窄间隙焊接系统简介及应用案例

窄间隙焊接系统简介及应用案例
∙产品名称：窄间隙焊接系统简介及应用案例
∙产品主要参数：
技术参数 筒体厚度 ≤350mm 坡口宽度 18－24mm 接头型式 窄间隙对接 焊丝直径 3、4mm 焊嘴摆角 ±3.5° 本系统用于厚板窄间隙焊接。

性能特点 该系统包括窄间隙焊头、电动十字滑架、二维跟踪装置、带双向校直机构的送丝机头、PEH控制箱、LAF－1000焊接电源、4×4m操作架、200T 滚轮架、控制系统、焊剂回收及输送系统等10个部分。

专门设定的窄间隙焊枪、AC伺服电机驱动焊枪摆动，工作可靠长距离激光跟踪器，实现对焊缝底部两侧及高度的跟踪PLC、触摸屏及AC伺服组成的控制系统实现自动排焊道。

∙产品型号：deuma
∙产品类型：其他
∙生产厂家：德尔玛DEUMA（珠海）焊接自动化
∙产品参考价格：0.0
∙产品领域：工程机械
窄间隙焊接是厚板焊接领域的一项先进技术。

与普通坡口的埋弧焊相比，窄间隙焊具有无可比拟的优越性。

如坡口窄、焊缝金属填充量少，可以节省大量的焊材和焊接工时；由于窄间隙焊时热输入量较低，使焊缝金属和热影响区的组织明显细化，从而提高其力学性能，特别是塑性和韧性。

要在深入母材很窄的坡口中实现无缺陷的焊接，难度是很大的。

除了精确制备工件坡口以外，还要从焊接方法、焊接设备、焊缝跟踪、工艺措施等方面解决一系列难题。

经焊接界多年努力，窄间隙焊已发展了多种气体保护焊方法和埋弧焊方法，在各方面取得了实际应用。

窄间隙气体保护焊与窄间隙埋弧焊相比，虽然前者间隙更窄、效率更高，但在电弧的稳定性、气体保护的有效性和电弧对磁场的敏感性等方面都可能出现问题，而且由于间隙更窄，一旦出现问题返修更为困难。

因而对于要求绝对可靠的大型核能容器来说，一般均选择后者而不选择前者。

窄间隙埋弧焊出现于上世纪80年代，很快被应用于工业生产，它的主要应用领域是低合金钢厚壁容器及其它重型焊接结构。

窄间隙埋弧焊的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%。

窄间隙埋弧焊已有各种单丝、双丝和多丝的成套设备出现，主要用于水平或接近水平位置的焊接，并且要求焊剂具有焊接时所需的载流量和脱渣效果，从而使焊缝具有合适的力学性能。

一般采用多层焊，由于坡口间隙窄，层间清渣困难，对焊剂的脱渣性能要求秀高，尚需发展合适的焊剂。

尽管SAW工艺具有如下优点：高的熔敷速度，低的飞溅和电弧磁偏吹，能获得焊道形状好、质量高的焊缝，设备简单等，但是由于在填充金属、焊剂和技术方面取得的最新进展，使日本、欧洲和俄罗斯等国家和地区在焊接碳钢、低合金钢和高合金钢时广泛采用NG-SAW工艺。

NG-SAW用的焊丝直径在2～5mm之间，很少使用直径小于2mm的焊丝。

据报导，最佳焊丝尺寸为3mm。

4mm直径焊丝推荐给厚度大于140mm的钢板使用，而5mm直径焊丝则用于厚度大于670mm 的钢板。

NG-SAW焊道熔敷方案的选择与许多因素有关。

单道焊仅在使用专为窄坡口内易于脱渣而开发的自脱渣焊剂时才采用。

然而，尽管使用较高的坡口填充速度，单道焊方案较
之多道焊方案仍有一些不足之处。

除需要使用非标准焊剂之外，它还要求焊丝在坡口内非常准确地定位，对间隙的变化有较严格的限制。

对焊接参数，特别是电压的波动以及凝固裂纹的敏感性大，限制了这一工艺的适应性。

单道焊在日本使用较多。

日本以外的其他国宝广泛使用多道焊，其特点是坡口填充速度相当低，但其适应性强，可靠性高，产生缺陷少。

尽管焊接成本较高，但这一方案的最重要之处在于，允许使用标准的或略为改进的焊剂，以及普通SAW焊接工艺。

窄间隙埋弧焊的焊接特性
窄间隙焊接是在应用已有的焊接方法和工艺的基础上，加上特殊的焊丝、保护气、电极向狭窄的坡口内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。

