窄间隙埋弧焊机的维修
《一重技术》
收稿日期：２００８－０１－０４；修回日期：２００８－０２－１２
窄间隙埋弧焊机的维修
付
辉１
（１．中国第一重型机械集团大连加氢反应器制造有限公司设备部工程师，辽宁
大连
１１６１１３
）摘要：介绍窄间隙埋弧焊机的构成和原理，分析其自动跟踪系统的调整过程，出现故障的处理方法。关键词：窄间隙埋弧焊机；ＰＬＣ控制；自动跟踪；故障分析；设备维修中图分类号：ＴＧ５０２．７
文献标识码：Ｂ文章编号：１６７３－３３５５（２００８）０２－００４４－０２
中国第一重型机械集团大连加氢反应器制造有限公司近几年来，先后购进哈尔滨焊接研究所研制的ＨＳＳ－３５０Ｗ单、双丝窄间隙埋弧焊机６台，用于大型石油裂化装置，厚壁压力容器筒节的环缝和纵缝焊接，窄间隙埋弧焊机在使用过程中经常遇到跟踪系统故障，现将一些解决问题经验讨论一下。
１窄间隙埋弧焊机的构成和原理
窄间隙埋弧焊机是用ＰＬＣ控制的机电一体化
焊接专用设备。它的控制系统由主控制柜、操作控制箱等组成。控制系统采用Ｓｉｅｍｅｎｓ公司生产的
ＰＬＣ（Ｓ７－２００ＭｉｃｒｏＰＬＣ）控制。控制柜由ＰＬＣ、扩展
模块、数字Ｉ／Ｏ模块、模拟量输入模块、模拟量输
出模块、信号隔离变送器、步进电机驱动电源等组成。整个焊接系统都在ＰＯＤ触摸屏（Ｓｉｅｍｅｎｓ公司生产的ＴＰ１７７人机界面）上进行，可以通过人机界面修改焊接参数及控制参数。主机系统ＰＬＣ对焊接过程进行监测和控制，ＰＯＤ触摸屏显示设备的运行状态。在焊接过程中，控制系统对焊接电压、焊接电流、焊接速度及高度跟踪和横向跟踪等参数实时控制，并自动将各参数闭环控制在预置范围内。
双丝窄间隙埋弧焊机采用两根焊丝以纵向串列的方式布置进行焊接，双丝焊接时两根焊丝分别燃烧的两个电弧共同形成一个熔池，按一层焊
接两道的方式连续进行焊接。两根焊丝先沿坡口的一侧进行焊接，由横向跟踪传感器控制焊丝端头在坡口里背焊侧壁的距离并保持恒定，由高度跟踪传感器控制焊丝的干伸长并保持恒定。在焊接环形焊缝时，采用焊接速度信号发生器测量并控制工件的焊接速度及工件的旋转圈数，当两根焊丝沿坡口的一侧焊满一周并搭焊一定长度（一般为５０～１００ｍｍ）后，两根焊丝自动转向及横移到坡口的另一侧继续焊接，就这样反复地以一层两道的方式进行焊接，直到焊满坡口为止。焊接过程全部自动化控制，连续进行焊接。
２自动跟踪系统的调整
设备跟踪系统具有横向和高度两维跟踪功
能。横向跟踪机构采用双侧接触式跟踪方式，两个横向跟踪爪（触头）
始终与坡口侧壁保持弹性
接触，横向跟踪采用高精度角位移传感器作为传感元件测量工件的横向位移窜动量，通过控制系统调节横向跟踪溜板，控制焊枪（焊丝）与工件侧壁的距离并保持恒定。
高度跟踪机构也采用接触式跟踪方式，高度跟踪轮始终与工件焊道表面弹性接触。高度跟踪采用高精度位移传感器作为传感元件，测量工件焊道表面的高度误差，通过控制系统调节高度跟踪溜板控制焊丝的干伸长。
横向跟踪传感器上的两个跟踪爪（触头）
在
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２００８年第２期
（总１２２期
）跟踪时处于放开状态，两个跟踪爪（触头）与侧
壁弹性接触，当需要停止横向跟踪时，两个跟踪爪要收回。ＰＬＣ控制横向跟踪传感器上的两个收爪轮（里、外）向里推到底再旋转９０°，然后松开就可以收回两个横向跟踪爪。当焊枪及跟踪机构进入坡口需要跟踪时，将传感器上的两个收爪轮向里推到底再旋转９０°，然后松开就可以放开两个横向跟踪爪（触头）与坡口侧壁弹性接触（见
图１
）。在手动状态下，扳动十字开关下降键“↓”，将焊枪下到坡口内。放开两个横向跟踪爪（触头）。扳动十字开关“←”或“→”键，调整焊枪焊丝端头与坡口侧壁的距离，双丝焊接时，一般距离为３～３．５ｍｍ。此时，操作控制箱上的ＰＯＤ显示屏显示有控制系统测量的横向跟踪数据，横向跟踪测量数值范围为０～２０ｍｍ。将“横左或横右跟踪测量数值”存入“跟踪参数设定修改”中的“横左跟踪或横右跟踪设定值”。
高度跟踪传感器调整与横向跟踪传感器调整道理相同，焊丝的干伸长一般调整到３５ｍｍ，高度跟踪测量数值范围为０～２５ｍｍ。将测量数值存入“跟踪参数设定修改”中的“高度跟踪设定值”。
３故障分析
在窄间隙埋弧焊机的使用当中经常会出现自
动跟踪不好用的现象，分析故障主要从以下几方面入手。
如左右自动跟踪不好用，首先停电测量横向向里或向外传感器的电阻值。收爪时其阻值为
Ｒｇｓ＝２ｋΩ，通电收、放开跟踪爪（触头），在隔离
信号调理器输入端测量Ｇ、Ｓ点为零点几伏变化，
