窄缝焊接的应用现状与发展趋势

* 来源 : * 作者 : * 发表时间 : 2020-09-03 6:31:54 * 浏览 : 83
自1963年12月美国巴特尔研究所在《铁时报》杂志上首次出版窄缝焊接技术以来,“窄缝焊接”一词出现在1966年5月的《英国nbspWeldingnbspJournal》中,并由美国在由Battelle PnbspMeister和DnbspCnbspMatin [1]共同撰写的文章中,窄缝焊接技术作为一种更先进的焊接技术,立即引起了世界各地焊接专家的关注,并投入了大量资金。研究。 〔2〕。 VnbspYnbspMa Lin从许多出版物[3]中梳理出窄间隙焊接的以下特征:①这是一种使用现有电弧焊方法的特殊技术,②根据凹槽角度的大小,大多数使用I形凹槽,取决于数量③焊接过程中的变形;③多层焊接;④从下到上每层的焊接数量相同(通常为1或2);⑤焊接时输入的热量较小或中等;⑥可以进行全位置焊接。 lt,BRgt,lt,BRgt,日本压力容器委员会建筑分会第八届特别委员会考虑了窄缝焊接的定义,并做出了以下规定[4]:窄缝焊接是使用钢板厚度小于或等于30mm的薄板相对于凹槽放置较大的间隙,然后进行机械或自动电弧焊(板厚小于200mm)。经过半个多世纪的研究和开发,人们对其焊接方法和焊接材料进行了大量的研究。目前,窄缝焊接在许多国家的工业生产中起着巨大的作用。 lt,BRgt,lt,BRgt,1nbsp窄间隙焊接技术的分类和原理lt,BRgt,lt,BRgt,窄间隙焊接技术是根据其采用的工艺进行分类的[5],焊丝的直径可以用于2mm至5mm的NG-SAW,很少使用直径小于2mm的焊丝。据报道,最好的电线尺寸是3mm。对于厚度大于140mm的钢板,建议使用直径为4mm的焊丝,对于厚度大于670mm的钢板,建议使用直径为5mm的焊丝。 lt,BRgt,lt,BRgt,NG-SAW焊缝沉积方案的选择与许多因素有关。 lt,BRgt,lt,BRgt,仅在使用自排渣焊剂时开发,该焊剂是为在狭窄的槽中轻松去除渣而开发的。然而,尽管使用了更高的沟槽填充速度,但是与多道次焊接方案相比,单道次焊接方案仍具有一些缺点。除了需要使用非标准的助焊剂外,还要求焊丝非常精确地定位在凹槽中,这对间隙的变化有严格的限制。对焊接参数的敏感性,特别是电压波动和凝固裂纹,限制了该工艺的适应性。在日本,单道次焊接使用更多。 lt,BRgt,lt,BRgt等日本以外的其他国家级珍品广泛使用多道次焊接,其特点是倒角填充速度相当低,但适应性强,可靠性高且缺陷少。尽管焊接成本较高,但是该解决方案的重点在于它允许使用标准焊剂或稍作改进的焊剂,以及常见的SAW焊接工艺。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.1.2 nbsp窄间隙埋弧焊的焊接特性lt,BRgt,lt,BRgt,窄间隙焊接是基于现有焊接方法和工艺的应用,再加上特殊的焊丝,这是一种特殊的由保护气体,将电极引入窄槽的技术以及自动焊缝跟踪等特殊技术形成的技术。埋弧焊的优点和局限性直接继承了窄缝埋弧焊技术,并在很大程度上决定了窄缝焊的技术特点,经济特点,应用特点和可靠性[7]:lt,BRgt,lt ,BRgt,(1)在埋弧焊中,电弧具有较大的扩展角,较大的焊接形状系数和较大的电弧功率。通过适当的线壁间距控制,就不必使用MIG焊接等更复杂的方法。埋弧焊方法的电弧侧偏技术,即电弧热源及其作用埋弧焊方法的特点,可以直接解决双方的熔融问题,这是窄间隙技术中埋弧焊方法比例高的重要原因。 lt,BRgt,lt,BRgt,(2)焊接过程中能量参数的波动对焊接几何形状的影响敏感性较低。