窄间隙焊接技术
什么是窄间隙焊
什么是窄间隙焊什么是窄间隙焊？它有哪些特点？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，采用熔化极气体保护焊或埋弧焊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、低合金钢和铝合金等。
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等；另一种为粗丝，采用较大的焊接电流，热输入量较高，主要用于焊接普通碳钢，为的是提高生产率。
低热输入窄间隙焊接是采用焊丝直径为φ0.9～φ1.2mm 的细焊丝，每根焊丝的焊接热输入都在6kJ/cm以下，坡口间隙在6～9mm之间。
为提高生产率，一般使用双丝或三丝，焊丝之间距离在50～300mm的较大范围。
焊丝应分别指向坡口侧壁，以便在热输入低的情况下保证焊缝与母材熔合。
为此，通过摆动导电嘴或将焊丝制成波浪状，达到摆动焊丝的目的。
保护气体应根据母材来选取。
焊钢时，大多采用Ar+20%CO2的混合气体；焊铝时，使用35%He+65%Ar的混合气体。
为实现细丝窄间隙焊接，焊枪及导电嘴应具备如下特点：导电嘴应做成扁平状，在其表面包复聚乙氟乙烯薄膜做为绝缘。
导电嘴应有水冷以防高温烧坏。
另外，导电嘴还应由焊缝跟踪装置导向。
除此而外，焊接电源及送丝机与一般气体保护设备大致相同，其示意图如图40所示。
窄间隙焊接的主要优点是：①减少了填充金属用量，降低了成本。
②焊接热输入量低，所以焊缝金属与热影响区的力学性能好。
③采用射流过渡的熔滴过渡形式，所以可以进行全位置焊。
④变形小且易控制。
另一种为高热输入窄间隙焊接，采用大直径焊丝（φ2.5～φ4.8mm）和大焊接电流，可以进一步提高生产率。
但由于使用直流反极性接法易造成梨形熔深而产生裂纹。
为此，使用直流正极性接法焊接或脉冲电流焊接不埋能够获得良好的效率。
由于此法焊丝较粗，导电嘴均在坡口之上，则焊丝伸出长度较大。
窄间隙焊
直流正接窄间隙GMAW焊接简介
MIG直流正接？熔滴过渡不稳定？ MIG直流正接？熔滴过渡不稳定？ 前苏联、 哈尔滨锅炉厂和哈焊所、 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 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 渡，形成凹形焊缝，成型良好，结晶裂纹倾向小，焊丝熔化 形成凹形焊缝，成型良好，结晶裂纹倾向小， 速度快，生产率比反极性提高50％ 速度快，生产率比反极性提高50％。
窄间隙焊接的特征： (１)多数采用Ⅰ形坡口或坡口角度很小（０.５-７o）的Ｕ、 多数采用Ⅰ形坡口或坡口角度很小（０. Ｖ形坡口； (２)多层焊接； (３)自上而下的各层焊道数目相同(通常为1或2道)； 自上而下的各层焊道数目相同(通常为1 (４)采用小或中等线能量进行焊接。
二.窄间隙焊接的优点和不足
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。
参考资料
1.窄间隙焊接. ［日］焊接学会方法委员会. 机械工业出 1.窄间隙焊接. ［日］焊接学会方法委员会. 版社, 版社, 1988 2.项 峰，姚 舜.窄间隙焊接的应用现状和前景. Welding 2.项 窄间隙焊接的应用现状和前景. Technology. Vol 30, No 5,2001 3.胡存银，张富巨.窄间隙焊接的技术与经济特性分析. 3.胡存银，张富巨.窄间隙焊接的技术与经济特性分析. Welding Technology. Vol 30, No 2,2001 4.那雪冬.贴覆焊剂片超窄间隙焊. 4.那雪冬.贴覆焊剂片超窄间隙焊. 兰州理工大学硕士学位 论文，2004 论文，2004
窄间隙焊接技术的分类和原理
窄间隙焊接技术的分类和原理窄间隙焊接技术按其所采取的工艺来进行分类〔5〕，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、窄间隙电渣焊、窄间隙激光焊，每种焊接方法都有各自的特点和适应范围。
1.1 窄间隙埋弧焊1.1.1 窄间隙埋弧焊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。
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。
窄间隙焊接技术
