本发明属于带衬垫单面焊双面成形焊接技术领域，具体涉及一种柔性复合焊接衬垫及使用方法。
背景技术：
焊接衬垫是单面焊双面成形的常用辅助焊接装置，它的存在可以有效支撑熔池，避免熔融金属坠落。当采用焊接衬垫时，为了保证熔透性和根部焊缝质量，常保留较大的根部间隙。
目前较为成熟、常用的临时焊接衬垫为陶瓷衬垫，该类衬垫由一条铝箔胶带包裹着约20个左右的陶瓷块组成，一般尺寸为600*30*9mm。使用时先将陶瓷块上的凹槽与焊缝根部间隙进行对中调整，确定位置后，按住陶瓷块的同时去除铝箔胶带的保护条，然后按压铝箔胶带，将多个陶瓷块固定在工件表面。焊接时，熔融金属被陶瓷块拖住，形成背面焊道。但是陶瓷衬垫仅具有支撑熔池的作用，使用时存在根部熔透性较差、陶瓷会出现一定程度的熔化、需要根据工件的长度去拼接多个衬垫或者撕除多余的部分衬垫、不能与工件进行灵活拼接、表面容易残留油污、水渍及空气、铝箔胶带在焊接过程受热容易变形等缺点，造成焊丝填充量大、衬垫浪费、时间浪费、背面焊缝的整体成形不均匀、焊缝背面易产生气孔等不良后果，且陶瓷衬垫对工件表面要求较高、无法应用于小曲率半径接头，也无法进行二次使用。
永久性金属衬垫成为了陶瓷衬垫的替代品。金属衬垫的尺寸根据实际焊缝的长度预先准备，通过拼点的方式进行固定，并最终同工件焊合在一起。由于金属衬垫比较薄，焊接时容易产生焊接变形，因此需要进行多处点固，保证衬垫与工件之间的间隙，但实际操作中很难保证衬垫与工件背面之间的间隙，不均匀的间隙容易成为动载结构件的疲劳裂纹源。焊接时，需要将金属衬垫熔化，特别要保证金属衬垫与工件交接处的熔透性，因此使用金属衬垫的根部间隙要比使用陶瓷衬垫的更大一些，也意味着更多的焊丝填充量和焊接时间。此外，金属衬垫在焊后不再拆卸，也会增加结构件整体质量。
近些年来，玻璃纤维衬垫开始逐步推广至焊接领域。由于玻璃纤维只有软化点而没有真正的熔点，所以能够获得非常均匀、平整的焊缝根部轮廓。同时玻璃纤维衬垫具有轻薄、柔性、不吸水的特点，非常适合于各种形状、大小的结构件焊接工况。但是现有的技术也仅说明了玻璃纤维作为焊接衬垫形成层时的成分特点，未涉及衬垫的使用问题，也未充分利用玻璃纤维柔性的特点。
活性焊接技术可以提升电弧的能量密度，实现高效焊接。但是目前活性剂的施加多以预先涂覆在工件表面的方式进行，整个过程耗时大，严重影响整体生产效率。
目前，有采用磁铁来固定衬垫的技术方案，但涉及磁力固定的专利仅针对于使用磁铁的吸力来固定陶瓷衬垫，且采用的磁性材质为刚性材质，不适用于实际复杂的生产环境。
现有技术中还未有能同时满足焊接质量高、焊丝填充量小、焊接时间短、安装效率高、使用成本低、适用能力强和应用范围广等要求的焊接衬垫。
技术实现要素：
为解决现有技术的不足，本发明提供一种柔性复合焊接衬垫及使用方法，该柔性复合焊接衬垫具有焊接质量高、焊丝填充量小、焊接时间短、安装效率高、使用成本低、适用能力强和应用范围广的优点。
为解决现有技术的不足，本发明提供的技术方案为：
本发明提供一种柔性复合焊接衬垫，包括依次层叠的活性焊剂层、玻璃纤维层、隔热层和柔性磁铁层；
所述活性焊剂层包括活性剂；所述活性剂包括氧化物和氟化物中的一种或多种；
所述玻璃纤维层的宽度不小于活性焊剂层的宽度；
所述隔热层的宽度不小于玻璃纤维层的宽度；
所述柔性磁铁层包括至少一条磁铁软带；所述磁铁软带包括磁性材料。
优选的，所述玻璃纤维层与隔热层胶接或通过魔术贴连接；所述隔热层和柔性磁铁层胶接或通过魔术贴连接。
优选的，所述活性焊剂层吸附在玻璃纤维层表面。
优选的，所述活性焊剂层由活性剂与溶剂混合均匀后涂抹在玻璃纤维层表面，经干燥后制成。
