陶瓷衬垫与焊接裂纹
陶瓷衬垫法钢板对接焊缝焊接技术探讨课件
㎜的钢板采用陶瓷衬垫手工电弧焊。
问题的提出
▪ 在工程实例中，我们往往会发现，由于规范要求的不同， 同一条焊缝，采用不同的检测方法，检测结果略有不同。 超声检测可以通过，达到检测要求。而射线检测确会出 现30%～50%甚至更多的不合格。行业里常常有人会说 这是陶瓷垫片的质量通病。这真是质量通病吗？我们以 怀疑的态度，做些比对试验，探其究竟。
备注
1 YD2-17-3 密集性气孔
拍片已知
2 YD2-17-1 未融合
拍片已知
3 YD1-16-1 肉眼可见咬边
外观检查判断
4 YD2-18-1 肉眼可见未融合
外观检查判断
5 YD2-17-4 距YD2-17-3,300㎜位置假 外观检查判断 设密集性气孔焊缝
试验推理
▪ 比对试验结果分析表 表2
执笔：弓明 13632890809 2012年11月6日
概述
在公路钢结构制造中，常用的焊接方法有 CO2气体保护焊、手工电弧焊和埋弧自动焊。陶 质衬垫CO2气体保护焊和手工电弧焊因具有操作 简单、对坡口加工精度要求低、易于获得良好的 焊缝背面成型等优点，应用较普遍。埋弧自动焊 因埋弧焊小车是自动行走，焊丝对中要求高，对 接头坡口加工精度和组对间隙要求高，而且焊接 时在衬垫背面需要施加一定的顶紧压力，其操作 较CO2气体保护焊复杂，因而在实际生产中，陶 瓷衬垫CO2气体保护焊应用最为普遍。
4、拼缝坡口已安装好衬垫后，应立即开始焊接并连续一次完成，第 二层的焊接随即应马上进行以防止打底层的焊缝难以承受焊接应 力而形成裂纹。
工艺工法
▪ 焊接结束后，焊工需去除焊缝背面陶瓷衬垫，并检查背面焊
缝是否符合要求，进行必要的修补，修补标准见表4。
表4
陶瓷衬垫在钢结构焊接施工中的运用
陶瓷衬垫在钢结构焊接施工中的运用摘要：焊接是通过加热或加压（或者两者并用），用或者不用填充材料，使两个工件（同种或异种材质）达到原子间结合的一种连接方式。
钢结构建筑、桥梁、船舶等通常构造较为复杂、焊接量大，在一些不能进行背面清根且可以保证变形的部位，通过陶瓷衬垫的合理和正确运用单面焊接双面成形，获得外观成形优异、探伤合格率高的焊缝，同时由于陶瓷衬垫导热系数低、散热慢，对焊缝有保温作用，加上碱性陶瓷衬垫在高温作用下，部分物质与熔池中的FeS反应，产生不溶于钢液的物质，从而起到脱硫的作用，对焊缝力学性能及机械性能都有改善效果。
一、陶瓷衬垫的结构特点及运用范围随着钢结构技术的不断发展，在钢结构自重轻、强度高、施工速度快、工业化水平高、抵抗变形能力强等特点的牵引下，目前钢结构在建筑、桥梁、船舶以及航空航天领域不断得到广泛运用，但同时钢结构构造较为复杂、焊接量非常大，在工厂预制过程中，经常遇到焊接操作空间小、拼接钢板时不便于翻面以及熔透焊缝不宜采用炭弧气刨等问题，因此采用背面粘贴陶瓷衬垫、单面焊接双面成型的焊接工艺，可以解决上述问题。
陶瓷衬垫结构示意图钢结构加工使用的衬垫主要有：对接焊缝陶瓷衬垫、角焊缝陶瓷衬垫以及栓钉陶瓷环。
陶瓷衬垫具有耐热性、耐磨性、耐蚀性、价格便宜等特点，使用陶瓷衬垫焊接法是一种以陶瓷为衬托，使焊缝强制成型的焊接工艺方法，在狭小空间、不宜或不便背面清根的部位采用陶瓷衬垫，不仅焊缝质量良好，同时效率高、焊缝成形好、劳动强度低、职业危害小。
二、焊接接头的形成焊接时（熔焊），一般要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变、冷却，最后形成焊接接头的过程。
在钢结构生产过程中，最常用的焊接方法是气体保护焊，在热源的作用下焊丝熔化的同时被焊母材也发生局部熔化，焊丝熔化金属与母材局部熔化金属所组成的具有一定几何形状的液体金属叫熔池。
陶瓷衬垫是用来衬托住溶敷液态金属，使熔池在衬垫上冷却凝固从而正面和背面均得到成形良好的焊缝的一种工具，此种焊缝成形方法称为强制成形。
