窄间隙焊课件

窄 间 隙 焊 接 一一. .什么是窄间隙焊接什么是窄间隙焊接 n n 19631963年在年在“ “铁时代铁时代” ”杂志上首先由美国巴特尔研究所提出，杂志上首先由美国巴特尔研究所提出， 顾名思义就是焊接时坡口间隙比常规焊接要窄顾名思义就是焊接时坡口间隙比常规焊接要窄 n n 多窄才算做窄间隙呢？多窄才算做窄间隙呢？ 日本压力容器研究委员会施工分会第八专门委员会：板厚 日本压力容器研究委员会施工分会第八专门委员会：板厚 大于大于mmmm以上，以小于板厚的间隙进行焊接，一般而以上，以小于板厚的间隙进行焊接，一般而 言板厚小于言板厚小于200mm200mm时，间隙小于时，间隙小于20mm20mm，板厚超过，板厚超过 200mm200mm时，间隙小于时，间隙小于30mm30mm。 对于常规厚板（对于常规厚板（ mmmm左右）坡口尺寸左右）坡口尺寸8mm8mm以下为窄间隙，以下为窄间隙，5mm5mm以下为超以下为超 窄间隙。窄间隙。 n n 注意：窄间隙焊接不是一种常规意义注意：窄间隙焊接不是一种常规意义 上的焊接方法，而是一种焊接方式，上的焊接方法，而是一种焊接方式， 是利用了现有的弧焊方法的一种特别是利用了现有的弧焊方法的一种特别 技术技术 n n 多种焊接方法都可用窄间隙焊接多种焊接方法都可用窄间隙焊接 (NG:Narrow Gap)(NG:Narrow Gap) NG-SAW NG-SAW：考虑脱渣，已成熟，但不适于全位置焊：考虑脱渣，已成熟，但不适于全位置焊 NG-GMAWNG-GMAW（MAGMAG、COCO 2 2 ）：适于全位置焊，但要解决飞溅和）：适于全位置焊，但要解决飞溅和 侧壁熔合问题（特别是横焊时），工艺规范区间较窄侧壁熔合问题（特别是横焊时），工艺规范区间较窄 这两种方法占窄间隙焊接总量的以上这两种方法占窄间隙焊接总量的以上 NG-TIGNG-TIG：焊缝质量好，但效率低，主要用于不锈：焊缝质量好，但效率低，主要用于不锈 钢等特殊材料或进行打底焊，大约占钢等特殊材料或进行打底焊，大约占1010 NG-MAWNG-MAW和窄间隙电渣焊：应用较少和窄间隙电渣焊：应用较少 NG-GMAWNG-GMAW药芯焊丝：小规范下短路过渡，飞溅小药芯焊丝：小规范下短路过渡，飞溅小 ，成形好，但清渣困难，研究热点值得关注，成形好，但清渣困难，研究热点值得关注 特殊的窄间隙焊接：激光焊接、电子束焊接特殊的窄间隙焊接：激光焊接、电子束焊接 n n 窄间隙焊接的特征：窄间隙焊接的特征： ( () )多数采用多数采用形坡口或坡口角度很小（形坡口或坡口角度很小（. .- - o o ）的、 ）的、 形坡口； 形坡口； ( () )多层焊接；多层焊接； ( () )自上而下的各层焊道数目相同自上而下的各层焊道数目相同( (通常为通常为1 1或或2 2道道) )； ( () )采用小或中等线能量进行焊接。采用小或中等线能量进行焊接。 n n 窄间隙焊接的优点：窄间隙焊接的优点： n n 坡口断面积小 减少焊接时间，填充材 坡口断面积小 减少焊接时间，填充材 料少，能耗低，降低成本， 料少，能耗低，降低成本， 效率高效率高 n n 焊接线能量小 区小，组织细小，改焊接线能量小 区小，组织细小，改 善接头韧性，机械性能优善接头韧性，机械性能优 良，焊接残余应力、变形小良，焊接残余应力、变形小 二二. .