窄间隙焊接简介及应用前景

[摘 要]本文从窄间隙焊的定义和分类入手，简要介绍了窄间隙焊的概念、应用及发展前景

[关键词]焊接方法 弧焊 窄间隙 焊 应用

中图分类号：P755.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0345-01

前言

随着现代工业和重工装备的日趋大型化、高参数化，厚板、超厚板焊接金属结构的应用也愈来愈广泛，窄间隙焊接作为一种新型的、具有很高的焊接效率、优良的焊接接头性能、更低的生产成本的焊接技术，正日益受到焊接领域的重视和企业的青睐。

1.窄间隙焊的概念及分类。

所谓窄间隙焊，通俗讲就是厚板对接接头，焊前不开坡口或只开小角度坡口，并留有窄而深的间隙，采用现有的弧焊方法完成的整条焊缝的高效率焊接法称为窄间隙焊。窄间隙焊可以应用于平焊、垂直焊、横焊和全位置焊；从材料上，可以焊接碳钢、低合金钢和铝合金。按热输入量的大小可将窄间隙焊分为两种类型：一种是采用小直径焊丝、小电流，因而热输入量低主要用于焊接热敏感性材料和全位置时焊接；另一种为粗丝，采用较大的焊接电流，热输入量较高，主要用于普通碳钢.。按其所采取的工艺来进行分类，可分为窄间隙埋弧焊（NG-SAW）、窄间隙熔化极气体保护焊（NG-GMAW）、窄间隙钨极氩弧焊（NG-GTAW）、、窄间隙焊条电弧焊（NG-SMAW） 、窄间隙电渣焊（NG-ESW）、窄间隙激光焊（NG-LBW）等。下面就工业上常用的几种焊接方法作一简要介绍。

1.1 窄间隙埋弧焊（NG-SAW）

1.1.1 窄间隙埋弧焊（NG-SAW）简介

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。

1.1.3 工业上成熟的NG-SAW技术

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。到目前为止，在工业上比较成熟的窄间隙埋弧焊技术有以下几种：

（1）NSA技术 它是日本川崎制钢公司为碳钢和低碳钢压力容器、海上钻井平台和机器制造而开发的NG-SAW。采用直焊丝技术及用陶瓷涂的特殊的扁平导电嘴。此技术采用单焊道，并采用单焊丝或串列双丝。焊丝直径3.2mm。以MgO-BaO-SiO2-Al2O3为基本成分的特殊设计的KB-120中性焊剂转变能引起热膨胀，以致具有较好的脱渣性。

（2）Subnap技术 它是由日本钢铁焊接产品工程公司为碳钢和低合金钢Ng-SAW开发的。它采用直焊丝、单焊道和单焊丝或串列双丝。焊丝直径3.2mm。为获得较好的脱渣性，特殊设计了主要成分分别为TiO2-SiO2-CaF2和CaO-SiO2-Al2O3-MgO的2种焊剂。

（3）ESAB技术 它是瑞典NG-SAW设备和焊接材料制造厂家ESAB为压力容器和大型结构件的碳钢和低合金钢焊接而开发的。设计采用双焊道，并采用固定弯丝。

（4）Ansaldo技术 它是由意大利米兰Ansaldo T P A Breda锅炉厂NG-SAW设备制造商和用户开发的。它采用固定弯曲单焊丝，每层熔敷多焊道。

（5）M A N-GHH技术 它是由西德M A N-GHH Sterkrade为核反应堆室内部件制造而开发的。它采用单焊丝双焊道。

1.2 窄间隙熔化极气体保护焊（NG-GMAW）

1.2.1 窄间隙熔化极气体保护焊（NG-GMAW）简介

窄间隙熔化极气体保护焊是1975年后研制成功的，这一工艺是在采用特殊的焊丝弯曲结构以使焊丝保持弯曲，从而解决坡口侧壁的熔透问题之后得以实现的。

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。

1.2.2 工业上成熟的NG-GMAW技术

表面张力过渡技术（Suface Tension Transfer）。表面张力过渡技术源于短路过渡技术，但又不同于传统的短路过渡技术，它主要通过表面张力对熔滴的作用实现熔滴过渡。表面张力过渡工艺是熔化极气体保护焊方法中短路过渡工艺技术的一次巨大技术进步，它具有以下技术优势：①飞溅率非常低，熔滴呈轴向过渡；②焊接烟尘量小；③作业环境更舒适（低烟尘、低飞溅、低光辐射）；④低热输入条件下熔合优良；⑤具有良好的打底焊道全位置单面焊双面成形能力；⑥操作更容易，作业效率更高。

1.3 窄间隙钨极氩弧焊（NG-GTAW）

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GTAW焊在窄间隙焊接中的应用，一般认为GTAW焊是焊接质量最可靠的工艺之一。由于氩气的保护作用，GTAW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。

1.4 窄间隙焊条电弧焊（NG-SMAW）

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级钢筋均适用。

与其它NG技术比较，窄间隙焊条电弧焊应用非常有限。

1.5 窄间隙电渣焊（NG-ESW）

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。

1.6 窄间隙激光焊（NG-LBW）

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。

2.窄间隙焊接的发展前景

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。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；

（3）开发高抗干扰能力、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运行，电弧在坡口内空间作用位置高度准确的需要。

结束语

总之，近年来在焊接领域开发出来的诸多新工艺、新设备、新装置、新器材，以及工业技术水平的不断提高，都为窄间隙焊的技术进步提供了新思路、新途径和新技术储备。相信在不久的将来，更高效率、更高质量、更低成本、更可靠、更实用化的窄间隙焊接技术还会不断涌现出来，必将推动工业化向更高层次发展。

参考资料

NEWMAKER，.窄间隙焊接的应用现状与发展趋势，2008.3.2