焊剂垫单面埋弧焊（RF法）的原理及特点

焊剂垫单面埋弧焊（RF）法的原理

以热固化焊剂（RF－1）作为衬垫，衬托在钢板接缝下面，利用软管充气将带有热固化衬垫焊剂和下敷焊剂的焊剂槽上升，使热固化衬垫焊剂紧贴焊件接缝反面，焊接时电弧将焊件熔透，并加热了热固化焊剂，当加热到80℃～120℃（约在电弧前方20mm）后，热固化焊剂发生脱水缩合反应而固化，强制熔融金属反面成形，从而获得正面焊接两面成形的焊缝，如图9.8－3所示。

图9.8－3　焊剂垫单面埋弧焊（RF法）的原理图

2）焊剂垫单面埋弧焊（RF法）的特点

（1）单面焊接两面成形，采用双丝焊接可适用于16～22mm板厚，焊缝长度为6～12m的拼板焊接，焊接效率可提高3～4倍。

（2）由于热固化焊剂的功能，使焊缝反面成形美观，不易出现反面焊缝咬边、焊瘤等缺陷，不需要焊件翻身。节省碳刨工作量和节约焊接材料、电能以及提高工作场地的利用率。

（3）对坡口的精度要求比较低，对两钢板的板厚差、错边等适应能力较强。可作为平面分段流水线工位，提高装焊效率。利用钢板自重，确保焊剂垫紧贴反面接缝，因此，无需压力架装置。

（4）焊缝的力学性能优良。

9.8.3.2　焊剂垫单面埋弧焊使用的焊材

1）焊丝

对焊丝无特殊要求，可采用双面焊所用的焊丝，只要焊丝的性能和母材钢号相配。

单丝焊的直径一般选用5mm，双丝焊的直径选用4.8mm。

2）焊剂

焊剂有三种：表面焊剂、衬垫焊剂、下敷焊剂。表面焊剂是为了在大电流下能获得较好的焊缝表面成形，采用烧结焊剂；衬垫焊剂是该工艺方法中的关键材料，在焊剂中加入具有热固化特性的酚醛树脂、铁粉和脱氧剂。焊剂未固化前呈粉状，能使焊剂紧贴钢板，加热固化后使焊缝反面强制成形。焊后，焊剂热固化后结成渣块，不能重复使用；下敷焊剂是为了减少衬垫焊剂的消耗，在衬垫焊剂下，敷设非热固化焊剂；铁粉是焊剂垫单面埋弧焊单丝焊时应用，其主要功能是焊前在焊缝坡口中敷撒不同厚度的铁粉，可以弥补坡口的不均匀度，以获得比较均匀的焊缝反面成形。铁粉熔化后进入焊缝，提高了熔敷效率，同时，降低了背面成形对熔深变动的依赖程度，使焊接规范、坡口精度的允许范围相对变得宽松。铁粉通常是纯铁粉，铁含量不低于99.2%。

9.8.3.3　焊剂垫装置结构及辅助装置

焊剂垫单面埋弧焊的焊剂垫装置结构有固定式和活动式两种，如图9.8－4所示。

1）固定式焊剂垫装置

它由焊剂槽、气管和托架组成。焊剂槽用耐热橡胶制成，气管用一般的消防水龙带制成。固定式焊剂垫装置用于钢板宽度固定不变的列板拼板工作。而在实际焊接生产中，列板拼板平行焊缝的间距是有变化的，为了适应这种工作情况，拼板列板和焊剂垫装置两者必须有一是可移动的。

图9.8－4　焊剂垫装置图

2）移动式焊剂垫装置

该装置包括上支承、中支承和下支承三大部件组成。其长度为12m。在上支承下端装有2根气管，用于使上支承钢梁整体上升，并紧贴工件；然后利用其上端的一根顶紧气管，使装有衬垫焊剂和下敷焊剂的橡皮槽受压上顶，确保衬垫焊剂紧贴接缝中心。整个上支承坐落在中支承的横向导轨上，并可利用滚轮进行人工调节长度方向的角度，保证衬垫焊剂处于中心位置。