窄间隙焊接的优点和不足窄间隙焊接的优点和不足 n不足： n在狭窄坡口内的气、丝、水、电的导入困难，焊枪复杂，加工精度高、难 度大，通用性不强 n由于电弧轴向与侧壁夹角很小，容易导致侧壁未熔合，这是窄间隙焊接关 键问题 n焊丝对中要求高，对中不好，几乎不能进行焊接 n窄间隙焊缝往往由几十层焊道形成，一层有缺陷，返修很困难 n焊接规范区间较窄，焊接过程抗干扰性差，飞溅对焊接过程影响严重 ； n在侧壁的拘束下容易产生热裂纹，尤其是第一道焊缝产生的几率最大 国内的应用主要以窄间隙埋弧焊为主，并且我国的窄间隙焊接研究多 开展在高校，因此实际应用的较少。实际应用多集中在锅炉厂和造船 厂，如哈尔滨锅炉厂，渤船重、武汉造船厂等。 n n 我国目前主要是应用粗丝大电流我国目前主要是应用粗丝大电流NG-SAWNG-SAW， NG-GMAWNG-GMAW等其它方法等其它方法 应用很少。应用很少。WhyWhy？ 1 1）埋弧焊对焊丝在坡口内作用位置的不敏感，工艺规范区间宽，粗）埋弧焊对焊丝在坡口内作用位置的不敏感，工艺规范区间宽，粗 丝大电流，侧壁熔合好，工艺可靠性高，无飞溅。丝大电流，侧壁熔合好，工艺可靠性高，无飞溅。 2 2）NG-SAWNG-SAW焊接设备的可靠性和产品化程度较高，国内也可自主焊接设备的可靠性和产品化程度较高，国内也可自主 开发开发 3) NG-GMAW3) NG-GMAW侧壁熔合侧壁熔合问题一直未得到有效解决问题一直未得到有效解决 直流正接窄间隙GMAW焊接简介 MIG MIG直流正接？熔滴过渡不稳定？直流正接？熔滴过渡不稳定？ 前苏联、哈尔滨锅炉厂和哈焊所、日本都通过实验证实在窄前苏联、哈尔滨锅炉厂和哈焊所、日本都通过实验证实在窄 间隙这一特殊环境中，直流正接电弧非常稳定，焊接时，间隙这一特殊环境中，直流正接电弧非常稳定，焊接时，坡坡 口侧壁也产生电弧，熔合较好口侧壁也产生电弧，熔合较好，熔滴过渡由滴状变为喷射过，熔滴过渡由滴状变为喷射过 渡，形成凹形焊缝，成型良好，结晶裂纹倾向小，焊丝熔化渡，形成凹形焊缝，成型良好，结晶裂纹倾向小，焊丝熔化 速度快，生产率比反极性提高速度快，生产率比反极性提高5050。 直流正极性窄间隙焊接，可以进行常规焊接，也可以利用焊直流正极性窄间隙焊接，可以进行常规焊接，也可以利用焊 丝刚度较大的特点，仅将焊丝深入到窄间隙中去，而导电嘴丝刚度较大的特点，仅将焊丝深入到窄间隙中去，而导电嘴 并不深入到窄间隙中去，但近适用于并不深入到窄间隙中去，但近适用于40mm40mm以下低合金钢，且以下低合金钢，且 仅适用于平焊。焊接时为保持稳定，导电嘴应随焊道升高而仅适用于平焊。焊接时为保持稳定，导电嘴应随焊道升高而 升高（干伸长不变），而气体喷嘴必须保持高度，保证保护升高（干伸长不变），而气体喷嘴必须保持高度，保证保护 效果。效果。 正极性窄间隙焊接最佳规范参数很窄，也不适用盖面焊道。正极性窄间隙焊接最佳规范参数很窄，也不适用盖面焊道。 直流反接在侧壁产生电弧时焊接将无法进行：直流反接在侧壁产生电弧时焊接将无法进行：电弧自身调节电弧自身调节 作用丧失作用丧失。这也是窄间隙焊接对焊丝对中要求高的原因这也是窄间隙焊接对焊丝对中要求高的原因。 