窄间隙焊接技术6.1 窄间隙焊接技术背景随着现代工业及国防装备的日趋大型化和高参数化，厚板、超厚板焊接金属结构的应用也愈来愈广泛，随着焊接结构的大型化，要求得到越来越良好的焊接接头性能。
传统的大厚度钢板焊接方法不仅开坡口困难，焊接速度缓慢，而且焊后板材应力变形很大，从而使生产效率十分低。
窄间隙焊接(Narrow Gap Welding，简称：NGW) 作为一种先进的焊接技术，有效地克服了以上缺点。
这项技术(NGW)于1963年12月由美国巴特尔研究所(Battelle)开发，并由该所的R．P．Meister 和D．C．Matin合写文章刊登在《British Welding Journal》杂志的的1966年5月号上。
自从“Narrow Gap Welding”一词在杂志上第一次出现后，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。
6.2 窄间隙焊接技术原理窄间隙焊接技术是在应用已发明的传统焊接方法和工艺基础上，加上特殊的焊丝、保护气、电极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种专门技术。
窄间隙焊接方法分为：窄间隙埋弧焊(N-SAW)、窄间隙钨极氩弧焊(N-CTAW)、窄间隙熔化极气体保护焊(N-GMAW)。
窄间隙焊是一种能提高焊接质量、提高焊接生产率和降低生产成本的工业技术，尤其是高的力学性能和低的残余应力与残余变形，使该技术在钢结构焊接领域中有着巨大的应用潜力和广阔的应用范围。
从技术角度上看，其诸多的技术优越性决定着该技术在薄板除外的所有板厚范围内焊接均有极大的诱惑力。
但从经济角度上看，窄间隙焊接技术的确存在着一个经济板厚范围问题，即在享有其技术优越性的同时，能获得显著经济效益的板厚范围。
一般来讲，板厚越大，其经济效益也越大。
具有明显经济优越性的最小板厚，可称为窄间隙焊的下限板厚。
该下限板厚随着结构的钢种、结构的可靠性要求、结构尺寸及空间位置而不同，但一般为20～30mm。
水平钢筋窄间隙焊接技术
水平钢筋窄间隙焊接技术背景在建筑工程中，钢筋是重要的构件之一。
而水平钢筋窄间隙调焊技术是一种钢筋骨架焊接的技术。
传统的焊接技术需要在钢筋之间留下一定的距离并进行相应的后处理工作，而水平钢筋窄间隙调焊技术可以在不留间隙的情况下完成焊接，并且节约了时间和劳动力成本。
因此，水平钢筋窄间隙调焊技术受到了越来越多的关注和应用。
操作流程水平钢筋窄间隙调焊技术的操作流程如下：1. 准备工作在进行水平钢筋窄间隙调焊技术前，需先做好准备工作。
准备工作包括检查焊接设备是否符合要求，检查钢筋的质量是否达到标准，以及进行安全检查等。
2. 焊接设置在进行水平钢筋窄间隙调焊技术之前，需进行焊接设置。
焊接设置包括焊接电流、电压、焊接速度、焊接方式等参数的设置。
3. 焊接操作在进行水平钢筋窄间隙调焊技术的过程中，需按照技术流程进行操作。
主要操作步骤如下：3.1 准备工作1)在焊接钢筋的地方摆放焊接设备，并进行安装2)检查电源线、接口是否良好连接3)焊接设备必须经过检测、试运转确认无故障后，方可投入使用4)确认电源是否正常、电极杆接合是否良好、工作电压是否正确3.2 焊接开始1)光控器接收检测信号启动操作——要求工件必须位于工作区域之内且不与周围物体相碰触2)进料磨盘将工件送入夹具——根据钢筋的直径、长度分别设置进给速度3)焊接包层在工件的前沿呈圆弧形自上而下表现为“J”形；在后沿进行填充层和盖层的堆焊，填充层一般连接两个工件，厚度大约为3mm4)操作者定位——主操作者立于操纵平台上，辅助操作员负责辅助定位工件4. 焊后处理焊接完成后，需要进行相应的焊后处理，以达到理想的焊接效果。
焊后处理包括钢筋的切割、打磨、除锈等工作。
创新点水平钢筋窄间隙调焊技术的创新点在于可以在不留间隙的情况下完成钢筋骨架的焊接，节约了劳动力和成本。
此外，该技术采用光控和电机控制技术实现焊接，操作简单，且焊接效果可靠，提高了工作效率和焊接质量。
应用范围水平钢筋窄间隙调焊技术适用于建筑工程、桥梁工程、隧道工程等铁路、公路以及其他交通工程中的大型钢筋骨架或板组的焊接。
(完整)什么是窄间隙焊
什么是窄间隙焊？它有哪些特点？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,采用熔化极气体保护焊或埋弧焊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、低合金钢和铝合金等.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等；另一种为粗丝，采用较大的焊接电流,热输入量较高,主要用于焊接普通碳钢，为的是提高生产率。