优选的，所述溶剂为酒精。
优选的，所述活性焊剂层还包括磁性材料。
优选的，所述活性剂包括sio2、fe2o3、tio2、cr2o3和naf中的一种或多种。
优选的，所述活性剂还包括fe3o4。
优选的，所述活性焊剂层的厚度不大于5mm，宽度不小于10mm。
优选的，所述活性焊剂层的厚度为1mm，宽度为30mm。
优选的，所述玻璃纤维层的厚度不大于10mm，宽度不小于10mm。
优选的，所述玻璃纤维层的厚度为1mm，宽度为40mm。
优选的，所述玻璃纤维层的材质为无碱玻璃纤维。
优选的，所述隔热层的厚度不大于10mm，宽度不小于10mm。
优选的，所述隔热层的厚度为1mm，宽度为50mm。
优选的，所述隔热层的材质为石棉。
优选的，所述磁性材料包括fe3o4和汝铁硼中的一种或两种。
优选的，所述柔性磁铁层沿工件焊缝长度方向连续分布。
优选的，所述柔性磁铁层以工件焊缝为轴，对称分布。
优选的，所述柔性磁铁层包括两条不相连的磁铁软带。
优选的，所述磁铁软带与工件焊缝的横向距离不大于10mm。
优选的，所述活性焊剂层外表面设有保护膜。
本发明另一方面提供一种柔性复合焊接衬垫的使用方法，包括，
s1：将前述的柔性复合焊接衬垫与一侧的工件背面通过磁力固定，保证柔性复合焊接衬垫与焊缝根部贴合；
s2：将另一侧的工件安装在对应位置，将柔性复合焊接衬垫与该侧的工件背面通过磁力固定，保证柔性复合焊接衬垫与焊缝根部贴合；
s3：焊接。
优选的，还包括，在步骤s3后，通过撕揭或拖拽将柔性复合焊接衬垫从工件背面取下。
优选的，还包括，在步骤s3后，通过施加外加反向磁场将柔性复合焊接衬垫从工件背面取下。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的活性焊剂层和柔性磁铁层能够共同作用，有效收缩电弧，提高电弧能量密度和热效率，在小间隙、大钝边的工况下仍能保证焊缝根部的熔透性，从而在降低焊丝消耗成本的同时有效提升单面焊双面成型工艺的生产效率，获得高质量焊缝；
(2)本发明中提供的柔性复合焊接衬垫整体呈柔性，能够充分发挥玻璃纤维层的优势，并通过磁力将柔性复合焊接衬垫进行快速固定和位置调整，安装效率高；
(3)本发明提供的柔性复合焊接衬垫各层可以实现便捷拆换，磁铁软带和隔热层可以反复多次使用，显著降低了焊接衬垫的使用成本；
(4)本发明提供的柔性复合焊接衬垫能够应用于对接、角接、错边等特殊工况以及各种形式、尺寸的结构件，适用能力强，应用范围广；
(5)本发明提供的柔性复合焊接衬垫可以通过连续卷装来实现便捷运输。
附图说明
图1为本发明提供的柔性复合焊接衬垫的结构示意图；
图2为本发明提供的不等宽柔性复合焊接衬垫的结构示意图；
图3为本发明提供的磁铁软带分体式柔性复合焊接衬垫的结构示意图；
图4为本发明提供的柔性复合焊接衬垫应用于l型对接接头的使用状态示意图；
图5为本发明提供的柔性复合焊接衬垫应用于错边对接接头的使用状态示意图；
其中，1、活性焊剂层；2、玻璃纤维层；3、隔热层；4、柔性磁铁层；5、工件。
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明作进一步描述。以下实施方式仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种柔性复合焊接衬垫，参见图1，包括依次层叠的活性焊剂层1、玻璃纤维层2、隔热层3和柔性磁铁层4。具体的，活性焊剂层包括活性剂；活性剂包括氧化物和氟化物中的一种或多种。柔性磁铁层包括至少一条磁铁软带；磁铁软带包括磁性材料。参见图1，柔性复合焊接衬垫各层的宽度可以相等。参见图2，柔性复合焊接衬垫各层的宽度也可以不等，但是玻璃纤维层的宽度不得小于活性焊剂层的宽度，隔热层的宽度不得小于玻璃纤维层的宽度。在磁铁软带的挤压下，各层的边缘部分均会被挤压到工件表面。
