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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〔4〕：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，****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、电极向狭窄的坡口内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。埋弧焊的优势和局限性就直接遗传给窄间隙埋弧焊技术，并在很大程度上决定着窄间隙焊接的技术特性、经济特性、应用特性和可靠性〔7〕：
（1）埋弧焊时电弧的扩散角大，焊缝形状系数大，电弧功率大，再配合适当的丝－壁间距控制，无需像熔化极气体保护焊那样，必需采用较复杂的电弧侧偏技术，即埋弧焊方法的电弧热源及其作用特性，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比例最高的重要原因。
（2）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△I，在埋弧焊时所引起的波动幅度要小得多。
（3）埋弧焊过程中熔滴为渣壁过渡，液渣罩和固态焊剂的高效“阻挡”作用，根本不会产生飞溅，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。因为深窄坡口内一旦产生较大颗粒的飞溅，无论是送丝稳定性、保护的有效性还是窄间隙焊枪的相对移动可靠性都将难以保证。
（4）在多层多道方式焊接时，通过单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。
埋弧焊方法依靠电弧自身特性而无需采取特别技术即可解决极小坡口面角度（0º～7º）条件下的侧壁熔合难题；焊缝几何尺寸对电弧能量参数波动不敏感；无焊接飞溅的技术特性无条件地遗传给窄间隙焊技术，从而极大地提高了窄间隙埋弧焊时送丝、送气及焊枪在坡口内移动的可靠性，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。然而，埋弧焊方法的局限性也原原本本地遗传给了窄间隙技术。
（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。
（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，焊接接头的焊态塑、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）难以实施平焊以外的其它空间位置的焊接。
1.1.3 工业上成熟的NG-SAW技术
埋弧焊是目前工业领域应用最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。到目前为止，在工业上比较成熟的窄间隙埋弧焊技术有以下几种：
（1）NSA技术 它是日本川崎制钢公司为碳钢和低碳钢压力容器、海上钻井平台和机器制造而开发的NG-SAW。采用直焊丝技术及用陶瓷涂的特殊的扁平导电嘴。此技术采用单焊道，并采用单焊丝或串列双丝。焊丝直径3.2mm。以MgO-BaO-SiO2-Al2O3为基本成分的特殊设计的KB-120中性焊剂转变能引起热膨胀，以致具有较好的脱渣性。
（2）Subnap技术 它是由日本钢铁焊接产品工程公司为碳钢和低合金钢Ng-SAW开发的。它采用直焊丝、单焊道和单焊丝或串列双丝。焊丝直径3.2mm。为获得较好的脱渣性，特殊设计了主要成分分别为TiO2-SiO2-CaF2和CaO-SiO2-Al2O3-MgO的2种焊剂。
（3）ESAB技术 它是瑞典NG-SAW设备和焊接材料制造厂家ESAB为压力容器和大型结构件的碳钢和低合金钢焊接而开发的。设计采用双焊道，并采用固定弯丝。
（4）Ansaldo技术 它是由意大利米兰Ansaldo T P A Breda锅炉厂NG-SAW设备制造商和用户开发的。它采用固定弯曲单焊丝，每层熔敷多焊道。
（5）M A N-GHH技术 它是由西德M A N-GHH Sterkrade为核反应堆室内部件制造而开发的。它采用单焊丝双焊道。 |
