百分比在大约0.01％与10％之间。在一个实施例中，总气流中的含氟气体的百分比小于大约0.1％、1％、2％、3％、4％或5％。

如图2所示，除流量控制系统60之外，焊丝进给器14还包括允许在焊丝进给器14上设置系统参数(例如，送丝速率、工艺、选定的电流、电压或功率水平、保护气体/含氟气体的相对浓度和流速、焊药流速等)的用户界面70。这样，用户界面70连接到控制器72上，该控制器允许根据操作者的选择来控制送丝速率，并且允许将这些设置经由接口电路56反馈到电源12。控制器72还基于用户定义的设置来控制流量控制系统60，并且调节每种单独的气体的相对比率和流速来产生将要经由气体导管68传送到焊炬18的所需的混合气流。如上所述，在一个实施例中，流量控制系统60可以经由多个气体导管68将含氟气体和保护气体单独传送到焊炬18。此外，在某些实施例中，控制器72可以连接至焊药供应系统17，使得可以通过从用户界面70输入的用户设置来控制焊药供应系统17(例如，焊药漏斗73)的操作。

焊丝进给器14还包括在控制器72的控制下供应焊丝到焊炬18并且由此到达焊接应用的部件。例如，焊丝76的一个或多个焊丝供应器74(例如，线轴)容纳在焊丝进给器14中。焊丝进给器驱动单元78可以从线轴74展开焊丝76并且将焊丝76逐步供应到焊炬18。为此，焊丝进给器驱动单元78可以包括以适于建立合适的送丝的方式进行配置的部件，例如，电路、电机、辊子等。例如，在一个实施例中，送丝驱动单元78可以包括进给电机，该进给电机与进给辊啮合以便从焊丝进给器14朝着焊炬18推送焊丝。来自焊接电源12的电力通常通过电缆46被供应到进给的焊丝。

图示的HSAW系统40包括具有焊药漏斗73的焊药供应系统17。焊药供应系统17一般可以通过导管75提供粒状焊药流到焊炬18。按照以下详细讨论，在某些实施例中，焊炬18可以包括接触末端，该接触末端被配置成用流量控制系统60所提供的保护气流、含氟气流或它们的任意混合物替代粒状焊药中的任何空气。在其他实施例中，焊药供应系统17可以连接至供气系统16，使得存储在焊药供应系统中(例如，在焊药漏斗73中)的焊药在经由导管75提供给焊炬18之前可以维持在包括含氟气体、保护气体或含氟气体/保护气体的混合物的气氛中。此外，如上所述，在某些实施例中，可以通过控制器72来控制焊药供应系统17，使得使用者可以控制焊药传送到焊炬18和/或工件22的速率。

在图示的实施例中，焊炬18可以包括控制开关80、焊丝传送部件82、气体传送部件84和焊药传送部件85。以下按照图3至图6详细讨论焊炬18的某些实施例的其他方面。一般来讲，在焊接系统工作期间，焊丝可以通过电缆束28朝着焊炬18前进。在焊炬18中，可以设置额外的焊丝传送部件82，例如，额外的拉式电机和相关联的驱动辊。可以调节拉式电机来提供所需的送丝速率。另外，焊炬18中可以包括气体传送部件84(例如，喷嘴、控制阀、气体扩散器等)来控制并引导经由气体导管68接收的气体混合物(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)的气流。焊炬18还可以包括经由控制线86连接至焊丝进给器14中控制器72的控制开关80，该控制开关可以提供信号到控制器72以允许操作者开始和停止焊接操作。这些开始/停止信号可以从控制器72传输到流量控制系统60和焊接电源12。因此，激活控制开关80可以使气流开始流动，提供焊药，使焊丝前进，并且将电力用于前进的焊丝。

