FCB法焊接技術(shù)的特點(diǎn)及缺陷介紹

四川大西洋焊接材料股份有限公司技術(shù)中心成都分部 李亞軍

FCB法焊接技術(shù)的特點(diǎn)及缺陷介紹

四川大西洋焊接材料股份有限公司技術(shù)中心成都分部 李亞軍

隨著船舶業(yè)的快速發(fā)展，F(xiàn)CB法焊接技術(shù)作為一種單面焊雙面成型的高效焊接技術(shù)，在我國(guó)船舶建造中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。介紹FCB法焊接技術(shù)和FCB焊接材料的發(fā)展應(yīng)用狀況，說(shuō)明FCB焊接材料打破國(guó)外壟斷、實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化將是中國(guó)船舶建造中未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。最后重點(diǎn)分析FCB法焊接存在的缺陷反面成型不良和裂紋，以及產(chǎn)生的原因和預(yù)防措施，為中國(guó)船舶工作者在船舶建造中預(yù)防這類缺陷提供一定的參考依據(jù)。

FCB；船舶；焊接材料；焊接缺陷

就國(guó)內(nèi)外船舶行業(yè)而言，焊接技術(shù)已成為現(xiàn)代造船中的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)各國(guó)船舶行業(yè)的快速發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。20世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)船廠陸續(xù)引進(jìn)高效的FCB法焊接技術(shù)，掀起了該項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)船舶業(yè)應(yīng)用的序幕，直到CB/Z 278-2011 《FCB法多絲埋弧自動(dòng)單面焊焊接工藝》執(zhí)行，使得FCB法焊接技術(shù)在國(guó)內(nèi)船廠中的應(yīng)用更加規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化。2013年11月4日，我國(guó)工信部發(fā)布了《船舶行業(yè)規(guī)范條件》，要求焊接自動(dòng)化和半自動(dòng)化率達(dá)到65%以上。為此，作為單面焊雙面成型FCB法已成為大力推廣應(yīng)用的高效焊接技術(shù)之一，在大連船舶重工、渤海船舶重工、武昌造船廠、上海外高橋有限公司、江南造船有限責(zé)任公司等都有廣泛的應(yīng)用。

一、FCB法焊接技術(shù)及其特點(diǎn)

FCB法，又稱焊劑銅墊法，屬于一種線能量大于100 kJ/cm的埋弧焊接方式，在船廠平面分段流水線上廣泛應(yīng)用。它是在銅墊板上均勻撒4～6 mm厚度的襯墊焊劑，然后用空氣管等簡(jiǎn)單的頂壓裝置，將上述敷好焊劑的銅墊板壓緊到焊縫背面使其與工件緊密貼合，焊絲在正面進(jìn)行單面焊接，同時(shí)由于是大線能量，電弧熱會(huì)焊透母材的Y或V形坡口輸入到背面，使襯墊焊劑也熔化，最終形成一種單面焊接雙面成型的方法。［1］FCB法焊接示意圖如圖1所示。

FCB法焊接是單面焊接雙面成型的方法，與傳統(tǒng)的兩面進(jìn)行單層焊接相比，減少了鋼板翻身時(shí)間，提高了電弧利用率，從而大幅度提高了焊接效率。

FCB法焊接通常采用雙絲或多絲焊機(jī)焊接，其效率高且焊接接頭質(zhì)量好。一般第一絲常采用直流電源，可以控制熔深的形狀和背面焊道成型，其他絲采用交流電源。［1，2］

二、FCB法焊接材料

圖1 FCB法焊接示意圖

FCB法焊接材料不同于普通的焊材，它包括表）面焊劑、襯墊焊劑和焊絲，同時(shí)還要求襯墊焊劑在焊接過(guò)程中具有黏性，能拖住熔池。國(guó)內(nèi)外襯墊焊劑都含有一定量的酚醛樹脂，酚醛樹脂具有微量毒性，這也成為國(guó)內(nèi)外焊材企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)的難點(diǎn)。