这是因为埋弧焊方法的电弧功率高,相同的电流波动△I,由埋弧焊引起的波动幅度要小得多。 lt,BRgt,lt,BRgt,(3)在埋弧焊过程中,熔滴是从炉渣壁的过渡,液渣覆盖物和固体熔剂具有有效的“阻塞”作用,并且在所有。这是所有熔化过程中的埋弧焊。极性电弧焊方法的独特之处正是窄缝焊接技术所追求的。因为一旦在深而窄的凹槽中发生大的颗粒飞溅,就难以保证送丝的稳定性,保护的有效性或窄间隙焊枪的相对运动可靠性。 lt,BRgt,lt,BRgt,(4)在多层多道焊中,通过调整单道焊的形状系数,可以有效地控制母材焊接的热影响区和焊接区中的粗粒区和细粒区。晶体面积比。通常,焊缝形状系数越大,焊缝区域中的热影响区与细晶粒面积的比率就越大。这是因为焊缝越薄,后续焊缝对先前焊缝的累积热处理效果越完整。通过一,两个甚至三个固相转变,焊缝和热影响区中的一些粗晶粒区域将转变为。细晶粒区域对于提高焊接结构的均匀性和机械性能非常重要。缝中的窄缝焊接技术。 lt,BRgt,lt,BRgt,埋弧焊方法依靠电弧本身的特性,无需特殊技术即可解决在极小的斜面角度(0ordm,〜7ordm,),几何尺寸的情况下的侧壁熔化问题焊缝的电弧能量参数波动不敏感,窄缝焊接技术无条件地继承了无焊接飞溅的技术特征,极大地提高了窄缝浸没过程中送丝,供气和焊枪在凹槽中移动的可靠性电弧焊保证了窄缝焊接的融合质量和工艺可靠性起着决定性的作用。然而,埋弧焊方法的局限性也已经继承到窄缝技术中。 lt,BRgt,lt,BRgt,(1)由于在窄槽单道次焊接过程中很难去除炉渣,因此在窄间隙焊接时每层必须使用2(或3)种焊接方法,将会引入NG-SAW技术,不可能缩小到NG-TIG和NG-GMAW一样小的填充间隙(约10mm),而小间隙通常约为18mm,这对于NG-SAW来说在技术和经济上都是困难的更理想。变化的根本原因。 lt,BRgt,lt,BRgt,(2)埋弧焊方法的许多技术优势源于大电弧功率,这将增加NG-SAW期间的焊接热量输入,并且难以提高焊接接头的塑性和韧性。 NG-SAW接头通常需要进行焊后热处理以满足性能要求。 lt,BRgt,lt,BRgt,(3)在平面焊接以外的其他空间位置上,难以进行焊接。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.1.3 nbsp工业成熟的NG-SAW技术lt,BRgt,lt,BRgt,埋弧焊是目前工业领域中使用最广泛的焊接方法之一,它也适用于窄带间隙技术成熟,可靠且高度实用的焊接方法。迄今为止,行业内较为成熟的窄间隙埋弧焊技术具有以下类型:lt,BRgt,lt,BRgt,(1)NSA技术纳斯达克(Nawasaki Steel NG-SAW)对碳钢和低碳钢的压力为集装箱,海上钻井平台和机械制造开发。采用直线技术和特殊规格l扁平触点尖端涂有陶瓷。该技术使用单个焊珠,并使用单线或串联双线。焊丝的直径为3.2mm。特别设计的以MgO-BaO-SiO2-Al2O3为基本成分的KB-120中性焊剂转化会引起热膨胀,因此具有更好的除渣效果。 lt,BRgt,lt,BRgt,(2)Subnap技术nbsp它是由日本钢焊接产品工程公司开发的,用于碳钢和低合金钢Ng-SAW。它使用直焊丝,单焊缝和单焊丝或串联双焊丝。焊丝的直径为3.2mm。为了获得更好的除渣效果,专门设计了两种主要成分为TiO2-SiO2-CaF2和CaO-SiO2-Al2O3-MgO的焊剂。 lt,BRgt,lt,BRgt,(3)ESAB技术由瑞典NG-SAW设备和焊接材料制造商ESAB开发,用于压力容器和大型结构零件的碳钢和低合金钢的焊接。