俞 翔，王晓梁

（江苏省特种设备安全监督检验研究院南通分院，江苏 南通 226011）

窄间隙焊接方法在不同的国家应用的比例也不尽相同，其主要应用在锅炉、压力容器、工业机械、船舶与海洋结构、压力管道等制造业中。在日本以及一些其它国家，普遍使用熔化极窄间隙气体保护焊焊接，其应用率达到75%。而我国恰恰相反，以窄间隙埋弧焊的应用居多，原因在于：此种窄间隙焊接设备商品化程度较高，购买比较容易。在近年来的研究中,发现采用细焊丝大电流MAG焊可以实现稳定的旋转喷射过渡，其焊接生产效率高，对焊件装配间隙不敏感，而且能增大焊缝熔宽和改善焊缝成型，可用于压力容器的主要接头，如筒体纵缝和环缝。压力容器用的碳素钢及低合金钢几乎都可以采用这种方法。使用此种方法的经济效益比过去有所提高，而且焊接废品率大大下降，产品精度和品质均匀得到提高。因此，笔者以厚板压力容器用Q345R钢为对象，进行了旋转电弧窄间隙熔化极气体保护焊试验。

1 试验原理及焊接工艺

旋转电弧窄间隙MAG控制系统构成原理，如图1所示。焊接电源为MIG/MAG焊机，采用送气、导电、循环冷却、绝缘等功能一体的窄间隙焊炬，通过旋转控制系统，使倾斜的导电嘴实现焊接电弧的旋转，完成焊接过程。导电嘴带动焊丝和电弧在坡口内做锥摆运动，导电嘴和焊丝间磨损很小，可以实现电弧的高速旋转，又可以进行长时间的连续焊接，焊接稳定性高。

试验试件厚度为50mm，采用带钝边U型坡口，见图2，窄间隙坡口单侧角度为1～2度，钝边为2mm。

图1 窄间隙焊接系统

图2 坡口几何形状

试验母材为Q345R，采用ER50-6气保焊焊丝，直径为1.2 mm，化学成分如表1所示。在焊接时，需先焊正面打底焊，再焊反面打底焊，其工艺参数如表2所示。

表1 母材和焊丝化学成分(﹪)

表2 窄间隙焊接工艺参数

电弧形貌如图3所示，电弧呈钟罩状，随着电弧的旋转，电弧有规律地在坡口两侧壁之间运动，避免了电弧热在坡口中心区域的聚集，从而增加侧壁的熔透，并且有效地防止了指状熔深的出现。另外，由于旋转离心力的作用，熔滴不再沿焊丝轴向运动，而是向坡口两侧方向呈非轴向过渡。当焊丝旋转到距侧壁最近端时，电弧可以直接对侧壁加热，由于电弧对熔池的搅拌效应，使得熔池液体金属在侧壁处产生堆积，有利于侧壁的熔合。

图3 电弧形貌图

2 焊接接头分析

2.1 焊接接头的宏观分析

图4为焊接接头经射线检测后显示无缺陷，经腐蚀和抛光后的宏观金相照片，从照片上可以清晰地看出，焊缝成型均匀美观，未见未焊透、气孔、夹渣等宏观缺陷。焊缝侧壁熔合较好，不存在未熔合现象。热影响区宽度极小约1.5 mm，焊缝层高约3.5 mm。

图4 焊接接头宏观形貌

4.2 焊接接头的力学性能

图5为拉伸试件断裂示意图，焊接接头拉伸试验结果表明，拉伸断裂均在母材一侧，焊接接头的强度高于母材，Q345R钢板厚度在36～60 mm之间的抗拉强度为490～620 MPa，拉伸试件的抗拉强度均高于母材抗拉强度规定值的下限，平均为535 MPa，焊接接头抗拉强度合格。

图5 拉伸试件断裂示意图

弯曲试验的合格标准为：在拉伸件弯曲到规定的弯曲角度后，其拉伸面上沿任何方向不得有单条长度大于3 mm的裂纹或缺陷，焊接接头的棱角开裂一般不计。焊接接头经过弯曲180°后，未发现裂纹或缺陷现象，符合标准要求。

在0℃条件下，焊接接头所得冲击结果，如图6所示，焊缝金属和热影响区的冲击功均大于34 J，焊接接头常温冲击韧性满足要求，具有良好的韧性。热影响区冲击功大于焊缝金属的冲击功。

图6 冲击功示意图

3 结束语

旋转电弧窄间隙MAG焊运用于压力容器用Q345R钢的焊接，其焊缝成形良好，坡口两侧充分熔接，焊缝内没有气孔、裂纹等缺陷，其力学性能试验符合标准要求。旋转电弧窄间隙MAG焊方法，焊接品质好，效率高，是压力容器制造的一种先进技术。

[1]Hori.K and Kawakara.M.Application of narrow gap process by S.Sawada[J].Welding Journal，1985，9：18-19.

[2]张富巨，罗传红.窄间隙焊及其新进展[J].焊接技术，2000，29(6)：33-35.

[3]余 刚，丁 敏，崔海超,等.10Ni5CrMoV钢旋转电弧窄间隙GMAW 研究[J].焊接技术，2010，39(11)：12-15.