窄間隙埋弧焊

為了實(shí)現(xiàn)厚板的窄間隙埋弧焊接，首先必須具備窄間隙埋弧焊設(shè)備。1985年進(jìn)口的瑞典ESAB公司EHD焊機(jī)，設(shè)計為可進(jìn)行窄間隙埋弧焊接。但由于窄間隙埋弧焊機(jī)頭價格昂貴，沒有附帶進(jìn)口。

某核電工程穩(wěn)定器為核一級設(shè)備，屬鍛焊結(jié)構(gòu)的大型壓力容器。整個容器由上下封頭、三節(jié)筒體五大鍛件組焊而成。主體焊縫為四條Φ2m，厚度115mm的環(huán)焊縫，要求采用窄間隙埋弧焊接。容器主體材料為法國核容器專用鋼種16MND5（相當(dāng)于A508－Ⅲ）錳鎳相低合金鋼。

為了焊接該容器，在對16MND5的焊接性進(jìn)行了充分試驗(yàn)及其它工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了窄間隙埋弧焊的焊接工藝評定。評定用16MND5鍛件尺寸為1500X250X115，兩塊對接。

與寬坡口埋弧焊相比，由于窄間隙埋弧焊坡口窄、焊材消耗量少、熱輸入量低、焊接時間短，焊接變形和焊接應(yīng)力小，降低了開裂傾向，實(shí)現(xiàn)了高效率、低成本、高質(zhì)量焊接。窄間隙埋弧焊的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：窄間隙埋弧焊在焊接時，通常采用I型或U型窄間隙坡口，坡口間隙在18~30mm，與普通埋弧焊接同樣厚板須采用U型或者雙U型坡口相比，可節(jié)省大量填充金屬和焊接時間；由于加工金屬量減少，焊接效率提高，相比傳統(tǒng)埋弧焊，窄間隙埋弧焊能節(jié)省焊材約20%~40%，焊接總效率可提高30%~45%，大大的減少了焊接成本；由于采用窄間隙坡口窄間隙埋弧焊在節(jié)約焊材的同時又減小焊接應(yīng)力，焊縫金屬中積聚的氧也較少；由于焊接線能量較小，且后續(xù)焊道對前焊道有重疊加熱作用，因此，焊接接頭具有較高的沖擊韌性，焊接變形亦得以減少，從而提高焊接質(zhì)量。2100433B

要在深入母材很窄的坡口中實(shí)現(xiàn)無缺陷的焊接，難度是很大的。除了精確制備工件坡口以外，還要從焊接方法、焊接設(shè)備、焊縫跟蹤、工藝措施等方面解決一系列難題。經(jīng)焊接界多年努力，窄間隙焊已發(fā)展了多種氣體保護(hù)焊方法和埋弧焊方法，在各方面取得了實(shí)際應(yīng)用。

窄間隙氣體保護(hù)焊 間隙更窄、效率更高，但在電弧的穩(wěn)定性、氣體保護(hù)的有效性和電弧對磁場的敏感性等方面都可能出現(xiàn)問題，而且由于間隙更窄，一旦出現(xiàn)問題返修更為困難

窄間隙埋弧焊 相比窄間隙氣保焊穩(wěn)定性高，但對埋弧焊劑工藝性要求高，不能咬邊夾渣， 對于要求絕對可靠的大型石化核電容器來說，一般均選擇窄間隙埋弧焊。

窄間隙埋弧焊接時，可進(jìn)行每層一道、每層兩道或每層三道焊接。其中每層一道的焊接雖然效率較高，但易引起側(cè)壁熔合不良、夾渣、焊縫成型系數(shù)過小(易引起結(jié)晶裂紋)、脫渣不易等問題，在窄間隙埋弧焊接中很少應(yīng)用。而每層三道則由于坡口的加寬而降低了效率。因此，每層兩道的焊接得到了普遍應(yīng)用。

在每層兩道的窄間隙埋弧焊接中，為了保證坡口側(cè)壁的良好熔合而不出現(xiàn)夾渣等焊接缺陷，在每一個焊道焊接時，焊絲端頭必須偏向各自接近的坡口側(cè)壁。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，目前流行的大致有兩種方案。

這兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過分析對比，選擇了a型方案。這是因?yàn)椋阂弧⒃摲桨笇?dǎo)電部分可有較大寬度，承載能力較高，可使用較粗的焊絲(可用Φ4mm，而方案b只能用Φ3mm)，可焊接的坡口深度較大；二、該方案與ESAB公司焊頭相同，可以利用ESAB公司其它焊頭的某些部件及原有控制線路，便于與原EHD焊機(jī)配合。

基于上述第二點(diǎn)同樣的理由，接頭自動跟蹤裝置設(shè)計為機(jī)械傳感→光電轉(zhuǎn)換、訊號放大→十字滑板執(zhí)行的結(jié)構(gòu)。做到了能與原有EHD設(shè)備配套使用，達(dá)到了在垂直和水平兩個方向的自動跟蹤。

