單面埋弧焊雙面成型的FCB——埋弧焊(3)

1.概念

單面埋弧焊雙面成型的FCB——埋弧焊(3)

圖所示為 PCB 法焊接工藝過程和焊接設備佈置圖 。帶機械裝置的特 制銅合金襯墊位於準備焊接的平板下面 ,焊接開始前 ,特製銅襯墊上需均勻敷 設一定厚度的背面襯墊焊劑 ( 通常為 4-7 mm 左右〉,隨即使用壓縮空氣管等頂壓裝置將敷設好背面焊劑的銅襯墊緊密貼合到準備焊接的大平板背面 ,壓力應適宜, 焊接時平板將由其下均勻分佈的電磁吸力裝置有效固定 ,焊接機(由2 到 3 根焊接電極) 則由拼板縫一端向另一端行進從而完成焊接 。

FCB 法主要技術特點如下 :

++ 高效焊接:熱輸入量較高 ,一次單向焊接即可完成較厚鋼板的對接焊生產。多絲焊接工藝合理的設定可改善熱源形態和溫度場分佈,改善焊接熱循環 ,分解熱輸入量 ,為快速焊接創造條件。

++單面焊雙面成形 :避免了大平板縫翻身檢查反面焊道的需求;

++ 電弧在顆粒狀焊劑和熔渣組成的保護層下放電 ,因此外面看不見電弧;

++由於烙渣的淨化和保護作用 ,焊縫質量和成形優 良。

++ 背面焊劑主要作用是輔助形成光滑的根部焊道,同時在較高的熱輸入量環境下具有良好支撐熔池的 能力因此需要很高的耐熱性 。它通常不參與焊接冶金過程,因而通常不與熔池發生合金化反應 。此外,背面焊劑對其受壓的緊實度有要求,將影響焊縫背面成形。

++ 背面焊劑下的銅襯墊不直接接觸熔敷金屬 ,焊接過程中不需要專門的冷卻裝置。

2. 注意問題;

2.1焊接前,把板材坡口上下兩側 50mm 範圍內的鐵鏽及氧化皮去除乾淨,至露出金屬光澤為宜。正面焊劑在使用前 200℃ 烘乾,保溫 2h 。 銅板上鋪襯墊焊劑厚度為 6mm 。

2.2

單面埋弧焊雙面成型的FCB——埋弧焊(3)

2.3

焊劑實際化學成分 (質量分數Wt.%)

焊劑

Si02+ MnO+ Ti02

CuO+MgO

Fe

Si02

MnO

T.CaO

Al203

MgO

T.Fe

正面

22

33

36

16

背面

31

1

15

7

35

5

表面焊劑牌號:NSH-50;符合標準:JIS Z3352 FS-BT1;表面焊劑牌號:NSH-1R

表面焊劑是在保證大線能量焊接條件下具有良好的工藝性能,保證焊縫金屬的力學性能。它配合焊絲向坡口過渡熔敷金屬,完成填充任務。襯墊焊劑在焊接過程中發生固化,防止熔化金屬從背面流出,可形成光滑的表面,並參與合金化反應,保證反面焊縫具有一定的成型高度。襯墊焊劑應具有適宜的熔點、固化強度,以避免焊接時的未熔合和燒穿,而且還應該有一定的抗氣孔能力, 其固化速度應該與焊接速度同步

MgO 作為調整熔渣鹼度的主要造渣劑, 保證焊縫金屬的純淨度和改善脫渣性,而且 MgO 熔點較高,能提高焊劑的熔點,提高熔渣的粘度,抑制熔渣的流動性;如果MgO 加入量較少, 其熔點較低,焊接過程中全部熔化,未能托住熔池,從而導致熔敷金屬流出未能形成良好的焊縫。

SiO2 是主要的酸性氧化物,有減少熔渣鹼度的作用,能夠降低熔渣的熔點,改善熔渣的流動性,同時能降低熔渣表面張力的作用, 可以減少熔渣與液態金屬之間的粘著力, 有利於改善脫渣; MnO 有利於焊縫中 Mn元素的過渡,降低 γ→α 轉變溫度,從而抑制高溫鐵素體的形成,對焊縫中針狀鐵素體的形成有利 ,熔渣的流動性不夠,焊縫出現嚴重的咬邊現象, 應適當提高 MnO 的含量;

焊劑中加入少量TiO2 能有效改善熔渣的流動性,促使焊縫金屬還原產物的聚集並把它們排除到熔渣中,隨著 TiO2 量的增加,其脫渣能力變好,焊縫變得光滑無瑕疵,同時還能增加熔渣導電性,提高電弧穩定性,在熔渣中能與 MgO ,CaO 交互作用產生鈦鈣礦( CaO.TiO2 ),這種礦物有較高的結晶性, 其結晶溫度在 1400℃ ,能使焊劑熔化溫度提高,更好地保護熔池,使其脫渣性改善,獲得優良的焊縫.