低热输入窄间隙焊接是采用焊丝直径为φ0.9~φ1.2mm的细焊丝,每根焊丝的焊接热输入都在6kJ/cm以下，坡口间隙在6～9mm之间。
为提高生产率，一般使用双丝或三丝，焊丝之间距离在50~300mm的较大范围.焊丝应分别指向坡口侧壁，以便在热输入低的情况下保证焊缝与母材熔合。
为此，通过摆动导电嘴或将焊丝制成波浪状，达到摆动焊丝的目的。
保护气体应根据母材来选取.焊钢时，大多采用Ar+20%CO2的混合气体；焊铝时，使用35%He+65%Ar的混合气体。
为实现细丝窄间隙焊接，焊枪及导电嘴应具备如下特点：导电嘴应做成扁平状，在其表面包复聚乙氟乙烯薄膜做为绝缘.导电嘴应有水冷以防高温烧坏。
另外，导电嘴还应由焊缝跟踪装置导向。
除此而外,焊接电源及送丝机与一般气体保护设备大致相同，其示意图如图40所示。
窄间隙焊接的主要优点是:①减少了填充金属用量，降低了成本。
②焊接热输入量低，所以焊缝金属与热影响区的力学性能好.③采用射流过渡的熔滴过渡形式，所以可以进行全位置焊.④变形小且易控制。
另一种为高热输入窄间隙焊接，采用大直径焊丝（φ2。
5～φ4.8mm)和大焊接电流，可以进一步提高生产率。
但由于使用直流反极性接法易造成梨形熔深而产生裂纹。
为此，使用直流正极性接法焊接或脉冲电流焊接不埋能够获得良好的效率。
由于此法焊丝较粗，导电嘴均在坡口之上，则焊丝伸出长度较大。
窄间隙焊
Thanks
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。
我国目前主要是应用粗丝大电流NG-SAW， NG-GMAW等其它方法 应用很少。Why？
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 丝大电流，侧壁熔合好，工艺可靠性高，无飞溅。
五.超窄间隙焊接简介
坡口间隙5mm以下，当间隙小于4mm时侧壁熔合问题不 突出
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（1mm）
存在问题： 1. 气、水、电的导入 2. 侧壁打弧问题
1. 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。
双丝或多丝： 焊枪特殊，坡口间隙大；
旋转射流过渡：工艺区间小，难以控制；
磁控电弧摆动：只适用于NG-TIG；
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。
两种常用的窄间隙焊接形式
焊钢 细丝小电流窄间隙焊接：低热输入窄间隙焊接，焊丝直径
不足： 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 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 焊丝对中要求高，对中不好，几乎不能进行焊接 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 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 ； 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
高效焊接方法 第一章 窄间隙焊接
双丝或多丝： 焊枪特殊，坡口间隙大；
旋转射流过渡：工艺区间小，难以控制；
磁控电弧摆动：只适用于NG-TIG；
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。
两种常用的窄间隙焊接形式
焊钢 细丝小电流窄间隙焊接：低热输入窄间隙焊接，焊丝直径
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， 是利用了现有的弧焊方法的一种特别 技术
多种焊接方法都可用窄间隙焊接 (NG:Narrow Gap) NG-SAW：考虑脱渣，已成熟，但不适于全位置焊 NG-GMAW（MAG、CO2）：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 这两种方法占窄间隙焊接总量的６０％以上
思考题
1.请用电弧自身固有的调节机制说明为什么窄间隙焊接时 对焊丝对中要求非常高？
2.总结窄间隙焊接的特点，并与常规焊接进行比较。 3.窄间隙焊接存在的主要问题有哪些？怎样解决？
参考资料
1.窄间隙焊接. ［日］焊接学会方法委员会. 机械工业出 版社, 1988