输出端测得ＤＣ０～８Ｖ之间变化。如此可以判断出传感器的好坏及隔离信号调理器好坏。
如高度跟踪不好用，可在高度位移变送器输出侧测量。用手托高度传感器轮，测得输出信号
ＤＣ０～１０Ｖ之间变化，输入随高度传感器轮变化
交流信号。如此可以判断出故障的部位。
隔离信号调理器和高度位移变送器的直流电源好坏也同样影响自动跟踪，此外模拟量输入模块ＥＭ２３１内的扳码开关的位置也同样影响自动跟踪及其他故障的出现。
通电手动推横向向里或向外传感器、高度位移变送器的轮，在ＰＯＤ显示屏上调到其跟踪参数，都能显示传感器的变化信号。
４结语
在窄间隙埋弧焊机的使用当中，不管发生什么故障，只要用心去观察其故障发生的规律，掌握焊机的工作原理，就一定能够快速地维修好、使用好设备。
图１传感器调整示意图
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AP1000主管道窄间隙自动化焊接方法应用趋势分析
AP1000主管道窄间隙自动化焊接方法应用趋势分析摘要：目前，核电建设部门面临着大量的电站建设和安装任务，但是主冷却剂管道等厚壁管依然采用传统焊接方法，不仅焊接效率低、焊工强度大，同时焊缝质量也受到诸多不确定因素的影响。引用窄间隙自动化焊接方法代替传统手工焊工艺，不仅可以减少焊缝填充量、提高工程安装效率、缩短工期，还可以加强焊缝质量、提高安全裕度。本文对厚壁管件的窄间隙焊接方法进行研究，分析了AP1000主管道窄间隙自动化焊接的可行性及优越性。 关键词：核电，窄间隙焊接，主管道 Abstract: At present, the nuclear construction departments are facing plentiful tasks of nuclear power plant's construction and installation, but the welding of the main pipes has been used the traditional welding methods, the welding efficiency is lower, the welder is harder, and the quality of welds is also not sure. The Narrow-gap welding method may reduce the welding material, improve the welding efficiency, reduce the welding time, and advance the quality and security of welds. The article studies the advanced Narrow-gap welding method, and analyzes its feasibility and advantage. Key words: nuclear, Narrow-gap welding, main pipe
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，
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。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。 1.1.2 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
窄间隙MAG焊接介绍
窄间隙ＭAＧ焊接技术 1、窄间隙ＭAＧ焊接装置的概要 此装置可以适用在坡口深度小于300mm的窄坡口焊接（9-12mm宽,倾斜1/100～2/100的Ｉ形坡口）上,通过赋予焊丝弯曲特质,利用其所形成的波形焊丝,可以使坡口两个侧壁完全熔透,所以可以实现1层1焊道高品质、高效率的稳定焊接。 2、窄间隙ＭAＧ焊接的原理与特征 2.1窄间隙ＭAＧ焊接法的原理 2.2特征 1）稳定高品质的焊接（降低坡口壁面的熔合不良） 通过波形焊丝使电弧摆动,在狭窄的坡口深部,可以使坡口两侧壁面充分熔透。 图１ 原理图 焊丝左右弯曲 ↓ 焊丝带有波状的弯曲特性 ↓ 由于焊接部的焊丝左右振动,电弧也 摆动 照片１ 焊丝摆动状况