各种各种NG-GMAWNG-GMAW焊接方式的优缺点焊接方式的优缺点 n n 麻花形焊丝麻花形焊丝 折曲式送丝：导电嘴易磨损，焊丝材质太硬或焊丝本身如果存在死结，折曲式送丝：导电嘴易磨损，焊丝材质太硬或焊丝本身如果存在死结， 会造成焊丝的不规则摆动，容易引起未融合及缺陷；会造成焊丝的不规则摆动，容易引起未融合及缺陷； n n 偏心低速旋转偏心低速旋转 ：导电嘴磨损大，传动齿轮容易磨损而造成转动失稳，电极接入：导电嘴磨损大，传动齿轮容易磨损而造成转动失稳，电极接入 困难；困难； n n 双丝或多丝：双丝或多丝： 焊枪特殊，坡口间隙大；焊枪特殊，坡口间隙大； n n 旋转射流过渡：工艺区间小，难以控制；旋转射流过渡：工艺区间小，难以控制； n n 磁控电弧摆动：只适用于磁控电弧摆动：只适用于NG-TIGNG-TIG； n n 电弧高速旋转：焊枪相对简单小巧，工艺性好，是一种比较好的方式，电弧高速旋转：焊枪相对简单小巧，工艺性好，是一种比较好的方式， 但焊丝对保护气的扰动较大，需两重保护气。但焊丝对保护气的扰动较大，需两重保护气。 n焊钢 n细丝小电流窄间隙焊接：低热输入窄间隙焊接，焊丝直径 0.9-1.2mm，单根焊丝线能量小于6KJ/cm，为提高生产率 多用双丝或多丝焊接，焊丝间距300mm以上。适用于大厚 度高强钢、高合金钢、及热敏感材料。 n粗丝大电流窄间隙焊接：高热输入窄间隙焊接，焊丝直径 2.5-4.8mm，可进一步提高生产率，但电流过大易产生“ 梨形熔深”导致裂纹，多采用脉冲电流或直流正极性焊接 法。 两种常用的窄间隙焊接形式 n n 坡口间隙坡口间隙5mm5mm以下，当间隙小于以下，当间隙小于4mm4mm时侧壁熔合问题不时侧壁熔合问题不 突出突出 n n 优点：坡口面积更小，单道焊接，效率更高，线能量更优点：坡口面积更小，单道焊接，效率更高，线能量更 低，热影响区小（低，热影响区小（1mm1mm） n n 存在问题：存在问题： 1. 1. 气、水、电的导入气、水、电的导入 2. 2. 侧壁打弧问题侧壁打弧问题 五五. .超窄间隙焊接简介超窄间隙焊接简介 n n 1. 1. 侧壁贴焊剂片法：侧壁贴焊剂片法： 间隙3.5mm 兰州理工大学那冬雪等人开发，在坡口的两侧壁上贴覆焊剂片，焊剂片 的成分主要以大理石和萤石为主，焊剂片熔点高，导电性差，可以抑制 电弧沿侧壁攀升。但这种方法由于焊剂片的制造和贴覆不方便，且容易 产生夹渣，气孔，不适用于实际生产。 中村照美于1998年发表的一种最新的窄间隙GMAW焊接方法，中 村发现采用CO2保护，间隙在5mm以下焊接过程仍很稳定，为了 增加侧壁的热量分配，采用等速送丝，脉冲电流和脉冲电压使 电弧在坡口内上下摆动。 超窄间隙焊接原理 这种方法对焊接电源和装配精度很高，现在没有用于实际生产 的报道。 n n 2. 2. 使用特殊电源：使用特殊电源： 参考资料参考资料 1.1.窄间隙焊接窄间隙焊接. . 日焊接学会方法委员会日焊接学会方法委员会. . 机械工业出机械工业出 版社版社, 1988, 1988 2.2.项项 峰，姚峰，姚 舜舜. .窄间隙焊接的应用现状和前景窄间隙焊接的应用现状和前景. Welding . Welding Technology. Vol 30, No 5,2001Technology. V