摘 要

随着焊接技术的不断进步，特别是单面焊陶瓷衬垫的研究和发展，在钢结构生产以及造船业的焊接中，陶瓷衬垫扮演着越来越重要的角色。陶瓷衬垫作为目前使用最广泛的焊接衬垫，每年消耗的量非常巨大。如果能将废旧衬垫粉末作为原料，加入到单面焊陶质衬垫的制作当中，重复利用，具有非常重要且实际的意义。

本文以陶瓷衬垫单面焊相关理论为基础，研究了废旧陶瓷衬垫粉末加入后陶瓷衬垫的压制成型性能、收缩率、以及单面焊焊缝成形。通过研究发现，废旧粉末加入量的增加，陶瓷衬垫的各方面性能会逐渐降低，但是加入量不同的各组陶瓷衬垫之间的差异并不明显。结合不同组陶瓷衬垫的各方面性能，以及实际生产焊接中的标准要求，在实际的陶瓷衬垫生产中，可以在原料中加入20%到30%的废旧衬垫粉末。

关键词：单面焊；陶瓷衬垫；吸潮率；焊缝成形

Abstract

With the continuous advancement of welding technology, especially the one side welding ceramic backing research and development, the ceramic backing plays an increasingly important role in welding steel structure and shipbuilding.As the most widely used welding backing , the amount of the ceramic liner used annually is huge. If we can waste liner powder as raw material, adding to the production side welding ceramic backing them, re-use, and has a very important practical significance.

In this paper, one-side welding ceramic backing related theory, study the properties after press-forming a ceramic liner waste powder added to the ceramic liner, shrinkage, as well as single-sided welding weld. The research shows that increasing the amount of waste powder, ceramic backing of all aspects of performance will be gradually reduced, but the difference is added to the amount of different groups of ceramic liner is not obvious. Combined with ceramic backing different groups in all aspects of performance, and actual production welding standard requirements in the actual production of the ceramic liner, we can add 20% to 30% of the waste powder in the feed pad.

Kye words: one-side welding; ceramic backing; moisture absorption rate; weld formation

目录

第1章 绪论 1

1.1 本课题的学术背景 1

1.1.1 单面焊及其发展 1

1.1.2 陶瓷衬垫研究进展 1

1.2 本课题的主要研究内容 2

第2章 单面焊基本理论 3

2.1 单面焊双面成型 3

2.2 单面焊衬垫的种类及特点 3

2.3 陶瓷衬垫的配方原料及其制作 3

2.3.1 陶瓷衬垫的原料 3

2.3.2 陶瓷衬垫的制作工艺 4

2.4 陶瓷衬垫的物理化学性能 4

2.4.1 陶瓷衬垫的耐火度和始熔温度 4

第3章 单面焊陶瓷衬垫设计及制作 6

3.1 设计原则 6

3.2 陶瓷衬垫的制作 6

3.2.1 配方设计、混料及球磨 6

3.2.2 陈腐 7

3.2.3 衬垫成型 8

3.2.4 干燥 10

3.2.5 衬垫烧结 10

3.2.6 衬垫组装 11

3.3 陶瓷衬垫的部分物理性能分析 12

3.3.1 陶瓷衬垫耐火度和始熔温度 12

3.3.2 陶瓷衬垫收缩率 12

3.3.3 陶瓷衬垫吸潮率试验 14

第4章 陶瓷衬垫单面焊试验 17

4.1 焊前准备 17

4.2 焊接试验 17

4.3 焊缝成形情况分析 18

4.3.1焊后焊缝成形 18

4.3.2焊缝成形系数和余高系数 20

第5章 结论 22

参考文献 23

致谢 24

第1章 绪论

1.1 本课题的学术背景

1.1.1 单面焊及其发展

通过适当的物理化学变化过程，使得两个分离的固态物体达到原子或分子间的结合而连成一体，这种连接方法就是焊接。焊接在狭义范围内一般指金属材料的焊接。基本的焊接方法主要有：熔焊、压焊、钎焊。电弧焊作为现代焊接方法发展的起点，由于其能够有效而简便地把电能转化成焊接过程中所需要的热能和机械能，目前在焊接领域仍然占据着主要地位。

随着时代的发展，焊接技术也在逐渐进步。单面焊接便是一种高效并且节能的新型焊接工艺。与传统的双面焊相比，它可以提高焊接生产效率三倍以上，节约用电接近50%，节省材料10%左右^[1]。

我国单面焊双面成形技术最早是应用于造船业，并且最早的研究可以追溯到上世纪八十年代。单面焊双面成形包括自由成形和强制成形两种成形方式。其中，焊接时焊缝背面不使用承托材料，熔池仅依靠熔化金属的表面张力保持着并形成焊缝，这种成形方式即为自由成形。强制成形则需要衬垫材料。在焊接前，在焊缝背面粘贴上衬垫，而在焊接时，金属熔池在衬垫的作用下不会下漏，并在衬垫上成形，焊接完成后需要卸掉衬垫^[2]。

国外许多国家也相当重视这方面的技术。日本、美国以及欧洲部分国家一向很重视单面焊和陶质衬垫相关技术的研究及应用。日本在二十世纪八十年代初首先将陶瓷衬垫单面焊用于船体制造当中，不断改进，并在船体制造中逐渐推广应用^[3]。

1.1.2 陶瓷衬垫研究进展

近年来，陶质衬垫技术不断发展成熟，在焊接生产作业中，陶质衬垫作为一种焊接辅助材料，得到了广泛的应用，特别是在一些钢结构的生产焊接以及船体焊接中。在传统的对接焊接工艺中，正面需要进行打底、填料、盖面等工作，而反面需要碳弧气刨清根，并且要用磨光机打磨至光亮，去除杂质后才能进行焊接操作。而在使用陶瓷衬垫单面焊之后，能够省去碳弧气刨等过程，极大提高了生产效率^[4]。