2）窄坡口的1层1道焊接 由于可以进行窄坡口焊接,通过焊丝摆动功能,可以确实熔融坡口两壁面,即使是厚板也可以实现1层1焊道的焊接施工。 由于坡口断面积较小,与通常的坡口相比,焊接变形量也相对较小，可以实现低热输入的焊接施工。 3、窄间隙MAG 和其他焊接方法的比较 窄间隙埋弧焊焊接 窄间隙MAG 焊接 坡口形状以及断面积 U 型坡口 开口25mm 时截面积1978mm 2 U 型坡口 开口13mm 时截面积1012cm 2 试件断面宏观图以及计算焊道数 18层 36道 20层（道） 焊接电流 450-500A 280A 焊接电压 33-35V 29V 线能量 33.7-53.0KJ/cm 20.3KJ/cm
作业时间 (1米焊 缝) 焊接时间 128min 焊接时间95min 除渣及回收焊剂时间60min 除渣及回收焊剂时间0min 总计 188min 总计 95min 容易产生问题 夹渣、清渣困难 无 结 论 多焊道，焊接条件复杂 消耗大量的焊材、焊剂 焊接时间较长 坡口断面积大,焊接变形大 一层一道焊接，焊接条件简单化 降低焊材消耗量，减少50%左右 焊接效率高，提高1倍以上 坡口断面积小,焊接变形量小降低了熔融不良 4、焊接应用实例： 4.1厚壁管类轴类焊接
IWE工艺复习试题及答案要点
1.下列关于焊接方法标记错误的是： A.焊条电弧焊111 B.熔化极活性气体保护焊135 C.氧乙炔气焊311 D.钨极惰性气体保护焊131 2.以下哪些焊接方法是以电阻热作为焊接热源的： A.焊条电弧焊 B.电阻点焊 C.钨极氩弧焊 D.电渣焊 3.正确选择焊接方法的根据是： A.焊接位置 B.经济性 C.设备条件 D.自动化、机械化程度 4.下列说法正确的是： A.焊接属于不可拆连接，而螺纹连接和铆接属于可拆连接 B.与熔焊相比较，钎焊是母材不熔化，钎料熔化 C.根据ISO857标准规定，通常将焊接分为熔化焊、压力焊和电阻焊 D.氧乙炔火焰可用于熔化焊、气割，也可用于钎焊 5.下列哪种电源输出的是交流电： A.弧焊整流器 B.脉冲电源 C.弧焊变压器 D.焊接变流器 6.在用气焊焊接黄铜时通常使用哪种火焰类型？ A.碳化焰 B.氧化焰 C.中性焰 D.所有类型火焰均可 7.电弧中带电粒子的产生可依靠下列哪些方式： A.热发射 B.阳极发射离子 C.粒子碰撞发射 D.热电离 8.与实芯焊丝相比，使用药芯焊丝的优势在于： A.熔敷速度快，生产效率高 B.工艺性能好，焊缝成形美观 C.容易保管 D.形成的烟雾更少 9.焊条电弧焊时，产生咬边的原因是： A.焊接电流太大 B.电弧太长 C.焊接电压太低 D.焊条角度太陡 10.焊条电弧焊焊条为酸性药皮时它含有下列哪些化合物？ A.石英SiO 2B.金红石TiO 2 C.铁磁矿Fe 3 O 4 D.纤维素
11.下列可以作为TIG焊用保护气体的组别是： A.ISO14175 M2 B.ISO14175 C C.ISO14175 M1 D.ISO14175I 12.在什么条件下采用碱性药皮焊条焊接最合适？ A.要求焊缝表面成形较光滑时 B.对焊缝质量及韧性有较高要求时 C.要求焊缝熔深较大时 D.要求具有特别高的熔敷率时 13.TIG焊时，下列哪些说法是正确的？ A.Ar中加入He时，可使焊接速度得到提高 B.Ar中加入He时，起弧更容易 C.Ar中加入He时，可使焊缝熔深加大 D.Ar中加入He时，由于熔池粘度增加，使得抗气孔性能下降 14.关于埋弧焊焊剂的说法错误的是： A.焊剂可以起保护作用 B.使用锰硅型焊剂能提高焊缝韧性 C.使用氟化物碱性焊剂能提高焊缝韧性 D.烧结型焊剂不易吸潮，可以不用烘干 15.符号标记为ISO14341-AG463 M213Sil，对此下列哪种标记的说明是正确的？ A.46表示熔敷金属最低屈服强度为460N/mm2和延伸率22% B.G表示惰性气体保护焊 C.M21表示保护气体 D.3Sil表示焊丝化学成份 16.脉冲MIG/MAG焊的优点是： A.设备参数调节简单 B.可用大直径的焊丝焊接小而薄的工件 C.可在立焊位置、横焊位置、仰焊位置焊接 D.具有低的热输入 17.熔化极气体保护焊焊接时，短路过渡适用于： A.薄板的填充及盖面焊道 B.厚板的填充及盖面焊道 C.中厚板的填充层及板管的根部焊缝 D.平、横焊位置的厚板角焊缝焊接 18.关于埋弧焊下列哪些说法是正确的？ A.窄间隙埋弧焊所需填充金属量比通常状况多 B.并列双丝埋弧焊使用两个电源C、纵列双丝埋弧焊使用两个电源
窄间隙焊接系统简介及应用案例
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
窄间隙埋弧自动焊关键技术的研究