实用、另类的焊接技术 陶质 衬垫 焊方法
实用、另类的焊接技术陶质衬垫焊方法实用、另类的焊接技术-陶质衬垫焊方法1前言陶质衬垫焊是一种以特殊陶质材料为衬托，使焊缝强制成形的高效、优质、低成本的焊接方法。
这种焊接方法避免了清根、仰焊及狭窄封闭环境内作业，减轻了焊工劳动强度，使焊接生产效率成倍提高，焊接质量得到保障，同时对人体及环境不会造成危害，与传统焊接方法相比，是一种适应可持续发展潮流的"绿色"焊接方法。
日本、韩国、美国、德国、英国、前苏联、瑞典、挪威、比利时等国家一直都很重视衬垫焊的研究和应用。
二十世纪六十年代初，造船大国日本率先将衬垫焊应用于船体建造中，并取得显著效果。
衬垫焊材料种类繁多，有水冷铜块、焊剂、黄砂、玻纤布、水玻璃粘结固化材料和耐高温的陶质材料，其中陶质衬垫以其优良的成形性能和工艺适应性，在衬垫焊技术中占主导地位。
陶质衬垫焊在中国工业生产中出现始于二十世纪八十年代，一些大的船厂为了提高焊接效率，缩短造船周期，大力投入技术改造，依靠进口设备和材料在船体建造中逐步推广应用。
进入九十年代，CO2焊陶质衬垫完全国产化，相配套的设备和工艺日趋完善，陶质衬垫焊方法在船厂广泛应用。
据我国造船业一九九九年度统计，陶质衬垫耗量达六十五万米以上。
造船业的大规摸应用促进了陶质衬垫焊方法在其它行业的推广。
目前，在钢箱结构桥梁、压力容器、管道工程、建筑结构、化工机械、冶金机械等制造业中，陶质衬垫需求呈节节上升趋势。
为了帮助更多的焊接工作者了解和掌握陶质衬垫焊方法，本公司根据多年来研究开发陶质衬垫的体会和大量用户的反馈信息，总结整理出这篇论文。
我们希望本论文有助于用户选用合适的衬垫产品，也为广大焊接同仁在进行工艺方案设计和质量分析时提供有益的参考;同时，为了开发更多更好的焊接新工艺新产品，我们更期望在同行中起到抛砖引玉的作用，共同为我国的高效焊接事业做出贡献。
2天高系列陶质衬垫天高焊接有限责任公司与广大用户共同努力，在生产实践中培育了许多成熟的陶质衬垫焊工艺方法，如何选用不同规格型号的衬垫材料，最好是了解衬垫焊的基本知识，再结合自身焊接生产的特点，触类旁通。
焊接裂纹产生原因及防治措施
以下为焊接裂纹产生原因及防治措施，一起来看看吧。
1、焊接裂纹的现象在焊缝或近缝区，由于焊接的影响，材料的原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为焊接裂缝，它具有缺口尖锐和长宽比大的特征。
按产生时的温度和时间的不同，裂纹可分为：热裂纹、冷裂纹、应力腐蚀裂纹和层状撕裂。
在焊接生产中，裂纹产生的部位有很多。
有的裂纹出现在焊缝表面，肉眼就能观察到；有的隐藏在焊缝内部，通过探伤检查才能发现；有的产生在焊缝上；有的则产生在热影响区内。
值得注意的是，裂纹有时在焊接过程中产生，有时在焊件焊后放置或运行一段时间之后才出现，后一种称为延迟裂纹，这种裂纹的危害性更为严重。
2、焊接裂纹的危害焊接裂缝是一种危害大的缺陷，除了降低焊接接头的承载能力，还因裂缝末端的尖锐缺口将引起严重的应力集中，促使裂缝扩展，最终会导致焊接结构的破坏，使产品报废，甚至会引起严重的事故。
通常，在焊接接头中，裂缝是一种不允许存在的缺陷。
一旦发现即应彻底清除，进行返修焊接。
3、焊接裂纹的产生原因及防治措施由于不同裂缝的产生原因和形成机理不同，下面就热裂缝、冷裂缝和再热裂缝三类分别予以讨论。
3.1、热裂纹热裂缝一般是指高温下（从凝固温度范围附近至铁碳平衡图上的A3线以上温度）所产生的裂纹，又称高温裂缝或结晶裂缝。
热裂缝通常在焊缝内产生，有时也可能出现在热影响区。
原因：由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层存在形成偏析，凝固以后强度也较低，当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂缝。