设计采用双焊道和固定导线弯曲。 lt,BRgt,lt,BRgt,(4)Ansaldo技术由NG-SAW设备制造商和意大利米兰Breda锅炉厂的用户开发。它使用固定弯曲的单根焊丝,并且每一层都沉积有多个焊道。 lt,BRgt,lt,BRgt,(5)MnbspAnbspN-GHH技术由西德MnbspAnbspN-GHHnbspSterkrade开发,用于制造核反应堆内部组件。它使用单线和双珠。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.2nbsp窄间隙MIG焊接1.2.1nbsp窄间隙MIG焊接简介lt,BRgt,lt,BRgt,窄间隙MIG焊接是1975年以后成功开发的。焊丝弯曲结构保持焊丝弯曲,从而解决了沟槽侧壁渗透的问题[8]。 nbsplt,BRgt,lt,BRgt,lt,BRgt,窄间隙MIG焊接是一种利用电弧摆动达到焊接钢板的两个侧壁的方法。在扁平焊接方法中,为了完全穿透I形凹槽的两侧并将电弧引导到凹槽的两个侧壁,使用了多种方法:①在进入凹槽之前弯曲焊丝的方法,②焊丝的制作方法沿与焊接方向垂直的方向摆动的方法,③双绞线方法,④药芯焊丝的交流电弧焊方法,⑤大直径实心焊丝的交流电弧焊方法等。也是一种采用φ(Ar)30 +φ(CO2)70作为保护气体和φ1.6 mm实心焊丝的气体保护焊方法,用于焊接特殊和复杂的接头。在水平焊接方法中,为了防止I形槽中的熔融金属滴落,以获得均匀的焊缝,建议采用以下焊接方法:利用焊接电流的周期性变化来摆动焊缝。布线或将凹槽分为上下两层。方法,以及将两种方法结合在一起的焊接方法。在垂直窄间隙MAG焊接方法中,为了确保凹槽的两侧的穿透,开发了编织线的焊接方法以及焊接电流与编织线的同步变化的焊接方法。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.2.2成熟的NG-GMAW技术lt,BRgt,lt,BRgt,表面张力过渡lt,5gt(SufacenbspTensionnbspTransfer)技术在7个国家/地区拥有20多项专利,该专利已在早期发表。由Lincoln Corporation的工程师Stava于1993年撰写的《 WeldingnbspJournal》。表面张力过渡技术衍生自短路过渡技术,但是不同于传统的短路过渡技术。它主要通过表面张力对液滴的影响来实现液滴的过渡。表面张力过渡理论认为,在从熔滴与熔池接触到颈缩桥破裂的灭弧期间,没有等离子体流动力,电弧推力,点力​​,金属蒸气反作用力等。 。。。如果不考虑重力和电磁力的影响,则在熔滴与熔池的熔融界面的表面张力的作用下,熔滴会完全散开,收缩并破裂至熔池。在短路期间颈缩桥在形成和存在过程中,较小的焊接电流和电弧电压的输出会大大降低短路液桥的爆炸程度,从而减少飞溅。 lt,BRgt,lt,BRgt,表面张力过渡过程是MIG焊接方法中短路转移过程技术的一项巨大技术进步。具有以下技术优势:①飞溅率极低,且液滴沿轴向过渡;②焊接烟尘量少;③工作环境舒适(低烟,低飞溅,低辐射);④低热量输入条件,⑤良好的底焊珠全位置单面焊接双面成型能力,⑥操作更简单,更高效。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.3nbsp窄间隙钨极氩弧焊lt,BRgt,lt,BRgt,由于电弧的稳定性,该焊接工艺基本上不会产生飞溅和焊渣,因此很少产生明显的焊接缺陷,并且已经建立了在全位置焊接中的应用[9]。但是,该方法的缺点是工作效率低。为了提高工作效率,在给填充焊丝通电加热时,也应采用热电阻焊的方法。