埋弧横焊焊剂配方设计与工艺试验developmentandexperimentontransversesubmerged
摘 要摘 要埋弧焊是焊接中厚板常用的焊接方法，它常规用在平焊、角焊位置的焊接。埋弧横焊是衍生于埋弧焊的一种特种焊接方法。它通过使用机械工装来撑托住焊剂，使焊剂免除重力的不良影响，紧紧敷在工件表面，来实现焊接操作。并使用熔渣粘度较大的特殊焊剂来撑托住熔池，顺利形成焊缝，实现埋弧横焊。为了熟悉焊剂的制作方法，本课题试制了SJ101焊剂，并将其应用于横焊，结果并不理想。横焊焊剂需要具有较大的熔渣粘度来适应横焊，同时也需要具有较好的焊缝成型性及脱渣性,常规焊剂不能满足这些。这需要合适的渣系，合适的配方。本课题经过多次试验、筛选，最终研制了一种渣系为CaF2-Al2O3-CaO，碱度为1.31的横焊焊剂。它能够满足横焊的特殊要求，也能满足较好的工艺性。本课题研制了实现横焊的工装，研制了满足横焊要求的横焊焊剂。关键词埋弧横焊，焊剂，熔渣粘度，焊缝成型
目 录
第一章 绪论 1
1.1 立项背景与研究意义 1
1.1.1 立项背景 1
1.1.2 研究意义 3
1.2 埋弧横焊应用现状 4
1.3 埋弧横焊焊剂的研究现状 5
1.4 本课题研究的内容 7
第二章 实验设备及工装的设计 8
2.1 埋弧焊设备 8
2.1.1 焊接电源 8
2.1.2 送丝机构 9
2.1.3 焊枪 9
2.1.4 控制箱 10
2.2 工装的设计 10
2.3 本章小结 11
第三章 焊剂配方的设计及焊剂制作 12
3.1 引言 12
3.2 焊剂配方的设计 12
3.2.1焊剂成分的作用 12
3.2.2 焊剂的原材料 13
3.2.3 焊剂渣系的选择 14
3.2.4 焊剂碱度的确定 15
3.2.5 焊剂配方的设计 15
3.3 焊剂的制作 17
3.3.1 实验材料 17
3.3.2 实验过程 17
3.4 本章小结 20
第四章 焊剂工艺性试验 21
4.1 引言 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.2 试验材料 21
4.2.1 改装埋弧横焊焊机 21
4.2.2 Q235钢材 21
4.2.3 CHS506焊丝 22
4.2.4 焊剂 22
4.2.5 工装 22
4.3 试验参数 23
4.4 焊接试验 23
4.4.1 配方a焊接试验 23
4.4.2 配方b焊接试验 24
4.4.3 配方c焊接试验 24
4.4.4 SJ101焊接试验 25
4.4.5 实验分析 25
4.5 横焊焊剂b工艺性分析 26
4.5.1 不同电流电压焊接效果 26
4.5.2 焊缝成型分析 27
4.5.3 焊缝组织分析 28
4.6 本章小结 29
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
第一章 绪论
1.1 立项背景与研究意义
1.1.1 立项背景
埋弧焊是现代工业中应用相当广泛的一种高效焊接方法，它起源于20世纪70年代。它具有生产效率高、机械化程度高、焊缝质量好、劳动条件好等优点。它又称为焊剂层下自动电弧焊。焊接时无弧光，烟尘小。首先，埋弧焊使用大线能量输入，熔池熔深大、焊丝的熔敷率高，大大提高了生产效率。同时，因为使用埋弧焊剂，减少了焊接热的散失，降低了熔化金属的飞溅，调节和稳定了焊缝金属成分，并且无弧光辐射，从而提高了焊缝质量，改善了劳动条件。埋弧焊广泛应用在现代重工业领域，如建筑，船舶，钢铁制造业，适用于低碳钢、不锈钢、镍基合金、低合金钢、铜及其合金的焊接。随着科学技术的进步，社会的发展，国内外工业应用和焊接加工技术研究的重点，是如何推广、应用高效化的焊接技术比如埋弧焊[1]。因为埋弧焊具有线能量大，能够厚板焊接，并且成本适宜，焊剂调节方便，能够实现自动化或半自动化焊接。所以埋弧焊是现代造船行业和大型储罐等重工业常用的机械化焊接方法[2]。
