厚板超窄間隙旋轉電弧焊接技術及成套裝備
厚板焊接作為我國核電、船舶、石化等領域重大裝備的關鍵制造技術，對低熱輸入、高效率、高質量的新型焊接方法升級需求極其迫切。窄間隙焊接技術因采用窄且深的坡口，在厚板焊接時具有效率高、填充量少、熱輸入小、變形小等優勢，在提高焊接效率和焊接質量等方面具有重要應用前景。目前，該類技術在國外核電、船舶等行業廣泛應用，技術較為成熟。而我國窄間隙焊接技術研究起步較晚，在大厚板核心焊接設備、工藝及材料均受制于人，尤其針對我國國防重點企業，存在“卡脖子”風險。高端焊接裝備依賴于進口，價格高昂。國外主要生產廠家包括法國寶利蘇迪、日本日立公司、美國電弧機器等，國內生產廠家華恒、唐山開元等依賴于國外企業的專利授權。
國際和國內現有技術一般采用鎢極擺動、陶瓷片約束、橫向交變磁場等控制電弧周期性地在兩側壁之間燃燒，存在裝置復雜、母材被磁化或間隙較大等缺點。為解決窄間隙焊接側壁熔合的難題，課題組另辟蹊徑，創新性地提出了一種具有完全自主知識產權的“厚板超窄間隙旋轉電弧焊接技術及成套裝備”新技術。該技術突破了現有窄間隙鎢極氬弧焊接（NG-GTAW，narrow-gap gas tungsten arc welding）工藝的局限性，已實現壁厚50 mm超窄間隙焊接，能夠更為可靠、簡便地解決側壁未熔合缺陷問題。相對于國內外的現有技術，該技術形成的旋轉電弧能夠有效改善電弧熱量及壓力的均勻性，在保證熔敷金屬質量均勻的同時避免熔深過大，具備高質量、高效率的突出優勢，達到國際先進水平，已在國防、核電、QT等工業領域推廣應用。同時，研究團隊自主設計研發了面向核電、石化、船舶等裝備的大厚板非軸對稱旋轉鎢極超窄間隙GTAW成套裝備（圖1），可實現板厚超過150 mm、窄間隙5 mm——9 mm的厚壁材料高質量自動化焊接。
圖1 大厚板非軸對稱旋轉鎢極超窄間隙GTAW成套裝備
該設備特別適用于厚壁不銹鋼焊接、鈦合金、980高強鋼、9Ni鋼等特種材料，在核電、軍工、石化等領域具有廣泛的應用前景。目前處于國際先進水平的寶利蘇迪公司生產的單套設備售價高達380萬元，國產設備售價也達到150——200萬元水平。而自主設計研發的設備單套成本僅約30萬元，能夠產生巨大的經濟效益。
山東大學
2025-02-08
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