埋弧焊的优势和局限性就直接遗传给窄间隙埋弧焊技术，并在很大程度上决定着窄间隙焊接的技术特性、经济特性、应用特性和可靠性〔7〕：
（1）二氧化碳焊机埋弧焊时电弧的扩散角大，焊缝形状系数大，电弧功率大，再配合适当的丝－壁间距控制，无需像熔化极气体保护焊那样，必需采用较复杂的电弧侧偏技术，即埋弧焊方法的电弧热源及其作用特性，可直接解决两侧的熔合问题，这是埋弧焊方法在窄间隙技术中应用比例最高的重要原因。

（2）焊接过程中能量参数的波动对焊缝几何尺寸的影响敏感程度低。

这是由于埋弧焊方法的电弧功率高，同样的电流波动量△I，在埋弧焊时所引起的波动幅度要小得多。

（3）埋弧焊过程中熔滴为渣壁过渡，液渣罩和固态焊剂的高效“阻挡”作用，根本不会产生飞溅，这是埋弧焊在所有熔化极弧焊方法中所独有的特性，正是窄间隙焊技术所全力追寻的。

因为深窄坡口内一旦产生较大颗粒的飞溅，无论是送丝稳定性、保护的有效性还是窄间隙焊枪的相对移动可靠性都将难以保证。

（4）在多层多道方式焊接时，通过单道焊缝形状系数的调节，可以有效地控制母材焊接热影响区和焊缝区中粗晶区和细晶区的比例。

通常焊缝形状系数越大，热影响区和焊缝区中的细晶区比例越大。

这是由于焊道熔敷越薄，后续焊道对先前焊道的累积热处理作用越完全，通过一次、二次甚至三次固态相变，使焊缝和热影响区中的部分粗晶区转变成细晶区，这对提高窄间隙焊技术中焊态接头的组织均匀性和力学性能均匀性具有极其重要的意义。

埋弧焊方法依靠电弧自身特性而无需采取特别技术即可解决极小坡口面角度（0o～7o）条件下的侧壁熔合难题；焊缝几何尺寸对电弧能量参数波动不敏感；无焊接飞溅的技术特性无条件地遗传给窄间隙焊技术，从而极大地提高了窄间隙埋弧焊时送丝、送气及焊枪在坡口内移动的可靠性，这对保证窄间隙焊接的熔合质量和过程可靠性起了决定作用。

然而，埋弧焊方法的局限性也原原本本地遗传给了窄间隙技术。

（1）由于狭窄坡口内单道焊接时极难清渣，使得窄间隙焊接时，必须采用每层2道（或3道）的熔敷方式，这将带来NG-SAW技术中，不可能把填充间隙缩到像NG-TIG，NG-GMAW 那样小（10mm左右），而最小间隙一般也在18mm左右，这是NG-SAW在技术和经济上难以更理想化的根本原因。

（2）埋弧焊方法的诸多技术优势起源于大电弧功率，这将使得NG-SAW时焊接热输入增大，焊接接头的焊态塑、韧性难以提高，重要的NG-SAW接头常常需要焊后热处理方可满足使用性能要求。

（3）难以实施平焊以外的其它空间位置的焊接。

应用案例：
某核电工程稳定器为核一级设备，属锻焊结构的大型压力容器。

整个容器由上下封头、三节筒体五大锻件组焊而成。

主体焊缝为四条Φ2m，厚度115mm的环焊缝，要求采用窄间隙埋弧焊接。

容器主体材料为法国核容器专用钢种16MND5（相当于A508－Ⅲ）锰镍相低合金钢。

为了焊接该容器，在对16MND5的焊接性进行了充分试验及其它工艺试验的基楚上，进行了窄间隙埋弧焊的焊接工艺评定。

评定用16MND5锻件尺寸为
1500X250X115，两块对接.与宽坡口埋弧焊相比，由于窄间隙埋弧焊坡口窄、焊材消耗量少、热输入量低、焊接时间短，焊接变形和焊接应力小，降低了开裂倾向，实现了高效率、低成本、高质量焊接。

窄间隙埋弧焊的优势主要表现在：窄间隙埋弧焊在焊接时，通常采用I型或U型窄间隙坡口，坡口间隙在18~30mm，与普通埋弧焊接同样厚板须采用U型或者双U型坡口相比，可节省大量填充金属和焊接时间；由于加工金属量减少，焊接效率提高，相比传统埋弧焊，窄间隙埋弧焊能节省焊材约20%~40%，焊接总效率可提高30%~45%，大大的减少了焊接成本；由于采用窄间隙坡口窄间隙埋弧焊在节约焊材的同时又减小焊接应力，焊缝金属中积聚的氧也较少；由于焊接线能量较小，且后续焊道对前焊道有重叠加热作用，因此，焊接接头具有较高的冲击韧性，焊接变形亦得以减少，从而提高焊接质量。