使用时，活性焊剂层的宽度不得小于工件焊缝的宽度。
具体的，参见图1及图2，柔性磁铁层4可以为单个磁铁软带。柔性磁铁层也可以为分体式，即包括两个及以上的磁铁软带。参见图3，柔性磁铁层包括两条不相连的磁铁软带。使用时，通过磁铁软带个数及位置的调整，可将柔性复合焊接衬垫灵活应用于t/l型对接、大错边焊缝、角接等特殊的需要背面支撑的工况，扩展柔性复合焊接衬垫的适用能力和应用范围。
活性焊剂层外表面设有保护膜，在使用前将保护膜揭去即可。
活性焊剂层用于促进电弧收缩，增加焊缝根部热量传输，实现高效焊接。设置活性焊剂层的目的是从工件背面，同时也是最难熔透的部分添加熔深增强物质，从而辅助提升一般焊接方法的熔透能力。
玻璃纤维层用于承托液态熔池。玻璃纤维只有软化点而没有真正的熔点，能够获得非常均匀、平整的焊缝根部轮廓。同时玻璃纤维具有轻薄、柔性、不吸水的特点，非常适合于各种形状、大小的结构件焊接工况。
隔热层用于保护下方的磁铁软带不受热。
磁铁软带用于将柔性复合焊接衬垫整体可靠地吸附在工件表面，同时为焊接空间提供与电弧平行的磁场。磁场能够对电弧产生力的作用，可以通过人为施加磁场来控制电弧的形态及运动，满足特殊的焊接工艺要求。当外加纵向磁场时，电弧中带电粒子的运动将变成平行磁力线方向的螺旋运动。外加磁场越大，螺旋的半径越小。因此纵向磁场可以限制电弧的扩散，对弧柱产生压缩作用，使电弧能量更集中，可以增加焊缝的熔深。
焊接过程中，活性焊剂层和柔性磁铁层共同作用，可以有效收缩电弧，提高电弧能量密度和热效率，在小间隙、大钝边的工况下仍能保证焊缝根部的熔透性。因此本发明可以在降低焊丝消耗成本的前提下有效提升单面焊双面成型工艺的生产效率，获得高质量焊缝。
由于活性焊剂层、玻璃纤维层、隔热层和柔性磁铁层均为柔性材质，因此本发明提供的柔性复合焊接衬垫整体具有柔性，可以通过连续卷装来实现便捷运输及任意长度焊缝的匹配使用。使用时，该柔性复合焊接衬垫可以方便地固定在工件背面，安装效率高，同时适用于各种形式、尺寸的结构件，适用范围广。
在本发明的可选实施例中，玻璃纤维层与隔热层胶接或通过魔术贴连接。隔热层和柔性磁铁层胶接或通过魔术贴连接。活性焊剂层、玻璃纤维层、隔热层和柔性磁铁层可以固定为一体，也可以通过魔术贴等进行灵活拆换。使用过的柔性复合焊接衬垫在更换活性焊剂层和玻璃纤维层后能够继续使用，降低成本。
在本发明的可选实施例中，活性焊剂层吸附在玻璃纤维层表面。玻璃纤维层表面疏松，将金属氧化物和氟化物等活性剂的粉末混合均匀后直接喷洒在玻璃纤维层表面，即可在玻璃纤维层表面吸附一层活性焊剂层。
在本发明的其他实施例中，活性焊剂层由活性剂与溶剂混合均匀后涂抹在玻璃纤维层表面，经干燥后制成。
在本发明的可选实施例中，活性焊剂层由活性剂与酒精混合均匀后涂抹在玻璃纤维层表面，经干燥后制成。
在本发明的其他实施例中，活性焊剂层还包括磁性材料。磁性材料可选fe3o4和汝铁硼中的一种或两种。通过柔性磁铁层对活性焊剂层的吸引力将活性焊剂层固定在玻璃纤维层表面。
在本发明的可选实施例中，活性剂包括sio2、fe2o3、tio2、cr2o3和naf中的一种或多种。
在本发明的可选实施例中，活性剂还包括fe3o4。fe3o4一方面作为活性剂，能够促进电弧收缩，增加焊缝根部热量传输，实现高效焊接；另一方面作为磁性材料，可通过磁力增强活性焊机层与玻璃纤维层的结合力。
