陶瓷衬垫在集装箱焊接生产中的应用

孙广齐　于华楠

0 引 言

由于原材料价格的持续上涨，不锈钢产品的制造面临很大的成本压力。为了有效解决这一问题，提出对近海罐柜不锈钢罐体的支撑裙座采用不锈钢（0Cr18Ni9）加碳钢(Q345D)的连接方式，并针对该产品焊接结构的特点，提出采用自动熔化极气体保护焊（GMAW）、背面粘贴焊接陶瓷衬垫的方式，在满足焊接质量要求的同时，提高焊接生产效率。

1 原材料的化学成分及力学性能

在这种焊接方式中使用的原材料的化学成分及力学性能见表1—3。

表1 焊丝ER309（AWSSFA5.9）的化学成分及力学性能

注：抗拉强度标准值≥550 MPa，实测值为621 MPa；延伸率标准值≥30%，实测值为37%。

表2 Q345D（GB/T 1591—1994）的化学成分及力学性能

注：抗拉强度和延伸率的标准值分别为516 MPa和28%， 20℃下的冲击功为72J，86J和94J。

表3 0Cr18Ni9（GB/T 4237—1992）的化学成分及力学性能

注：抗拉强度和延伸率的标准值分别为695 MPa和54.5%。

2 焊接工艺

清除待焊试板坡口周围范围内的油污和锈蚀，按要求组对点焊。剥去衬垫两侧的防粘纸条，将其正面或背面的中心线对准焊缝间隙中心，捋压衬垫块两侧的铝箔胶带，使衬垫块紧密地贴在焊件接头的钢板上。装贴衬垫前，应清除待焊接头两侧贴衬垫区域的锈迹、污物和水汽等，确保粘贴牢固。然后进行自动GMAW焊接，焊后清除飞溅物并清理衬垫。

具体焊接参数如下：（1）母材：304不锈钢（0Cr18Ni9）和碳钢（Q345D）， =；（2）焊材：不锈钢焊丝（ER309）， ＝；（3）焊接衬垫：陶瓷（MY211）；（4）焊接电流：160~；（5）焊接电压：20~；（6）极性：DCEP；（7）保护气体：Ar占97.5%，CO2占2.5%；（8）气体流量：15~20 l/min；（9）过渡方式：短路过渡和喷射过渡；（10）焊接位置：水平固定；（11）焊前预热：无；（12）焊后热处理（PWHT）：无；（13）焊接设备：TPS 5000/TS 5000（Fronius数字化MIG/MAG焊机）。

3 检测结果

按照表4所示的检测要求，对焊接接头进行横向拉伸、弯曲和低温冲击试验，试验结果见表5—7。

表4 焊接接头检测要求

表5 焊接接头横向拉伸试验结果（QW-150）

表6 焊接接头弯曲试验结果（QW-160）

表7 焊接接头低温冲击试验结果（QW-170）

从横向拉伸、弯曲和低温冲击试验结果来看，焊接接头的性能完全满足产品要求。

4 工艺分析

（1）GMAW（MAG）焊接工艺特点 加入氧化性气体，可有效提高电弧燃烧和熔滴过渡的稳定性，降低飞溅，减少焊接缺陷，焊接效率高，焊接成本低。

（2）异种钢焊接工艺特点 主要是控制线能量，采用小电流快速焊等措施有效降低焊缝的稀释率。

（3）焊接用陶瓷衬垫的特点 焊接用陶瓷衬垫适用于船舶、石油、化工、机械和桥梁建筑等行业的钢结构焊接建造，可实现单面焊双面成型，从而大大提高生产效率，其优点体现在：焊缝根部省去气刨、打磨、封底焊及焊件翻身等工序，可节约大量熔敷焊接材料；焊缝坡口易于加工；对焊缝装配精度的适应性较好；重量轻，安装方便，柔性较好，可在全位状态下粘贴；可按所需长度折断使用，避免浪费；抗潮湿性能强，为焊缝熔化金属提供低氢环境，焊接熔池清澈，背面成型圆滑饱满；电弧燃烧稳定，飞溅较少，焊缝成型表面光洁，焊脚整齐。

（4）Fronius数字化MIG/MAG焊机 与其他焊接设备不同的是，Fronius数字化MIG/MAG焊机采用添加2.5% CO2气体的专家系统，焊接质量远优于添加2% O2混合气体的焊接设备。

（编辑：张 敏 收稿日期：2009-05-08）