fcb埋弧焊衬垫焊剂配方设计与工艺试验(附件)【字数：12919】
摘 要摘 要FCB法是一种应用于船用大平板对接单面焊双面成形的焊接技术。它是在铜衬垫上撒布一层4-6mm衬垫焊剂，通过使用简易顶升装置，使工件与焊剂贴紧，从正面施行焊接，就可以达到单面焊接双面成形的结果。衬垫焊剂在受热固化后，会强制背面焊缝成型。衬垫焊剂的热固化性能对获得高质量的背面焊缝的影响巨大。为了熟悉焊剂的制作方法，本课题先根据FCB埋弧焊的特点和冶金反应过程来确定焊剂成分的含量,进行了基础焊剂的试制。为了获得良好的背面焊缝成型及脱渣性，还需要选择合适的渣系。本课题研制了一种渣系为MgO-CaO-SiO2、碱度为1.67的烧结焊剂作为基础焊剂。衬垫焊剂是由表面的树脂膜和基础焊剂两部分组成。将基础焊剂根据铸造覆膜机理进行覆膜。本课题选择的固化剂是2402树脂，辅以乌洛托品能在高温下能够将基础焊剂固化成块，衬托焊缝背面金属，达到背面成形的效果，满足FCB法衬垫焊剂的要求。本课题研究了2402树脂的固化机理、固化效果与树脂加入量、固化温度和固化时间之间的关系。并研究了自制焊剂的焊接工艺性及其焊得焊缝的机械性能。关键词FCB埋弧焊；衬垫焊剂；2402树脂；固化反应
目 录
第一章 绪 论 1
1.1课题研究背景及目的 1
1.2焊剂的发展状况 5
1.3 FCB法焊接材料现状 6
1.4本课题研究内容 7
第二章 焊剂的设计 9
2.1引言 9
2.2基础焊剂的成分设计 9
2.2.1碱度和渣系的确定 9
2.2.2 成分比例的确定 10
2.3 粘结剂的选择 11
2.3.1 焊剂的固化要求 11
2.3.2 2402树脂及其固化原理 13
2.3.3固化剂乌洛托品 13
第三章 焊剂的制备 15
3.1引言 15
3.2基础焊剂的制备 15
3.2.1基础焊剂原料 15
3.2.2 基础焊剂制作仪器 15
3.2.3基础焊剂制作过程 16
3.3基础焊剂的覆膜 17
3.3.1覆膜仪器 17
3.3.2 确定加入2402的树脂量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
17
3.3.3衬垫焊剂的质量和颗粒度 19
3.4本章小结 20
第四章 焊剂的热固化性能实验 21
4.1引言 21
4.2实验设备 21
4.3 固化性能与树脂含量、固化温度之间的关系 21
4.3.1焊剂在不同温度下的固化率 21
4.3.2焊剂在不同温度下的固化效果 22
4.3.3焊剂在不同温度下的固化强度 23
4.4固化性能与固化时间的关系 25
4.4.1固化时间的定义 25
4.4.2固化时间的影响试验 25
4.5本章小结 26
第五章 焊剂的工艺性试验 27
5.1引言 27
5.2焊前准备 27
5.2.1 FCB埋弧焊装置的设计 27
5.2.2试验装置及材料 27
5.2.3焊接装配 28
5.3焊剂的焊接工艺性 29
5.3.1焊剂的脱渣性 29
5.3.2焊缝的焊缝成形 30
5.4焊缝接头的金相分析 31
5.4.1自制焊剂的接头金相分析 31
5.4.2进口焊剂的接头金相分析 32
5.5焊缝的机械性能 33
5.5.1试验材料及仪器 33
5.5.2焊缝的机械性能分析 33
5.6本章小结 34
结 论 35
致 谢 36
参考文献 37
第一章 绪 论
1.1课题研究背景及目的
埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧的焊接方法。由于电弧受到了焊剂堆的保护，使得其有着焊接质量稳定、无弧光及烟尘很少的优点，而且埋弧焊自动化程度高，生产效率高。因此其在造船、压力容器、铁路车辆、发电设备、重型机械、海洋设备及核电设备等重工业的制造中应用广泛[1]。随着焊接工作人员的不断创新和发展，埋弧焊技术趋于成熟完善。
