埋弧焊衬垫焊剂工艺试验研究(附件)【字数：16819】
摘 要摘 要衬垫焊剂是在基础焊剂的表面上涂上一层树脂膜同时辅以乌洛托品的一种特殊焊剂，它能在焊接时迅速固化得以衬托熔池，使背面形成均一、美观、性能优良的焊缝。FCB法就是在铜板上铺设一层5mm左右厚度的衬垫焊剂，同时铜板下加一个顶升装置，使衬垫焊剂与工件紧密贴合，这种单面焊双面成形的方法节省了普通单面焊时需对钢板进行翻身，碳弧清根等工序。本文主要通过研究各成分在焊剂中的作用，并针对FCB法的特点设计了一种新型衬垫焊剂，即渣系为MgO-Al2O3-CaF2-TiO2-SiO2-CaO，碱度为2.1的基础焊剂，并对其覆膜，通过研究不同树脂的量对衬垫焊剂的热固化性能的影响，发现在加入7-11%的树脂含量时，固化性能较好，同时也发现了衬垫焊剂的最佳固化温度为450℃左右，最佳固化时间为4min左右。采用自行设计的简易FCB装置，焊缝表面铺设SJ101，背面放置自行研制的衬垫焊剂，然后对19mm厚的Q235钢板进行焊接，焊接完成后分析背面焊缝的成形性与其脱渣情况，同时对不加以衬垫焊剂的焊缝进行对比，进一步表明衬垫焊剂对背面焊缝成形的重要性。关键词FCB法；衬垫焊剂；热固化；背面焊缝
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 埋弧焊焊剂简介 2
1.2.1 焊剂的分类及特点 2
1.2.2 我国焊剂的发展现状及趋势 3
1.3 衬垫的发展和研究现状 4
1.4 国内外FCB法焊接材料研究成果 5
1.5本课题的研究目的及内容 6
1.5.1研究目的 6
1.5.2研究内容 7
第二章 衬垫焊剂的配方设计 8
2.1 引言 8
2.2 基础焊剂的碱度及渣系选择 8
2.2.1 碱度范围的确定 8
2.2.2 基础焊剂的渣系选择 9
2.3 基础焊剂成分的确定 9
2.4 基础焊剂的制作 11
2.4.1 试验器材 11
2.4.2 基础焊剂的原材料 11
2.4.3 基础焊剂的手工制作 12
2.4.4 焊剂手工制作的注意事项 14
2.5 基础 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
焊剂的覆膜 15
2.5.1 粘接剂的选择 15
2.5.2 覆膜仪器 16
2.5.3 覆膜工艺流程 17
2.6 衬垫焊剂粒度检验 18
2.7 本章小结 19
第三章 衬垫焊剂的热固化性能试验 20
3.1 引言 20
3.2 试验设备 20
3.3 固化温度与固化时间对固化率的影响 20
3.4 树脂含量与固化温度对固化率的影响 23
3.5 树脂含量与固化时间对固化率的影响 24
3.6 本章小结 25
第四章 衬垫焊剂的焊接工艺试验 26
4.1 引言 26
4.2 试验设备及材料 26
4.3 焊接装配设计 28
4.4 衬垫焊剂的工艺性试验 29
4.5 本章小节 32
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
第一章 绪论
1.1 引言
埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧以进行焊接的一种熔焊方法，这种焊接方法是在20世纪40年代初期出现的，近些年来得到了迅速的发展，因为它具有生产效率高，焊接质量好，劳动条件好，节约金属及电能等优点，现在已经是锅炉，压力容器，船舶，海洋结构，核电设备等制造的主要焊接手段[1]。
埋弧焊所用到的焊接材料有焊丝和焊剂，焊剂在焊接过程中对焊缝金属有着非常重要的作用，如焊缝成形、脱渣性和改善焊接工艺性能等。埋弧焊剂通常可分为熔炼焊剂、陶质焊剂和烧结焊剂[2]。其中烧结焊剂制造过程较为简便，能量消耗较低以及环境污染小，而且还可以向焊缝过渡合金元素，特别适用于大线能量和高速埋弧焊等[3]。埋弧焊技术是在上世纪50年代开始引进我国，当时大量使用的是熔炼焊剂，烧结焊剂还没有推广使用和生产，80年代初我国才开始对它引进和研发生产，相对于日本要晚很多[4]。我国目前埋弧焊剂的种类较少，而且焊剂的质量和国外的相比也有差距，这很大程度地限制了我国埋弧焊烧结焊剂的进一步推广和应用。我国烧结焊剂生产和使用也较为落后，烧结焊剂仅占总焊剂的30%，而2004年日本在焊剂生产中烧结焊剂占70%，美国、西欧则达到了90%[5]。因此，我国在烧结焊剂的开发和利用上，还需不断前行。
