高效焊接方法 第一章 窄间隙焊接
哈尔滨焊接研究所窄间隙操作说明
哈尔滨焊接研究所窄间隙操作说明窄间隙操作是指在焊接过程中，焊接接头的间隙较窄的一种焊接方法。
特别适用于焊接厚板。
1. 准备工作：- 确保焊接设备和工具的正常运行和操作性能。
- 检查焊接接头的几何形状和尺寸，确保其符合规范要求。
2. 清理焊接接头：- 使用机械清理工具（如刷子、砂轮等）清理焊接接头的毛刺、脏污和锈蚀。
- 使用溶剂或清洁剂清洁焊接接头表面，确保其清洁无油污和杂质。
3. 设置焊接设备：- 根据焊接接头的类型和材料选择适当的焊接电流和电弧稳定性。
- 设置正确的焊接电流和电压，确保焊接的稳定性和质量。
4. 准备焊接电极：- 根据焊接接头的材料选择正确的焊接电极。
- 使用合适的焊接电极外径和内径，确保与焊接接头的间隙相匹配。
5. 开始焊接操作：- 将焊接电极对准接头的间隙，保持适当的角度和距离。
- 打开焊接电源，开始焊接。
- 控制电弧长度和焊接速度，使焊缝均匀平整。
6. 监控焊接质量：- 在焊接过程中，及时检查焊缝的质量和形状，确保其符合要求。
- 如发现任何焊接缺陷或质量问题，立即停止焊接，并进行修补或重焊。
7. 完成焊接操作：- 焊接完成后，关闭焊接电源，并将电极从焊接接头中取出。
- 清理焊接接头和焊缝，保持其干净整洁。
8. 进行焊后处理：- 对焊接接头进行焊后热处理或其他必要的处理工序，确保焊缝的质量和性能。
- 进行焊缝的检测和评估，以确保其达到规范要求。
注意事项：- 在窄间隙焊接操作中，操作者要注意安全，穿戴防护用品，并严格遵循操作规程和安全操作要求。
- 在操作过程中，要保持焊接设备和焊接接头的清洁和干燥，以防止杂质和水分对焊接质量的影响。
- 在操作过程中，要随时注意电弧的稳定性和焊接质量，及时调整参数和操作方式，确保焊接的质量和稳定性。
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co2气体保护焊的磁控焊缝跟踪方法
窄间隙co2气体保护焊的磁控焊缝跟踪方法1. 引言1.1 概述窄间隙CO2气体保护焊作为一种高效、高质量的焊接方法，广泛应用于船舶、液化天然气储罐、石油管道等工程领域。
而在窄间隙CO2气体保护焊的过程中，焊缝跟踪是实现自动化焊接的关键技术之一。
1.2 窄间隙CO2气体保护焊简介窄间隙CO2气体保护焊是一种采用惰性气体(如二氧化碳)对焊缝进行保护的电弧焊接方法。
相较于传统手工电弧焊接，其具有熔深较大、变形小、工作效率高等优势。
同时，窄间隙要求对工艺参数和操作技巧有较高要求，对施工人员水平提出了更高的要求。
1.3 磁控焊缝跟踪方法简介磁控焊缝跟踪方法是利用电磁感应原理，通过感应产生的电流和磁场来实现对焊缝位置的自动检测和跟踪。
该方法能够有效解决传统焊接过程中对焊工操作技巧和经验的依赖，提高焊接质量和生产效率。
通过本文对窄间隙CO2气体保护焊与磁控焊缝跟踪方法结合的研究与分析，可以进一步探讨两者之间的技术优势和应用前景，并对未来的发展趋势进行展望。
这将有助于推动该领域技术的发展，提高窄间隙CO2气体保护焊的自动化水平和质量稳定性。
2. 窄间隙CO2气体保护焊的原理与特点2.1 工艺原理窄间隙CO2气体保护焊是一种常用的焊接方法，其工艺原理基于CO2气体的阻挡和保护作用。
在窄间隙焊接过程中，被加工材料的两个相邻部分之间只有较小的缝隙，此缝隙通常为0.5-4mm，因此称为窄间隙。
在窄间隙CO2气体保护焊过程中，CO2气体被用作保护性气体。
当电弧产生时，电弧能量将使周围空气中的元素发生离子化，并形成离子流。
同时，CO2气体通过喷嘴进入焊接区域并环绕电弧和摆线运动，形成CO和O的高温等离子区域。
这种等离子区域起到了保护作用，防止了外界空气中的杂质污染熔池并减少了二氧化碳内部含量对溶质元素造成的影响。
此外，在窄间隙CO2气体保护焊过程中，还需要控制合适的焊接速度和电流强度，以确保焊接熔池的形成和稳定。
只有掌握这些参数，才能使焊接缝结构均匀且无缺陷。
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
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
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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
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
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、
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
2. 使用特殊电源：
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。
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-Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱW， 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。
高效焊接方法
第一章 窄间隙焊接
现代焊接生产技术国家重点实验室
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。
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。
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 并不深入到窄间隙中去，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。
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. 兰州理工大学硕士学位 论文，2004
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
3) NG-GMAW侧壁熔合问题一直未得到有效解决
直流正接窄间隙GMAW焊接简介
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、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％。