此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质，则在加热温度超过其熔点的热影响区，这些低熔点化合物将熔化而形成液态间层，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开而形成热影响区液化裂缝。
总之，热裂缝的产生是冶金因素和力学因素综合作用的结果。
防治措施：防止产生热裂缝的措施，可以从冶金因素和力学因素两个方面入手。
控制母材及焊材有害元素、杂质含量限制母材及焊接材料（包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体）中易偏析元素及有害杂质的含量。
不锈钢薄板带陶瓷衬垫埋弧焊焊接工法
不锈钢薄板带陶瓷衬垫埋弧焊焊接工法不锈钢薄板带陶瓷衬垫埋弧焊焊接工法引言不锈钢薄板的应用范围非常广泛，从建筑领域到食品加工，从化工行业到医疗器械，都离不开不锈钢薄板的应用。
然而，在使用不锈钢薄板时，其表面易受到磨损、冲击和腐蚀，因此需要采取措施来增加其使用寿命。
不锈钢薄板带陶瓷衬垫埋弧焊焊接工法（以下简称“陶瓷衬垫埋弧焊”）就是一种行之有效的方法，本文将对该工法进行详细的介绍。
一、工法原理陶瓷衬垫埋弧焊是在不锈钢薄板上焊接陶瓷衬垫的一种方法。
其主要原理是通过焊接陶瓷衬垫，形成一种硬质保护层，防止不锈钢薄板受到磨损、冲击和腐蚀。
陶瓷衬垫具有良好的耐磨损性、耐冲击性和耐腐蚀性，能够有效地保护不锈钢薄板。
另外，陶瓷衬垫还能够提高不锈钢薄板的抗氧化性能，延长其使用寿命。
二、工法步骤1. 准备工作：选择适合的陶瓷衬垫和焊接材料。
通常情况下，陶瓷衬垫采用耐磨、耐冲击和耐腐蚀性能较好的陶瓷材料，焊接材料选用与不锈钢相匹配的焊材。
另外，还需要对不锈钢薄板进行清洗和打磨，确保焊接表面的平整和干净。
2. 焊接准备：将陶瓷衬垫固定在不锈钢薄板上。
固定方法可以采用胶水或者螺栓等方式，确保陶瓷衬垫与不锈钢薄板之间的连接牢固。
3. 焊接工艺参数设置：根据实际情况，设置合适的焊接工艺参数。
这包括焊接电流、电压、热输入、焊接速度等参数。
在设置参数时，需要充分考虑不锈钢薄板和陶瓷衬垫的材料特性和厚度等因素。
4. 埋弧焊接：使用埋弧焊机进行焊接。
埋弧焊机是一种利用焊条自身电弧加热和熔化的焊接设备，能够提供稳定的焊接电流和电压。
在焊接过程中，焊接电弧瞬间产生高温，使焊条熔化并与工件表面熔合。
5. 焊后处理：焊接结束后，需要对焊接部位进行后续处理。
通常情况下，焊接部位还需要进行抛光和镀锌等处理，以增加其光泽度和防腐蚀性能。
三、工法应用领域不锈钢薄板带陶瓷衬垫埋弧焊焊接工法广泛应用于以下领域：1. 建筑领域：不锈钢薄板常被用于建筑装饰，如不锈钢门、不锈钢阳台栏杆等。
铝合金陶瓷衬垫焊焊接工艺
铝合金5083陶瓷衬垫MIG焊焊接工艺1. 由于既有旳5083铝合金脉冲MIG焊衬垫，对接单面焊双面成形焊接工艺使用旳不锈钢衬垫或一般钢衬垫对错边量控制、焊缝直线度规定较高以及衬垫粘贴不便且衬垫加工成本较高，为了减少焊接成本和提高焊接效率，本文对该焊接工艺进行改善，提出采用陶瓷衬垫替代不锈钢衬垫和一般钢衬垫。
通过对5083铝合金脉冲MIG焊陶瓷衬垫对接单面焊双面成形焊缝，进行外观检查和焊缝内在质量检查，以验证该焊接工艺旳可行性和合用性，并掌握该焊接工艺旳施工规定及工艺要点。
2. 一般，不锈钢衬垫和一般钢衬垫只合用于铝合金平直焊缝旳单面焊双面成形[1]。
由于5083铝合金硬度较低、易变形，使得这两个铝合金分段在装配过程中难免产生错边，焊缝直线度难以保证；并且，这两个分段有些铝合金构造在使用不锈钢衬垫或一般钢衬垫时由于位置受限难以粘贴。
因此，我们提出采用陶瓷衬垫替代不锈钢衬垫和一般钢衬垫。