總之，設(shè)計的窄間隙埋弧焊機(jī)頭主要參照了ESAB公司焊頭的結(jié)構(gòu)，但做了以下幾方面的改進(jìn)：

1)焊嘴部分的主體材料采用了既有良好機(jī)械性能、耐磨性又有良好的導(dǎo)電性能的鉻鋯銅而不是采用不銹鋼，因而既有足夠的強(qiáng)度、剛度，工作過程也較為穩(wěn)定。

2)導(dǎo)電嘴的擺直接采用氣缸驅(qū)動而不是氣——液轉(zhuǎn)換驅(qū)動，因而結(jié)構(gòu)更為簡單可靠。

3)導(dǎo)電部分的外表面采用了陶瓷噴涂而不是涂涂料，絕緣性良好且不易剝落。

4)增加了焊嘴垂直度調(diào)整機(jī)構(gòu)，可保證焊頭在焊接縱縫和環(huán)縫兩種位置都能與工件保持垂直。

5)縮小了各附助部分的尺寸、減輕了重量，以便于與200X200mm2的小型十字滑板配合使用。

整個焊頭由具有可擺導(dǎo)電嘴的焊嘴、自動跟蹤裝置、送絲機(jī)構(gòu)、焊絲校直機(jī)構(gòu)、擺驅(qū)動裝置、焊劑撒放及回收裝置、支架等部分組成。

擁有一大批國內(nèi)一流水平且有市場價值的可轉(zhuǎn)化為規(guī)模生產(chǎn)的重大科研成果，如氣電焊機(jī)械化成套技術(shù)，窄間隙埋弧焊技術(shù)，大直徑輸油、輸氣管焊接，超音速火焰噴涂、冷噴涂技術(shù)，新型焊接材料制備技術(shù)等數(shù)十項(xiàng)。

