窄间隙焊
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，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。
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。
水平钢筋窄间隙焊施工工艺标准
水平钢筋窄间隙焊工艺标准1范围本工艺标准适用于工业与民用建筑现浇钢筋混凝土结构中直径20mm及以上的热轧Ⅰ～Ⅲ级钢筋的现场水平连接。
2施工预备2.1材料及要紧机具：钢筋：钢筋的级不、直径必须符合设计要求，有出厂证实书及复试报告单。
进口钢筋还应有化学复试单，其化学成分应满足焊接要求，并应有可焊性试验。
焊条：焊条的牌号应符合设计。
如设计无时，应符合表4-17的要求，焊条质量应符合以下要求：药皮应无裂缝、气孔、凹凸不平等缺陷，并不得有肉眼瞧得出的偏心度。
焊接过程中，电弧应燃烧稳定，药皮熔化均匀，无成块脱落现象。
焊条必须依据焊条讲明书的要求烘干后才能使用。
焊条必须有出厂合格证。
钢筋电弧焊使用的焊条牌号表4-17注：不含余热处理Ⅲ级钢。
要紧机具焊接电源：焊接电源可采纳市场上的定型产品，其容量大小应能获得300A电流，空载电压应为75V及以上。
U形铜模：U形铜模是由铜模、限位支座、固紧装置组成的专用模具。
U形铜模可用紫铜板压制或铜棒加工而成，也可用电解铜浇铸后经少许加工而成。
铜模大小应与被焊钢筋直径相适应。
一种铜模只宜用于相近的两种直径钢筋焊接。
铜模应具有一定的厚度和体积。
其它机具：焊接电缆、电焊钳、面罩、垫子、钢丝刷、无齿锯等。
2.2作业条件：焊工必须持有有效的考试合格证。
接头位置应符合。
电源应符合要求。
2.2.4作业场地应有平安防护设施、以及防火和必要的通风措施，防止发生烧伤、触电、中毒及火灾等事故。
熟悉图纸，做好技术交流。
3操作工艺3.1工艺流程：检查设备→选择焊接参数→试焊作模拟试件→送试→确定焊接参数→施焊→质量检验3.2检查电源、弧焊机及工具；焊接地线应与钢筋接触良好，防止因起弧而烧伤钢筋。
3.3选择焊接参数：依据钢筋直径，参照表4-18选择焊接参数。
水平钢筋窄间隙焊焊接参数表4-183.4试焊、做模拟试件：在每批钢筋正式焊接前，应焊接3个模拟试件做拉力试验，经试验合格后，方可按的焊接参数成批生产。
窄间隙埋弧焊
窄间隙埋弧焊的坡口形式
三种坡口形式
窄间隙埋弧焊与传统埋弧焊坡 口形式对比
窄间隙埋弧焊的基本工艺方案
坡口宽度对成形的影响
窄间隙埋弧焊
窄间隙埋弧焊焊丝直径
窄间隙埋弧焊焊接电流
窄间隙埋弧焊焊接电压
窄间隙埋弧焊焊接速度
窄间隙埋弧焊焊接成形
与常规埋弧焊比较， 窄间隙埋弧焊适用的 的参数范围较小。焊 接电流，焊接电弧电 压与焊接速度应当匹 配恰当，当某一参数 变化时，其余两个参 数应当做相应的调整 ，以使得到满意的成 形。
窄间隙埋弧焊机头
(1)连接支架（2）送丝机 （3）扁平型导电嘴（4）焊
丝校正机构 （5）焊剂回收装置（6）焊
剂斗 （7）焊剂气动阀(8)焊剂输送
管 （9）焊剂吸抽嘴 （10)接缝横向跟踪侧面探头 （11）接缝垂直跟踪导轨 （12）电子发射器
窄间隙埋弧Байду номын сангаас工艺内容
坡口宽度与倾角 焊丝直径 焊丝至坡口侧壁间距 焊接电流 焊接电压 焊接速度
窄间隙埋弧焊(NGSA)技术工艺
宋焕平
窄间隙埋弧焊
用于厚板对接接头的焊接，焊前焊件不开坡口或只开 小角坡口而留有窄而深的间隙，采用多层埋弧焊进行 焊接的高效率焊接方法。
窄间隙焊接是厚板焊接领域的一项先进技术。与普通 坡口的埋弧焊相比，窄间隙焊具有无可比拟的优越性 。如坡口窄、焊缝金属填充量少，可以节省大量的焊 材和焊接工时；由于窄间隙焊时热输入量较低，使焊 缝金属和热影响区的组织明显细化，从而提高其力学 性能，特别是塑性和韧性。
窄间隙MAG焊接介绍
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······
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2010 2011 2011 2011 2011
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（广州）重型机器有限公司
焊接设备
2008 2009
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中国第二重型机械集团
立向窄间隙焊接设备
2
2009
北京北重汽轮电机有限责任公 叶栅隔板窄间隙气体保
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1
司
护焊
2010
东方电气集团东方汽轮机有限 叶栅隔板窄间隙气体保
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公司
护焊
2009
10T(Φ2800)隔板窄间
隙深坡口气体保护焊接
成套设备
4、焊接应用实例： 4.1 厚壁管类轴类焊接
Hale Waihona Puke 3/74.2 厚壁容器焊接
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唐山开元特种焊接设备有限公司
4.3 锻压胎架窄间隙焊接
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4.4 厚板罐体横向窄间隙焊接
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唐山开元特种焊接设备有限公司
4.5 厚板窄间隙立向焊接
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中冶京唐（唐山）精密锻造有限 压力机构件窄间隙 MAG
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1
公司
焊接系统
窄间隙 MAG 自动焊接设
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湖北三环锻压设备有限公司
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
窄间隙焊接简介及应用前景
窄间隙焊接简介及应用前景作者：沈爱军来源：《中国科技博览》2015年第06期[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%。
窄间隙焊接技术
焊接进展讲座 A——结课作业姓名：袁亮文学号：09850324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。
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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
2）NG-SAW焊接设备的可靠性和产品化程度较高，国内也可自主 开发
直流正接窄间隙GMAW焊接简介
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，坡 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 速度快，生产率比反极性提高50％。
直流反接在侧壁产生电弧时焊接将无法进行：电弧自身调 节作用丧失。这也是窄间隙焊接对焊丝对中要求高的原因。
各种NG-GMAW焊接方式的优缺点
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， 会造成焊丝的不规则摆动，容易引起未融合及缺陷；
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 困难；
NG-TIG：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10％
NG-MAW和窄间隙电渣焊：应用较少
NG-GMAW＋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
特殊的窄间隙焊接：激光焊接、电子束焊接
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、
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，，但近适用于40mm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 升高（干伸长不变），而气体喷嘴必须保持高度，保证保护 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。
窄间隙焊接
一.什么是窄间隙焊接
1963年在“铁时代”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
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 大于３０mm以上，以小于板厚的间隙进行焊接，一般而 言板厚小于200mm时，间隙小于20mm，板厚超过 200mm时，间隙小于30mm。 对于常规厚板（３０ mm左右）坡口尺寸8mm以下为窄间隙，5mm以下为超 窄间隙。
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
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。 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。
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)； (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
窄间隙焊接的优点：
坡口断面积小
减少焊接时间，填充材 料少，能耗低，降低成本， 效率高
焊接线能量小
ＨＡＺ区小，组织细小，改 善接头韧性，机械性能优 良，焊接残余应力、变形小