國(guó)外FCB法焊接技術(shù)比國(guó)內(nèi)起步早，配套的焊材也相對(duì)成熟，而國(guó)內(nèi)焊材廠商直到船廠引進(jìn)該工藝后才開始研究相應(yīng)的焊材，因此，國(guó)內(nèi)船廠在建造船舶時(shí)，使用的FCB法焊接材料主要依靠國(guó)外進(jìn)口，如日本神鋼：表面焊劑PF-155E，襯墊焊劑PF-150R，焊絲為US-36；日本新日鐵：表面焊劑NSH-55EM，襯墊焊劑NSH-1RM，焊絲Y-DM3（L電極），Y-DL（T1、T2電極），船級(jí)社認(rèn)可等級(jí)都為3Y級(jí)。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)焊材企業(yè)經(jīng)過(guò)技術(shù)積累，也逐步研發(fā)出了相應(yīng)的配套焊材，如上海寶冶集團(tuán)有限公司研發(fā)了船級(jí)社2Y級(jí)FCB焊接材料：表面焊劑DQ. FCB-1，襯墊焊劑DQ.FCB-1R，焊絲為BD.FCB-1W，在我國(guó)船舶行業(yè)應(yīng)用有較好的影響。但隨著船級(jí)社級(jí)別要求的提高，四川大西洋焊接材料股份有限公司和武漢天高熔焊接股份有限公司分別研發(fā)了3Y級(jí)焊接材料。四川大西洋的表面焊劑CHF116，襯墊焊劑CHF306，配合焊絲CHW-SG，采用三絲焊接，工藝性能優(yōu)良，力學(xué)性能優(yōu)異，熔敷金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表1和表2所示。武漢天高生產(chǎn)的表面焊劑TGF-55E，襯墊焊劑TGFB，配合焊絲TGM-51，焊縫成型美觀，具有良好的力學(xué)性能（見表3）。由此看來(lái)，F(xiàn)CB焊接材料打破國(guó)外壟斷，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化將是我國(guó)船舶建造中未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

表1 熔敷金屬化學(xué)成分　　質(zhì)量分?jǐn)?shù)

表2 熔敷金屬力學(xué)性能

表3 武漢天高FCB熔敷金屬力學(xué)性能

三、FCB法焊接缺陷及預(yù)防措施

FCB法焊接屬于一種大線能量焊接，由于其自身設(shè)備和焊接方式，不可避免會(huì)產(chǎn)生一些焊接缺陷，如氣孔、夾渣、焊縫咬邊、未焊透、正面成型偏低、背面成型不良、裂紋等。根據(jù)文獻(xiàn)［1］可知背面成型不良和裂紋這兩類缺陷占到了總?cè)毕萋实?0%左右，現(xiàn)對(duì)這兩類缺陷進(jìn)行重點(diǎn)分析。

1. 背面成型不良是由于反面銅墊和襯墊焊劑及焊接工藝參數(shù)不匹配引起的

襯墊焊劑鋪撒的厚度、密實(shí)度和均勻性，以及背面銅板的追隨性，是引起背面成型不良的主要原因。正面焊道與背面焊道同屬于一個(gè)熔池，襯墊焊劑鋪設(shè)過(guò)高或銅板的追隨性差，會(huì)使背面焊縫的余高增大，背面余高隨襯墊焊劑厚度增加而增高；反之，襯墊焊劑鋪設(shè)過(guò)薄，會(huì)造成背面焊縫滲銅現(xiàn)象，使焊縫呈金黃色，對(duì)銅板的損害比較大。［3，4］襯墊焊劑的密實(shí)度不夠會(huì)引起淌渣，造成背面焊道余高過(guò)高或正面成型偏低。襯墊焊劑鋪設(shè)的不均勻會(huì)造成背面焊道成型不規(guī)則。除此之外，焊接參數(shù)不規(guī)范，會(huì)產(chǎn)生焊透、焊瘤、未焊透現(xiàn)象，也影響反面成型。