一方面，随着中国经济的发展，世界形势竞争与合作日益加强，石油等不可再生资源的消耗不断增多，加强石油储备已经成为了国家的战略措施，它关系到国家的安全和发展。所以，石油储罐的发展，已经成为了国家发展的重要一步。石油储罐是大型立式结构，目前有5,10,15万m3等容量。焊接是石油储罐的主要制造工序[3]。焊接质量的优劣，决定了石油储罐的质量优劣。大型石油储罐通常由厚板焊接而成，并且焊接位置较高，且不方便室内焊接，手工电弧焊、CO2气体保护焊都不适合大规模焊接大型石油储罐。而埋弧自动焊技术是焊接石油储罐的主要焊接技术。
另一方面，海洋资源日益得到全世界的重视，陆地不可再生资源的消耗殆尽，开发海洋资源不可避免也箭在弦上。无论是船舶的焊接，还是海洋平台的建造，都需要进行大量的焊接。船舶结构复杂，服役的环境又比较极端，接口部位全是由焊接完成，焊接工作量大约占船体建造中的70%，焊接成本占船体总建造成本的30%50%。造船行业中流行这样一句话：造船，就是玩焊接。船舶是一个非常复杂、庞大的钢结构体。现代船舶吨位越来越大，吨位的提高，相应地就要提高船体的强度。此时，船体使用的钢材厚度就会相应地增加。当然，也有一些特种船舶，如军舰，潜艇，会使用高强钢，特种钢，这些材料具有很高的强度，较轻的质量。板厚增加，使用气体保护焊很难达到深熔深，甚至单面焊双面成型。并且，埋弧焊具有劳动条件好，自动化程度高，焊接线能量大等优点，可以降低生产周期。各大造船厂为了降低生产周期，提高生产力，都会积极应用埋弧焊。埋弧焊经常被应用于造船中的厚板对接焊。虽然目前船厂中气体保护焊应用很广，但气体保护焊具有一些缺点，比如弧光大，工人作业环境不好。
在埋弧焊中，焊剂的铺洒必不可少。水平位置的焊接，焊剂的铺洒没有难度，当应用到埋弧横焊时，焊剂会因为重力的作用往下坠落，无法进行正常焊接。很多研究者开发出辅助工装进行埋弧横焊。比如吉林吉化的研究者就研制出使用衬带来衬托住焊剂[4]，原理见图1.1。也有研究者研究开发出磁性焊剂[5]，但并未得到推广。对于埋弧横焊的研究，目前有两个方向。一是进行磁性焊剂的研制，但比较困难，研究成果没有得到广泛应用。二是利用工装来撑托住焊剂，进行横位置焊接，此方法目前正在被研究、应用。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 立项背景与研究意义 1
1.1.1 立项背景 1
1.1.2 研究意义 3
1.2 埋弧横焊应用现状 4
1.3 埋弧横焊焊剂的研究现状 5
1.4 本课题研究的内容 7
第二章 实验设备及工装的设计 8
2.1 埋弧焊设备 8
2.1.1 焊接电源 8
2.1.2 送丝机构 9
2.1.3 焊枪 9
2.1.4 控制箱 10
2.2 工装的设计 10
2.3 本章小结 11
第三章 焊剂配方的设计及焊剂制作 12
3.1 引言 12
3.2 焊剂配方的设计 12
3.2.1焊剂成分的作用 12
3.2.2 焊剂的原材料 13
3.2.3 焊剂渣系的选择 14
3.2.4 焊剂碱度的确定 15
3.2.5 焊剂配方的设计 15
3.3 焊剂的制作 17
3.3.1 实验材料 17
3.3.2 实验过程 17
3.4 本章小结 20
第四章 焊剂工艺性试验 21
4.1 引言 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.2 试验材料 21
4.2.1 改装埋弧横焊焊机 21
4.2.2 Q235钢材 21
4.2.3 CHS506焊丝 22
4.2.4 焊剂 22
4.2.5 工装 22
4.3 试验参数 23
4.4 焊接试验 23
4.4.1 配方a焊接试验 23
4.4.2 配方b焊接试验 24
