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窄缝焊接的应用现状与发展趋势

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-03-27 16:17:20 * 浏览: 5
自从美国Battelle研究所开发的窄缝焊接技术于1963年12月首次在《铁时报》杂志上发表以来(“窄缝焊接”一词出现在1966年5月的BritishnbspWeldingnbspJournal杂志上,并由美国在由Battelle Core腞nbspPnbspMeister和DnbspCnbspMatin [1]共同撰写的文章,窄间隙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,并在这方面进行了大量的研究。继承〔2〕。 VinbspYnbsp Marin从许多出版物[3]中总结了窄间隙焊接的以下特征:①是一种使用现有电弧焊方法的特殊技术,②大多数使用I形坡口,坡口的角度取决于角度。焊接时的变形量;③多层焊接;④自下而上的每层焊道数量(通常为1或2);⑤热输入量较小或中等的焊接;⑥全位置焊接的可能性。 lt,BRgt,lt,BRgt。日本压力容器委员会建设委员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]:窄缝焊接是焊接厚度在30mm以上的钢板,厚在凹槽对面放置间隙,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窄缝焊接技术的分类和原理lt,BRgt,lt,BRgt,窄缝焊接技术是根据采用的工艺进行分类的[5],可以使用NG-SAW的焊丝直径2和5毫米,很少使用直径小于2毫米的焊丝。据悉,好的焊丝尺寸为3mm。对于厚度大于140mm的钢板,建议使用4mm直径的焊丝,而对于厚度大于670mm的钢板,建议使用5mm直径的焊丝。 lt,BRgt,lt,BRgt和NG-SAW磁珠沉积方案的选择与许多因素有关。 lt,BRgt,lt,BRgt,仅在使用为在窄槽中容易结渣而开发的自结渣焊剂时才使用单道焊。然而,尽管凹槽的填充速度更高,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,这对间隙的变化有更严格的限制。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,单道次焊接的使用更多。 lt,BRgt,lt,BRgt等日本以外的国宝广泛使用多道次焊接,其特点是坡口填充速度较低,但适应性强,可靠性高且缺陷少。尽管焊接成本较高,但是该解决方案仍然很重要,因为它允许使用标准的或略微改善的焊剂,以及常见的SAW焊接工艺。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.1.2nbsp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,一种特殊的技术由特殊技术形成,例如保护气体,将电极引入狭窄的凹槽中以及自动跟踪焊缝。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)埋弧焊时电弧扩散角大,焊缝形状系数大,电弧功率大。通过适当的线壁间距控制,无需使用更复杂的方法,例如熔融电极的气体保护焊。电弧侧滑技术,即潜入电弧的热源d电弧焊及其作用特性,可以直接解决双方的熔合问题。这是窄间隙技术中使用大量埋弧焊方法的重要原因。 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,并且相同的电流波动量ΔI,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,熔滴向渣壁过渡。液体炉渣盖和固体助熔剂的有效“阻塞”效果根本不会引起飞溅。这是所有熔化过程中的埋弧焊。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斜面中发生大的颗粒飞溅,将难以保证送丝的稳定性,保护的有效性以及窄间隙焊炬的相对运动可靠性。 lt,BRgt,lt,BRgt,(4)在多层多道次焊接的情况下,通过调节单焊缝的形状系数,可以改变热影响区和焊缝中的粗晶粒和细晶粒区域可以有效地控制贱金属的区域。晶体面积比。通常,焊缝的形状系数越大,热影响区和焊缝区中的细颗粒区域的比例越大。