窄间隙焊接技术

窄间隙焊接技术

6.1 窄间隙焊接技术背景

随着现代工业及国防装备的日趋大型化和高参数化，厚板、超厚板焊接金属结构的应用也愈来愈广泛，随着焊接结构的大型化，要求得到越来越良好的焊接接头性能。传统的大厚度钢板焊接方法不仅开坡口困难，焊接速度缓慢，而且焊后板材应力变形很大，从而使生产效率十分低。窄间隙焊接(Narrow Gap Welding，简称：NGW) 作为一种先进的焊接技术，有效地克服了以上缺点。这项技术(NGW)于1963年12月由美国巴特尔研究所(Battelle)开发，并由该所的R．P．Meister 和D．C．Matin合写文章刊登在《British Welding Journal》杂志的的1966年5月号上。自从“Narrow Gap Welding”一词在杂志上第一次出现后，立即受到了世界各国焊接专家的高度关注，并相继投入了大量的研究。

6.2 窄间隙焊接技术原理

窄间隙焊接技术是在应用已发明的传统焊接方法和工艺基础上，加上特殊的焊丝、保护气、电极向狭窄的坡口内的导入技术以及焊缝自动跟踪等特别技术而形成的一种专门技术。窄间隙焊接方法分为：窄间隙埋弧焊(N-SAW)、窄间隙钨极氩弧焊(N-CTAW)、窄间隙熔化极气体保护焊(N-GMAW)。窄间隙焊是一种能提高焊接质量、提高焊接生产率和降低生产成本的工业技术，尤其是高的力学性能和低的残余应力与残余变形，使该技术在钢结构焊接领域中有着巨大的应用潜力和广阔的应用范围。从技术角度上看，其诸多的技术优越性决定着该技术在薄板除外的所有板厚范围内焊接均有极大的诱惑力。但从经济角度上看，窄间隙焊接技术的确存在着一个经济板厚范围问题，即在享有其技术优越性的同时，能获得显著经济效益的板厚范围。一般来讲，板厚越大，其经济效益也越大。具有明显经济优越性的最小板厚，可称为窄间隙焊的下限板厚。该下限板厚随着结构的钢种、结构的可靠性要求、结构尺寸及空间位置而不同，但一般为20～30mm。上限板厚只取决于所开发的窄间隙技术的焊枪可达范围，理论上不存在上限板厚限制。窄间隙焊接技术已成为现代工业生产中厚板结构焊接的首选技术。

6.3 窄间隙焊接技术特点

与传统埋弧焊和气保护焊技术相比，窄间隙焊具有以下特点。

1)生产效率高；

2)节约母材和焊丝消耗，同时也节约电能消耗；

3)前道焊道对后一道焊道起预热作用，后道焊道对前一道焊道起回火作用，使焊接接头具有较高的机械性能；

4)焊后产品的残余应力和变形小；

5)易于实现生产过程自动化；

6)窄间隙焊的缺点是焊接修补困难，装配时间长以及对操作人员的技能要求较高等。

6.4 窄间隙焊接技术的应用实例

1997年在美国海军某型号潜水艇的焊接过程中，将窄间隙气体保护电弧焊用于潜水深度为2000m的深潜器球型压力壳体的焊接。壳体材料的屈服强度大于900N／mm2，厚度30～40mm，焊后效果符合各项技术要求。

1998年日立有明船厂利用窄间隙埋弧焊对低合金钢厚壁及其他重型机构进行焊接，其焊接接头具有较高的抗延迟冷裂能力，其强度性能和冲击韧性优于传统宽坡口埋弧焊接头。与传统埋弧焊相比，总效率可提高50％～80％，可节约

焊丝38％～50％，焊剂56％～64.7％。

2001年在日本，窄间隙气保护金属极电弧焊已成功地用于海洋构筑物中装在自升式钻井平台桩腿上的齿条对接接头的焊接。齿条所用材料通常为ASTMA514 GrE(或改进型)，厚度为127mm。

2002年瑞士的ALSTOM Power AG公司采用了ESAB的窄间隙TIG自动焊接设备后，其生产效率得到大幅度提高，对于焊接侧板的横向焊缝，可采用药芯焊丝CO2气体保护，在交流电源下进行单面焊接，现有的窄间隙焊焊接180mm 板厚已无任何技术障碍。

6.5 窄间隙焊接技术的产业化发展概况

窄间隙焊接技术作为一种经济的，能够得到优质焊接接头的焊接方法，经过半个多世纪人们对其的研究和发展，至20世纪80年代初，大多数窄间隙焊技术均完成了试验室开发阶段而进入工业生产试用阶段，目前在国外的船舶工业生产中发挥着巨大作用，已经达到了产业化。在军船方面，窄间隙焊接可用于航空母舰上大厚板的焊接。在民船方面，随着大型船舶和高附加值船舶需求量的增加，窄间隙焊接在大厚板焊接时也发挥着重要的作用。