4.4.3 配方c焊接试验 24
4.4.4 SJ101焊接试验 25
4.4.5 实验分析 25
4.5 横焊焊剂b工艺性分析 26
4.5.1 不同电流电压焊接效果 26
4.5.2 焊缝成型分析 27
4.5.3 焊缝组织分析 28
4.6 本章小结 29
结 论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
第一章 绪论
1.1 立项背景与研究意义
1.1.1 立项背景
埋弧焊是现代工业中应用相当广泛的一种高效焊接方法，它起源于20世纪70年代。它具有生产效率高、机械化程度高、焊缝质量好、劳动条件好等优点。它又称为焊剂层下自动电弧焊。焊接时无弧光，烟尘小。首先，埋弧焊使用大线能量输入，熔池熔深大、焊丝的熔敷率高，大大提高了生产效率。同时，因为使用埋弧焊剂，减少了焊接热的散失，降低了熔化金属的飞溅，调节和稳定了焊缝金属成分，并且无弧光辐射，从而提高了焊缝质量，改善了劳动条件。埋弧焊广泛应用在现代重工业领域，如建筑，船舶，钢铁制造业，适用于低碳钢、不锈钢、镍基合金、低合金钢、铜及其合金的焊接。随着科学技术的进步，社会的发展，国内外工业应用和焊接加工技术研究的重点，是如何推广、应用高效化的焊接技术比如埋弧焊[1]。因为埋弧焊具有线能量大，能够厚板焊接，并且成本适宜，焊剂调节方便，能够实现自动化或半自动化焊接。所以埋弧焊是现代造船行业和大型储罐等重工业常用的机械化焊接方法[2]。
一方面，随着中国经济的发展，世界形势竞争与合作日益加强，石油等不可再生资源的消耗不断增多，加强石油储备已经成为了国家的战略措施，它关系到国家的安全和发展。所以，石油储罐的发展，已经成为了国家发展的重要一步。石油储罐是大型立式结构，目前有5,10,15万m3等容量。焊接是石油储罐的主要制造工序[3]。焊接质量的优劣，决定了石油储罐的质量优劣。大型石油储罐通常由厚板焊接而成，并且焊接位置较高，且不方便室内焊接，手工电弧焊、CO2气体保护焊都不适合大规模焊接大型石油储罐。而埋弧自动焊技术是焊接石油储罐的主要焊接技术。
另一方面，海洋资源日益得到全世界的重视，陆地不可再生资源的消耗殆尽，开发海洋资源不可避免也箭在弦上。无论是船舶的焊接，还是海洋平台的建造，都需要进行大量的焊接。船舶结构复杂，服役的环境又比较极端，接口部位全是由焊接完成，焊接工作量大约占船体建造中的70%，焊接成本占船体总建造成本的30%50%。造船行业中流行这样一句话：造船，就是玩焊接。船舶是一个非常复杂、庞大的钢结构体。现代船舶吨位越来越大，吨位的提高，相应地就要提高船体的强度。此时，船体使用的钢材厚度就会相应地增加。当然，也有一些特种船舶，如军舰，潜艇，会使用高强钢，特种钢，这些材料具有很高的强度，较轻的质量。板厚增加，使用气体保护焊很难达到深熔深，甚至单面焊双面成型。并且，埋弧焊具有劳动条件好，自动化程度高，焊接线能量大等优点，可以降低生产周期。各大造船厂为了降低生产周期，提高生产力，都会积极应用埋弧焊。埋弧焊经常被应用于造船中的厚板对接焊。虽然目前船厂中气体保护焊应用很广，但气体保护焊具有一些缺点，比如弧光大，工人作业环境不好。
在埋弧焊中，焊剂的铺洒必不可少。水平位置的焊接，焊剂的铺洒没有难度，当应用到埋弧横焊时，焊剂会因为重力的作用往下坠落，无法进行正常焊接。很多研究者开发出辅助工装进行埋弧横焊。比如吉林吉化的研究者就研制出使用衬带来衬托住焊剂[4]，原理见图1.1。也有研究者研究开发出磁性焊剂[5]，但并未得到推广。对于埋弧横焊的研究，目前有两个方向。一是进行磁性焊剂的研制，但比较困难，研究成果没有得到广泛应用。二是利用工装来撑托住焊剂，进行横位置焊接，此方法目前正在被研究、应用。
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