窄间隙埋弧自动焊关键技术的研究 华爱兵蹇智勇鲍云杰雷勇 （北京时代科技股份有限公司北京 100085） 摘要：针对窄间隙埋弧自动焊的关键技术—排焊道和焊缝跟踪，设计了一种新型的导电嘴偏摆机构和长距离激光跟踪系统。导电嘴偏摆机构采用齿轮-齿条组合传动的方式，具有线性控制的特点，焊枪角度的重复定位精度高。长距离激光跟踪系统利用伺服电机带动激光点在窄间隙坡口内部扫描，实时提取坡口内部信息，确保焊丝端部到侧壁的距离恒定以及焊丝伸出长度不变。 关键词：窄间隙埋弧焊；激光跟踪；扫描 Research on Critical Technologies of Narrow Gap SAW HUA Ai-bing, JIAN Zhi-yong, LEI Yong (Beijing TIME Technologies Co., LTD , Beijing, 100085, China) Abstract: For critical technologies which arc bead array and seam tracking of narrow gap SAW, a new swing mechanism of conductive nozzle and a long-distance laser trace system arc designed. The combination drive of gear and rack is used for the swing mechanism, which characterized as liner control and high-precision of repeat positioning. The principle of long-distance laser tracking is that the inner groove is scanned by one laser point drove with servo motor and the groove message is real time exacted. So the distance from wire end to side wall and the length of wire extension remain constant. Key words: narrow gap SAW; laser tracking; scanning 1 引言 上世纪六、七十年代，在已有的埋弧焊接方法和工艺的基础上，加上特殊焊丝向狭窄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新的熔敷方法[1]，即窄间隙埋弧自动焊，它主要应用于锅炉、重型压力容器、石油化工以及核电制造等厚板领域的纵缝和环缝的焊接。与传统焊接方法相比，窄间隙埋弧焊具有几个优点：（1）与传统埋弧焊相比，窄间隙埋弧焊的坡口窄，焊材填充量小，因此焊接效率高、成本低；（2）与窄间隙TIG焊和窄间隙MIG焊相比，窄间隙埋弧焊的焊前准备时间较短，坡口制备要求不高，易于工人掌握；（3）焊接热输入小、热影响区窄、晶粒长大区域小，因此残余应力和焊接变形小；（4）窄间隙埋弧焊属于有规律的多层焊接，每一层焊缝对前面的焊缝具有回火作用，细化了焊缝金属的晶粒，因此焊接接头的韧性较好；（5）由于侧壁熔深一致，母材金属能够均匀地稀释到焊缝中去，因此热影响区的宽度和焊缝金属的成分比较均匀。 目前，瑞典ESAB公司、艾美特焊接自动化技术（北京）有限公司、哈尔滨焊接研究所、北京中电华强焊接工程技术有限公司等企业都能够提供各自的窄间隙埋弧焊接产品[2-5]。本文在分析国内外几种主流窄间隙埋弧焊设备技术特点的基础上，研制了一种新型的窄间隙埋弧焊接系统，其核心技术主要包括线性控制的导电嘴偏摆机构、长距离激光跟踪系统、全数字控制系统。 2 线性控制的导电嘴偏摆机构 对于窄间隙埋弧焊而言，其突出问题在于如何解决脱渣和侧壁熔合。为了保证脱渣的可靠性，窄间隙埋弧自动焊基本采用一层两道或者一层三道的方式，当采用一层两道时，枪角的变换顺序为……左——右——左……，当采用一层三道时，枪角的变换过程为……左——右——中——左——右——中……，这就是通常所说的排焊道。 目前市场上主流窄间隙产品的排焊道实现方式不外乎两种（如图1）所示，其一是瑞典伊萨公司为代表的偏摆型导电嘴（见图1a），其二是哈尔滨焊接研究所为代表的转角式导电嘴（见图1b），也可称为导电杆旋转型。
窄间隙埋弧焊坡口形式和尺寸