在另一个实施例中，焊炬18还可以包括连接至焊丝进给器14的控制器72的一个或多个传感器。在工作期间，传感器可以被配置成测量来自焊炬18的表示焊接环境的一个或多个参数。为此，一个或多个传感器(例如，热传感器、气体流速传感器、化学传感器、光学传感器等)可以在整个焊接操作中连续地或者以所需的间隔测量所需的参数。随着传感器采集这种数据，该数据可以传送到焊丝进给器14中的控制器72，使得在系统工作期间可以通过控制器72调节焊接系统40的参数(例如，含氟气体的浓度和流速、送丝速率、焊药速率、电弧电压和电流等)。

应当理解，一般希望调节来自焊炬18的接触末端的含氟气流(例如，保护气流、含氟气流或它们的任意混合物)使得由焊药供应系统17供应的焊药垫在焊接过程期间不会在工件22的表面上受到干扰(例如，在工件22的表面移动或从该表面去除)。然而，还应当理解，在某些实施例中，希望提供给焊炬18的气流与焊药供应系统17供应的粒状焊药完全混合。因此，以下讨论了一般地可以提供这些所需特征的改进的焊炬18(参照图3至图6)。也就是说，以下描述的改进的焊炬实施例提供了一种改进的接触末端，该接触末端使传送气体(例如，保护气体、含氟气体后它们的任意混合物)在被传送到焊弧32时能穿过包围焊丝76的多个导管。按照目前公开的那样经由导管传送气流，可以使用较低的压力和流速。这一般防止焊药垫受到干扰，同时气流(例如，保护气流、含氟气流或它们的任意混合物)可以仍然足够提供所需的一种或多种效果(例如，清除残余的氢、控制焊缝的化学成分、稳定电弧、控制工件的表面化学成分等)。此外，以下讨论的焊炬实施例使粒状焊药和气流在到达电弧和/或熔池之前在焊炬的接触末端能完全混合。应当理解，尽管参照图3至图6讨论的焊炬是HSAW焊接的焊炬的具体实施例，但是还考虑了在焊弧和/或熔池所处位置处或附近传送气流的其他焊炬的实施例(例如，具有相对于焊炬主体设置在内部或外部的单种导管的焊炬)。

在考虑上述的基础上，图3是混合埋弧焊(HSAW)焊炬18的实施例的透视图，该焊炬被配置成提供气流、焊丝和焊药到工件22的表面。图示的HSAW焊炬18包括容纳多个通道的主体90(以下进行详细讨论)，焊丝和气体(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)在出来之前在焊炬18的末端92附近可以穿过这些通道。也就是说，由焊丝进给器14单独提供给焊炬18的焊丝76和气流68通常可以从一个端(例如，近端)部93进入焊炬并且通常可以靠近在焊炬18的远端92处的接触末端出来。另外，对于图3所示的焊炬的实施例，焊药传送部件85经由夹紧机构94连接到焊炬18的主体90上，使得焊药传送部件85包围焊炬18远端92附近的接触末端。在其他实施例中，焊药传送部件85可以是附在焊炬18的主体90上的导管，该导管在不包围接触末端的情况下在焊弧附近沉积焊药。此外，图示的焊药传送部件85包括导管96，该导管可以连接至导管75，以便接收来自焊药供应系统17的焊药。一般来讲，图示的焊药传送部件85使能够在接触末端周围传送焊药使得来自焊炬18的接触末端的气体可以与焊药完全混合，并且使得气体(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)可以代替粒状焊药中包括的大量的气体。此外，应当理解，由于图示的焊药传送部件85包围接触末端，所以通常可以使用低气压和/或气流速率来替换空气，这是通常希望的以便限制气流对焊药垫的干扰。

在某些实施例中，通过在埋弧焊期间在熔池所处位置处或附近增加含氟气流，可以实现更低的氢水平以及改进的力学性能。也就是说，向SAW过程增加含氟气体比单独使用保护气体或粒状焊药提供对焊缝化学成分更好地控制。此外，在某些实施例中，通常希望尽可能靠近电弧32传送足够高流量的含氟气体，以确保气体在基本上不干扰焊药垫的情况下能到达电弧等离子体流。这样，图示的HSAW焊炬18总体上提供了一种改进的系统，该系统允许直接在电弧32处传送气体(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)、焊丝和焊药，以便在电弧32所处位置处或附近提供所需量的所有成分的混合物。