该方法的优点是可以单独选择焊接电流和填充焊丝的进给。给出数量。但是,如果对填充焊丝通电过多,则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,电弧电流和线电流分别被脉冲或错开其相位,或进行单边电流交换等措施。 lt,BRgt,超高强度钢的使用促进了TIG焊接在窄缝焊接中的应用。一般认为,TIG焊接是焊接质量可靠的工艺之一[5]。由于氩气的保护作用,TIG焊可用于焊接易氧化的有色金属及其合金,不锈钢,高温合金,钛和钛合金以及难熔活性金属(例如钼,铌,锆)接头具有良好的韧性,焊缝金属中的氢含量低。由于钨电极的载流能力低,焊接速度不高,应用领域相对狭窄。通常用于底部焊接和重要结构。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.4nbsp窄间隙电极电弧焊lt,BRgt,lt,BRgt,因为窄间隙焊接主要用于机械化和自动化生产,电极电弧焊在窄间隙焊接中的应用并不多,并且焊接质量不容易控制。但是,在实际生产中,窄缝电弧焊具有其他焊接方法无法替代的优点(如易用,灵活,简单的设备等),因此在某些领域,例如坝中钢筋的窄缝隙建筑焊接解决了钢筋连接技术引起的钢筋偏心应力问题,成本仅为拉杆焊接的1/11,适用于ф18〜40mm I,II,III级钢筋[5]。 lt,BRgt,lt,BRgt,与其他NG技术相比,窄缝电弧焊的应用非常有限。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.5nbsp窄间隙电渣焊lt,BRgt,lt,BRgt,窄间隙电渣焊可焊接各种钢和铸铁,以及铝和铝合金,镁合金,钛和钛合金和铜。它广泛用于锅炉制造,重型机械和石油化工行业。近年来,在桥梁施工中,窄缝电渣焊已用于焊接25-75mm的扁平结构[5]。焊剂,焊丝和电能的消耗低于埋弧焊,并且工件的厚度越大,效果越明显,并且焊接接头产生淬火裂纹的趋势很小。与传统的电渣焊相比,焊缝和热影响区金属具有更高的性能,可以消除或简化焊接后的热处理工艺。但是,设备比较大,所使用的除渣剂的除渣性能较高。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.6nbsp窄间隙激光焊接lt,BRgt,lt,BRgt,厚板焊接超过6mm时,厚板焊接中包含激光焊接,并且激光焊接的沟槽宽度非常小。可以认为是窄间隙激光焊接。大功率CO2激光器通常用于厚板的激光焊接。目前,可焊接厚度高达50mm,长宽比高达12:1。激光焊接的焊缝在焊接状态下具有较高的硬度,并且主要包含马氏体组织,因此应进行焊后热处理。由于激光焊接需要大功率激光器和高设备要求,因此其在生产领域中的应用受到限制。 lt,BRgt,lt,BRgt,2nbsp窄间隙焊接的应用现状lt,BRgt,lt,BRgt,窄间隙焊接具有更好的机械性能,较低的残余应力和残余变形以及窄间隙焊接的高焊接生产率低廉的生产成本决定了该技术在钢结构焊接领域具有巨大的应用潜力和广泛的应用范围。从技术角度来看,它的许多技术优势决定了该技术具有巨大的诱惑力。但是从经济角度来看,窄间隙焊接技术确实存在经济的板厚范围的问题,即,在享有其技术优势的同时具有显着的经济效益的板厚范围。一般来说,板厚越大,经济效益就越大。具有明显经济优势的小板厚可称为窄间隙焊接的下限板厚。下限板厚随结构钢的类型,结构可靠性要求,结构尺寸和空间位置而变化,但通常为20-30mm。上限板厚仅取决于已开发的窄缝焊接技术的焊枪的可到达深度,理论上没有上限板厚限制焊枪。