由于焊接生产水平的不断提高，保证焊接质量的前提下要求焊接效率也要不断提高，因此一种新的焊接方法得以产生，它就是衬垫焊。它是在上世纪六十年代由日本发明的，并将它应用于船体的建造中，随后也出现在了东南亚等地区。我国是在上世纪八十年代改革开放以来，一些大的船厂也使用了衬垫焊，如沪东船厂等。它具有许多优点，如效率高、成本低、焊缝质量好、劳动强度低等，这种单面焊双面成型的方法避免了碳弧清根、打磨、仰焊及工件翻身等一系列繁琐程序。
衬垫焊剂是由焊剂和树脂模组成。即衬垫焊剂是在基础焊剂（烧结焊剂）的表面覆上一层树脂膜，树脂膜在焊接过程中由于焊接热的作用会凝结成块状得以衬托熔池，使背面焊缝成形[6]。同时衬垫焊剂也可以参与焊缝化学冶金反应并向焊缝中过渡合金元素和保护熔池，使背面焊缝性能优越。衬垫焊剂所具备的性能要从两方面来考虑，第一，要有良好的成型性和脱渣性；第二，还需要有较高的软化温度[7]。目前我国衬垫焊配套使用的焊接材料主要依赖进口，因此研制新的衬垫焊剂对我国埋弧衬垫焊的发展至关重要。
1.2 埋弧焊焊剂简介
焊剂的性能在一定程度上影响着焊缝金属的性能，因此，采用不同的焊剂焊接所形成的焊缝的性能也不同。
1.2.1 焊剂的分类及特点
前面已经提到焊剂的分类通常可以分为熔炼焊剂，粘接焊剂和烧结焊剂，下面对这三种焊剂做一个简单的介绍。
熔炼焊剂是把各种原料在炉中熔炼后进行粒化得到的焊剂。我国早期就是引用苏联的熔炼焊剂，然后得以迅速发展。熔炼焊剂它的缺点是对C及有害元素S、P等含量很难控制，焊剂碱度也难以控制。另外，熔炼焊剂的制作条件导致焊剂中没有合金元素，因为即使加了合金元素，当焊剂在高温熔炼时也会烧损，所以熔炼焊剂无法向焊缝金属中过渡合金元素，而且制造过程能量消耗高及污染也严重。因此，熔炼焊剂还是尽量少推广使用，一般用烧结焊剂代替。
粘结焊剂是400500℃低温烧结得到的焊剂。它流露在空气中容易粉化，而且吸湿性也大，焊接时焊缝金属的含氢量也会增加。
烧结焊剂是6001000℃高温烧结得到的焊剂。烧结焊剂的优点如下，能源消耗低，生产成本低。碱度调节范围大，机械性能指标良好，可加入合金元素如铁合金及脱气剂，使焊剂具有一定的抗锈性能。以及它堆积比重小，用它来焊接时还可以用大电流，所以应用领域比较宽广。烧结焊剂颗粒较圆滑，所以它在输送和回收时受到的阻力较小，这也是其一大特点。所以烧结焊剂应该推广生产使用，进一步取代熔炼焊剂。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 埋弧焊焊剂简介 2
1.2.1 焊剂的分类及特点 2
1.2.2 我国焊剂的发展现状及趋势 3
1.3 衬垫的发展和研究现状 4
1.4 国内外FCB法焊接材料研究成果 5
1.5本课题的研究目的及内容 6
1.5.1研究目的 6
1.5.2研究内容 7
第二章 衬垫焊剂的配方设计 8
2.1 引言 8
2.2 基础焊剂的碱度及渣系选择 8
2.2.1 碱度范围的确定 8
2.2.2 基础焊剂的渣系选择 9
2.3 基础焊剂成分的确定 9
2.4 基础焊剂的制作 11
2.4.1 试验器材 11
2.4.2 基础焊剂的原材料 11
2.4.3 基础焊剂的手工制作 12
2.4.4 焊剂手工制作的注意事项 14
2.5 基础 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
焊剂的覆膜 15
2.5.1 粘接剂的选择 15
2.5.2 覆膜仪器 16
2.5.3 覆膜工艺流程 17
2.6 衬垫焊剂粒度检验 18
2.7 本章小结 19
第三章 衬垫焊剂的热固化性能试验 20
3.1 引言 20
3.2 试验设备 20
3.3 固化温度与固化时间对固化率的影响 20
3.4 树脂含量与固化温度对固化率的影响 23
3.5 树脂含量与固化时间对固化率的影响 24
3.6 本章小结 25
第四章 衬垫焊剂的焊接工艺试验 26
