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1、材料连接技术Materials Welding and Joining Techniques,赵兴科,2 电弧焊接新技术,2.1 药芯焊丝自保护焊,2.2 活性助剂钨极氩弧焊,2.3 冷金属过渡电弧焊,2.4 窄间隙电弧焊,加氢反应器的焊接装配,窄间隙焊是对厚板型对接坡进行多层焊接。,提高焊接生产率节约焊接材料减少焊接热输入得到高质量接头减少焊接变形。,2.4 窄间隙电弧焊,厚板对接接头，焊前不开坡口或只开小角度坡口，留有窄而深的间隙，气体保护焊或埋弧焊的单道或多层焊完成整条焊缝的高效率焊接方法。,200mm时w30mm。,特征：坡口角度极小(10)的v形或u形，或者I形；焊缝横截面积比传统弧
2、焊方法至少减少30以上；可焊接最大厚度400mm；大幅度缩短焊接时间；低输入热量；节约（材料、电力、人力）。,1963年底美国在铁时代首次发表了窄间隙焊接技术，其先进性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。20世纪70年代至80年代初属于窄间隙焊研究的高峰时段，大多数窄间隙焊技术在那时完成了试验室开发，进入工业生产试用阶段。,窄间隙焊接是在应用已发明的焊接方法和工艺基础上，加上特殊的丝(焊丝)、气(保护气)、电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类技术。,电弧轴线与坡口面(以下称侧壁)基本平行，电弧难以作用到坡口侧壁，导致侧壁熔合可靠性差(低线能
3、量焊接时极为突出)。对埋弧焊，深窄坡口内的清渣困难 对气电焊，保护气体的层流状态困难。焊枪在坡口内移动、送丝的稳定性、电弧偏吹等。,2.4.1 窄间隙电弧焊的技术关键,实现高质量、高可靠性的窄间隙焊并非易事，因为在深而狭窄的坡口内进行电弧焊接，传统坡口下的传统工艺技术难以保证焊接质量(尤其是冶金连续性方面)，主要技术难点表现在以下方面：,（a）双丝分别偏向两侧壁、（b）焊枪在坡口内偏摆、（c）焊丝端部弯曲并轴向旋转、（d）波浪焊丝、（e）麻花焊丝,侧壁熔合问题与对策,埋弧焊；钨极氩弧焊；富氩气氛射流过渡。,飞溅问题与对策,埋弧焊选用超薄渣壳、易脱渣焊剂；气电焊选用特殊喷嘴；选用降特性电源或脉冲
4、电源；选用高稳定性送丝机构；采用光电传感计算机辅助自动跟踪系统等。,工艺过程稳定问题与对策,按焊接方法的不同，窄间隙焊接技术约有九种形式：,2.4.2 窄间隙焊的分类与典型工艺,（1）窄间隙埋弧焊(NG-SAW),埋弧焊是目前工业领域应用最为广泛的焊接方法之一，也是应用到窄间隙技术中最成熟、最可靠、应用比例最高的焊接方法。,窄间隙埋弧焊出现于上世纪八十年代，很快被应用于工业生产，主要应用领域是低合金钢厚壁容器及其他重型焊接结构。,与传统埋弧焊相比，窄间隙埋弧焊总效率可提高5080，可节约焊丝3050，焊剂5565。,埋弧焊的电弧线能量大，容易实现侧壁熔合；焊缝几何尺寸对电弧能量参数波动不敏感；
5、无焊接飞溅，利于埋弧窄间隙焊接时送丝及焊枪在坡口内移动，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。,NG-SAW的局限性：1)由于狭窄坡口内单道焊接时极难清渣；2)焊接热输人大，焊接接头的焊态塑、韧性难以提高；3)难以实施平焊以外的其它空间位置焊接。,窄间隙埋弧焊焊接用坡口形状为U或V形(角度2040)，使用焊丝直径25mm。脱渣性良好的熔炼型或烧结型焊剂。已有各种单丝，双丝和多丝的窄间隙埋弧焊成套设备出现，主要用于水平或接近水平位置的焊接，并且对焊剂要求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机械性能。,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