摘要： 根据焊件的壁厚、材质、机加工能力、焊件制造工艺流程，设计对应的窄间隙埋弧焊坡口形式及尺寸，其主要目的是在保证焊缝质量、方便施焊的前提下，尽量减少焊接填充量，提高生产效率，降低 生产成本。 关键词： 窄间隙埋弧焊；坡口形式；焊接工艺中图分类号：TG445 文献标识码： B 文章编号： 1001－2303(2009)08－0094－03第39卷第8期2009年8月 Vol．39No．8Aug．2009 Electric Welding Machine 白金生，李伟武，段世新 (中信重工机械股份有限责任公司焊接工艺研究所，河南洛阳471039) Exploration on joint configuration and dimensions in narrow gap welding with SAW process BAI Jin-sheng ，LI Wei-wu ，DUAN Shi-xin (CITIC HIC Welding Procedure Research Institute ，Luoyang 471039，China) Abstract ：The design of joint configuration and dimensions for narrow gap welding with SAW process is based on wall thickness and material of weldment ，availability of machining facilities ，and manufacturing procedure so as to reduce quantity of filler metal ，heighten efficiency and lower cost of production ，while ranking the consideration to ensure weld quality and benefit welding operation at top of the design． Key words ：narrow gap welding with SAW ；joint configuration ；welding precess 收稿日期：2009－03－30 作者简介：白金生(1957—)，男，河南洛阳人，工程师，主要从 事焊接工艺研究与开发，获国家专利两项，河南省部级科技进步奖3项。 0前言 目前窄间隙埋弧焊(NG－SAW)的坡口形式没有统一的国家标准，坡口形式和尺寸都由各企业自 定，坡口设计是焊接工艺设计的关键。 产品结构设计中往往由焊接工艺部门向设计部门提供窄间隙 的坡口形式和尺寸，因为产品结构形式、 部件质量、企业的加工能力等直接影响坡口设计。坡口设计的好坏不仅影响焊接接头质量，而且影响产品加工工艺、效率和成本。在此，分析总结了中信重工机械股份有限责任公司多年来窄间隙坡口的设计过程及思路。 1 窄间隙坡口的基本参数 1．1 窄间隙坡口四个基本参数 厚度H 、开口宽度B 、根部R 值和钝边，如图1所示。 1．2坡口最大深度 中信重工机械股份有限责任公司购置的哈焊所与焊研威达联合制造的HSS－300／350W 型窄间隙埋弧焊机的焊枪尺寸如图2所示。 图2焊枪尺寸 由图2可知，单面焊接坡口最大深度H ＝365mm＋30mm(干伸长)－20mm(焊剂输送管)－4mm(钝边)＝371mm 。 图1窄间隙坡口基本参数 窄间隙埋弧焊坡口形式和尺寸 94
窄间隙焊接的应用现状及发展趋势
窄间隙焊接的应用现状及发展趋势 自1963年12月《铁时代》杂志上首次刊发由美国Battelle研究所开发的窄间隙焊接技术以来（术语“窄间隙焊接”于1966年5月第一次出现在《British Welding Journal》杂志上发表的由美国Battelle芯克腞P Meister和D C Matin合写的文章中〔1〕），窄间隙焊接技术作为一种更先进的焊接技术，立即受到了全世界各国焊接专家的高度关注，并相继投入了大量的研究〔2〕。V Y 马林从许多刊物中整理出了窄间隙焊接的下述特征〔3〕：①是利用了现有的弧焊方法的一种特别技术；②多数采用I形坡口，坡口角度大小视焊接中的变形量而定；③多层焊接；④自下而上的各层焊道数目相同（通常为1或2道）；⑤采用小或中等热输入进行焊接；⑥有全位置焊接的可能性。 日本压力容器委员会施工分会第八专门委员会曾审议了窄间隙焊接的定义，并作了如下规定：窄间隙焊接是把厚度30mm以上的钢板，按小于板厚的间隙相对放置开坡口，再进行机械化或自动化弧焊的方法（板厚小于200mm）。经过半个多世纪的研究和发展，人们对其焊接方法和焊接材料进行了大量的开发和研究工作，目前窄间隙焊在许多国家的工业生产中都发挥着巨大的作用。 1 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。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。