图4是沿着线4-4截取的图3所示的焊炬18的剖视图。具体地讲，图4图示了装载到焊炬主体90的一部分中并且被焊药传送部件85包围的接触末端100。焊炬主体90包括通道102(例如，纵向通道)，该通道连接至导管68(例如，从焊丝进给器14的控制系统60)，并且可以给气流103(例如，保护气流、含氟气流或它们的任意混合物)提供穿过焊炬18的主体90的通道。此外，焊炬主体90包括另一个通道104，该通道可以提供传送焊丝76(例如，来自焊丝进给器14)到焊炬18的远端92的接触末端100的导管。图示的焊炬主体90的实施例进一步包括总体上圆锥形的腔体106(例如，匹配腔体)，接触末端100适于牢固地安装在该腔体中。焊药传送部件85一般可以提供焊药流107到焊药传送部件85和焊炬主体90和/或接触末端100之间的腔体109中，使得从接触末端100出来的气流103可以在到达熔池之前与传送的焊药流107完全混合(例如，以替代任何空气)。

图示的接触末端100在插入焊炬主体90中时可以提供紧密密封连接，使得容易促进气流(例如，保护气体、含氟气流或它们的任意混合物)从焊炬主体90进入并穿过接触末端100。图示的接触末端100通过常规装置(例如，螺纹环或螺母108、插销、扣环或类似机构)保持在焊炬主体90内，这些常规装置可以强有力地结合接触末端100并将其保持在工作位置。一般来讲，接触末端100的精确匹配的腔体有助于确保在电弧32(即，焊炬18的远端92)的方向上的正向气流并且不朝着焊炬主体90返回。当接触末端100位于焊炬主体90的圆锥形腔体106中时，随着焊炬主体90的机加工沟槽112与接触末端100的机加工沟槽114对齐而在两者之间形成室110，如图所示。另外，图示的室110连接至通道102，该通道输送气体穿过焊炬主体90(即，三者全部流体连通)。室110在引导气流到接触末端100之前总体上接收来自通道102的气体。由于接触末端100和圆锥形腔体106紧密安装的配合面，室110和通道102彼此隔离以防止气体(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)经由通道102逸出。

接触末端100具有供焊丝穿过的中央通道114，并且提供电接触以便与工件22形成电弧32。接触末端100进一步包括输送气体(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)到接触末端100的远端92的多个通道116(例如，绕着中央通道114设置)。在某些实施例中，这些通道116可以绕着中央通道114呈放射状或同轴地定向。此外，可以存在任何合适数量的通道116以便给气体提供从室110到焊炬18的远端92的通路。例如，某些焊炬实施例可以包括绕着中央通道114设置的1、2、3、4、5、6、8、10或12个通道116，以便有效地将气体(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)分散到焊弧和焊药中。

图5图示了从焊炬主体90去除的接触末端100的剖视图。因此接触末端100的匹配部分包括带机加工沟槽112的总体锥形的部分118，该总体锥形的部分通常在形状上匹配以便当装载到焊炬18的主体90中时提供稳固安装。接触末端100包括用于供应焊丝和电力到电弧32的中央通道114，而周围通道116将来自室110的气流(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)传送到电弧32以及由焊药传送部件85提供的焊药流107，该焊药传送部件设置在接触末端100附近(例如，接近、周围或包围)。另外，图6图示了接触末端100的实施例的远端92的透视图。图示的接触末端实施例包括用于提供焊丝和电力到电弧32的中央通道114，而周围通道116提供气流(例如，保护气体、含氟气体或它们的任意混合物)到电弧32和/或由焊药传送部件85提供的焊药。此外，图示的接触末端100包括环绕中央通道114的六个气体传送通道116，然而，应当理解，可以使用任意数量的通道116来传送气流。另外，应当理解，尽管图示的通道116形成绕着中央通道114对称分布的圆孔，但是目前也预想到在电弧32和/或焊药(例如，椭圆形通道、与中央通道114同轴的一个或多个通道、非对称布置等)附近提供气流的任意数量的通道形状或布置。