目錄

現(xiàn)代高效焊接方法及其應(yīng)用目錄前言

第1章高效埋弧焊技術(shù)及其應(yīng)用1

1.1概述1

1.2高效埋弧焊工藝方法3

1.2.1雙絲埋弧焊接法3

1.2.2多絲埋弧焊接法7

1.2.3熱絲埋弧焊接法9

1.2.4添加冷絲埋弧焊接法9

1.2.5添加金屬粉末埋弧焊接法11

1.2.6藥芯焊絲埋弧焊接法12

1.2.7單面焊雙面成形埋弧焊接法14

1.2.8窄間隙埋弧焊接法15

1.2.9帶極埋弧焊接法19

1.3高效埋弧焊設(shè)備及工藝裝備24

1.3.1高效埋弧焊焊接電源25

1.3.2高效埋弧焊焊接機(jī)頭及焊接小車38

1.3.3高效埋弧焊設(shè)備自動控制系統(tǒng)55

1.3.4高效埋弧焊工藝裝備92

1.4高效埋弧焊焊接材料116

1.4.1埋弧焊用藥芯焊絲和金屬粉芯焊絲116

1.4.2高速、高效埋弧焊焊劑122

1.4.3埋弧焊用帶極125

1.5高效埋弧焊應(yīng)用實(shí)例132

1.5.1厚壁構(gòu)件對接雙絲并聯(lián)埋弧焊132

1.5.2船體鋼板拼接雙絲串列埋弧焊134

1.5.3厚鋼板拼接單面焊雙面成形三絲串列埋弧焊136

1.5.4風(fēng)塔筒體縱、環(huán)縫雙/雙絲串列埋弧焊138

1.5.5雙相不銹鋼添加冷絲埋弧焊140

1.5.6海洋工程結(jié)構(gòu)件藥芯焊絲埋弧焊142

1.5.7海洋工程鋼結(jié)構(gòu)添加金屬粉末埋弧焊144

1.5.8厚壁高壓鍋爐部件環(huán)縫窄間隙埋弧焊145

第2章高效熔化極氣體保護(hù)焊及其應(yīng)用149

2.1概述149

2.2提高GMAW效率的工藝方法149

2.2.1加大焊絲伸出長度提高熔敷速度150

2.2.2提高電弧熱功率增加熔敷速度150

2.2.3優(yōu)化焊絲/保護(hù)氣體組合提高熔敷速度152

2.2.4高效T.I.M.E焊接法153

2.2.5帶極GMAW155

2.2.6多絲GMAW156

2.3雙絲并聯(lián)高效GMAW157

2.3.1雙絲并聯(lián)GMAW工作原理157

2.3.2雙絲并聯(lián)GMAW的優(yōu)點(diǎn)159

2.3.3雙絲并聯(lián)GMAW焊接設(shè)備的構(gòu)成161

2.3.4雙絲并聯(lián)GMAW法的工業(yè)性應(yīng)用163

2.4雙絲串列GMAW163

2.4.1雙絲串列GMAW工藝164

2.4.2Tandem高效GMAW的發(fā)展過程和工作原理166

2.4.3Tandem GMAW的工作模式174

2.4.4Tandem GMAW的優(yōu)點(diǎn)176

2.5Tandem GMAW設(shè)備176

2.5.1Tandem GMAW焊接設(shè)備的構(gòu)成177

2.5.2Tandem GMAW焊接電源178

2.5.3Tandem GMAW送絲機(jī)200

2.5.4Tandem GMAW焊槍203

2.5.5清槍機(jī)205

2.6高效GMAW焊接工藝206

2.6.1高效T.I.M.E　GMAW的焊接參數(shù)208

2.6.2雙絲并聯(lián)GMAW的焊接參數(shù)209

2.6.3Tandem GMAW的焊接參數(shù)209

2.7典型生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)例213

2.7.1大型挖掘機(jī)轉(zhuǎn)盤環(huán)縫的高效GMAW213

2.7.2船體平面構(gòu)架角接縫的Tandem GMAW213

2.7.3機(jī)車車箱鋁合金外殼縱縫Tandem GMAW213

2.7.4汽車后橋箱接縫的Tandem GMAW214

2.7.5大直徑輸油管線環(huán)縫全位置Tandem GMAW215

2.7.6大型不銹鋼容器外壁冷卻水套的Tandem GMAW215

2.7.7履帶式吊車吊臂的Tandem GMAW216

2.7.8煤礦刮板輸送機(jī)中部槽縱縫Tandem GMAW217

2.7.9大型鋁合金箱體Tandem GMAW218

2.7.10鋁合金車箱側(cè)壁拼板接縫Tandem GMAW工藝218

2.7.11制管生產(chǎn)線板材拼接Tandem GMAW工藝220

2.8雙絲旁路(Bypass)氣電立焊221

2.8.1雙絲旁路氣電立焊工作原理221

2.8.2雙絲旁路氣電立焊發(fā)展現(xiàn)狀222

2.8.3雙絲旁路氣電立焊設(shè)備222

2.8.4雙絲旁路氣電立焊焊接工藝223

2.8.5雙絲旁路氣電立焊用焊接材料224

2.8.6雙絲旁路氣電立焊典型應(yīng)用實(shí)例224

第3章激光電弧復(fù)合高效焊接技術(shù)及其應(yīng)用226

3.1概述226

3.2激光電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)的分類228

3.2.1激光GTAW電弧復(fù)合焊接229

3.2.2激光GMAW電弧復(fù)合焊接230

3.2.3激光等離子弧復(fù)合焊接231

3.2.4激光雙電弧復(fù)合焊接232

3.2.5激光埋弧復(fù)合焊接232

3.3激光電弧復(fù)合焊接工藝233

3.3.1碳鋼的激光電弧復(fù)合焊工藝233

3.3.2不銹鋼的激光電弧復(fù)合焊工藝235

3.3.3鋁合金的激光電弧復(fù)合焊工藝236

3.3.4鈦合金的激光電弧復(fù)合焊工藝238

3.3.5鎂合金及鎂合金與異質(zhì)材料的激光電弧復(fù)合焊工藝239

3.3.6激光電弧復(fù)合熱源焊接數(shù)值模擬240

3.4激光與電弧相互作用與機(jī)制245

3.4.1電弧提高激光能量的利用率245

3.4.2激光吸引、壓縮電弧245

3.4.3等離子體吸收、屏蔽激光246

3.4.4等離子體密度的稀釋247

3.5激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用247

3.5.1在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用249

3.5.2在船舶制造業(yè)中的應(yīng)用249

3.5.3在管道及壓力容器制造業(yè)中的應(yīng)用250

3.5.4在飛機(jī)和車輛制造業(yè)中的應(yīng)用251

3.5.5在輕型鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)中的應(yīng)用251

參考文獻(xiàn)2532100433B

第一部分 理論部分

課題一 埋弧焊基礎(chǔ)知識

課目一 埋弧焊概述

課目二 埋弧焊用焊接材料

課目三 埋弧焊設(shè)備與工藝裝備

課目四 埋弧焊的常見缺陷及防止

課目五 埋弧焊安全技術(shù)

課題二 埋弧焊工藝與操作

課目一 焊接工藝的選擇

課目二 埋弧焊工藝過程

課目三 埋弧焊操作技術(shù)

課目四 典型焊縫的埋弧焊工藝

課題三 特種埋弧焊工藝

課目一 埋弧立焊

課目二 多絲埋弧焊

課目三 窄間隙埋弧焊

課目四 附加萌琉金屬的埋弧焊

課目五 埋弧堆焊

課題四 常用金屬材料的埋j瓜焊

課目一 碳鋼的埋弧焊

課目二 低合金結(jié)構(gòu)鋼的埋弧焊

課目三 不銹鋼的埋弧焊

課目四 低、中合金耐熱鋼的埋弧焊

課目五 不銹復(fù)合鋼的埋弧焊

課目六 銅及銅合金的埋弧焊

第二部分 技能實(shí)訓(xùn)部分

任務(wù)一 埋弧焊基本操作訓(xùn)練

任務(wù)二 I形坡口對接雙面焊

任務(wù)三 V形坡口對接雙面焊

任務(wù)四 T形接頭角焊

任務(wù)五 對接接頭環(huán)縫埋弧焊

附錄一 埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑（GB/T 5293-1 999）

附錄二 埋弧焊用低合金鋼焊絲和焊劑（GB/T 1 2470-2003）

參考文獻(xiàn)2100433B