窄间隙埋弧焊

为了实现厚板的窄间隙埋弧焊接，首先必须具备窄间隙埋弧焊设备。1985年进口的瑞典ESAB公司EHD焊机，设计为可进行窄间隙埋弧焊接。但由于窄间隙埋弧焊机头价格昂贵，没有附带进口。

某核电工程稳定器为核一级设备，属锻焊结构的大型压力容器。整个容器由上下封头、三节筒体五大锻件组焊而成。主体焊缝为四条Φ2m，厚度115mm的环焊缝，要求采用窄间隙埋弧焊接。容器主体材料为法国核容器专用钢种16MND5（相当于A508－Ⅲ）锰镍相低合金钢。

为了焊接该容器，在对16MND5的焊接性进行了充分试验及其它工艺试验的基础上，进行了窄间隙埋弧焊的焊接工艺评定。评定用16MND5锻件尺寸为1500X250X115，两块对接。

与宽坡口埋弧焊相比，由于窄间隙埋弧焊坡口窄、焊材消耗量少、热输入量低、焊接时间短，焊接变形和焊接应力小，降低了开裂倾向，实现了高效率、低成本、高质量焊接。窄间隙埋弧焊的优势主要表现在：窄间隙埋弧焊在焊接时，通常采用I型或U型窄间隙坡口，坡口间隙在18~30mm，与普通埋弧焊接同样厚板须采用U型或者双U型坡口相比，可节省大量填充金属和焊接时间；由于加工金属量减少，焊接效率提高，相比传统埋弧焊，窄间隙埋弧焊能节省焊材约20%~40%，焊接总效率可提高30%~45%，大大的减少了焊接成本；由于采用窄间隙坡口窄间隙埋弧焊在节约焊材的同时又减小焊接应力，焊缝金属中积聚的氧也较少；由于焊接线能量较小，且后续焊道对前焊道有重叠加热作用，因此，焊接接头具有较高的冲击韧性，焊接变形亦得以减少，从而提高焊接质量。2100433B

要在深入母材很窄的坡口中实现无缺陷的焊接，难度是很大的。除了精确制备工件坡口以外，还要从焊接方法、焊接设备、焊缝跟踪、工艺措施等方面解决一系列难题。经焊接界多年努力，窄间隙焊已发展了多种气体保护焊方法和埋弧焊方法，在各方面取得了实际应用。

窄间隙气体保护焊 间隙更窄、效率更高，但在电弧的稳定性、气体保护的有效性和电弧对磁场的敏感性等方面都可能出现问题，而且由于间隙更窄，一旦出现问题返修更为困难

窄间隙埋弧焊 相比窄间隙气保焊稳定性高，但对埋弧焊剂工艺性要求高，不能咬边夹渣， 对于要求绝对可靠的大型石化核电容器来说，一般均选择窄间隙埋弧焊。

窄间隙埋弧焊接时，可进行每层一道、每层两道或每层三道焊接。其中每层一道的焊接虽然效率较高，但易引起侧壁熔合不良、夹渣、焊缝成型系数过小(易引起结晶裂纹)、脱渣不易等问题，在窄间隙埋弧焊接中很少应用。而每层三道则由于坡口的加宽而降低了效率。因此，每层两道的焊接得到了普遍应用。

在每层两道的窄间隙埋弧焊接中，为了保证坡口侧壁的良好熔合而不出现夹渣等焊接缺陷，在每一个焊道焊接时，焊丝端头必须偏向各自接近的坡口侧壁。为了实现这一点，目前流行的大致有两种方案。

这两种方案各有优缺点，经过分析对比，选择了a型方案。这是因为：一、该方案导电部分可有较大宽度，承载能力较高，可使用较粗的焊丝(可用Φ4mm，而方案b只能用Φ3mm)，可焊接的坡口深度较大；二、该方案与ESAB公司焊头相同，可以利用ESAB公司其它焊头的某些部件及原有控制线路，便于与原EHD焊机配合。

基于上述第二点同样的理由，接头自动跟踪装置设计为机械传感→光电转换、讯号放大→十字滑板执行的结构。做到了能与原有EHD设备配套使用，达到了在垂直和水平两个方向的自动跟踪。