相对于不锈钢衬垫和一般钢衬垫来讲，陶瓷衬垫更易粘贴，拆卸以便，柔性更好，视粘贴长度需要长短可调，可一定程度上消除焊缝错变量和焊缝直线度对焊缝背面成型旳影响，且焊接效率更高，焊接成本减少。
试验研究表明，当采用合适旳陶瓷衬垫并加上合理旳焊接工艺可以做到单面焊双面成形，同步可获得质量很好旳铝合金焊缝。
3 5083铝合金单面焊双面成形焊接工艺试验3.1 5083铝合金焊接难点分析铝合金焊接与一般旳碳钢和不锈钢焊接不一样，有诸多问题需要处理，5083铝合金在焊接过程中重要会碰到如下难点：3.1.1易产生气孔等缺陷5083铝合金在空气中及焊接时极易被氧化生成氧化铝（Al2O3），氧化铝熔点高达2050℃，远高于铝旳熔点（660℃），假如不除去氧化膜，就会阻碍母材旳熔化和焊缝金属旳熔合。
母材表面旳氧化膜还会吸附大量旳水分，易使焊缝产生气孔、夹渣等缺陷。
因此焊前应严格看待焊处表面氧化膜进行清除。
3.1.2焊后变形较大5083铝合金线膨胀系数约为碳钢和低合金钢旳2倍，焊后焊缝凝固时旳体积收缩率较大，焊件旳变形和应力较大。
陶质衬垫CO2气保焊的工艺研究
陶质衬垫CO2气保焊的工艺研究摘要：本文从分析薄板焊接变形的成因入手，结合CO2气保焊+陶瓷衬垫焊的工艺要点，通过6mm低碳钢钢板的C02气保焊+陶瓷衬垫焊的对接焊工艺的试验研究，结果表明，该工艺焊接性能良好，且能有效地控制薄板的焊接变形。
同时通过该试验得到了较为翔实的试验数据，为后续研究提供了依据。
关键词：焊接工艺;薄板变形;CO2气保焊;陶瓷衬垫焊前言薄板的拼接技术一直是困扰焊接技术发展的难题之一。
在船舶制造工业中，薄板结构被大范围地应用于上建结构及一些轻质甲板结构，传统的拼接方法主要有两种：一是采用C02气保焊进行双面焊接（背面清根）;另一种是采用双面埋弧焊。
将这两种焊接工艺应用于薄板拼接，焊后均会发生较大的波浪变形及角变形，给矫正变形带来较大的困难。
因而，改进焊接工艺，采用先进焊接方法具有实际的应用价值。
本文通过对6mm低碳钢钢板的C02气保焊+陶瓷衬垫焊的对接焊工艺进行了试验研究，试验结果表明：该工艺焊接性能良好，且能有效地控制薄板的焊接变形。
1.薄板焊接变形的成因本文中采用了C02气保焊+陶瓷衬垫的单面焊双面成形方法。
该方法在焊接时，因为陶瓷衬垫的绝热作用，衬垫处的温度降低得较慢，焊接过程相当于通过正、反面同时施焊，因而应力较容易达到平衡，能够有效地控制和减小焊接变形。
2.CO2气保焊+陶瓷衬垫焊的工艺要点[2]2.1陶瓷衬垫承托焊缝金属熔池，对背面焊缝起强制成型作用。
在焊接过程中，衬垫同时受到熔池重力和电弧的冲击，为防止熔池从衬垫溢出，必须确保衬垫与焊接板粘贴紧密。
2.2焊接过程中，受电弧热作用，陶瓷衬垫成型槽表面部分熔化，进入熔池参与冶金反应，衬垫材料中所含的硫、磷等元素含量会影响焊缝根部热裂纹的生成。
2.3焊接时，焊接电流过小不能保证焊缝根部的一次性烧透，但是过大的电流会造成衬垫的烧蚀，因此，要选择合适的焊接参数。
3.焊接工艺和试验本焊接工艺采用6mm低碳钢板的平焊焊接工艺，在制定工艺时，主要考虑：①根据焊接工艺的实用性，②根据焊接工艺的经济性，③本工艺在制订工程中，参考了文献[3]中提到的主要焊接参数对焊缝质量的影响。
药芯气保焊带陶瓷衬垫的单面焊双面成型
药芯气保焊带陶瓷衬垫的单面焊双面成型作业创新核电容器序三门和海洋项目的核电支撑匣焊接是分厂第一次进行核电产品的全套焊接工序，技术要求高生产工期紧，以及没有任何的可操作经验借鉴，这些都对企业的生产能力是一次极大的考验。
也对企业的核电生产有着深远的影响。
在生产过程中，由于其结构的特殊和焊接的要求，表观质量以及尺寸的精度要求，通过与工艺技术人员交流，我们攻克了在两侧面板焊接时的单面焊双面成型的技术难题，掌握了带陶瓷衬垫的二氧化碳药芯焊丝焊接单面焊双面成型的焊接技术。
取得了同行业中的领先技术，为企业今后核电产品做大打下了坚实的基础。