配焊劑均由各種礦物原料混合而成。試驗主要考查焊劑的脫渣性、焊縫的均勻性及其表面光滑度、有無氣孔、咬邊、壓痕等

2.4 終端裂紋預防和改進措施

單面焊接不需要翻身鋼板,從一面完成焊接,與兩面焊接相比,單面焊接的缺點是終端裂紋。

封固法,也稱為階梯法拘束焊接工藝:是首先在焊縫端部一定長度的焊縫坡口(比如 500 mm) ,使用其它焊接方法 (比如 FCAW )進行階梯法約束焊接,如圖 所示 。

採用的焊接材料與母材相匹配,然後完成FCB法焊接, 對引熄弧板的裝焊無嚴格的工藝設計要求。該法的優點主要體現在:焊縫兩端不易被焊穿,焊縫正面成型優良;其缺點主要體現在:焊接過程中由於剛性固定的焊縫坡口 ,因約束過強從而導致焊縫不能自由伸縮,焊接熱應力擴散受阻。在焊縫終端附近較容易產生終端裂紋外的熱應力裂紋和板面起拱現象,特別是焊接中薄板時。由於焊縫端部加焊的原因 ,FCB法焊接時有可能出現焊不透的情況。因 此焊後通常需要仰面背扣去除缺陷的處理方式,工作量相當大,返修週期長。重複作業造成大量資源浪費 ,增加生產成本,影響生產進度 。

階梯法拘束焊接工藝的使用可以避免加焊部位產生終端裂紋 。但因複雜的焊接應力 ,焊縫終端裂紋發生位置比較分散和無規律性,質量不穩定 。從而增加超聲波探傷工作量,對檢測焊接缺陷 的準確性有影響。不能很好體現FCB 法優點和高效性。

為了避免定位焊兩端產生裂紋,定位焊的引、熄弧點嚴禁位於定位焊縫的兩端按電磁鐵按鈕,吸緊拼板工件,並開啟壓縮空氣,壓縮空氣軟管充氣壓力為0.12MPa

單面埋弧焊雙面成型的FCB——埋弧焊(3)

A 封固 焊底 層 ;B 封固焊 上 層 :C 一引弧板上切圓形 槽

3. 工藝分析

3.1焊接參數分析

現場焊接生產工藝參數

單面埋弧焊雙面成型的FCB——埋弧焊(3)

結果顯示 :無一例外,前弧電壓總是小於後弧電壓,電壓由小到大排列順序為 : L 電壓設置可以保證獲得的熔池形成前小後大 、雙橢圓部分 疊加的形狀 ,在共熔池位置處母材會經歷兩次加熱過程 ,因此可減少產生成形缺 陷的可能性,從而獲得良好的焊縫成形 。另外,該電流的設置不僅可以提 高焊接 速度 ,還極大改善了 熱源形態和溫度場分佈 ,從而實現 FCB 法的高速焊接

3.2 宏觀金相試驗分析

單面埋弧焊雙面成型的FCB——埋弧焊(3)

如圖所示為 FCB 法焊接工藝評定試驗時,焊件橫截面的宏觀金相試驗照 片。評定試驗使用母材等級和焊材相同 ,板厚不同 (分別為 14 mm, 20 mm 和 30 mm )。隨著板厚的增加,船廠的工藝要求為根部間 隙不變、逐步減少坡口角度 、 適當增加鈍邊尺寸 、相應的也使用更大的熱輸入量用於焊接 。焊接結束後 ,焊縫 金屬區寬深比 ( b/t, b 、t 分別為坡口寬度和深度,單位:mm ) 變化情況大約分別 為 25/14=1.79, 30/20=1.5,42/30=1.4 。

當坡口寬深比 b/t=3/2 時,形成焊縫質量優良,此時由於液相不會駐留於焊縫心部 , 有效減少產生熱裂紋的傾向 。

綜上所述 ,在不改變焊接參數及現有熔化電極佈置的情況下 ,可考慮根據板厚優化坡口設計,薄板可適當減小坡口角度 :厚板可適當增大坡口角度 。

單面埋弧焊雙面成型的FCB——埋弧焊(3)

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