总之，设计的窄间隙埋弧焊机头主要参照了ESAB公司焊头的结构，但做了以下几方面的改进：

1)焊嘴部分的主体材料采用了既有良好机械性能、耐磨性又有良好的导电性能的铬锆铜而不是采用不锈钢，因而既有足够的强度、刚度，工作过程也较为稳定。

2)导电嘴的摆直接采用气缸驱动而不是气——液转换驱动，因而结构更为简单可靠。

3)导电部分的外表面采用了陶瓷喷涂而不是涂涂料，绝缘性良好且不易剥落。

4)增加了焊嘴垂直度调整机构，可保证焊头在焊接纵缝和环缝两种位置都能与工件保持垂直。

5)缩小了各附助部分的尺寸、减轻了重量，以便于与200X200mm2的小型十字滑板配合使用。

整个焊头由具有可摆导电嘴的焊嘴、自动跟踪装置、送丝机构、焊丝校直机构、摆驱动装置、焊剂撒放及回收装置、支架等部分组成。

拥有一大批国内一流水平且有市场价值的可转化为规模生产的重大科研成果，如气电焊机械化成套技术，窄间隙埋弧焊技术，大直径输油、输气管焊接，超音速火焰喷涂、冷喷涂技术，新型焊接材料制备技术等数十项。