关键词单面焊双面成型陶瓷衬垫表面质量焊枪摆动一项目的操作技术难点1）核电支撑匣在进行正背面板装焊后形成了一个封闭的腔体，腔体内部距离仅54毫米，无法实现背面清根和焊接，所以我们选择采用单面焊双面成型。
2）、正面板、背面板的焊缝的坡口为单面单侧坡口，坡口深度达到了76.2mm，若采用GTAW，焊枪无法进行摆动，易产生未熔合和未焊透。
3）、支撑件的坡口都在底板一侧，在焊接过程中支撑件会产生焊接变形，从而导致正面板、背面板的坡口间隙极不均匀，而GTAW对坡口间隙要求很高，极不利于GTAW的焊接方法。
4）、正面板、背面板的焊缝各自成一个封闭焊缝（见图1），焊接过程中焊接应力十分大，对GTAW来说，其焊接单层厚度很小，过大的焊接应力会使焊缝撕裂。
图一正背面板的焊缝布置5）项目组提出了加陶瓷衬垫强制背面成型，采用FCAW进行焊接，这项技术也是集团公司首次焊接，在同行业中可借鉴的经验很少。
6）通过查看资料显示，药芯气保焊带陶瓷衬垫的单面焊双面成型焊接方法很容易产生弧坑裂纹，目前国内外也没有成熟的解决技术。
7）焊接规范.各项工艺参数都没有可借鉴的经验。
二、项目实施步骤及要领1 我们进行了焊前模拟坡口的焊接试验，用两块废试板加陶瓷衬垫焊接，试验总结了焊接规范和根部间隙，预留的钝边和根部间隙，以保证可以焊透。
焊接裂纹产生原因及防治措施
焊接裂纹产生原因及防治措施焊接裂纹是焊接过程中常见的缺陷之一，它会降低焊接接头的强度和密封性，严重影响焊接质量。
本文将从焊接裂纹产生的原因和防治措施两个方面进行探讨。
一、焊接裂纹产生的原因1. 焊接应力过大：焊接过程中，由于材料的热膨胀和收缩，会产生焊接应力。
如果应力过大，就容易引起焊接裂纹的产生。
2. 材料的选择不当：焊接材料的选择不当，例如选择了冷脆性较大的材料，容易在焊接过程中产生裂纹。
3. 焊接参数设置不合理：焊接参数的设置是影响焊接质量的关键因素之一。
如果焊接电流过大或过小，焊接速度过快或过慢，都会导致焊接裂纹的产生。
4. 焊接时的工艺操作不当：焊接操作不规范也是焊接裂纹产生的原因之一。
例如焊接时没有进行预热、焊接过程中没有使用适当的焊接顺序等。
5. 焊接材料的质量问题：如果焊接材料本身存在缺陷，例如含有太多的杂质或气孔，也容易导致焊接裂纹的产生。
二、焊接裂纹的防治措施1. 合理控制焊接应力：通过合理的焊接参数设置和焊接顺序安排，可以减小焊接应力的产生。
此外，还可以采用局部预热、焊后热处理等方法来降低焊接应力。
2. 选择合适的焊接材料：在进行焊接工艺设计时，应根据具体情况选择合适的焊接材料，避免选择冷脆性较大的材料。
此外，还要确保焊接材料的质量，避免使用存在缺陷的材料。
3. 合理设置焊接参数：在进行焊接操作时，要根据具体情况合理设置焊接参数，如焊接电流、焊接速度等。
可以通过试验和经验总结来确定最佳的焊接参数。
4. 规范焊接操作：进行焊接操作时，要严格按照焊接工艺要求进行操作，如预热、焊接顺序等。
同时，要保证焊接设备的正常运行和维护，避免因设备故障导致焊接裂纹的产生。
5. 加强焊后检测和质量控制：焊接完成后，要进行全面的焊后检测，发现裂纹及时进行修复。
同时，要加强质量控制，确保焊接质量符合要求。
焊接裂纹的产生原因较为复杂，涉及材料、焊接参数、工艺操作等多个方面。
为了防止焊接裂纹的产生，需要从多个方面进行控制和改进，提高焊接质量。
VLOC分段手工焊缝裂纹的处理
2019.6 CHINA SHIP SURVEY 中国船检VLOC 分段手工焊缝裂纹的处理部组织施工人员对已经发现裂纹的焊缝进行处理直至探伤合格。
在落实好首次会议制定的措施后，2月6日，CCS驻厂组和船厂品保部再次组织专题会，对目前排查情况做了通报，经初步排查，发现目前存在37个分段存在相似的焊接裂纹，会上大家对产生原因做了详细分析，并制定了专项措施。
首先是做焊接裂纹对比试验分析。