对于某些实施例，一旦传送焊药、焊丝和含氟气体到焊炬18的接触末端100，据信会发生图7的方框流程图所描述的一系列事件以去除焊缝的扩散氢。过程130的第一步是引导(方框132)焊药流和含氟气流(方框134)到焊炬18的接触末端100的电弧32和/或熔池所处位置处或附近。应当理解，可以控制含氟气流和焊药流两者的流速使得含氟气体可以总体上代替粒状焊药中可能存在的任何残余空气，同时仍然产生基本上未分散的焊药垫(例如，尽管有含氟气流，粒状焊药垫总体上保持覆盖熔池，并且未被明显去除)。还应当理解，对于单独利用保护气流(即，没有含氟气体)的HSAW实施例，焊接过程可以总体上结合在焊弧附近提供焊药流并且使保护气体与粒状焊药完全混合以在基本上不干扰设置在熔池上的焊药垫的情况下替代任何残余空气的类似步骤。

接下来，电弧32中及其附近的条件，即，高电压和高温环境，然后可能开始破坏含氟气体的化学键并且从含氟气体分子释放(方框136)活性物质。本文中所使用的活性物质可以是从含氟气体分解产生的任何残余的自由基(即，F·、CF₃·、C1·)或离子(即，CF₃ ⁺、F^-、Cl^-等)或它们的任意组合。然后，释放的活性物质可以渗透(方框138)熔池的熔融金属。在一个实施例中，含氟气体的一部分可以在释放活性物质之前进入熔池。无论何时释放，熔池中释放的活性物质与熔池中溶解的扩散氢键合(方框140)，从而与其发生反应以形成析出气体(例如，HF、HC1、CF₃H等)。由于析出气体比氢更不易溶于熔融金属中，所以可以在焊缝冷却之前或者当焊缝冷却时从熔融的熔池中释放出来(方框142)，从而得到具有减少的扩散氢含量的焊缝。应该指出的是，释放的活性物质还可以在到达熔池之前与电弧中存在的氢发生反应，从而还可以以预防性的方式减少熔池中的氢含量。

应当理解，在图7所示的实施例的含氟气体中的氟原子的作用是双重的。首先，氟基气体分解产生活性物质，例如，F^-和F·，这些非常适合于在熔覆或形成焊缝金属时与扩散氢发生反应。然而，其次，氟基气体分子结构中的氟原子的更微妙的作用是电子稳定还可以与焊缝中的扩散氢反应的其他反应物质，例如，CF₃ ⁺。

尽管本文中说明并描述了本发明的仅仅某些特征，但是本领域的技术人员可以进行许多修改和变化。因此，应当理解所附权利要求书旨在涵盖落入本发明的真正精神的范围内的所有这些修改和变化。

Claims

1.一种焊接系统，其包括：

供气系统，其存储含氟气体，并且被配置成将含氟气流提供到焊炬组件；

供丝系统，被配置成将焊丝提供到所述焊炬组件；

焊药供应系统，被配置成将粒状焊药流提供到所述焊炬组件的焊药传送部件；以及

所述焊炬组件，包含：

焊丝导管，被配置成传送焊丝到工件附近以形成熔池；

一个或多个气体导管，被配置成传送所述含氟气流到熔池附近；

所述焊药传送部件被配置成将粒状焊药流和由所述一个或多个气体导管传送的含氟气流在熔池附近混合并且配置为沉积所述粒状焊药以在熔池上形成焊药垫；

其中，所述含氟气流和所述粒状焊药两者在所述熔池附近至少部分地提供局部气氛以保护熔池不受外界气氛影响。

2.一种埋弧焊接系统，包括：

供丝系统，被配置成将焊丝提供到所述焊炬组件；

焊药供应系统，被配置成将粒状焊药流提供到所述焊炬组件；并且

所述焊炬组件，包括：

焊丝导管，被配置成传送焊丝到工件附近以形成熔池；

一个或多个气体导管，布置为围绕所述焊丝导管，其中所述一个或多个气体导管被配置成接收来自供气系统的含氟气流以及传送所述含氟气流到熔池附近；以及

焊药传送部件，其围绕所述一个或多个气体导管，其中所述焊药传送部件被配置为接收来自焊药供应系统的粒状焊药流，以及配置为在粒状焊药形成埋覆熔池的焊药垫之前，将粒状焊药流和由所述一个或多个气体导管传送的含氟气流在熔池附近混合；

