窄间隙焊接技术

焊接进展讲座 A

——结课作业

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班级：焊接技术与工程3班

学院：材料科学与工程学院

窄间隙焊接技术

摘要：随着材料的不断发展，越来越多的材料需要被焊接，为提高效率，出现了许多新型的焊接技术。

关键词：窄间隙、焊接、气体保护

窄间隙钨极氩弧焊

此种焊接工艺基本不产生飞溅和熔渣，由于电弧的稳定性，也很少产生明显的焊接缺陷，并且也已确立向全位置焊接的应用。但是这一方法的缺点在于工作效率低，为了提高工作效率，对填充焊丝通电加热的同时，还应该采用热电阻线焊接法，这种方法的有利方面是可以个别选择焊接电流和填充焊丝的送给量。但是，如果给予填充焊丝过多的通电量，会引起钨极惰性气体保护焊的磁冲击，形成的电弧

不稳定。因此，采取将电弧电流和电线电流分别脉冲化或错开其相位，或将单方面的电流交流化等措施。超高强钢的使用促进了TIG焊在窄间隙焊接中的应用，一般认为TIG焊是焊接质量最可靠的工艺之一。由于氩气的保护作用，TIG焊可用于焊接易氧化的非铁金属及其合金、不锈钢、高温合金、钛及钛合金以及难熔的活性金属（如钼、铌、锆）等，其接头具有良好的韧性，焊缝金属中的氢含量很低。由于钨极的载流能力低，因而熔敷速度不高，应用领域比较狭窄，一般被用于打底焊以及重要的结构中。

窄间隙焊条电弧焊

由于窄间隙焊接主要面向机械化及自动化生产，焊条电弧焊在窄间隙焊接中的应用不多，而且焊接质量不好控制。但实际生产中，窄间隙焊条电弧焊具有其他焊接方法所不能替代的优势（如使用方便、灵活、设备简单等），因此在某些领域中，如在大坝建筑中用于钢筋的窄间隙焊接，解决了由于钢筋连接技术造成的钢筋偏心受力问题，成本仅为绑条焊的1/11；对ф18～40mm的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ级钢适用。

窄间隙电渣焊

窄间隙电渣焊除了可以焊接各种钢材和铸铁外，还可以焊接铝及铝合金、镁合金、钛及钛合金以及铜。它被广泛用于锅炉制造、重型机械和石油化工等行业，近年来在桥梁建造中，窄间隙电渣焊被用于焊接25～75mm的平板结构。其焊剂、焊丝和电能的消耗量均比采

用埋弧焊低，并且工件厚度越大，效果越明显，焊接接头产生淬火裂纹的倾向小，与传统电渣焊相比，焊缝和热影响区的金属性能更高，可免除或简化焊后的热处理过程。但其设备比较庞大，同时对所用渣剂的脱渣性要求较高。

窄间隙激光焊

由于激光焊焊接的板厚超过6mm时被列入厚板焊接，而激光焊的坡口宽度很小，此时可以认为是窄间隙激光焊接。厚板的激光焊普遍采用高功率CO2激光器，目前可焊厚度达50mm，深宽比高达12:1。激光焊接的焊缝在焊态下硬度很高，主要含马氏体组织，应进行焊后热处理。由于激光焊要求大功率的激光器，设备要求高，因此在生产领域中的应用是有限的。

窄间隙埋弧焊

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。

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。

窄间隙熔化极气体保护焊

窄间隙熔化极气体保护焊是利用电弧摆动来到达焊接钢板两侧壁的一种方法。在平焊方法中，为了使I形坡口的两边充分焊透，使

电弧指向坡口两侧壁，采用了各种方法：①在焊丝进入坡口前，使焊丝弯曲的方法；②使焊丝在垂直于焊接方向上摆动的方法；③麻花状绞丝方法；④药芯焊丝的交流弧焊方法；⑤采用大直径实心焊丝的交流弧焊方法等。另外，也有采用φ（Ar）30%+φ（CO2)70%作为保护气体与ф1.6mm实心焊丝相配合的气体保护焊方法，用来焊接特殊形状复杂的接头。在横焊方法中，为了防止I形坡口内熔融金属下淌，以便得到均匀的焊道，提出了如下焊接方法：利用焊接电流的周期性变化，使焊丝摆动或将坡口分成上下层的焊接方法，以及将2种方式组合起来的焊接方法等。在立焊窄间隙MAG焊接方法中，为了保证坡口两侧焊透，研制了摆动焊丝的焊接方法以及焊接电流与焊丝摆动同步变化的焊接方法。

窄间隙焊接的发展方向及其新进展

窄间隙焊具有极高的焊接生产率，更优良的接头力学性能，更小的焊接残余应力和残余变形，更低的焊接生产成本等显著技术与经济优势，将其归为先进制造技术，当之无愧。然而，迄今为止，该技术在厚板焊接领域的推广应用仍极其有限，我国不少行业至今在应用上仍没有零的突破。要使窄间隙焊接技术更成熟化、更实用化、技术经济优势更明显化，还应主要从以下方面加快技术开发和技术进步：（1）开发更低热输入的弧焊技术，以满足高强钢甚至高合金钢、空间位置适应性更宽等方面的需要；

（2）开发GMAW方法的超低飞溅率控制技术（包括电源），以满足窄间隙自动焊工艺过程高可靠性、高稳定性的需要；