理论教育 窄间隙埋弧焊的特点及应用

窄间隙埋弧焊的特点及应用

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:在厚壁压力容器和重型机械制造中,窄间隙埋弧焊是一种高效率的焊接方法。窄间隙埋弧焊不仅要求坡口侧壁均匀焊透,而且要求熔渣在窄坡口内应具有良好的脱渣性。

窄间隙埋弧焊的特点及应用

1.窄间隙埋弧焊的优点

与宽坡口埋弧焊相比,窄间隙埋弧焊坡口窄、焊接材料消耗量少、热输入低、焊接时间短,焊接变形和焊接应力小,降低了开裂倾向,接头具有较高的抗延迟冷裂能力,强度和冲击性能均优于传统宽坡口埋弧焊接头,实现了高效率、低成本、高质量焊接。窄间隙焊的优点如下:

(1)高效 窄间隙埋弧焊时电弧的扩散角大,电弧功率大,焊缝形状系数大,再配合适当的丝—壁间距控制,可直接解决两侧的熔合问题,这是埋弧焊方法在窄间隙技术中应用越来越广泛的重要原因。由于坡口窄,熔敷金属量少,与普通埋弧焊相比熔敷金属节省量可达60%,大大节约了焊接材料和电能的消耗,焊接生产率高。

(2)优质 焊缝金属的化学成分及金相组织均匀性好,焊接接头的力学性能好。窄间隙埋弧焊母材熔化相当少,焊缝金属很少受母材的影响,因而在相同的焊丝成分下,与普通埋弧焊相比,焊缝具有较好的力学性能。前道焊道对后道焊道起回火作用,后道焊道对前一道焊道起预热作用,使焊接接头具有较高的力学性能。焊接过程中能量参数的波动对焊缝几何尺寸的影响敏感程度低。这是由于埋弧焊方法的电弧功率高,同样的电流波动量,在埋弧焊时所引起的焊缝几何尺寸波动幅度要小得多。

在多层多道方式焊接时,通过每道焊缝形状系数的调节,可以有效地控制母材焊接热影响区和焊缝区中粗晶区和细晶区的比例。通常焊缝形状系数越大,热影响区和焊缝区中的细晶区比例越大。这是由于焊道熔敷越薄,后续焊道对先前焊道的累积热处理作用越完全,通过一次、二次甚至三次固态相变,使焊缝和热影响区中的部分粗晶区转变成细晶区,这对提高窄间隙焊技术中焊态接头的组织均匀性和力学性能均匀性具有极其重要的意义。

(3)变形小,抗裂性强 由于降低了焊接热输入和金属熔敷量,母材的热输入量小,使得母材的热影响区相当窄,因而焊接应力及变形小,提高了焊接接头的抗裂性,焊后焊件不用进行消除应力处理和组织细化热处理。

(4)过程可靠性好 窄间隙埋弧焊过程中不会产生飞溅,这是埋弧焊在所有熔化极弧焊方法中所独有的特性,正是窄间隙焊技术所全力追寻的,这对保证窄间隙焊接的熔合质量和过程可靠性起了决定作用。因为深窄坡口内一旦产生较大颗粒的飞溅,送丝的稳定性、保护的有效性以及窄间隙焊枪的相对移动可靠性都将难以保证。

(5)设备自动控制技术高,易于实现生产过程自动化 采用了传感器及微电子技术进行自动控制,焊接过程操作简单,从坡口的底部一直焊接到顶部全部自动进行,无须操作者任何调节。焊接过程即使中途停顿,在停顿处重新起弧焊接对接头质量也无影响。

2.窄间隙埋弧焊的不足

1)由于狭窄坡口内单道焊接时极难清渣,使得窄间隙焊接时,必须采用每层2道(或3道)的熔敷方式,这将带来NG-SAW技术中,不可能把填充间隙缩到像NG-TIG、NG- GMAW那样小(10mm左右),而最小间隙一般也在18mm左右,这是NG-SAW在技术和经济上难以更理想化的根本原因。(www.daowen.com)

2)埋弧焊方法的诸多技术优势起源于大电弧功率,这将使得NG-SAW时焊接热输入增大,焊接接头的塑、韧性难以提高。重要的NG-SAW接头常常需要焊后热处理方可满足使用性能要求。

3)难以实施平焊以外其他空间位置的焊接。

4)焊接修补困难,装配时间长以及对操作人员的技能要求较高等。

此外,为了脱渣方便,需配有专用焊剂

3.窄间隙埋弧焊的应用

埋弧焊是工业领域应用较为广泛的焊接方法之一,也是应用到窄间隙技术中最成熟、最可靠、应用比例最高的焊接方法。

窄间隙埋弧焊的主要应用领域是低合金高强度结构钢厚壁容器及其他重型焊接结构,其在大厚度板和超大厚度板对接焊中的效率高、成本低、质量优的特点更加突出。随着其关键技术日益成熟,其可焊间隙越来越小,坡口深度越来越深,特点更明显,应用更广泛。已成功应用于核反应堆压力容器、化学及石油工业、大型管道、桥梁水轮机、压力容器及锅炉工业,如筒体的纵缝和环缝、封头的对接,可焊厚度达700mm。在大型机械中,如卷扬机鼓风机等的大厚度中空轴的纵缝与环缝,大型压力机的机身、框架建筑行业楼房钢架箱形柱的接头等。

我国已将窄间隙埋弧焊成功地应用于10万kW、20万kW、30万kW锅炉筒体和加氢反应器等环缝和纵缝的焊接,所焊焊件的厚度为80~200mm。在厚壁压力容器和重型机械制造中,窄间隙埋弧焊是一种高效率的焊接方法。

窄间隙埋弧焊不仅要求坡口侧壁均匀焊透,而且要求熔渣在窄坡口内应具有良好的脱渣性。采用这些脱渣性好的焊剂,研制了各种窄间隙施工技术:如利用直径1.2~1.6mm的细焊丝摆动焊接400mm以上的压力容器用超厚板;第一、第二层使用TIG焊,其他各层采用直径1.6mm细丝进行单面埋弧焊;日本利用直径3.2mm焊丝双丝埋弧焊焊接压力容器;我国则采用直径更小的3mm焊丝,研制出了双丝窄间隙埋弧焊机,并成功地应用于大型高压容器(如锅炉、化工容器、核反应堆、热交换器、水压机工作缸、水轮机、采油平台桩腿和厚板结构等),不仅可焊环焊缝,也可焊纵焊缝。此外,也有采用埋弧焊与气体保护焊联合焊接桥梁桁架不完全焊透接头(J形坡口)的窄间隙焊接应用实例。

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