窄間隙焊接的應用現狀及發展趨勢
自1963年12月《鐵時代》雜志上首次刊發由美國Battelle研究所開發的窄間隙焊接技術以來(術語“窄間隙焊接”于1966年5月第一次出現在《BritishWeldingJournal》雜志上發表的由美國Battelle芯克腞PMeister和DCMatin合寫的文章中〔1〕),窄間隙焊接技術作為一種更先進的焊接技術,立即受到了全世界各國焊接專家的高度關注,并相繼投入了大量的研究〔2〕。VY馬林從許多刊物中整理出了窄間隙焊接的下述特征〔3〕:①是利用了現有的弧焊方法的一種特別技術;②多數采用I形坡口,坡口角度大小視焊接中的變形量而定;③多層焊接;④自下而上的各層焊道數目相同(通常為1或2道);⑤采用小或中等熱輸入進行焊接;⑥有全位置焊接的可能性。
日本壓力容器委員會施工分會第八專門委員會曾審議了窄間隙焊接的定義,并作了如下規定〔4〕:窄間隙焊接是把厚度30mm以上的鋼板,按小于板厚的間隙相對放置開坡口,再進行機械化或自動化弧焊的方法(板厚小于200mm)。經過半個多世紀的研究和發展,人們對其焊接方法和焊接材料進行了大量的開發和研究工作,目前窄間隙焊在許多國家的工業生產中都發揮著巨大的作用。
1窄間隙焊接技術的分類和原理
窄間隙焊接技術按其所采取的工藝來進行分類〔5〕,可分為窄間隙埋弧焊(NG-SAW)、窄間隙熔化極氣體保護焊(NG-GMAW)、窄間隙鎢極氬弧焊(NG-GTAW)、窄間隙焊條電弧焊、窄間隙電渣焊、窄間隙激光焊,每種焊接方法都有各自的特點和適應范圍。
1.1窄間隙埋弧焊
1.1.1窄間隙埋弧焊簡介
窄間隙埋弧焊出現于上世紀80年代,很快被應用于工業生產,它的主要應用領域是低合金鋼厚壁容器及其它重型焊接結構。窄間隙埋弧焊的焊接接頭具有較高的抗延遲冷裂能力,其強度性能和沖擊韌性優于傳統寬坡口埋弧焊接頭,與傳統埋弧焊相比,總效率可提高50%~80%;可節約焊絲38%~50%,焊劑56%~64.7%。窄間隙埋弧焊已有各種單絲、雙絲和多絲的成套設備出現,主要用于水平或接近水平位置的焊接,并且要求焊劑具有焊接時所需的載流量和脫渣效果,從而使焊縫具有合適的力學性能。一般采用多層焊,由于坡口間隙窄,層間清渣困難,對焊劑的脫渣性能要求秀高,尚需發展合適的焊劑。
盡管SAW工藝具有如下優點:高的熔敷速度,低的飛濺和電弧磁偏吹,能獲得焊道形狀好、質量高的焊縫,設備簡單等,但是由于在填充金屬、焊劑和技術方面取得的最新進展,使日本、歐洲和俄羅斯等國家和地區在焊接碳鋼、低合金鋼和高合金鋼時廣泛采用NG-SAW工藝。
NG-SAW用的焊絲直徑在2~5mm之間,很少使用直徑小于2mm的焊絲。據報導,最佳焊絲尺寸為3mm。4mm直徑焊絲推薦給厚度大于140mm的鋼板使用,而5mm直徑焊絲則用于厚度大于670mm的鋼板。
NG-SAW焊道熔敷方案的選擇與許多因素有關。
單道焊僅在使用專為窄坡口內易于脫渣而開發的自脫渣焊劑時才采用。然而,盡管使用較高的坡口填充速度,單道焊方案較之多道焊方案仍有一些不足之處。除需要使用非標準焊劑之外,它還要求焊絲在坡口內非常準確地定位,對間隙的變化有較嚴格的限制。對焊接參數,特別是電壓的波動以及凝固裂紋的敏感性大,限制了這一工藝的適應性。單道焊在日本使用較多。
日本以外的其他國寶廣泛使用多道焊,其特點是坡口填充速度相當低,但其適應性強,可靠性高,產生缺陷少。盡管焊接成本較高,但這一方案的最重要之處在于,允許使用標準的或略為改進的焊劑,以及普通SAW焊接工藝。
1.1.2窄間隙埋弧焊的焊接特性
窄間隙焊接是在應用已有的焊接方法和工藝的基礎上,加上特殊的焊絲、保護氣、電極向狹窄的坡口內導入技術以及焊縫自動跟蹤等特別技術而形成的一種專門技術。埋弧焊的優勢和局限性就直接遺傳給窄間隙埋弧焊技術,并在很大程度上決定著窄間隙焊接的技術特性、經濟特性、應用