2.项 峰，姚 舜.窄间隙焊接的应用现状和前景. Welding Technology. Vol 30, No 5,2001
不足： 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
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窄间隙焊接技术
6.1 窄间隙焊接技术背景
随着现代工业及国防装备的日趋大型化和高参数化，厚板、超厚板焊接金属结构的应用也愈来愈广泛，随着焊接结构的大型化，要求得到越来越良好的焊接接头性能。
传统的大厚度钢板焊接方法不仅开坡口困难，焊接速度缓慢，而且焊后板材应力变形很大，从而使生产效率十分低。
窄间隙焊接(Narrow Gap Welding，W) 作为一种先进的焊接技术，有效地克服了以上缺点。
这项技术(NGW)简
称:NG
于1963年12月由美国巴特尔研究所(Battelle)开发，并由该所的
R(P( Meister和D(C(Matin合写文章刊登在《British Welding Journal》杂志的的1966年5月号上。
自从“Narrow Gap Welding”一词在杂志上第一次出现后，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。
6.2 窄间隙焊接技术原理
窄间隙焊接技术是在应用已发明的传统焊接方法和工艺基础上，加上特殊的焊丝、保护气、电极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种专门技术。
窄间隙焊接方法分为:窄间隙埋弧焊(N-SAW)、窄间隙钨极氩弧焊(N-CTAW)、窄间隙熔化极气体保护焊(N-GMAW)。
窄间隙焊是一种能提高焊接质量、提高焊接生产率和降低生产成本的工业技术，尤其是高的力学性能和低的残余应力与残余变形，使该技术在钢结构焊接领域中有着巨大的应用潜力和广阔的应用范围。
从技术角度上看，其诸多的技术优越性决定着该技术在薄板除外的所有板厚范围内焊接均有极大的诱惑力。
但从经济角度上看，窄间隙焊接技术的确存在着一个经济板厚范围问题，即在享有其技术优越性的同时，能获得显著经济效益的板厚范围。
一般来讲，板厚越大，其经济效益也越大。
具有明显经济优越性的最小板厚，
可称为窄间隙焊的下限板厚。
该下限板厚随着结构的钢种、结构的可靠性要求、结构尺寸及空间位置而不同，但一般为20,30mm。
上限板厚只取决于所开发的窄间隙技术的焊枪可达范围，理论上不存在上限板厚限制。
窄间隙焊接技术已成为现代工业生产中厚板结构焊接的首选技术。
6.3 窄间隙焊接技术特点
与传统埋弧焊和气保护焊技术相比，窄间隙焊具有以下特点。
1)生产效率高;
2)节约母材和焊丝消耗，同时也节约电能消耗;
3)前道焊道对后一道焊道起预热作用，后道焊道对前一道焊道起回火作用，使焊接接头具有较高的机械性能;
4)焊后产品的残余应力和变形小;
5)易于实现生产过程自动化;
6)窄间隙焊的缺点是焊接修补困难，装配时间长以及对操作人员的技能要求较高等。
6.4 窄间隙焊接技术的应用实例
1997年在美国海军某型号潜水艇的焊接过程中，将窄间隙气体保护电弧焊用于潜水深度为2000m的深潜器球型压力壳体的焊接。
壳体材料的屈服强度大2于900N,mm，厚度30,40mm，焊后效果符合各项技术要求。
1998年日立有明船厂利用窄间隙埋弧焊对低合金钢厚壁及其他重型机构进行焊接，其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,。
2001年在日本，窄间隙气保护金属极电弧焊已成功地用于海洋构筑物中装在自升式钻井平台桩腿上的齿条对接接头的焊接。
齿条所用材料通常为ASTMA514
GrE(或改进型)，厚度为127mm。
2002年瑞士的ALSTOM Power AG公司采用了ESAB的窄间隙TIG自动焊接设备后，其生产效率得到大幅度提高，对于焊接侧板的横向焊缝，可采用药芯焊丝CO 气体保护，在交流电源下进行单面焊接，现有的窄间隙焊焊接180mm2 板厚已无任何技术障碍。
6.5 窄间隙焊接技术的产业化发展概况
窄间隙焊接技术作为一种经济的，能够得到优质焊接接头的焊接方法，经过半个多世纪人们对其的研究和发展，至20世纪80年代初，大多数窄间隙焊技术均完成了试验室开发阶段而进入工业生产试用阶段，目前在国外的船舶工业生产中发挥着巨大作用，已经达到了产业化。
在军船方面，窄间隙焊接可用于航空母舰上大厚板的焊接。
在民船方面，随着大型船舶和高附加值船舶需求量的增加，窄间隙焊接在大厚板焊接时也发挥着重要的作用。