谈FCB焊裂纹的预防工艺措施

陈谊

舟山中远海运重工有限公司浙江舟山316131

关键词：FCB焊裂纹的预防工艺

一、FCB焊接定义，特性与实际应用：

1、定义：FCB是FluxCopperBacking的英文缩写，翻译为：焊剂铜衬垫单面焊。FCB焊接同样属于埋弧焊中的一种，该焊剂铜衬垫焊接法是一种新型高效焊接技术，该焊接方法在国内大型船舶修造企业，桥梁，钢构行业中推广应用，大都是以平面流水线的形式存在。

2、特性：

1.焊道外观成型独特：该焊道根据不同板厚，不同电极数量形成上宽下窄的焊道剖面。

2.焊接效率极高；FCB埋弧焊单次焊接数度平均可达800MM/MIN左右，且一次正反面成型，焊接效率是传统埋弧焊的6-7倍。

3.实际应用：广泛适用于焊接的钢板厚度为10～35mm，适宜焊接的钢板等级为A、B、D、AH32、DH32、AH36和DH36的桥梁，船舶，海洋工程等高效平面流水线的焊接生产作业。

二、产生裂纹的概念与原因：

1、裂纹的概念：焊缝裂纹是焊接过程中或焊接完成后在焊接区域中出现的金属局部破裂的表现。

根据焊接裂纹产生的时间和温度的不同，可以把裂纹分为以下3类：

（1）热裂纹（又称结晶裂纹）：产生于焊缝形成后的冷却结晶过程中，主要发生在晶界上，金相学中称为沿晶裂纹。热裂纹的成因与焊接时产生的偏析、冷热不均以及焊条（填充金属）或母材中的硫含量过高有关。

（2）冷裂纹：焊接完成后冷却到低温或室温时出现的裂纹，或者焊接完成后经过一段时间才出现的裂纹。其成因与焊道热影响区的低塑性组织承受不了冷却时体积变化及组织转变产生的应力而开裂，或者焊缝中的氢原子相互结合形成分子状态进入金属的细微孔隙中时将造成很大的压应力连同焊接应力的共同作用导致开裂，以及焊材或母材中的磷含量过高等因素有关。

（3）再热裂纹：焊接完成后，如果在一定温度范围内对焊件再次加热时而产生的裂纹，多发生在焊结过热区，属于沿晶裂纹，其成因与显微组织变化产生的应变有关。

2、产生裂纹的原因一般有：

（1）母材含有过高的碳、锰等合金元素。

（2）焊材品质不良或潮湿。

（3）焊缝拘束应力过大。

（4）母条材质含硫过高不适于焊接。

（5）施工工艺准备不足。

（6）母材厚度较大，冷却过速。

（7）焊接参数与材质不匹配，等。

三、裂纹的控制措施：

1、科学的熔丝间距与角度能有效预防裂纹。

FCB焊接工艺采用固定式三丝焊接工艺，合理的焊丝与母材间距确保了焊丝熔化的均匀性，同样合理的焊丝与焊丝的间距确保了焊缝熔敷金属层间温度的吻合性，即起到了焊前预热母材作用，也起到了焊后缓冷的作用。

经生产总结：焊枪合理位置如下图1所示：

焊机最大跨度为18m，焊接速度调节范围0.3m/min～1.0m/min

图1焊枪位置图

2、科学选用焊材能有效预防裂纹。

FCB法焊接、定位焊和补焊等使用的焊接材料必须经过相应船级社的船检认可，并具有制造厂的合格证明材料。生产中普遍采用表1；同时焊接材料的保管与领用应符合工艺文件要求，禁止使用生锈、受潮和变质的焊接材料。

实验和生产总结焊接材料，表1：

表1焊材明细

3、合理的坡口形式能有效预防裂纹产生。

FCB法焊接接头为平对接接头，坡口的大小影响到反面成型；坡口偏小，正常焊接参数无法保证焊透，如坡口偏大又极易焊透，导致熔敷金属外溢，致使反面余高增加，过高的余高会使焊接应力集中，产生横向裂纹，正面填充金属不足导致表面余高不够成凹陷状，凹陷区域冷却较快，高速的冷却速度将会导致焊缝表面产生纵向裂纹！所以装配前检查、测量坡口边缘的直线度、坡口角度和钝边尺寸，直线度、坡口角度和钝边尺寸超差者应进行返修，合格后方能移入拼板装配工位。经总结合理的坡口形式如下：母材厚度在10～16mm的板留根3mm，开60º的Y型坡口；厚度17～22mm的板留根3mm开50º的Y型坡口；厚度23～30mm的板留根5mm开45º的Y型坡口；厚度31～35mm的板留根6mm开45º的Y型坡口，所有坡口角度±2º，留根偏差±1mm。

4、科学的封焊与工艺试板也是裂纹预防的关键。

定位焊采用CO2气体保护焊在坡口内进行，焊丝选用应符合焊接工艺规定，焊缝厚度为3～5mm，超过5mm应用砂轮打磨至≤5mm，定位焊不得有裂纹，定位焊长度为50mm，间隔为300～500mm，板厚差大时，定位焊缝的间隔应取小些，当装配间隙超过1.0mm时，应采用CO2气体保护焊或手工电弧焊对超差段进行补焊，补焊焊缝厚度应在3～5mm以内；选用合适的始端工艺板（引弧板）和终端工艺板（熄弧板）要求如下：工艺板的厚度应与被焊钢板相同，当焊接两不等厚钢板时，工艺板厚度应与较薄钢板相同。工艺板安装时，底面和被焊钢板下表面应处于同一平面内，焊后工艺板应保持齐平，应尽可能防止工艺板上翘或下倾：规格为：250*200～250mm，端头开30º的单V型坡口，母材厚度≤20mm时，引熄弧板与母材对接封焊长度≥150mm，端部焊缝分别按阶梯式封焊，封焊长度分别≥150/50mm。当母材厚度＞20mm时，须在焊缝的延伸线的引熄弧板面碳刨长度≥100mm，深度=½母材厚度的引熄弧槽。引弧板和熄弧板上要有足够的焊接长度，以避免缺陷产生在母材区域。

5、终端裂纹火焰预热控制效果显著。

1.终端工艺板焊接要求：如图

2.终端加热工艺板要求：

A：加热可用火焰（燃气＋氧气）方式进行加热。加热温度300～600℃。

B：加热中，烘枪咀距离母材高度25mm以上，采用多遍均匀受热方法适时进行加热。加热温度为焊接时焊机接近加热区域时的温度。

C：加热区域尺寸及温度：

总之，预防焊接裂纹的措施还有（1）使用低氢系焊材（2）改良结构设计，注意焊接顺序，焊接后进行热处理（3）避免使用不良钢材。（4）使用适当电流，等方法。本文根据现场生产实际操作，总结得出以上控制焊接裂纹的工艺措施，希望能对同行业工作者起到抛砖引玉的功效！

参考文献：

[1]《焊接方法与工艺（“工学结合、校企合作”高等职业教育改革创新教材）》赵丽玲主编/2014-08-01/机械工业出版社

[2]《先进焊接方法与技术（国际机械工程先进技术译丛）》（英）诺里斯著，史清宇，陈志翔，王学东译/2010-07-01/机械工业出版社

[3]《现代高效焊接方法及其应用》陈裕川著/2015-11-01/机械工业出版社