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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。
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。
窄间隙单丝埋弧焊接系统技术方案窄间隙单丝埋弧焊接系统是我公司选用ESAB公司的窄间隙埋弧焊部件和国产焊接操作机开发的非常成熟的成套设备,并提供了多套类似设备给国内的多个厂家;该系统为标准的模块化设计,可以根据需要增加相应的功能模块,提高其使用性能,最大限度地满足生产的需要。
一、简介该系统选用ESAB公司LAF1250埋弧焊电源,HNG窄间隙埋弧焊机头,PEH自动焊接过程控制器,OPC焊剂回收系统,GMD电动跟踪系统,新加坡罗马提供焊接操作机,滚轮架,我司配备PLC联动控制系统。
本系统选择如下的功能模块:ESAB LAF1250 埋弧焊电源ESAB PEH自动焊接过程控制器ESAB HNG窄间隙埋弧焊机头ESAB GMD电动跟踪系统ESAB OPC焊剂回收系统罗马 RM8060焊接操作机罗马 HGF800防窜滚轮架PLC控制系统二、系统性能,(一LAF 1250直流焊接电源LAF系列焊接电源是远程控制的风冷式三相焊接电源,用于进行高效机械化埋弧焊( S AW 或气体保护焊接( MIG/MAG 。
LAF系列焊接电源在整个电流和电压范围内均有优良的焊接性能,尤其是优异的引弧及重燃特性。
该系列焊接电源在高压下和低压下都具有良好的电弧稳定性;而且,该电源具有过载自动保护功能;当自动跳闸时,电源面板上有一黄灯指示,当温度降到可以接受的范围内时,电路将自动接通。
LAF 系列通过PEH焊接过程控制器进行控制,其主要技术参数如下:LAF 1250100%暂载率 1250A/44VSAW的设置范围 40A/22V~1250A/44VMIG\MAG的设置范围 60A/17V~1250A/44V开路电压 51V开路功率 220W效率 0.87功率因子 0.92保护等级 IP23尺寸 774×598×1430mm3重量 490Kg(二PEH焊接过程控制器PEH过程控制器是适用于ESAB公司LAF自动控制新系统。
窄间隙GMAW（NG-GMAW）横向焊接概述1 窄间隙GMAW焊接技术1.1 窄间隙焊接1963年美国巴特尔（Battelle）研究所就提出了窄间隙焊接技术。
到1966年，窄间隙焊接（NGW, Narrow Gap Welding）这个词首次被使用，随后被大量使用在焊接文献中[1]。
窄间隙焊接是基于现有的弧焊技术，采用I型或U型小尺寸坡口，进行的多层单道或多层多道焊接[2]。
窄间隙焊接是对GMAW、GTAW、SAW、SMAW等焊接方法进行的特殊应用，基本的焊接原理、技术特性还是相同的。
与传统的焊接方法相比，窄间隙焊接有以下优势[3]：焊接材料与电能消耗减少；焊接接头的残余应力、残余变形减小；接头力学性能更好。
1.2 窄间隙GMAW特点窄间隙焊接方法在实际使用时主要是NG-GMAW（窄间隙熔化极气体保护焊）、NG-SAW （窄间隙埋弧焊）和NG-TIG（窄间隙钨极氩弧焊）这三种方法。
其中，NG-GMAW更具有应用优势和前景。
[4]NG-TIG 低无高能NG-GMAW 高无较高能NG-SAW 较高有一般不能在现有的各种窄间隙焊接技术中，综合评价认为NG-GMAW应是相对更优越的技术。
从焊接生产率上看，NG-GMAW与NG-SAW的生产效率差不多，但成倍地高于NG-TIG技术；从空间位置上看，NG-GMAW可以全位置焊接；其次NG-GMAW热输入范围宽且可很低，使得该技术可在无需采用特别技术如焊前预热、道间温度控制、焊后热处理等条件下，尤其适合低合金高强钢、超高强钢焊接[5]。
但是，在实际生产中窄间隙GMAW技术常常会遇到以下困难[6]:（1）侧壁熔合不良。
这个是窄间隙焊普遍存在的问题，由于窄间隙的坡口深而窄，电弧覆盖范围有限，对侧壁热输入量不足，容易产生熔合不良。
（2）气保护要求高。
为了保证焊接过程中始终有良好的气保护作用，需要气保护尽可能的靠近电弧。
（3）焊接飞溅对工艺稳定性影响大。
GMAW焊接过程中不可避免的会出现飞溅，一旦飞溅落到导电嘴、保护气通道、焊枪，容易造成焊接过程的不稳定，甚至是焊枪的损坏。
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。
窄间隙焊接系统简介及应用案例
∙产品名称：窄间隙焊接系统简介及应用案例
∙产品主要参数：