船厂焊接试验室根据不同坡口角2018年1月23日下午，我在例行巡检过程中，在264分段建造现场，习惯性地将打底焊陶瓷衬垫撕掉，发现有一条平对接焊缝打底疑似有裂纹，随即要求现场打磨人员磨去焊缝余高做进一步检测，经检验发现是打底焊裂纹。
由于VLOC 是该船厂首次承接建造的超级巨轮，船厂并没有太多的相关建造经验，为了搞清楚该裂纹是个案还是普遍现象，我及时联系船厂质保部相关负责人，要求对该工区其它的分段进行类似的抽检，经过初步的排查发现六个分段的拼板缝以及横对接处存在相似问题。
1月24日，CCS现场项目组召集船厂品质保证部、技术部、制造部及现场施工人员进行了第一次会议，会议成立了焊接打底裂纹专项小组，并要求对该系列的裂纹进行了初步分析，并整理出以下几点工作思路：CCS江苏分社 张 超张超 CCS江苏分社建造船舶及海工检验处项目经理，系统内化学品船专家组成员，主要从事船舶建造项目管理和现场检验工作。
先后完成38000DWT系列不锈钢化学品船、40万吨大型矿砂船等新造船建造检验工作。
参与编写了不锈钢化学品船建造检验指南、化学品船检验须知等。
同时，承担了系统内P 级班授课和相关验船师油化船的专题培训工作，并参与了系统内多艘危化船飞行检验和应急事故处理工作。
度，装配间隙及焊接参数进行试验。
第一组试板：材质AH36，规格600X250X26mm，焊材THY-51B。
焊接条件：坡口角度40°，装配间隙8～9mm，焊接电流190A，焊接电压27V，焊接速度16cm/min，焊接时钢板温度-4℃，装配刚性6个马板。
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CO2气保焊陶瓷衬垫平对接底道焊裂纹成因及对策的研究沪东中华造船（集团）有限公司张翼飞朱建华吴建提要：本文着重分析了CO2气保焊陶瓷衬垫平对接底道焊接裂纹的产生机理和影响因素，对焊接材料、母材、焊接工艺参数等方面进行了分析。
并侧重于技能的角度，提出了防止和改进措施，有助于CO2气保焊陶瓷衬垫焊平对接底道焊的焊接质量的提高。
关键词：CO2气体保护焊药芯焊丝陶瓷衬垫平对接底道裂纹1引言药芯焊丝作为一种高效焊材已在国内外得到广泛应用。
尤其在造船业,应用更为广泛。
就目前我公司的使用状况来说，从80年代末引进使用药芯焊丝至今,其在民用船焊接中的使用量达到80％左右，极大地提高了造船效率[1]。
药芯焊丝与实芯焊丝相比，前者有着焊道成型美观、电弧稳定、焊接飞溅小、全位置焊接操作工艺性能好、焊接熔敷速度快、生产效率高等优点。
所以很快被船厂接受，成为船厂通用的焊接工艺方法。
对于提高船舶建造速度，改进焊接质量，降低成本起了重要的作用【1】。
随着船厂造船吨位的增加，大量的中厚度钢板的广泛使用，在药芯焊丝的使用过程中也出现了许多问题，其中最为严重的就是产生于不同位置的各种裂纹。
裂纹是严格禁止存在焊缝中的，特别是药芯焊丝在陶质衬垫平对接底道焊接时出现的大量纵向裂纹，它的危害性更大。
为此有许多焊接研究人员对此作了探索，发表了许多学术文章，详细剖析了产生裂纹的原因。
本文根据我们多年从事焊接操作的实际经验和技能的积累，从焊接材料、母材、焊接工艺参数等方面分析这类裂纹产生的原因及防止方法。
2焊接材料我们通常使用的药芯焊丝都是呈酸性或偏酸性的，也就是它的熔渣是以酸性氧化物为主，它与碱性渣系焊接材料相比，具有对水、锈敏感性不大，熔滴过渡颗粒小，操作方便等优点。
但对焊接熔池过程合金元素过渡相对较差，熔池中的含氢量会偏高，焊接接头的延伸率与冲击韧性略低。
根据试验结果，我公司常用的3Y级药芯焊丝，其屈服强度在490—510MPa、抗拉强度在550—560MPa之间，曲强比值在0.85以上。
但355—390MPa等级船用钢板按要求曲强比值在0.65—0.80之间，因此药芯焊丝曲强比值略显高了。
屈服强度与抗拉强度值越接近，材料的抗裂性能越差。
材料在受拉力过程中经历三个阶段，先是弹性变形，然后塑性变形，最后断开。