2. 裂紋主要指始終端裂紋、背面焊縫表面橫向裂紋和焊縫內(nèi)部橫向微裂紋

（1）始終端裂紋可分為始端裂紋和終端裂紋。始端裂紋是由于引弧板至母材的前絲的焊透及后絲的焊透不連續(xù)，焊縫金屬凝固時(shí)引起的收縮裂紋。［5］終端裂紋是指在焊接接頭的終端安裝普通熄弧板，當(dāng)電弧在端部熄弧板上完成焊接后，接頭終端附近的焊縫金屬中心發(fā)生的縱向裂紋，一般是在半熔化狀態(tài)或凝固后不久的高溫狀態(tài)下發(fā)生的。一般采用階梯焊接法和彈性熄弧板焊接法可控制始終端裂紋產(chǎn)生的長(zhǎng)度和范圍。［6］文獻(xiàn)［7］指出，通過(guò)對(duì)彈性熄弧板焊接法的改進(jìn)，將拼板和熄弧板采用全熔透焊接，可大大降低出現(xiàn)這種裂紋的概率。

（2）預(yù)防背面焊縫表面橫向裂紋首先要控制背面焊縫成型形狀，盡可能控制背面焊縫余高在3 mm之內(nèi)，其次，在焊接過(guò)程中減緩焊縫區(qū)域的冷卻速度。［7］在焊接過(guò)程中一邊焊接，一邊在焊縫上覆蓋石棉布，并且暫不敲除焊縫表面的渣殼，來(lái)減緩焊縫的冷卻速度，使焊縫金屬中的有害物質(zhì)盡可能充分浮出表面。

（3）焊縫內(nèi)部橫向微裂紋是由于焊縫中較高含氫量和較快的冷卻速度引起的。因此，進(jìn)行焊接時(shí)，使用開封的全新表面焊劑，經(jīng)加熱烘干使用，回收焊劑不再利用。此外，降低焊縫的冷卻速度也可預(yù)防這類裂紋的產(chǎn)生。

四、結(jié)束語(yǔ)

（1）隨著高效的FCB法焊接技術(shù)在國(guó)內(nèi)的大力推廣，F(xiàn)CB焊材將打破國(guó)外壟斷、實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化已成為我國(guó)船舶建造中未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，將會(huì)節(jié)約大量成本，促進(jìn)我國(guó)船舶業(yè)的快速發(fā)展。

（2）通過(guò)對(duì)FCB法焊接缺陷反面成型不良和裂紋的分析，為我國(guó)船舶工作者在建造船舶時(shí)預(yù)防這類缺陷提供一定的參考依據(jù)。

［1］李曉泉，劉鵬飛，李剛.FCB焊接缺陷的工藝控制［J］.造船技術(shù)，2006（4）：34-35.

［2］陳照輝. FCB法新型燒結(jié)焊劑焊接工藝及力學(xué)性能的研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2007.

［3］吳信保，楊念記，方長(zhǎng)海.FCB法焊接在我國(guó)船舶領(lǐng)域的應(yīng)用［J］.金屬加工：熱加工，2012（6）：67-68.

［4］鮑光輝，楊念記，任樂(lè).FCB法焊接外在質(zhì)量影響因素分析［J］.造船技術(shù)，2009（4）：34-35.

［5］宋春林. FCB單面埋弧自動(dòng)焊焊接技術(shù)與缺陷分析［J］.硅谷，2011（22）： 43.

［6］范偉，張麗華.兩種減少FCB終端裂紋的工藝方法對(duì)比分析［J］.廣船科技，2014（2）：6.

［7］唐連元.FCB法焊接終端裂紋和背面焊縫表面裂紋控制的技術(shù)研究［J］.金屬加工：熱加工，2008（16）：23-25.

10.16176/j.cnki.21-1284.2015.10.007