这是因为珠子沉积越薄,随后的珠子对前一个珠子的累积热处理效果就越完整。通过一个,两个或什至三个固态相变,焊缝和热影响区的一些粗晶粒区域转变为细晶粒区域,这对于提高结构的均匀性和机械性能具有重要意义。窄缝焊接技术中的焊接接头。 lt,BRgt,lt,BRgt。埋弧焊方法依靠电弧的特性,无需特殊技术即可解决在槽面角很小(0ordm,〜7ordm,)的情况下侧壁熔化的问题,电弧能量参数对波动不敏感,窄间隙埋弧焊技术无条件地继承了非焊接飞溅的技术特点,从而大大提高了窄间隙埋弧焊过程中送丝,送气和斜角焊枪运动的可靠性,从而保证了窄缝焊接的熔合质量和工艺可靠性起着决定性的作用。但是,窄间隙技术也继承了埋弧焊方法的局限性。 lt,BRgt,lt,BRgt,(1)由于在狭窄的槽中单道次焊接时很难去除炉渣,因此在窄间隙焊接中每层必须使用2(或3)个焊接方法,它将引入NG-SAW技术,不可能将填充间隙减小到NG-TIG,NG-GMAW(约10mm)那么小,并且小间隙通常约为18mm。这是NG-SAW很难在技术上和经济上更理想的根本原因。 lt,BRgt,lt,BRgt,(2)埋弧焊方法的许多技术优势源自大电弧​​功率,这会增加NG-SAW期间的焊接热量输入,并且难以改善焊缝的形状和韧性焊接接头。重要的是,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)除了平面焊接以外,在其他空间位置也难以焊接。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.1.3nbsp工业上成熟的NG-SAW技术lt,BRgt,lt,BRgt,埋弧焊是工业领域中广泛使用的焊接方法之一,并且还应用于窄间隙技术经过验证的,可靠的和高度适用的焊接方法。迄今为止,工业上有几种成熟的窄间隙埋弧焊技术:lt,BRgt,lt,BRgt,(1)NSA技术nbsp是日本川崎钢铁公司对碳钢和低碳钢的压力。 NG-SAW用于集装箱,海上钻井平台和机械制造。特殊的扁平触头,采用直线技术和陶瓷涂层。 Ť他的技术使用单珠和单线或串联双线。焊丝直径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,因此具有良好的除渣性能。 lt,BRgt,lt,BRgt,(2)Subnap技术nbsp由日本钢铁焊接产品工程公司开发,用于碳钢和低合金钢Ng-SAW。它使用直丝,单珠和单丝或串联双丝。焊丝直径3.2mm。为了获得更好的除渣性能,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nbsp是瑞典NG-SAW设备和焊接材料制造商ESAB,专为焊接压力容器和大型结构零件的碳钢和低合金钢而开发。设计有双焊珠和固定焊丝。 lt,BRgt,lt,BRgt,(4)Ansaldo技术nbsp由NG-SAW设备制造商和意大利米兰AnsaldonbspTnbspPnbspAnbspBreda锅炉厂的用户开发。它采用固定和弯曲的单根焊丝,并在每层上沉积多层。 lt,BRgt,lt,BRgt,(5)MnbspAnbspN-GHH技术nbsp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窄间隙熔融气体保护焊1.2.1nbsp窄间隙熔融气体保护焊简介lt,BRgt,lt,BRgt,窄间隙熔融气体保护焊于1975年后成功开发使用特殊的焊丝弯曲结构来保持焊丝弯曲,从而解决了沟槽侧壁穿透的问题[8]。 nbsplt,BRgt,lt,BRgt,lt,BRgt,窄间隙熔化电极气体保护焊是一种利用电弧摆动到达钢板两个侧壁的方法。在扁平焊接方法中,为了完全焊接I形凹槽的两侧并将电弧引向凹槽的两个侧壁,采用了多种方法:①在焊丝进入之前弯曲焊丝的方法。坡口;②焊丝:在与焊接方向垂直的方向上摆动的方法;③双绞线方法;④药芯焊丝的交流电弧焊方法;⑤使用大直径固体的交流电弧焊方法线。另外,也有使用φ(Ar)30 +φ(CO2)70作为保护气体和ф1.6mm实心焊丝的气体保护焊方法,用于焊接异形复合接头。在水平焊接方法中,为了防止工字形槽中的熔融金属向下流动以获得均匀的焊道,提出了以下焊接方法:焊丝摆动或将槽分成上部和下部。通过使用焊接电流的周期性变化来形成较低的层。方法,以及将两种方法结合在一起的焊接方法。在垂直焊接窄间隙MAG焊接方法中,为了确保凹槽的两侧的穿透,开发了摆动式焊丝的焊接方法以及使焊接电流和焊丝同步改变的焊接方法。