4.1 引言 26
4.2 试验设备及材料 26
4.3 焊接装配设计 28
4.4 衬垫焊剂的工艺性试验 29
4.5 本章小节 32
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
第一章 绪论
1.1 引言
埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧以进行焊接的一种熔焊方法，这种焊接方法是在20世纪40年代初期出现的，近些年来得到了迅速的发展，因为它具有生产效率高，焊接质量好，劳动条件好，节约金属及电能等优点，现在已经是锅炉，压力容器，船舶，海洋结构，核电设备等制造的主要焊接手段[1]。
埋弧焊所用到的焊接材料有焊丝和焊剂，焊剂在焊接过程中对焊缝金属有着非常重要的作用，如焊缝成形、脱渣性和改善焊接工艺性能等。埋弧焊剂通常可分为熔炼焊剂、陶质焊剂和烧结焊剂[2]。其中烧结焊剂制造过程较为简便，能量消耗较低以及环境污染小，而且还可以向焊缝过渡合金元素，特别适用于大线能量和高速埋弧焊等[3]。埋弧焊技术是在上世纪50年代开始引进我国，当时大量使用的是熔炼焊剂，烧结焊剂还没有推广使用和生产，80年代初我国才开始对它引进和研发生产，相对于日本要晚很多[4]。我国目前埋弧焊剂的种类较少，而且焊剂的质量和国外的相比也有差距，这很大程度地限制了我国埋弧焊烧结焊剂的进一步推广和应用。我国烧结焊剂生产和使用也较为落后，烧结焊剂仅占总焊剂的30%，而2004年日本在焊剂生产中烧结焊剂占70%，美国、西欧则达到了90%[5]。因此，我国在烧结焊剂的开发和利用上，还需不断前行。
由于焊接生产水平的不断提高，保证焊接质量的前提下要求焊接效率也要不断提高，因此一种新的焊接方法得以产生，它就是衬垫焊。它是在上世纪六十年代由日本发明的，并将它应用于船体的建造中，随后也出现在了东南亚等地区。我国是在上世纪八十年代改革开放以来，一些大的船厂也使用了衬垫焊，如沪东船厂等。它具有许多优点，如效率高、成本低、焊缝质量好、劳动强度低等，这种单面焊双面成型的方法避免了碳弧清根、打磨、仰焊及工件翻身等一系列繁琐程序。
衬垫焊剂是由焊剂和树脂模组成。即衬垫焊剂是在基础焊剂（烧结焊剂）的表面覆上一层树脂膜，树脂膜在焊接过程中由于焊接热的作用会凝结成块状得以衬托熔池，使背面焊缝成形[6]。同时衬垫焊剂也可以参与焊缝化学冶金反应并向焊缝中过渡合金元素和保护熔池，使背面焊缝性能优越。衬垫焊剂所具备的性能要从两方面来考虑，第一，要有良好的成型性和脱渣性；第二，还需要有较高的软化温度[7]。目前我国衬垫焊配套使用的焊接材料主要依赖进口，因此研制新的衬垫焊剂对我国埋弧衬垫焊的发展至关重要。
1.2 埋弧焊焊剂简介
焊剂的性能在一定程度上影响着焊缝金属的性能，因此，采用不同的焊剂焊接所形成的焊缝的性能也不同。
1.2.1 焊剂的分类及特点
前面已经提到焊剂的分类通常可以分为熔炼焊剂，粘接焊剂和烧结焊剂，下面对这三种焊剂做一个简单的介绍。
熔炼焊剂是把各种原料在炉中熔炼后进行粒化得到的焊剂。我国早期就是引用苏联的熔炼焊剂，然后得以迅速发展。熔炼焊剂它的缺点是对C及有害元素S、P等含量很难控制，焊剂碱度也难以控制。另外，熔炼焊剂的制作条件导致焊剂中没有合金元素，因为即使加了合金元素，当焊剂在高温熔炼时也会烧损，所以熔炼焊剂无法向焊缝金属中过渡合金元素，而且制造过程能量消耗高及污染也严重。因此，熔炼焊剂还是尽量少推广使用，一般用烧结焊剂代替。
粘结焊剂是400500℃低温烧结得到的焊剂。它流露在空气中容易粉化，而且吸湿性也大，焊接时焊缝金属的含氢量也会增加。
烧结焊剂是6001000℃高温烧结得到的焊剂。烧结焊剂的优点如下，能源消耗低，生产成本低。碱度调节范围大，机械性能指标良好，可加入合金元素如铁合金及脱气剂，使焊剂具有一定的抗锈性能。以及它堆积比重小，用它来焊接时还可以用大电流，所以应用领域比较宽广。烧结焊剂颗粒较圆滑，所以它在输送和回收时受到的阻力较小，这也是其一大特点。所以烧结焊剂应该推广生产使用，进一步取代熔炼焊剂。
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