船舶钢结构焊接-窄间隙埋弧焊

窄间隙埋弧焊是埋弧焊工艺方法的重大开发更新，它给大厚板焊接结构，特别是压力容器的焊接带来巨大的技术优势和效益。

这一结论可从图2-18、图2-19所示窄间隙埋弧焊焊道数和图2-20所示普通埋弧焊工艺方法所焊相同厚板接头的焊道数对比中明确看出：窄间隙埋弧焊可节省大量焊接材料，也因焊道少、输给工件的热量少，窄间隙埋弧焊可获得优于普通埋弧焊的焊接质量，所以在船舶压力容器焊接工艺中占有绝对技术优势。

图2-18 窄间隙埋弧焊缝

图2-19 添满100mm厚20mm宽I形口，窄间隙埋弧焊约需65焊道

图2-20 100mm厚X形坡口普通埋弧焊120焊道

1.窄间隙埋弧焊工艺特点

（1）“鱼鳞状”焊道工艺 对厚板结构间隙埋弧焊接工艺来说，一个很重要的问题是：多层焊道的自脱渣（壳）问题（图2-21）。

图2-21 焊剂的自脱渣性

从埋弧焊工艺方法的实践中，人们摸索出一条渣壳能自动脱落窄间隙埋弧焊工艺方法，即图2-22、图2-23所示的所谓窄间隙埋弧焊“鱼鳞状”一层两焊道焊接工艺。

图2-22 普通多层焊道与窄间隙“鱼鳞状”焊道的比较

这种“鱼鳞状”一层两焊道焊接工艺与采用“凹面状”一层一道焊道焊接工艺（图2-24）的区别是：前者的表面张力可使渣壳自动脱落，而后者的表面张力会使渣壳牢固地粘贴在工件的侧壁上。

图2-23 一层两道的“鱼鳞状”焊缝

图2-24 一层一道的“凹形”焊缝

图2-25给出了产生不同脱渣效果的原因：由于两种焊道的渣壳与工件侧壁切入角的不同，造成渣壳不同的表面张力，“凸面状”渣壳切入角的表面张力能使渣壳自行脱落；而“凹面状”渣壳切入角的表面张力却使渣壳紧紧地粘贴在焊缝上。基于上述理由，为更容易脱渣，窄间隙埋弧焊接工艺使用的焊剂，也要尽量选用自脱渣系列的埋弧焊焊剂。

图2-25 凸凹面不同时渣壳的切入角

（2）焊丝弯曲方式 为获得“鱼鳞状”焊道，由导电嘴送出的焊丝必须偏离垂线，即要使焊丝的前端以一定方式弯曲，在目前的窄间隙埋弧焊机中，使用图2-26所示的两种弯曲方式。

图2-26 导电嘴偏摆方式

前者为导电嘴偏摆结构方式、后者为固定弯曲导电嘴结构方式。选择哪种焊丝弯曲方式更为恰当时，必须考虑到以下实际使用问题：

1）在焊接准备程序时，对导电嘴偏摆结构方式来说，焊丝送出导电嘴的过程是先垂直送出导电嘴、然后再弯曲导电嘴；而后者的焊丝是直接送出固定弯曲的导电嘴。前者的优点是焊丝送出焊嘴的过程中，由于焊丝的端头（一般都很锋锐）不会划伤导丝管内壁，因此送丝过程稳定而顺畅，这就保证了焊接过程的稳定；而后者的焊丝虽说是直接一步送出导电嘴，但锋锐的焊丝端头在通过固定弯曲的导电嘴时，极易划伤导丝管内壁的弯曲处，严重时使送丝受阻。而焊丝一旦受阻，就会产生引弧困难或焊接中途断弧，这两种故障对重要结构件（如船用压力容器、化工设备、锅炉、电站设备）的厚板窄间隙埋弧焊工艺来说是大忌。(www.xing528.com)

2）对导电嘴偏摆结构方式来说，焊咀偏摆角度θ（见图2-26）可按厚板窄间隙埋弧焊工艺的要求进行调节，这就扩大了窄间隙埋弧焊机的适用范围；而对固定弯曲导电嘴结构方式来说，若调节焊丝偏摆角度θ，就必须更换具有不同弯曲角度的导电嘴，这给焊接不同工件时带来操作麻烦。