目录

现代高效焊接方法及其应用目录前言

第1章高效埋弧焊技术及其应用1

1.1概述1

1.2高效埋弧焊工艺方法3

1.2.1双丝埋弧焊接法3

1.2.2多丝埋弧焊接法7

1.2.3热丝埋弧焊接法9

1.2.4添加冷丝埋弧焊接法9

1.2.5添加金属粉末埋弧焊接法11

1.2.6药芯焊丝埋弧焊接法12

1.2.7单面焊双面成形埋弧焊接法14

1.2.8窄间隙埋弧焊接法15

1.2.9带极埋弧焊接法19

1.3高效埋弧焊设备及工艺装备24

1.3.1高效埋弧焊焊接电源25

1.3.2高效埋弧焊焊接机头及焊接小车38

1.3.3高效埋弧焊设备自动控制系统55

1.3.4高效埋弧焊工艺装备92

1.4高效埋弧焊焊接材料116

1.4.1埋弧焊用药芯焊丝和金属粉芯焊丝116

1.4.2高速、高效埋弧焊焊剂122

1.4.3埋弧焊用带极125

1.5高效埋弧焊应用实例132

1.5.1厚壁构件对接双丝并联埋弧焊132

1.5.2船体钢板拼接双丝串列埋弧焊134

1.5.3厚钢板拼接单面焊双面成形三丝串列埋弧焊136

1.5.4风塔筒体纵、环缝双/双丝串列埋弧焊138

1.5.5双相不锈钢添加冷丝埋弧焊140

1.5.6海洋工程结构件药芯焊丝埋弧焊142

1.5.7海洋工程钢结构添加金属粉末埋弧焊144

1.5.8厚壁高压锅炉部件环缝窄间隙埋弧焊145

第2章高效熔化极气体保护焊及其应用149

2.1概述149

2.2提高GMAW效率的工艺方法149

2.2.1加大焊丝伸出长度提高熔敷速度150

2.2.2提高电弧热功率增加熔敷速度150

2.2.3优化焊丝/保护气体组合提高熔敷速度152

2.2.4高效T.I.M.E焊接法153

2.2.5带极GMAW155

2.2.6多丝GMAW156

2.3双丝并联高效GMAW157

2.3.1双丝并联GMAW工作原理157

2.3.2双丝并联GMAW的优点159

2.3.3双丝并联GMAW焊接设备的构成161

2.3.4双丝并联GMAW法的工业性应用163

2.4双丝串列GMAW163

2.4.1双丝串列GMAW工艺164

2.4.2Tandem高效GMAW的发展过程和工作原理166

2.4.3Tandem GMAW的工作模式174

2.4.4Tandem GMAW的优点176

2.5Tandem GMAW设备176

2.5.1Tandem GMAW焊接设备的构成177

2.5.2Tandem GMAW焊接电源178

2.5.3Tandem GMAW送丝机200

2.5.4Tandem GMAW焊枪203

2.5.5清枪机205

2.6高效GMAW焊接工艺206

2.6.1高效T.I.M.E　GMAW的焊接参数208

2.6.2双丝并联GMAW的焊接参数209

2.6.3Tandem GMAW的焊接参数209

2.7典型生产应用实例213

2.7.1大型挖掘机转盘环缝的高效GMAW213

2.7.2船体平面构架角接缝的Tandem GMAW213

2.7.3机车车箱铝合金外壳纵缝Tandem GMAW213

2.7.4汽车后桥箱接缝的Tandem GMAW214

2.7.5大直径输油管线环缝全位置Tandem GMAW215

2.7.6大型不锈钢容器外壁冷却水套的Tandem GMAW215

2.7.7履带式吊车吊臂的Tandem GMAW216

2.7.8煤矿刮板输送机中部槽纵缝Tandem GMAW217

2.7.9大型铝合金箱体Tandem GMAW218

2.7.10铝合金车箱侧壁拼板接缝Tandem GMAW工艺218

2.7.11制管生产线板材拼接Tandem GMAW工艺220

2.8双丝旁路(Bypass)气电立焊221

2.8.1双丝旁路气电立焊工作原理221

2.8.2双丝旁路气电立焊发展现状222

2.8.3双丝旁路气电立焊设备222

2.8.4双丝旁路气电立焊焊接工艺223

2.8.5双丝旁路气电立焊用焊接材料224

2.8.6双丝旁路气电立焊典型应用实例224

第3章激光电弧复合高效焊接技术及其应用226

3.1概述226

3.2激光电弧复合热源焊接技术的分类228

3.2.1激光GTAW电弧复合焊接229

3.2.2激光GMAW电弧复合焊接230

3.2.3激光等离子弧复合焊接231

3.2.4激光双电弧复合焊接232

3.2.5激光埋弧复合焊接232

3.3激光电弧复合焊接工艺233

3.3.1碳钢的激光电弧复合焊工艺233

3.3.2不锈钢的激光电弧复合焊工艺235

3.3.3铝合金的激光电弧复合焊工艺236

3.3.4钛合金的激光电弧复合焊工艺238

3.3.5镁合金及镁合金与异质材料的激光电弧复合焊工艺239

3.3.6激光电弧复合热源焊接数值模拟240

3.4激光与电弧相互作用与机制245

3.4.1电弧提高激光能量的利用率245

3.4.2激光吸引、压缩电弧245

3.4.3等离子体吸收、屏蔽激光246

3.4.4等离子体密度的稀释247

3.5激光电弧复合焊接技术在工业中的应用247

3.5.1在汽车制造业中的应用249

3.5.2在船舶制造业中的应用249

3.5.3在管道及压力容器制造业中的应用250

3.5.4在飞机和车辆制造业中的应用251

3.5.5在轻型钢结构制造业中的应用251

参考文献2532100433B

第一部分 理论部分

课题一 埋弧焊基础知识

课目一 埋弧焊概述

课目二 埋弧焊用焊接材料

课目三 埋弧焊设备与工艺装备

课目四 埋弧焊的常见缺陷及防止

课目五 埋弧焊安全技术

课题二 埋弧焊工艺与操作

课目一 焊接工艺的选择

课目二 埋弧焊工艺过程

课目三 埋弧焊操作技术

课目四 典型焊缝的埋弧焊工艺

课题三 特种埋弧焊工艺

课目一 埋弧立焊

课目二 多丝埋弧焊

课目三 窄间隙埋弧焊

课目四 附加萌琉金属的埋弧焊

课目五 埋弧堆焊

课题四 常用金属材料的埋j瓜焊

课目一 碳钢的埋弧焊

课目二 低合金结构钢的埋弧焊

课目三 不锈钢的埋弧焊

课目四 低、中合金耐热钢的埋弧焊

课目五 不锈复合钢的埋弧焊

课目六 铜及铜合金的埋弧焊

第二部分 技能实训部分

任务一 埋弧焊基本操作训练

任务二 I形坡口对接双面焊

任务三 V形坡口对接双面焊

任务四 T形接头角焊

任务五 对接接头环缝埋弧焊

附录一 埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂（GB/T 5293-1 999）

附录二 埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂（GB/T 1 2470-2003）

参考文献2100433B