焊接技术在船舶建造中起着重要的作用，焊接技术将一块块钢板连接成船。船舶焊接作业不仅工作量大，约占船体建造工时的30%—40%，而且因船舶的复杂结构和恶劣的服役环境对焊接技术有着严格的技术要求。先进高效的船舶焊接技术,在提高船舶建造效率、降低船舶建造成本、提高船舶建造质量等方面具有举足轻重的作用，也是造船企业提高经济效益的有效途径[2]。伴随着国际船舶市场的发展和需求的扩大，船舶焊接由传统焊条电弧焊向高效机械化、自动化方向转变。机械化和自动化程度成为衡量现代造船企业生产能力的指标。
自20世纪60年代以来，埋弧自动焊广泛用于船板的对接。1963年瑞典的阿伦达尔船厂开创了平面分段装焊的先河，拼板采用双面焊，先焊接完成一面后，再将板材翻过来进行另一面的焊接。70年代，日本开发出采用单面焊的拼板焊接，即采用一定的焊接材料,以特殊的操作方法在坡口正面进行焊接后保证坡口正反两面都能得到双面成形焊缝的一种焊接方法[3]。随着船舶的大型化，用于对接的船板也越来越大，欧洲式平面分段流水线的缺点越来越突出，焊接表面后又需要对背面继续施焊，这大大增加了焊接的工作量。同时，随着世界制造中心的迁移，日本、韩国逐渐成了世界造船中心，大大促进了日本平面分段流水线的发展。现代，各船厂关心的问题是如何提高焊接的质量与效率、有效的减少焊接工时，缩短造船的周期以及降低修造船成本。实现船舶工业快速可持续发展的关键是缩短造船的周期，推广高效焊接技术[4]。因此，单面焊双面成形的技术在船厂得到了迅速地推广和发展。
在埋弧焊的发展过程中，逐渐研发出来了一些比较先进的工艺，已经大幅度提高了埋弧焊生产效率，比如目前各大造船厂使用较多的埋弧单面焊双面成型技术[5]。单面埋弧焊接技术既省掉了双面焊对打底焊道的碳弧清根，在焊接时又不用翻转钢板，能很大程度的节省生产时所需要的成本和时间。焊接技术发展的方向是，实现自动化的同时可以提高生产效率、保证焊接质量、改善劳动条件。广泛用于世界各国造船厂的单面埋弧焊接法，焊缝质量好效率高，已然成为现代工业必备的环节[6,7,8]。它使得船厂生产快捷、改良了复杂的工序，生产率和周转率得到明显提高。这些实践已经说明，现代化造船所需要的是这样的技术[9]。
同时高效化的埋弧焊焊接技术也在不断地改进，国内外的焊接加工技术的研究与应用的趋势就是怎样再次提高埋弧焊的生产效率。为此，船企一直以来都在研究更加优秀的埋弧焊技术。上世纪80年代，日本首先将衬垫焊的焊接方法应用于船体建造中，增加效率的效果显著。常见的衬垫有陶质衬垫、铜衬垫(CB)、热固化焊剂垫(RF)、焊剂铜衬垫(FCB)、焊剂铝衬垫、玻璃纤维布衬垫等等。应用较多的有陶质衬垫法、铜衬垫法、热固化焊剂垫法、焊剂铜衬垫法[10,11]。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1课题研究背景及目的 1
1.2焊剂的发展状况 5
1.3 FCB法焊接材料现状 6
1.4本课题研究内容 7
第二章 焊剂的设计 9
2.1引言 9
2.2基础焊剂的成分设计 9
2.2.1碱度和渣系的确定 9
2.2.2 成分比例的确定 10
2.3 粘结剂的选择 11
2.3.1 焊剂的固化要求 11
2.3.2 2402树脂及其固化原理 13
2.3.3固化剂乌洛托品 13
第三章 焊剂的制备 15
3.1引言 15
3.2基础焊剂的制备 15
3.2.1基础焊剂原料 15
3.2.2 基础焊剂制作仪器 15
3.2.3基础焊剂制作过程 16
3.3基础焊剂的覆膜 17
3.3.1覆膜仪器 17
3.3.2 确定加入2402的树脂量 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
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3.3.3衬垫焊剂的质量和颗粒度 19
3.4本章小结 20
第四章 焊剂的热固化性能实验 21
4.1引言 21
4.2实验设备 21
4.3 固化性能与树脂含量、固化温度之间的关系 21
4.3.1焊剂在不同温度下的固化率 21
4.3.2焊剂在不同温度下的固化效果 22
4.3.3焊剂在不同温度下的固化强度 23
4.4固化性能与固化时间的关系 25
4.4.1固化时间的定义 25