它的屈服点与抗拉点太接近就显示其材料没有足够的塑性[2]。
这就是引起裂纹的原因之一。
3母材的刚性前面分析了药芯焊丝的先天存在缺陷。
但我们要问，这些问题早就存在,为什么以前很少出现这类问题。
我们觉得这与母材的刚性有关。
其实以前在陶瓷衬垫焊平对接焊缝底道焊接过程中，也经常出现局部裂纹。
而我们现在所造船的吨位增加，种类增多，用的钢板也越来越厚，强度等级也越来越高。
随着板厚的增加，强度等级增高，板的刚性增加，首先使焊接过程中产生不均匀受热现象也越严重，产生的内应力也越大。
其次，由于刚性增大造成焊缝在焊接过程中抵抗了熔池收缩应力。
这很好理解，当我们在一对间隙4mm焊缝长300mm的对接板上焊接，尽管两端作刚性固定，但当焊完100mm长度时，前方的间隙起码缩小1mm。
这就是熔池收缩使母材被拉动，这就是收缩变形。
而当这类收缩因母材刚性而无法进行时，焊缝金属又不具备足够的塑性时，这类裂纹就产生了。
4焊缝位置及形状系数药芯焊丝在焊接陶质衬垫焊平对接焊缝底道焊时，由于操作者要保证背面成型良好，当间隙过小时，焊工又没有及时调小焊接电流并与电弧电压适当的匹配，他的焊接速度一定会很快。
当焊接速度过快时，造成焊接过程电弧对焊缝边缘加热时间短，熔池冷却速度快，焊缝边缘的母材没有经过充分加热，不均匀加热现象更严重。
在焊接过程中熔池金属的凝固从液态到固态，因体积收缩产生的应力被母材刚性所抵抗，焊缝不容易被拉伸。
这样体积缩小的尺寸都依赖熔池金属的塑性。
而我们所采用的药芯焊丝由于先天的缺陷，曲强比值较高，产生裂纹就在所难免。
陶瓷衬垫焊方法在焊不同的位置时，焊缝金属形成的形状各不相同。
立对接焊时的形状是中间略凸，，横对接焊时中下部略凸，而在平对接焊时，焊缝形状一般呈内凹状，也就是中间比较薄弱（见图1）。
而结晶过程是与坡口边缘呈90度往中间结晶。
当焊缝坡口角度过小时，形状系数变差。
由于坡口角度过小使熔池的厚度增加宽度减小，结晶过程中的氧化物夹杂都留在焊缝中间，造成焊缝偏析，使原来薄弱区域更显薄弱。
这时，再加上母材的刚性，熔池由液态向固态转变时的收缩应力，就导致了熔池薄弱区域在结晶过程中被拉裂。
这也是底道裂纹一般都出在平对接上的原因。
立对接平对接横对接图1焊缝形状5焊接电流、电弧电压匹配二氧化碳焊接过程中焊接电流、电弧电压是可调节的。
焊接电流控制的是送丝速度，电弧电压控制的是熔化速度。
焊接过程其实是控制熔池的过程。
一个熟练的二氧化碳焊工，他会根据焊缝的不同位置、不同坡口形式和不同的需要，去调节两者的匹配，从而取得最佳的焊接操作效果。
我们可以根据这类裂纹产生的原因，通过对焊接电流、电弧电压的匹配以及对焊接速度的控制，用操作技能与工艺手段来控制裂纹。
但是，目前我们船厂从事焊接工作的都以外来劳务工为主体，技能水平良莠不齐。
尽管这几年公司加大了对外来劳务焊工的培训力度，可由于人员流动性大，效果还是不明显，以至现场这类裂纹的产生越来越严重。
为了进一步证明以上关于裂纹产生的原因分析,我们做了两种系列焊接试板工艺试验。
例1：采用600×260×25mm对接，坡口单边角度为22.5o，试板间隙相同，电流、电压不同。
结果见表1。
表1第一例试板焊接试验记录电流电压间隙焊接时间裂纹数量与长度第一组230A25V6mm5分20秒无裂纹第二组240A26V6mm5分00秒5mm长3处2mm长2处第三组260A28V6mm4分30秒20mm长5处5mm长多处例2：焊缝加工尺寸同上，电流电压相同，间隙不同。
结果见表2。
表2第二例试板焊接试验记录电流电压间隙焊接时间裂纹数量与长度第一组240A26V10mm6分00秒无裂纹第二组240A26V8mm5分40秒3mm长2处由此看出，调小焊接电流、电压或适当放大间隙尺寸，可以减缓焊接速度，使熔池边的母材加热更充分些,对裂纹的产生有一定的克制作用。