窄间隙焊接
通用高效弧焊技术
General Efficient Arc Welding
Edition 2011
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3.1 Narrow gap arc welding technique
3.1 窄间隙弧焊技术
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1. 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 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（30mm左右）坡口尺寸8-10mm以下为窄间隙， 5mm以下为超窄间隙。
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窄间隙焊接照片
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常用的窄间隙坡口
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分类
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 (NGW: Narrow Gap Welding)
NG-TIG: 全位置、热丝，用于不锈钢、钛合金和镍基合金，电站和核工业 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
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窄间隙埋弧自动焊坡口形式(精)
窄间隙埋弧自动焊坡口型式 ××××—××—××发布××××—××—××实施 Q/HM ××××—×××× 前言 本标准主要内容包括我公司的窄间隙埋弧自动焊的三种坡口形式和坡口的四个基本参数(厚度H、开口宽度B、根部R值、钝边。 由于国家暂无标准窄间隙埋弧自动焊焊接坡口形式标准。本标准主要目地是给设计部门提供设计依据,给焊接工艺编制、焊材计算、工时制定提供依据,规范我公司窄间隙埋弧自动焊焊接坡口形式。 本标准由技术部提出。 本标准起草单位: 本标准起草人: 本标准为首次发布。 III Q/HM ××××—×××× 5 窄间隙埋弧自动焊坡口形式 1 范围 本标准规定了窄间隙埋弧焊在不同焊接条件下、不同直径、不同加工方法、不同尺寸精度设计产品、选择窄间隙埋弧焊坡口的原则。 本标准适用于我公司所有适用窄间隙埋弧焊的产品。
2 坡口形式的选择 2.1窄间隙坡口的基本参数 对于我公司的窄间隙坡口有四个基本参数:厚度H 、开口宽度B 、根部R 值、钝边如图一所示 421坡口宽度 421 坡口宽度 图一图二 2.2坡口的最大深度(H :350(双丝有效厚度/400mm (单丝有效厚度。 2.3最小开口宽度(B 焊丝到坡口壁距离为 3.5~4mm 。焊枪最大偏摆角度为±60 ,通过绘图可知坡口最小开口宽度为21mm (如图二所示。 2.4根部R 值
单丝焊:R=B/2±1=10~11mm 。双丝焊:R=12。 2.5钝边:4mm 3.窄间隙坡口形式的变形设计 3.1当焊后内孔(或板厚不再进行机械加工,内孔可以进人进行焊接(内孔直径足够大,工作环境温度可以忍受的情况(如图三所示,此时将焊缝背面清根,焊接,打磨平整。 Q/HM ××××—×××× 12 7 7 35 图三图四图五 3.2 当部件焊后可以加工时，窄间隙坡口形式可设计成如图四所示。 3.3 内孔直径足够大，焊接环境温度人无法忍受（焊接时必须预热，预热温度大于 70℃，环缝距端面距离大于 1500mm），焊后又无法机械加工。窄间隙坡口形式如图五所示（R 根部低于内孔 5～6mm，清除凸台时可将打底层清除，相当于清根）。焊后缓冷至合适温度，人工将工艺凸台去除。 