现有窄缝焊接,焊接板厚度为500〜600mm,无任何技术障碍。目前,窄缝焊接已成功地应用于工业生产的许多方面,其具体分布结构如表1、2lt,10gt所示。 lt,BRgt,lt,BRgt,NGW应用领域的使用率()lt,BRgt,压力容器和锅炉52.5lt,BRgt,工业机械25lt,BRgt,船舶结构和造船业12.5lt,BRgt,压力水管10lt,BRgt ,lt,BRgt,表2 NGW利用率分布表lt,BRgt,NGW方法以上所有要求连接使用大厚度钢板[10]。我国的钢结构焊接基本上处于电弧焊的水平,很少采用窄缝焊接。这不仅难以提高劳动生产率,而且焊接质量水平不高。 lt,BRgt,lt,BRgt。目前,大厚度钢板越来越广泛地用于生产中。我国可以在传统的电弧焊的基础上加快窄缝焊接的步伐。在借鉴国外经验,注重机械的基础上,利用先进的计算机控制技术,可以将我国的窄缝焊接技术发展为机械与控制相结合的技术,成为其未来发展的方向。 lt,BRgt,lt,BRgt,3nbsp窄间隙焊接的发展方向和新进展lt,BRgt,lt,BRgt,窄间隙焊接具有极高的焊接生产率,更好的接头机械性能和较小的焊接残余应力。由于其巨大的技术和经济优势(例如残余变形和较低的焊接生产成本)而被归类为先进的制造技术。但是,到目前为止,该技术在厚板焊接领域的应用仍然极为有限,我国许多行业的应用仍没有零突破。为了使窄缝焊接技术更成熟,更实用,在技术和经济上更加明显,还应从以下几个方面加快技术发展和技术进步:方面:lt,BRgt,lt,BRgt,(1)开发低热量输入电弧焊接技术,以满足高强度钢甚至高合金钢的需求,并具有更宽的空间位置适应性,lt,BRgt,(2) GMAW方法(包括电源)的超低飞溅率控制技术,以适应狭窄的间隙自动焊接工艺需要高可靠性和高稳定性,lt,BRgt,(3)开发出高抗干扰能力,高可靠性,高精度的自动跟踪技术,可以满足焊枪在窄槽内的安全可靠运行,并保证电弧在槽内的空间中具有高度精确的位置。 lt,BRgt,lt,BRgt。在过去的十年中,新的窄缝焊接技术的开发和研究似乎已经放缓。原因可能是超低飞溅率控制技术和高可靠性实时跟踪控制仍未实现技术上的飞跃,但窄间隙焊接技术已达到完美。令人高兴的是,来自各个国家的焊接专家并没有灰心。自1990年代以来,他们在不间断的研究中取得了令人振奋的新进展,以实现电弧焊技术的质的飞跃,这有助于缩小电弧焊技术的飞速发展奠定了基础。过去十年中取得的部分进展如下:lt,BRgt,lt,BRgt,(1)脉冲旋转射流过渡技术用于降低飞溅率,同时增强两个侧壁的融合,磁场是用于控制窄缝槽中的电弧摆动,Lt,BRgt,(2)超低飞溅率(<3)表面张力过渡焊接机已成功研发(美国林肯)并已商业化,(3)各种光电,激光等使用计算机辅助控制系统的自动跟踪已陆续开发出来(例如瑞典的esab,美国的杰林和国内的几所大学等),lt,brgt,(4)恒定电流co2陆续开发了电焊机,模糊控制半自动gmaw焊机(例如日本)和其他新电源(已经商业化),lt,brgt,(5)开发了高药芯焊丝。沉积速度快,飞溅率低,无需中间夹层渣清除,为窄间隙药芯焊丝电弧焊的应用提供了可能,lt,brgt,(6)高稳定性送丝机构(如双电机,四轮驱动等)已经成功适用于常规gmaw方法。 lt,brgt,lt,brgt,总之,近年来在gmaw领域开发的许多新工艺,新设备,新设备,新设备,以及工业技术的不断完善,都为发展提供了新技术。窄缝焊接的想法,新方法和新技术储备。相信在不久的将来,具有更高效率,更高质量,更低成本,更多可靠性和更多实用性的窄间隙焊接技术将继续出现。="">