1 前言    陶质衬垫焊是一种以特殊陶质材料为衬托，使焊缝强制成形的高效、优质、低成本的焊接方法。这种焊接方法避免了清根、仰焊及狭窄封闭环境内作业，减轻了焊工劳动强度，使焊接生产效率成倍提高，焊接质量得到保障，同时对人体及环境不会造成危害，与传统焊接方法相比，是一种适应可持续发展潮流的“绿色”焊接方法。    日本、韩国、美国、德国、英国、前苏联、瑞典、挪威、比利时等国家一直都很重视衬垫焊的研究和应用。二十世纪六十年代初，造船大国日本率先将衬垫焊应用于船体建造中，并取得显著效果。衬垫焊材料种类繁多，有水冷铜块、焊剂、黄砂、玻纤布、水玻璃粘结固化材料和耐高温的陶质材料，其中陶质衬垫以其优良的成形性能和工艺适应性，在衬垫焊技术中占主导地位。陶质衬垫焊在中国工业生产中出现始于二十世纪八十年代，一些大的船厂为了提高焊接效率，缩短造船周期，大力投入技术改造，依靠进口设备和材料在船体建造中逐步推广应用。进入九十年代，CO2焊陶质衬垫完全国产化，相配套的设备和工艺日趋完善，陶质衬垫焊方法在船厂广泛应用。据我国造船业一九九九年度统计，陶质衬垫耗量达六十五万米以上。    造船业的大规摸应用促进了陶质衬垫焊方法在其它行业的推广。目前，在钢箱结构桥梁、压力容器、管道工程、建筑结构、化工机械、冶金机械等制造业中，陶质衬垫需求呈节节上升趋势。为了帮助更多的焊接工作者了解和掌握陶质衬垫焊方法，本公司根据多年来研究开发陶质衬垫的体会和大量用户的反馈信息，总结整理出这篇论文。我们希望本论文有助于用户选用合适的衬垫产品，也为广大焊接同仁在进行工艺方案设计和质量分析时提供有益的参考；同时，为了开发更多更好的焊接新工艺新产品，我们更期望在同行中起到抛砖引玉的作用，共同为我国的高效焊接事业做出贡献。

2 天高系列陶质衬垫    天高焊接有限责任公司与广大用户共同努力，在生产实践中培育了许多成熟的陶质衬垫焊工艺方法，如何选用不同规格型号的衬垫材料，最好是了解衬垫焊的基本知识，再结合自身焊接生产的特点，触类旁通。2.1 陶质衬垫焊基本原理2.1.1 背面焊缝缩孔的产生    陶质衬垫焊熔池周边是由母村金属和衬垫所组成的一个模体。由于陶质衬垫与母材金属的导热性相差很大（导热系数比钢小两个数量级），熔池的散热处于极不均匀的状态，熔池两边（与母材相连）散热很快，底部（与陶质衬垫接触）散热慢，在正常焊接时，随着电弧的移动，熔池冷却开始结晶，熔池上部受电弧的加热作用温度高于底部，熔池液态金属的结晶是自下而上结晶，与钢板上堆焊相比，其熔池的结晶方向更会直于焊缝中心线。当电弧中断（如收弧等），熔池上部的加热被去掉，由于陶质衬垫的保温作用，熔池底部的温度会高于上部，这时熔池是自上而下结晶或结晶方向垂直于焊缝中心线，这就是陶质衬垫焊熄弧时易产生背面缩孔和弧坑裂纹的根本原因。CO2焊采用返烧（20mm左右）熄弧，熔池上部保持高温使其自下而上结晶，熄弧点移至焊缝边缘母材上，这样能消除焊缝背面缩孔。2.1.2 母材熔透    焊缝熔深主要受焊接电流和焊接速度的影响，图1为熔池形成示意图，当电流

 
         图1普通熔池形成示意图

增加时，电弧力（电磁力，等离子流力等）增加，熔深h随之增加。焊接速度与熔深不是简单的线性关系，某一焊接电流达到最大熔深时对应有一个焊接速度，在这个速度以下熔深随速度的增加而增加，在这个速度以上熔深随速度的增加而减小。焊接速度较慢时，单位长度焊缝的熔敷金属增多，焊缝厚度增加，熔池底部受电弧直接的热冲击作用减弱，熔深减小，当焊速很大时线能量降低，母村受到的热作用减弱及母材的散热作用，熔深也会减小。薄板对接埋弧焊有时采用大电流快速焊也不会发生烧穿现象，相反在电流不是很大，焊速漫时反而去烧穿，这是由于熔池底部母材金属受热作用处于高温塑性状态，不能有效的衬托熔池，这时如果背面有衬垫托住会发现此时的熔深远小子板厚而无法焊透。在背面无衬托的情况下，实际生产中会出现焊漏或者焊不透的情况，很难控制。陶质衬垫焊在无间隙时必须要有足够的电流以及速度的配台才能焊透，当电流受到限制无法增大时，应配合装配间隙而达到充分焊透的目的。如陶质衬垫CO2焊必须有大于3mm间隙才能保证根部焊透。2.1.3 背面焊缝余高形成    陶质衬垫焊熔池形成示意图如图2，在有间隙焊时必须保持电弧下有一定厚度

            ^{图2陶质衬垫焊熔池形成示图}

增加时，电弧力（电磁力，等离子流力等）增加，熔深h随之增加。焊接速度与熔熔融金属（即 a），当焊速较快时，a逐渐减小，衬垫受电弧直接热冲击作用增加，衬垫熔化深度（即d）增加。如果衬垫熔渣保持原位不动，熔池底部的空间不会有太大的变化，焊缝余高也不会增加，但实际上凝固后衬垫表面熔渣的厚度（即c）在表面张力的作用下变化不大，一般在2mm左右，衬垫熔渣由于电弧的直接热冲击及熔池的搅拌作用，多余的熔渣被带到焊缝表面，使熔池底部空间增大，焊缝余高增加，严重时焊缝背面形成脊背。即当a很小时，衬垫直接受电弧热冲击作用，其熔化形状反映了电弧的热能分布。若焊速更快，a接近于零，这时电弧直接与衬垫作用，由于衬垫不导电，将会引起电弧不稳定，焊丝拽到衬垫上，使焊缝背面高低不平或断弧。由以上分析可知，背面焊缝余高主要由衬垫熔化深度决定。当衬垫熔深大于衬垫熔渣厚度时，随d的增加，余高增大。图3为衬垫厚度方向温度分布状态，电弧