（3）窄间隙埋弧焊焊缝特点 窄间隙埋弧焊另一个主要特点是由于焊接熔敷金属少，焊缝收缩量小，焊接内应小，对热影响区组织影响也小，同时母材熔化量少，焊缝金属受母材成分的影响较小，其杂质和合金成分等对焊缝作用较小。

2.窄间隙埋弧焊工艺要点

（1）间隙埋弧焊的坡口的形式 坡口形式对制造工序、焊接效率和焊接质量都有很大的影响。窄间隙埋弧焊的坡口形式主要根据设备特点、焊接结构、板厚和工厂的具体加工条件而定。

窄间隙焊的3种坡口形式如图2-27所示，一种实际设计尺寸如图2-28所示。图2-27a为垫板单面焊坡口，这种坡口可连续焊完，但是如果有错边，根部很容易产生缺陷，而且焊后要去掉垫板，加工量比较大，因此焊接筒体类工件时，在筒体内径未经严格加工的情况下不宜采用此法；图2-27b为背面需清根焊接的坡口，焊缝底部质量容易保证，在实际生产中采用了这种坡口；图2-27c为内部封底焊坡口，这种坡口无需清理焊根（因为背面（内径）必须焊接）。

图2-27 窄间隙埋弧焊的坡口的形式

a）垫板单面焊坡口 b）背面需清根焊接的坡口 c）内部封底焊坡口

图2-28 窄间隙埋弧焊工件的实际坡口与焊道设计

窄间隙埋弧焊焊第一道焊缝，要严格选定焊接规范以保证焊透，一般用于筒体组装焊缝。

窄间隙焊坡口间隙对焊接质量也有重要影响，间隙太窄，不仅不利于操作，而且还会造成夹渣，为了得到焊道与侧壁焊道良好熔合的焊缝，间隙宽度在18～24mm范围内较为合适，可随着焊丝直径的不同进行适当调整。

为了补偿焊缝的自然收缩，保证焊接正常进行和规范参数一致，要求坡口侧面有一定倾角。板厚在100mm内，采用φ4mm的焊丝。

（2）窄间隙埋弧焊接参数 窄间隙埋弧焊的主要工艺参数有焊接规范、焊丝端部与侧壁的距离、焊丝干伸长度以及环缝焊每焊一道的重叠量等。

1）焊接电压。在窄间隙埋弧焊中，焊接电压对焊缝成形影响较大：当电压小于25V时致使焊道凸起，电压大于35V时，会产生咬肉，而且，在这两种情况下脱渣都较困难，因此，合适的焊接电压应为28～30V；

2）焊接电流。焊接电流与坡口间隙、焊丝直径和焊速都有一定关系，通过试验所得规范参数如表2-1所示：

表2-1 窄间隙埋弧焊主要工艺参数

3）焊丝端部与坡口侧壁的距离。焊丝端部与侧壁的距离（图2-29中的）L：

可通过导电嘴的摆动角度来调整，L不仅影响焊缝成形，而且影响熔深。

当焊丝直径为φ3mm或φ4mm、且L＜2mm时，焊道凸起，易产生夹渣，同时还加大了侧壁熔深，产生咬边。

当L＞4mm时，侧壁结合处有下陷的尖角，甚至出现未熔合缺陷。

当L=2.5～4mm时，焊道与侧壁熔合良好，熔深为1.5～2.5mm。

图2-29 焊区参数

由于在焊接过程中焊完一道后焊嘴端部要摆动到另一侧焊接，因此焊接前要求将导电嘴主体的轴线调整到间隙的中心线上，以保证焊嘴端部不论偏转到哪一侧壁焊接，都有相同距离。

4）焊丝的干伸长度。焊丝的干伸长度（图2-29中的Lg），直接影响焊缝质量。干伸大，焊丝易弯曲，引起电弧摆动，出现断续咬肉和熔合不良的现象；干伸小，导电嘴易烧损，干伸长度一般在30～40mm为合适。