3.根据权利要求1或2所述的焊接系统，其中所述含氟气流包括氩气、氦气、二氧化碳、氧气、氮气、氢气或它们的组合。

4.根据权利要求1或2所述的焊接系统，其中所述含氟气流包括碳基含氟气体，所述碳基含氟气体选自由CF₄、CF₂Cl₂、CF₃Cl、CF₃H、C₂F₄H₂、C₂FCl₃、C₂F₆、C₃F₆Cl₂和C₄F₇H组成的组。

5.根据权利要求1或2所述的焊接系统，包括焊接电源，所述焊接电源被配置成将直流反接(DCEP)输出、直流正接(DCEN)输出或可变平衡交流输出提供至所述焊炬组件。

6.根据权利要求1或2所述的焊接系统，其中所述粒状焊药包括金红石铝酸盐(AR)、碱性铝酸盐(AB)、碱性氟化铝(AF)、碱性氟化物(FB)或硅酸钙(CS)焊药。

7.根据权利要求1或2所述的焊接系统，

包含气流控制系统，所述气流控制系统配置成控制含氟气流的流速以防止含氟气流干扰在熔池上的焊药垫。

8.根据权利要求7所述的焊接系统，包含连接到多个传感器的控制器，所述多个传感器配置成测量焊接系统的参数和焊接环境的参数，其中控制器配置成至少部分地基于从所述多个传感器接收的测量结果控制气流控制系统、供气系统、供丝系统和焊药供应系统。

9.一种焊接系统，其包括：

焊炬组件，包括：

焊炬主体，包括被配置成使含氟气体流过所述焊炬主体的气体导管；

接触末端，包括被配置成提供含氟气流到熔池附近的一个或多个气体导管，其中所述接触末端被配置成连接至所述焊炬主体，使得所述焊炬主体的所述气体导管与所述接触末端的所述一个或多个气体导管流体连通；以及焊药传送部件，所述焊药传送部件在所述接触末端附近连接到所述焊炬主体，其中所述焊药传送部件被配置成，在沉积粒状焊药以在熔池上形成焊药垫之前，使粒状焊药与所述含氟气流混合，其中所述含氟气流不干扰在熔池上的焊药垫；

10.一种埋弧焊接系统，其包括：

焊炬组件，包括：

接触末端，包括：

中心焊丝导管，配置为从焊丝进给器接收焊丝以及将焊丝传送到工件以形成熔池；和

一个或多个气体导管，布置为围绕所述中心焊丝导管，并且配置为从存储含氟气体的供气系统接收含氟气流以及提供所述含氟气流到熔池附近；以及

焊药传送部件，其围绕所述接触末端的所述一个或多个气体导管，其中所述焊药传送部件被配置成从焊药供应系统接收粒状焊药流，并且配置为在沉积粒状焊药以在熔池上形成焊药垫之前，将粒状焊药流与所述含氟气流在熔池附近混合，其中所述含氟气流不干扰熔池上的焊药垫；

11.根据权利要求9所述的系统，其中所述接触末端包括被配置成将焊丝供应提供至所述熔池的中央焊丝导管，并且其中所述一个或多个气体导管布置为环绕着所述中央焊丝导管。

12.根据权利要求9所述的系统，包括形成在所述焊炬主体与所述接触末端之间的室，当所述接触末端连接至所述焊炬主体时，所述室使所述焊炬主体的所述气体导管连接至所述接触末端的所述一个或多个气体导管。