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.2.2nbsp工业上成熟的NG-GMAW技术lt,BRgt,lt,BRgt,表面张力过渡lt,5gt(SufacenbspTensionnbspTransfer)技术最早使用了来自7个国家的20多项专利由Lincoln Company的工程师Stava于1993年在WeldingnbspJournal上发表。表面张力过渡技术起源于短路过渡技术,但是与传统的短路过渡技术不同。它主要通过表面张力对液滴的影响来实现液滴的过渡。根据表面张力过渡理论,在从液滴与熔池接触开始到颈缩桥的灭弧期间,没有诸如等离子流力,电弧推力,点的力。如果不考虑重力和电磁力的影响,则在表面张力的作用下,熔滴和熔体的熔融界面将熔滴完全散布到熔池中。熔池。出在形成和存在过程中施加小的焊接电流和电弧电压将大大减少短路的液桥的爆炸程度,从而减少飞溅。 lt,BRgt,lt,BRgt,表面张力过渡过程是熔融电极气保焊方法中短路过渡过程技术的一项巨大技术进步,它具有以下技术优势:①飞溅率非常低②焊烟量少,③工作环境舒适(烟气少,飞溅少,光辐射小),④在低热量输入条件下熔合性好,⑤焊珠全位置良好单面焊接双面成型能力强,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。这种焊接工艺基本上不会产生飞溅和熔渣,并且由于电弧的稳定性,很少会产生明显的焊接。缺陷,并且已经建立了在全位置焊接中的应用[9]。但是,该方法具有工作效率低的缺点。为了提高工作效率,在加热填充焊丝时应采用电阻焊接法。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。但是,如果对填充焊丝施加过多的电流,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,有必要分别对电弧电流和线电流进行脉冲或交错处理,使其相位或单侧电流交换。 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。 TIG焊接通常被认为是可靠的焊接工艺之一[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)等,其接头具有良好的韧性,焊缝金属中的氢含量低。由于钨电极的载流量低,沉积速度不高,应用领域相对狭窄。通常用于底漆焊接和重要结构。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.4nbsp窄间隙电极电弧焊lt,BRgt,lt,BRgt。由于窄缝焊接主要针对机械化和自动化生产,因此,电弧焊在窄缝焊接中并未得到广泛应用,并且焊接质量不易控制。但是,在实际生产中,窄缝电弧焊具有的优点是其他焊接方法(如易用,灵活,设备简单等)无法替代。因此,在某些领域中,例如大坝施工中钢筋的狭窄缝隙,焊接解决了由于钢筋连接技术所引起的钢筋偏心应力问题,且成本仅为钢筋焊接的1/11。皮带。适用于ф18至40 mm的Ⅰ,Ⅱ和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,窄间隙电渣焊除了焊接各种钢和铸铁之外,它还可以焊接铝和铝合金,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,在桥梁的建设中,窄间隙电渣焊已被用于焊接25〜75mm的平板结构[5]。焊剂,焊丝和电能的消耗低于埋弧焊。工件的厚度越大,效果越明显。焊接接头具有降低淬火裂纹的趋势。与传统的电渣焊相比,焊缝和热影响区更高的金属性能可以消除或简化焊后热处理工艺。然而,设备相对较大,同时,对所用炉渣的除渣要求很高。 lt,BRgt,lt,BRgt,1.6nbsp窄间隙激光焊接lt,BRgt,lt,BRgt,因为激光焊接的厚度大于6mm,所以它被包括在厚板焊接中,并且激光焊接的凹槽的宽度非常小。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,焊接厚度可达到50mm,长径比可达到12:1。激光焊接接头在焊接状态下具有高硬度,主要包含马氏体结构,应在焊接后进行热处理。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窄间隙焊接的应用状况lt,BRgt,lt,BRgt,窄间隙焊缝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高焊接生产率生产成本低,决定了该技术在钢结构焊接领域客观上具有巨大的应用潜力和广泛的应用范围。