6、击韧性优于传统宽坡口埋弧焊接头，,1)焊接工艺参数控制精确焊缝形状和尺寸2)无焊接飞溅3)电弧的大扩散角和径向能量梯度较小侧壁熔合,（2）窄间隙钨极氩弧焊(NG-TIG),NG-TIG的局限性：熔敷速度低(一般为l2kg/h)，生产效率低率；焊接生产成本较高。,用热丝的方法以提高TIG焊的熔敷速度,热丝TIG焊通过对填充金属焊丝进行电加热（300500），大部分电弧能量用于熔化母材金属，而不像冷焊丝需要吸取电弧中的热能。可以在相同的焊接电流下获得较高的熔敷率，提高焊接速度。,1）不存在熔渣保护，无脱渣问题，填充间隙小(NG-SAW 技术的1/2左右，一般为914 mm)，通过采用特殊超薄型焊枪
7、和特别电弧控制技术，还可以实现超窄间隙(如35 mm)；2）通过焊丝直径与电弧能量参数的适当组合，可以实现熔滴从短路过渡到旋转射流过渡、焊接热输入范围宽，这将为窄间隙技术的实施工艺优化时，在兼顾焊接生产率与材料的冶金热敏感性、焊缝空间成形与熔合特性、熔敷控制与接头的塑、韧性损伤等技术因素时，提供了宽阔的优化选择空间；3）易于实现平、平角、船形位置的中等或大热输入焊接，也可以通过细丝、短路过渡工艺实现立、仰或全位置的低热输入、甚至超低热输入焊接。,（3）窄间隙熔化极气体保护焊(NG-GMAW),窄问隙焊是一种高焊接质量、高焊接生产率、低生产成本的连接技术，适用于厚板焊接。,一般来讲，板厚越大，窄
8、间隙焊的经济效益也越大。钢板厚度一般为几十至几百mm。,2.4.4 窄间隙焊的应用及发展方向,（1）窄间隙焊的应用,窄间隙焊适用于所有用到厚板结构的行业及领域。,行业：,锅炉、压力容器(含深潜器、核反应容器等)领域；大型产业机械(如大型压力机、鼓风机、电动机的中空轴、机身和壳体等)；电力行业的厚壁管道，压力管道，海洋结构，铁路建筑钢结构等领域都有一定的应用。,窄间隙焊应用最广泛的是平焊，横焊和立焊有一定的应用，全位置窄间隙焊应用很少。主要原因与采用的焊接方法有关：埋弧焊只能进行平焊(或接近平焊)位置施焊；混合气体保护电弧焊时一般采用射流过渡(或射流加短路混合过渡)方式，该过渡方式较难应用到平焊
9、除外的空间位置(采用复杂的特别技术除外)；脉冲TIG焊虽可进行全位置焊接，但由于其生产率，生产成本高。,焊接位置：,（2）窄间隙焊的发展方向,技术成熟化、实用化、技术经济优越化。,低线能量弧焊技术，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；超低飞溅率控制技术(包括电源)，以满足窄间隙气电焊工艺过程高可靠性、高稳定性的需要；高抗干扰能力、高可靠性、高精度的自动跟踪技术，以满足焊枪在狭窄坡口内安全可靠移行，电弧在坡口内空间作用位置高度准确的需要。,采用脉冲旋转射流过渡技术，在降低飞溅率的同时增强两侧壁的熔台；采用磁场控制窄间隙坡口内的电弧摆动；采用表面张力过渡超低飞溅率的弧焊设备已开发成功(美国Lincoln公司)；采用计算机辅助控制的各种光电、激光等自动跟踪系统相继开发出来(如瑞典ESAB公司、美国Jetlin公司等)；恒流CO 焊机、模糊控制半自动GMAW 焊机等新型电源相继开发出来(如日本化)；高熔敷速度、低飞溅率、无需层间清渣的药芯焊丝的开发，为窄间隙药芯焊丝电弧焊的应用提供了可能性；高稳定度送丝机构(如双电机、四轮驱动等)已成功应用于常规GMAW 中。,若干新进展,