13.根据权利要求9或10所述的系统，其中所述含氟气体包括保护气体。

14.根据权利要求9或10所述的系统，其中所述含氟气体包含碳基含氟气体，所述碳基含氟气体选自由CF₄、CF₂Cl₂、CF₃Cl、CF₃H、C₂F₄H₂、C₂FCl₃、C₂F₆、C₃F₆Cl₂和C₄F₇H组成的组。

15.一种混合埋弧焊接(HSAW)系统，包含：

混合埋弧焊接焊炬组件，包含：

焊药传送部件，被配置成接收来自焊药传送系统的粒状焊药流以在熔池上形成焊药垫；以及

多个气体导管，布置在焊药传送部件附近并且配置成从存储含氟气体的供气系统接收含氟气流并且传送含氟气流到熔池附近，其中含氟气流配置成在焊药垫形成前取代熔池附近的空气、取代在粒状焊药里的空气，并且配置成一旦焊药垫在熔池上形成，含氟气流不干扰焊药垫；

16.一种混合埋弧焊接(HSAW)系统，包括：

混合埋弧焊接焊炬组件，包括：

接触末端，其包括：

中心焊丝导管，配置为从供丝系统接收焊丝和将焊丝传送到工件附近以形成熔池；以及

多个气体导管，布置为围绕焊丝导管，其中所述多个气体导管配置为从存储含氟气体的供气系统接收含氟气流以及传送所述含氟气流到熔池附近；以及

焊药传送部件，其围绕所述多个气体导管，其中所述焊药传送部件配置为从焊药传送系统接收粒状焊药流，以及配置为在粒状焊药形成埋覆熔池的焊药垫之前，将粒状焊药流和由所述多个气体导管传送的含氟气流在熔池附近混合；

17.根据权利要求15或16所述的系统，其中所述含氟气流包含保护气体。

18.根据权利要求15或16所述的系统，其中所述含氟气流包含碳基含氟气体，所述碳基含氟气体选自由CF₄、CF₂Cl₂、CF₃Cl、CF₃H、C₂F₄H₂、C₂FCl₃、C₂F₆、C₃F₆Cl₂和C₄F₇H组成的组。

19.根据权利要求15或16所述的系统，包含气流控制系统，配置成控制含氟气流的流速，以防止含氟气流干扰在熔池上形成的焊药垫。

20.根据权利要求15或16所述的系统，包含控制器，所述控制器配置成至少地部分基于从连接到控制器且测量混合埋弧焊接系统和焊接环境的参数的传感器接收的测量结果来控制混合埋弧焊接系统。

21.根据权利要求20所述的系统，其中控制器配置成至少部分地基于从混合埋弧焊接焊炬组件的控制开关接收的信号来控制所述混合埋弧焊接系统。

22.根据权利要求15或16所述的系统，其中焊药传送系统配置成在保护气体的气氛中将粒状焊药存储在焊药漏斗里直到粒状焊药被提供到混合埋弧焊接焊炬组件的焊药传送部件。

23.一种焊接系统，其包括：

供气系统，其存储含氟气体，并且被配置成提供含氟气流；

供丝系统，被配置成提供焊丝；

焊药供应系统，被配置成在埋弧焊(SAW)期间在焊弧附近提供焊药；以及

焊炬组件，被配置成接收所述含氟气流和所述焊丝并且在所述埋弧焊(SAW)期间在所述焊弧附近传送所述含氟气流和所述焊丝；

其中，所述含氟气流和所述焊药两者在熔池附近至少部分地提供局部气氛以保护熔池不受外界气氛影响。

24.根据权利要求23所述的焊接系统，其中所述焊炬组件被配置成接收所述焊药并且在所述焊弧附近使所述焊药与所述含氟气流混合。

25.根据权利要求23所述的焊接系统，其中所述含氟气流包括氩气、氦气、二氧化碳、氧气、氮气、氢气或它们的组合。

26.根据权利要求23所述的焊接系统，其中所述含氟气流包括四氟化碳。

27.根据权利要求23所述的焊接系统，其中所述焊药供应系统连接至所述供气系统并且被配置成将与所述含氟气流预混合的所述焊药提供至所述焊炬组件。

28.根据权利要求23所述的焊接系统，包括焊接电源，所述焊接电源被配置成将直流反接(DCEP)输出、直流正接(DCEN)输出或可变平衡交流输出提供至所述焊炬组件。