6结论根据前面的分析，得出以下结论1）由于药芯焊丝固有的缺陷，在陶瓷衬垫焊底道焊时抗裂纹能力较差。
2）这类裂纹产生与母材的刚性有着密切的关系，那就是母材越厚，裂纹倾向越大。
3）这类裂纹与焊缝位置、焊缝的形状系数有着密切的关系。
而且这类裂纹都是结晶裂纹。
根据天津大学张智博士研究结果，导致这些结晶裂纹不是因为低熔点共晶S化物，而是由氧化夹杂物聚集焊缝中心造成焊缝塑性变差产生的【1】。
4）我们可以通过提高焊工技能来控制目前焊接过程中裂纹的产生。
但是随着造船吨位提高和许多特殊船舶的建造，板材的厚度也会增加，包括还会用到许多更高强度材料。
这类裂纹产生将无法靠技能来控制。
再说作为一个成熟的工艺所使用的材料，要尽量降低它的操作难度。
这样才能符合实际生产的需要。
7建议提出问题的目的是为了解决问题。
我们前面详细地分析了产生裂纹的原因和条件，接下来就是如何解决这一问题。
首先，我们要改变目前采用的平对接间隙。
同时严格控制焊接电流、电弧电压与焊接速+2mm，也就是5度。
根据工艺规范，我们现在在这个焊接位置，板厚从6mm至30mm都采用6-1—8mm的间隙尺寸。
根据我们试板焊接结果，随着板厚增加，母材需要加热的时间越多。
这时如果间隙小于8mm，就会导致焊接速度加快（慢了电弧打不到根部，造成背面成型不良），母材受热不均，应力增大，裂纹倾向增大。
我们建议，在继续使用药芯焊丝平对接底道焊接时，如板厚在20mm以上，应取8—10mm间隙。
有了一定的间隙，焊接时电弧就可以在熔池中较充分的停留，使母材受热充分。
要严格控制焊接电流、电弧电压。
为了保证母材充分受热，减缓焊接速度很重要。
当焊接电流、电弧电压过大时，虽然加热范围会大，但为了保证背面成型，焊接速度也会加快，使不均匀受热更严重。
为此，焊接电流控制在240A以下比较合适。
电弧电压大小对焊缝形状系数影响很大。
电弧电压越大，熔化范围越大，造成中间内凹越严重，所以电弧电压的匹配要合适。
我们在长期焊接工作中虽然也掌握了一些防止这类裂纹的方法。
在满足条件前提下，板厚25mm以下可以控制。
但随着板材厚度增加，控制裂纹的难度也越来越大。
我们觉得，光靠焊工技能来解决这个问题是不可能的。
所以我们要有一个最终解决的办法。
那就是跳出我们固定的思维，焊接方法是可以改变的，焊接材料也有很多选择。
什么是最好的方法，能解决问题的就是最好的方法。
本人在日本三井造船研修学习高效焊接技术期间，了解到他们在陶瓷衬垫焊底道焊时明确规定：立向焊接、横向焊接可以采用与母材相匹配的药芯焊丝，平对接时底道成型焊一律采用实芯焊丝。
根据日方专家来我公司技术交流时提供的数据，他们的实芯焊丝使用率占全部焊材的3％，而这3％就是用在平对接底道成型上。
显然，他们明白这一位置的特殊性，也知道偏酸性的药芯焊丝不能满足这个位置要求。
根据前面的分析及日本造船业的做法，在此提出我们的观点：特殊位置特殊处理，我们的平对接底道焊丝要改。
我们有两条路可走，一是用实芯焊丝来打底。
从操作上讲实芯焊丝焊工可能不习惯，而且还需换焊丝的过程。
但如果没有第二个方法，为了保证质量就必须从不习惯到习惯。
二是可以寻求与焊接材料厂的合作，研制出满足这个焊接位置的材料，如偏碱性的焊丝或金属型焊丝（如果它能符合要求,我们就可以不用换焊丝直接焊填充层，因为这一位置一般采用混合焊，两至三层二氧化碳焊后埋弧焊焊接。
这样就更方便焊工操作）。
就目前来说，裂纹问题在国内造船、钢结构焊接中很普遍。
如能解决意义很大。
以上是我们对二氧化碳气保焊在陶瓷衬垫焊平对接底道焊裂纹问题的一些想法。
由于条件限制，我们试验范围不够宽，理论依据可能还不太充分，研究的角度也偏技能与经验，不一定很成熟。
希望专家们对文章中欠妥的地方批评指正，并提供更好的解决办法。
参考文献[1]张智，陈邦固等.药芯焊丝在船舶焊接中的缺欠与对策，电焊机，2007,6[2]刘家发等.焊接手册，电焊机，2002,3。