4.4.2固化时间的影响试验 25
4.5本章小结 26
第五章 焊剂的工艺性试验 27
5.1引言 27
5.2焊前准备 27
5.2.1 FCB埋弧焊装置的设计 27
5.2.2试验装置及材料 27
5.2.3焊接装配 28
5.3焊剂的焊接工艺性 29
5.3.1焊剂的脱渣性 29
5.3.2焊缝的焊缝成形 30
5.4焊缝接头的金相分析 31
5.4.1自制焊剂的接头金相分析 31
5.4.2进口焊剂的接头金相分析 32
5.5焊缝的机械性能 33
5.5.1试验材料及仪器 33
5.5.2焊缝的机械性能分析 33
5.6本章小结 34
结 论 35
致 谢 36
参考文献 37
第一章 绪 论
1.1课题研究背景及目的
埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧的焊接方法。由于电弧受到了焊剂堆的保护，使得其有着焊接质量稳定、无弧光及烟尘很少的优点，而且埋弧焊自动化程度高，生产效率高。因此其在造船、压力容器、铁路车辆、发电设备、重型机械、海洋设备及核电设备等重工业的制造中应用广泛[1]。随着焊接工作人员的不断创新和发展，埋弧焊技术趋于成熟完善。
焊接技术在船舶建造中起着重要的作用，焊接技术将一块块钢板连接成船。船舶焊接作业不仅工作量大，约占船体建造工时的30%—40%，而且因船舶的复杂结构和恶劣的服役环境对焊接技术有着严格的技术要求。先进高效的船舶焊接技术,在提高船舶建造效率、降低船舶建造成本、提高船舶建造质量等方面具有举足轻重的作用，也是造船企业提高经济效益的有效途径[2]。伴随着国际船舶市场的发展和需求的扩大，船舶焊接由传统焊条电弧焊向高效机械化、自动化方向转变。机械化和自动化程度成为衡量现代造船企业生产能力的指标。
自20世纪60年代以来，埋弧自动焊广泛用于船板的对接。1963年瑞典的阿伦达尔船厂开创了平面分段装焊的先河，拼板采用双面焊，先焊接完成一面后，再将板材翻过来进行另一面的焊接。70年代，日本开发出采用单面焊的拼板焊接，即采用一定的焊接材料,以特殊的操作方法在坡口正面进行焊接后保证坡口正反两面都能得到双面成形焊缝的一种焊接方法[3]。随着船舶的大型化，用于对接的船板也越来越大，欧洲式平面分段流水线的缺点越来越突出，焊接表面后又需要对背面继续施焊，这大大增加了焊接的工作量。同时，随着世界制造中心的迁移，日本、韩国逐渐成了世界造船中心，大大促进了日本平面分段流水线的发展。现代，各船厂关心的问题是如何提高焊接的质量与效率、有效的减少焊接工时，缩短造船的周期以及降低修造船成本。实现船舶工业快速可持续发展的关键是缩短造船的周期，推广高效焊接技术[4]。因此，单面焊双面成形的技术在船厂得到了迅速地推广和发展。
在埋弧焊的发展过程中，逐渐研发出来了一些比较先进的工艺，已经大幅度提高了埋弧焊生产效率，比如目前各大造船厂使用较多的埋弧单面焊双面成型技术[5]。单面埋弧焊接技术既省掉了双面焊对打底焊道的碳弧清根，在焊接时又不用翻转钢板，能很大程度的节省生产时所需要的成本和时间。焊接技术发展的方向是，实现自动化的同时可以提高生产效率、保证焊接质量、改善劳动条件。广泛用于世界各国造船厂的单面埋弧焊接法，焊缝质量好效率高，已然成为现代工业必备的环节[6,7,8]。它使得船厂生产快捷、改良了复杂的工序，生产率和周转率得到明显提高。这些实践已经说明，现代化造船所需要的是这样的技术[9]。
同时高效化的埋弧焊焊接技术也在不断地改进，国内外的焊接加工技术的研究与应用的趋势就是怎样再次提高埋弧焊的生产效率。为此，船企一直以来都在研究更加优秀的埋弧焊技术。上世纪80年代，日本首先将衬垫焊的焊接方法应用于船体建造中，增加效率的效果显著。常见的衬垫有陶质衬垫、铜衬垫(CB)、热固化焊剂垫(RF)、焊剂铜衬垫(FCB)、焊剂铝衬垫、玻璃纤维布衬垫等等。应用较多的有陶质衬垫法、铜衬垫法、热固化焊剂垫法、焊剂铜衬垫法[10,11]。
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