29.根据权利要求23所述的焊接系统，其中所述焊药包括金红石铝酸盐(AR)、碱性铝酸盐(AB)、碱性氟化铝(AF)、碱性氟化物(FB)或硅酸钙(CS)焊药。

30.一种焊接系统，其包括：

焊炬组件，包括：

焊炬主体，包括被配置成使含氟气体流动通过所述焊炬主体的气体导管；

接触末端，包括被配置成使所述含氟气体流动到焊弧附近的一个或多个气体导管，其中所述接触末端被配置成连接至所述焊炬主体，使得所述焊炬主体的所述气体导管与所述接触末端的所述一个或多个气体导管流体连通；以及

焊药传送部件，被配置成传送粒状焊药到所述焊弧附近，其中所述焊药传送部件在所述接触末端附近连接至所述焊炬主体并且被配置成使所述粒状焊药与所述含氟气体混合；

其中，所述含氟气体和所述粒状焊药两者在熔池附近至少部分地提供局部气氛以保护熔池不受外界气氛影响。

31.根据权利要求30所述的系统，其中所述接触末端包括被配置成将焊丝供应提供至所述焊弧的中央焊丝导管，并且其中所述一个或多个气体导管布置为环绕所述中央焊丝导管并且和中央焊丝导管同轴。

32.根据权利要求30所述的系统，其中焊药传送部件配置成在焊弧附近将粒状焊药和所述含氟气体混合。

33.根据权利要求30所述的系统，其中接触末端的所述一个或多个气体导管配置成使所述含氟气体以不干扰布置在熔池上面的粒状焊药垫的流速流动到焊弧附近并流动到粒状焊药垫上方。

34.根据权利要求30所述的系统，其中粒状焊药包括中性、半中性、酸性、碱性或活性粒状焊药流。

35.根据权利要求30所述的系统，其中所述含氟气体包括四氟化碳。

36.根据权利要求30所述的系统，包括形成在所述焊炬主体与所述接触末端之间的室，当所述接触末端连接至所述焊炬主体时，所述室使所述焊炬主体的所述气体导管连接至所述接触末端的所述一个或多个气体导管。

37.根据权利要求30所述的系统，其中所述含氟气体包括保护气体。

38.根据权利要求30所述的系统，其中所述焊炬组件是埋弧焊焊炬组件或混合埋弧焊焊炬组件。

39.一种焊接方法，包括：

在进行的埋弧焊(SAW)熔池附近传送含氟气流和粒状焊药流；以及

在所述进行的埋弧焊熔池上沉积所述粒状焊药流以形成焊药垫；

其中，所述含氟气流和所述粒状焊药流两者在所述熔池附近至少部分地提供局部气氛以保护熔池不受外界气氛影响。

40.根据权利要求39所述的方法，其中所述含氟气流和所述粒状焊药流在沉积所述粒状焊药流以形成所述焊药垫之前混合。

41.根据权利要求40所述的方法，其中所述含氟气流和所述粒状焊药流在沉积所述粒状焊药流以形成所述焊药垫之前在焊炬组件内混合在一起。

42.根据权利要求39所述的方法，其中所述含氟气流具有被配置成防止所述含氟气流将所述焊药垫的粒状焊药移位的流速。

43.根据权利要求39所述的方法，其中所述粒状焊药流包括中性、半中性、酸性、碱性或活性粒状焊药流。

44.根据权利要求39所述的方法，包括传送焊丝到工件，其中所述焊丝被配置成当在所述焊丝上施加电流时与所述工件形成焊弧。

45.根据权利要求44所述的方法，其中所述电流包括直流反接(DCEP)电流、直流正接(DCEN)电流或可变平衡交流电流。