焊剂垫装置是RF法焊接的关键装置，能使衬垫焊剂完全紧贴接缝，以保证反面焊缝的良好成形，达到单面焊双面成形之目的。

9.8.3.4　焊剂垫单面埋弧焊工艺参数

焊剂垫单面埋弧焊工艺参数有单丝焊和双丝焊两种。在船厂焊接过程中通常是应用双丝焊剂垫单面埋弧焊技术。其工艺参数如表9.8－2所示。

表9.8－2　16～22mm钢板焊剂垫双丝单面埋弧焊的工艺参数

1）前后丝焊接电流

前丝焊接电流的选用正确与否对反面焊缝一次成形中的反面焊缝成形质量关系甚大。前丝焊接电流主要取决于钝边的高度，当焊接板厚16～22mm范围内的对接缝时，其钝边高度基本保持在6至7mm。因此，焊接电流的变化值不大，一般控制在1 100～1 200A范围内。后丝的焊接电流主要是保证正面焊缝的良好表面成形，电流不宜过大。一般控制在820～1 000A范围内。

2）前后丝电弧电压

前丝电弧电压对反面焊缝成形有直接影响，在坡口角度和钝边尺寸一定的情况下，电弧电压过高，使反面焊缝不成形，电弧电压过低，反面焊缝窄而高，成形不佳，一般控制在30～32V范围内，后丝电弧电压主要影响着表面焊缝的高度和宽度，其控制范围为36～42V。

3）焊接速度

焊接速度大小主要应与焊接板厚、前后丝的焊接电流值相匹配。一般焊接16～22mm板厚时焊接速度应控制在48～60cm/min范围内。

图9.8－5　焊剂垫双丝单面埋弧焊两丝的位置图

4）前后丝间距及焊丝倾角

前后两丝间距和焊丝倾角直接影响着焊缝的形状系数和力学性能。

试验证明，两丝间距在100～125mm范围内最佳。另外焊丝伸出长度和前丝的前倾角也必须加以控制。倾角通常为7°～10°，后丝垂直。前丝的伸出长度为25～30mm，后丝伸出长度为35～40mm，具体数值如图9.8－5所示。

5）焊剂垫承托的空气压力

焊剂垫单面埋弧焊要控制上、下气管的承托空气压力，下气管空气压力必须保证焊剂垫装置贴近母材接缝处，其压力为0.2～0.3MPa。上气管的空气压力直接和反面焊缝成形有关，压力过大会使反面焊缝产生内凹，压力过小会使反面焊缝的余高和熔宽显著增加，压力一般控制在0.08～0.10MPa范围内。

上、下气管通气的先后操作程序。应先开通压力为0.2～0.3MPa的下气管，将焊剂垫托架缓慢上升，直至贴近钢板接缝下表面，然后再开通压力为0.08～0.12MPa的上气管，使橡皮槽内的下敷焊剂和衬垫焊剂上升并紧贴接缝处，就可进行正常焊接。

6）焊剂层高度和铁粉高度

焊剂垫单面埋弧焊焊剂分衬垫焊剂和下敷焊剂，焊前先后敷设在橡皮槽内，焊剂采用半自动焊剂小车添加，一次完成两种焊剂的堆积高度，其中，下敷焊剂的高度为90mm左右，衬垫焊剂的高度8～10mm。表面焊剂层高度为25～40mm。铁粉高度通常填满坡口与钢板表面持平。

7）焊缝终端部位的处理

对焊缝终端部位的处理使用弹性熄弧板，其作用是将弧坑引出焊缝，同时通过各种参数条件的控制，使长度大于8m以上的对接焊缝的终端产生裂缝的部位加以控制，并采用反面碳刨后手工焊少量修补方法加以解决；而小于等于8m长的对接焊缝的终端裂纹得到消除。