窄间隙焊接的应用现状及发展趋势
http://www.weld21.com 2008-03-04 15:57 


  窄间隙焊焊缝较好的力学性能、较低的残余应力与残余变形以及窄间隙焊高的焊接生产率与低的生产成本,决定着该技术在钢结构焊接领域客观上存在着巨大的应用潜力和广阔的应用范围。从技术角度上看,其诸多的技术优越性决定着该技术具有极大的诱惑力。但从经济角度上看,窄间隙焊接技术的确存在着一个经济板厚范围问题,即享有其技术优越性的同时,能猁显著经济效益的板厚范围。一般来讲,板厚越大,其经济效益也越大。具有明显经济优越性的最小板厚,可称为窄间隙焊的下限板厚。该下限板厚随着结构钢种、结构可靠性要求、结构尺寸及空间位置而变化,但一般为20~30mm。上限板厚只取决于所开发的窄间隙焊技术的焊枪可达深度,理论上不存在上限板厚限制焊枪。已有的窄间隙焊,焊接500~600mm板厚无任何技术障碍。目前,窄间隙焊接已成功地应用到了工业生产中的许多方面,其具体分布结构见表1,2<10>。

NGW应用领域       利用率(%)
压力容器和锅炉       52.5
产业机械          25
海洋结构和造船       12.5
压力水管          10

表2 NGW利用率分布表
NGW方法 GMAW GTAW GSAW
利用率(%) 75 5 20

  在经济建设中,许多大型钢结构、桥梁、舰船以及核反应堆上都要求采用大厚度钢板连接〔10〕。我国焊接钢结构基本上停留于焊条电弧焊水平,窄间隙焊接应用极少,这不仅很难提高劳动生产率,而且焊接质量水平不高。

  当前,大厚度钢板越来越广泛地应用于生产中,我国可在传统的焊条电弧焊基础上,加快利用窄间隙焊接的步伐。我国的窄间隙焊接技术可在借鉴国外偏重于机械式的基础上,利用先进的计算机控制技术,向机械和控制相结合的方面发展,从而成为其今后发展的一个方向。

3 窄间隙焊接的发展方向及其新进展

  窄间隙焊具有极高的焊接生产率,更优良的接头力学性能,更小的焊接残余应力和残余变形,更低的焊接生产成本等显著技术与经济优势,将其归为先进制造技术,当之无愧。然而,迄今为止,该技术在厚板焊接领域的推广应用仍极其有限,我国不少行业至今在应用上仍没有零的突破。要使窄间隙焊接技术更成熟化、更实用化、技术经济优势更明显化,还应主要从以下方面加快技术开发和技术进步:

(1)开发更低热输入的弧焊技术,以满足高强钢甚至高合金钢、空间位置适应性更宽等方面的需要;
(2)开发GMAW方法的超低飞溅率控制技术(包括电源),以满足窄间隙自动焊工艺过程高可靠性、高稳定性的需要;
(3)开发高抗干扰能力、高可靠性、高精度的自动跟踪技术,以满足焊枪在狭窄坡口内安全可靠运行,电弧在坡口内空间作用位置高度准确的需要。

  近10余年来,关于窄间隙焊接新技术的开发研究,世界各国似乎都放慢了速度,原因可能在于超低飞溅率控制技术和高可靠性的实时跟踪控制还未产生技术上的飞跃,而绝对不是窄间隙焊技术已达到尽善尽美的状态。十分可喜的是,各国焊接专家们并没有心灰意冷,自上世纪90年代以来在为弧焊技术产生质的飞跃而进行的不懈研究中,取得了令人振奋的新进展,从而为窄间隙焊技术的快速发展奠定了基础。近10余年来的部分进展如下:

(1)采用脉冲旋转射流过渡技术,在降低飞溅率的同时增强两侧壁的熔合;采用磁场控制窄间隙坡口内的电弧摆动;
(2)超低飞溅率(<3%)表面张力过渡焊机已开发成功(美国Lincoln公司)且已商品化;(3)采用计算机辅助控制的各种光电、激光等自动跟踪系统相继开发出来(如瑞典ESAB公司、美国Jellin公司以及国内数所大学等);
(4)恒流CO2焊机、模糊控制半自动GMAW焊机(如日本)等新型电源相继开发出来(有的已商品化);
(5)高熔敷速度、低飞溅率、无需层间清渣的药芯焊丝的开发,为窄间隙药芯焊丝电弧焊的应用提供了可能性;
(6)高稳定度送丝机构(如双电机、四轮驱动等)已成功应用于常规GMAW方法中。

  总之,近年来在GMAW领域开发出来的诸多新工艺、新设备、新装置、新器材,以及工业技术水平的不断提高,都为窄间隙焊的技术进步提供了新思路、新途径和新技术储备。相信在不久的将来,更高效率、更高质量、更低成本、更可靠、更实用化的窄间隙焊接技术还会不断涌现出来。

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