4 通用窄间隙坡口数据 H 400 390 380 370 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 260 250 B 36 36 36 35 35 35 35 34 34 34 33 33 33 33 32 32 R 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12 11 6 12 加工余量加工余量 Q/HM ××××—×××× 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 32 32 31 31 31 28 28 27 27 27 26 26 26 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 注：（1）窄间隙埋弧自动焊的焊接坡口形式与尺寸的设计与设备的焊枪厚度、宽度、摆动角度、单丝双丝、焊丝直径、加工工艺流程、工件刚性、工件直径、预热温度、工作环境、焊接规范等均有关系。应此，坡口设计时需综合分析方可达到理想的效果。（2）窄间隙埋弧自动焊焊接坡口设计时要与焊接工艺和加工工艺沟通后确定。 7
窄间隙GMAW(NG-GMAW)横向焊接概述
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。（4）对焊丝在坡口中的位置比较敏感，对精确度要求较高。 因此，对NG-GMAW焊接工艺还需要进行深入的研究，解决其实际应用中的技术难点，找到稳定的工艺焊接方法。 1.3 窄间隙GMAW焊接方法 针对窄间隙GMAW的侧壁熔合、焊接过程稳定性问题，提出了许多窄间隙GMAW焊接方法，主要可以分成以下几类：
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
窄间隙埋弧焊焊接缺陷现象分析
窄间隙埋弧焊焊接缺陷现象分析 一、咬边现象与分析 1．焊丝的侧边距过小（一般小于2.5mm以下）：在焊接过程中，大部分母材金属被电弧产生热量熔化，且堆集在焊道上，母材金属侧壁上形成凹槽，并且焊高过高，在每层两道焊接时造成搭接不好，中间容易夹渣，未熔合等现象出现，在焊接过程中不易脱渣。 2．焊接电压过高、电流过小：在焊接过程中，由于电弧电压高电弧产生热量就大，使焊缝母材金属熔化过多；焊接电流过小，使焊丝熔化金属填充得很少，所以焊缝容易形成咬边、夹渣等现象。 3．焊接速度过慢：由于焊接速度过慢，母材金属被电弧加热而熔化金属过多，从而造成咬边、夹渣等现象。 4．母材过热：由于焊接电弧有加热过程，当母材温度过高时，被熔化金属过多，从而造成咬边、夹渣等现象。 5．盘状焊丝中有紊乱现象：由于焊丝有紊乱现象的存在，使焊丝校直不稳定，从而造成焊丝侧边距不稳定，引起焊缝咬边、未熔合、夹渣等现象。 6．机头晃动：由于操作机上有人上下走动，从而造成机头晃动，焊枪偏摆，使焊丝侧边距发生变化，引起焊缝咬边、未熔合、夹渣等现象。 二、未熔合现象分析 1．焊接速度过快：在焊缝过程中，由于焊速过快，从而使焊道变窄，引起焊缝未熔合产生，并且容易夹渣。 2．焊剂颗粒过细：由于焊剂颗粒过细，在电弧作用下立即被熔化，形成液态熔渣，熔化的焊剂在短时间内形成熔腔，且熔渣厚度较厚，并且往周围两边
排斥阻力增大，从而造成焊道窄而高，引起焊缝未熔合、夹渣等现象产生。 3．焊剂覆盖厚度过厚（一般要求在30~35mm高范围）：在焊缝坡口中，由于焊剂过厚，单位体积过大、重量重，被熔化的焊剂所形成的熔腔往周围两边排斥阴力增大，从而造成焊道窄而高成形不好，引起焊缝未熔合、夹渣等现象产生。 4．接地线接触不良：由于接地不良，焊接回路电阻变化较大，引起电弧电压、电流波动，从而造成焊道宽窄发生变化，未熔合现象发生。 5．母材预热温度低：母材预热一方面是减少焊接产生的应力防止焊缝裂纹产生，而另一方面是增加母材的润湿性和吸附性，提高焊缝抗拉、弯曲和冲击等机械性能指标，由于具有润湿和吸附作用，从而使焊道变得宽而薄，表面光滑等，从而减少未熔合等情况发生。 6．焊接速度不稳定：由于焊速不稳定，而造成焊道宽窄发生变化，从而引起未熔合现象。 7．焊接电压过低、电流过大（平特性电流）：由于电压低，母材没有得到一定热量而未被熔化，而电流过大造成过多的填充金属，从而引起熔合不好、夹渣等现象。 8．换边速度慢：由于焊接过程是连续不停的，那么焊接就存在一个换边摆动过程。摆动过程是焊道先搭接一定长度（大约20~100mm长度），然后摆动换边，这就存在一个摆动速度问题。摆动速度过快，容易造成电弧息灭，焊接无法连续进行；摆动速度过慢，容易造成夹渣、未熔合发生。 9．焊接速度和换边速度匹配：如果匹配不合理，则容易造成夹渣、未熔合问题，一般采用焊接速度低、换边速度快的方法。 三、气孔产生现象分析