技术参数 筒体厚度 ≤350mm 坡口宽度 18－24mm 接头型式 窄间隙对接 焊丝直径 3、4mm 焊嘴摆角 ±3.5° 本系统用于厚板窄间隙焊接。
性能特点 该系统包括窄间隙焊头、电动十字滑架、二维跟踪装置、带双向校直机构的送丝机头、PEH控制箱、LAF－1000焊接电源、4×4m操作架、200T 滚轮架、控制系统、焊剂回收及输送系统等10个部分。
专门设定的窄间隙焊枪、AC伺服电机驱动焊枪摆动，工作可靠长距离激光跟踪器，实现对焊缝底部两侧及高度的跟踪PLC、触摸屏及AC伺服组成的控制系统实现自动排焊道。
∙产品型号：deuma
∙产品类型：其他
∙生产厂家：德尔玛DEUMA（珠海）焊接自动化
∙产品参考价格：0.0
∙产品领域：工程机械
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。
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。
窄间隙气体保护焊与窄间隙埋弧焊相比，虽然前者间隙更窄、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。
因而对于要求绝对可靠的大型核能容器来说，一般均选择后者而不选择前者。
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。
单道焊在日本使用较多。
日本以外的其他国宝广泛使用多道焊，其特点是坡口填充速度相当低，但其适应性强，可靠性高，产生缺陷少。
尽管焊接成本较高，但这一方案的最重要之处在于，允许使用标准的或略为改进的焊剂，以及普通SAW焊接工艺。
窄间隙埋弧焊的焊接特性
窄间隙焊接是在应用已有的焊接方法和工艺的基础上，加上特殊的焊丝、保护气、电极向狭窄的坡口内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。
埋弧焊的优势和局限性就直接遗传给窄间隙埋弧焊技术，并在很大程度上决定着窄间隙焊接的技术特性、经济特性、应用特性和可靠性〔7〕：
（1）二氧化碳焊机埋弧焊时电弧的扩散角大，焊缝形状系数大，电弧功率大，再配合适当的丝－壁间距控制，无需像熔化极气体保护焊那样，必需采用较复杂的电弧侧偏技术，即埋弧焊方法的电弧热源及其作用特性，可直接解决两侧的熔合问题，这是埋弧焊方法在窄间隙技术中应用比例最高的重要原因。
（2）焊接过程中能量参数的波动对焊缝几何尺寸的影响敏感程度低。
这是由于埋弧焊方法的电弧功率高，同样的电流波动量△I，在埋弧焊时所引起的波动幅度要小得多。
（3）埋弧焊过程中熔滴为渣壁过渡，液渣罩和固态焊剂的高效“阻挡”作用，根本不会产生飞溅，这是埋弧焊在所有熔化极弧焊方法中所独有的特性，正是窄间隙焊技术所全力追寻的。
因为深窄坡口内一旦产生较大颗粒的飞溅，无论是送丝稳定性、保护的有效性还是窄间隙焊枪的相对移动可靠性都将难以保证。
（4）在多层多道方式焊接时，通过单道焊缝形状系数的调节，可以有效地控制母材焊接热影响区和焊缝区中粗晶区和细晶区的比例。
通常焊缝形状系数越大，热影响区和焊缝区中的细晶区比例越大。
这是由于焊道熔敷越薄，后续焊道对先前焊道的累积热处理作用越完全，通过一次、二次甚至三次固态相变，使焊缝和热影响区中的部分粗晶区转变成细晶区，这对提高窄间隙焊技术中焊态接头的组织均匀性和力学性能均匀性具有极其重要的意义。
埋弧焊方法依靠电弧自身特性而无需采取特别技术即可解决极小坡口面角度（0o～7o）条件下的侧壁熔合难题；焊缝几何尺寸对电弧能量参数波动不敏感；无焊接飞溅的技术特性无条件地遗传给窄间隙焊技术，从而极大地提高了窄间隙埋弧焊时送丝、送气及焊枪在坡口内移动的可靠性，这对保证窄间隙焊接的熔合质量和过程可靠性起了决定作用。
然而，埋弧焊方法的局限性也原原本本地遗传给了窄间隙技术。
（1）由于狭窄坡口内单道焊接时极难清渣，使得窄间隙焊接时，必须采用每层2道（或3道）的熔敷方式，这将带来NG-SAW技术中，不可能把填充间隙缩到像NG-TIG，NG-GMAW 那样小（10mm左右），而最小间隙一般也在18mm左右，这是NG-SAW在技术和经济上难以更理想化的根本原因。
（2）埋弧焊方法的诸多技术优势起源于大电弧功率，这将使得NG-SAW时焊接热输入增大，焊接接头的焊态塑、韧性难以提高，重要的NG-SAW接头常常需要焊后热处理方可满足使用性能要求。
（3）难以实施平焊以外的其它空间位置的焊接。
应用案例：
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楚上，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。