在本发明的可选实施例中，活性焊剂层的厚度不大于5mm，优选1mm；宽度不小于10mm，优选30mm。
在本发明的可选实施例中，玻璃纤维层的种类和厚度可以根据热输入的情况进行选择，优选无碱玻璃纤维。玻璃纤维层的厚度不大于10mm，优选1mm；宽度不小于10mm，优选40mm。
在本发明的可选实施例中，隔热层采用石棉制备，为了增强隔热效果，可以将其压紧实后使用。隔热层的厚度不大于10mm，优选1mm；宽度不小于10mm，优选50mm。
在本发明的可选实施例中，磁性材料包括fe3o4和汝铁硼中的一种或两种。磁铁软带的厚度和宽度根据工件的实际情况来定，以能将柔性复合焊接衬垫整体可靠固定于工件为准。
在本发明的可选实施例中，柔性磁铁层沿衬垫长度方向连续分布。柔性磁铁层沿衬垫长度方向连续分布能够提供更加稳定的磁场，提供均衡的电弧熔透能力，提高焊缝质量。
在本发明的可选实施例中，柔性磁铁层以工件焊缝为轴，对称分布。柔性磁铁层对称分布能够提供更加均衡的电弧熔透能力，提高焊缝质量。
在本发明的可选实施例中，磁铁软带与工件焊缝的横向距离不大于10mm。在本发明的某些实施例中，如当对接接头两板存在错边时，需使用分体式的柔性磁铁层来固定，如图5所示，此时需保证磁铁软带与工件焊缝的横向距离不能过大，以确保磁铁软带与活性焊剂层和共同作用，有效收缩电弧，提高电弧能量密度和热效率。
使用时，依据焊缝的尺寸选择和截取合适的柔性复合焊接衬垫，去除活性焊剂层外面的保护膜，将其覆盖于工件的根部。对于位置不合理的地方可以随意、多次调整。对于复杂结构件或空间狭小结构件，可以先将柔性复合焊接衬垫吸附在一侧的结构件上，然后再将另一侧的结构件安装在对应位置并与衬垫吸合。待柔性复合焊接衬垫位置确认后进行拼点固定。柔性复合焊接衬垫在焊后可以通过撕揭或拖拽取出，对于较长的结构件，可以通过外加反向磁场来实现衬垫的快速取出。
本发明实施例还提供一种柔性复合焊接衬垫的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：将柔性复合焊接衬垫与一侧的工件背面通过磁力固定，保证柔性复合焊接衬垫与焊缝根部贴合；
步骤二：将另一侧的工件安装在对应位置后，将柔性复合焊接衬垫与该侧的工件背面通过磁力固定，保证柔性复合焊接衬垫与焊缝根部贴合；
步骤三：焊接。
在本发明的可选实施例中，在焊接结束后，可通过撕揭或拖拽将柔性复合焊接衬垫从工件背面取下。
在本发明的其他实施例中，在焊接结束后，可通过施加外加反向磁场将柔性复合焊接衬垫从工件背面取下。
具体的，将柔性复合焊接衬垫应用于对接接头时，参加图1至图3，可将柔性复合焊接衬垫直接吸附到拼点固定好的工件5背面，不要求精确位置。焊接完成后将柔性复合焊接衬垫直接揭下即可。
对于t/l对接接头，为了避免因磁铁软带过厚导致的无法弯折，可以使用分体式的柔性磁铁层来固定。使用时，先将一侧的磁铁软带与工件固定，弯折并保证柔性复合焊接衬垫与焊缝根部贴合后再将另一侧的磁铁软带与工件固定。将柔性复合焊接衬垫应用于l型对接接头时，其使用状态示意图见图4。
实际生产中，当对接接头两板存在错边时，可以使用分体式的柔性磁铁层来固定。参见图5，先将一侧的磁铁软带与工件固定，弯折并保证柔性复合焊接衬垫与焊缝根部贴合后再将另一侧的磁铁软带与工件固定。需要注意的是磁铁软带的边缘应与工件的边缘对齐，从而保证工件与柔性复合焊接衬垫交接处没有间隙。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