从技术角度来看,其许多技术优势决定了该技术的巨大诱惑。然而,从经济角度来看,窄缝焊接技术确实存在板厚度范围经济的问题,即,在享受其技术优势的同时可以享受巨大的经济利益。一般而言,板厚越大,其经济效益就越大。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。下限板厚度随结构钢的类型,结构可靠性要求,结构尺寸和空间位置而变化,但通常为20-30 mm。最大板厚仅取决于窄缝焊接技术开发的焊枪可达到的深度。理论上没有上板厚度限制炬。使用现有的窄缝焊接,对于500-600mm的板厚焊接没有技术障碍。目前,窄缝焊接已成功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,NGB应用领域的nbsp利用率lt,BRgt,压力容器和锅炉nbsp52.5lt,BRgt,工业机械nbsp25lt,BRgt,船舶结构和造船nbsp12.5lt,BRgt,压力水管nbsp10lt ,BRgt,lt,BRgt,表2 nbspNGW利用率分布表lt,BRgt,NGW方法nbspGMAWnbspGTAWnbspGSAWlt,BRgt,利用率()nbsp75nbsp5nbsp20lt,BRgt,lt,BRgt,在经济建筑中,许多大型钢结构,桥梁,船舶和核反应堆所有这些都需要使用大厚度的钢板[10]。中国的焊接钢结构基本上保持在电弧焊的水平,很少使用窄间隙焊接。这不仅难以提高劳动生产率,而且焊接质量水平也不高。 lt,BRgt,lt,BRgt。目前,大厚度钢板越来越广泛地用于生产中。中国可以加快基于传统电弧焊的窄缝焊接的步伐。中国的窄缝焊接技术可以借鉴国外对机械的重视,并利用先进的计算机控制技术来发展机械与控制的结合,从而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及其新发展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,较小的焊接残余应力和残余变形,较低焊接的生产成本以及其他重大的技术和经济优势,应归为先进的制造技术。但是,到目前为止,该技术在厚板焊接领域的推广应用还很有限,中国许多行业的应用还没有取得零突破。为了使窄缝焊接技术在技术和经济优势方面更加成熟,实用和明显,从以下几个方面加快技术发展和技术进步也很重要:lt,BRgt,lt,BRgt, (1)低热量输入电弧焊接技术的发展满足高强度钢甚至高合金钢,更宽的空间位置适应性等需求,lt,BRgt,(2)开发GMAW超低飞溅率控制技术(包括电源)以适应狭窄差距自动焊接过程中对高可靠性和稳定性的需求,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,以满足狭窄环境中焊枪的安全可靠运行凹槽,弧形在凹槽内需要​​高度精确的位置。 lt,BRgt,lt,BRgt。十多年来,窄缝焊接新技术的开发和研究似乎在世界各地的放缓。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没有实现技术上的飞跃,而是窄间隙焊接技术没有达到完美。非常令人高兴的是,来自各个国家的焊接专家并没有因此而灰心。自1990年代以来,在不懈地研究电弧焊技术的质的飞跃中,取得了令人振奋的新进展,缩小了差距。间隙焊技术的迅速发展奠定了基础。过去10年的一些进展如下:lt,BRgt,lt,BRgt,(1)使用脉冲旋转射流过渡技术降低飞溅率,同时增强两个侧壁的融合, (2)超低飞溅率(<3)表面张力过渡焊接机(美国林肯公司)研制成功,并已商品化,(3)使用计算机辅助控制的各种光学,激光和其他自动跟踪系统已相继开发(例如瑞典的esab,美国的杰林和一些国内的大学等),lt,brgt,(4)恒定电流陆续开发了co2焊接机,模糊控制半自动gmaw焊接机(例如日本)和其他新型电源(一些已商业化),lt,brgt,(5)开发了高沉积的药芯焊丝离子速度快,飞溅率低,不需要层间除渣,这为窄间隙药芯焊丝lt,brgt的应用提供了可能性。(6)高稳定性送丝机构(例如双电机,四轮驱动等)已成功应用于常规gmaw方法。 lt,brgt,lt,brgt。简而言之,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改进为窄缝焊接提供了新技术。想法,新方法和新技术储备。相信在不久的将来,更高效率,更高质量,更低成本,更可靠和更实用的窄间隙焊接技术将继续出现。="">