《窄间隙GMA焊接技术》的作者及其团队从事窄间隙焊接技术研究近20年，作者国家自然科学基金等项目的支持下，先后开发了旋转电弧窄间隙GMA焊、摆动电弧窄间隙GMA焊和双丝窄间隙GMA焊技术，在设备研制和工艺开发等方面进行了较为系统而深入的研究。本书着重总结了每种方法的电弧特性、熔滴过渡、熔池行为以及焊缝成形规律等科学问题，并结合海洋工程材料介绍了相应的焊接工艺开发及组织性能分析等项目实践案例。

前言

第1章 窄间隙焊概述1

1.1 窄间隙焊的原理与特点1

1.1.1 窄间隙焊的定义1

1.1.2 窄间隙焊的优点2

1.1.3 窄间隙焊的不足3

1.2 窄间隙焊的分类与各自特点3

1.2.1 窄间隙焊的分类3

1.2.2 窄间隙TIG焊的特点5

1.2.3 窄间隙GMA焊的特点5

1.2.4 窄间隙SAW的特点6

1.3 窄间隙焊的坡口形式6

1.4 窄间隙焊中的保护气体8

1.5 窄间隙焊中的常见问题与解决措施9

1.6 常用窄间隙GMA焊方法及其应用12

1.6.1 旋转电弧窄间隙GMA焊13

1.6.2 摆动电弧窄间隙GMA焊14

1.6.3 双丝窄间隙GMA焊15

1.6.4 其他窄间隙GMA焊形式16

第2章 旋转电弧窄间隙GMA焊19

2.1 旋转电弧窄间隙GMA焊枪设计与实现19

2.1.1 电弧旋转方案设计19

2.1.2 焊枪主体设计20

2.1.3 喷嘴设计21

2.1.4 喷嘴的保护效果验证22

2.1.5 导电嘴设计23

2.1.6 焊枪性能及特点24

2.2 旋转电弧窄间隙GMA平焊的电弧行为与熔滴过渡25

2.2.1 旋转电弧窄间隙GMA焊电弧行为25

2.2.2 旋转电弧窄间隙GMA焊熔滴过渡28

2.3 旋转电弧窄间隙GMA横焊的熔滴过渡33

2.3.1 旋转电弧横焊熔滴过渡的特点33

2.3.2 旋转频率对横焊熔滴过渡的影响36

2.3.3 电弧电压对横焊熔滴过渡的影响41

2.3.4 送丝速度对横焊熔滴过渡的影响43

2.3.5 保护气成分对横焊熔滴过渡的影响44

2.4 旋转电弧窄间隙GMA平焊的焊缝成形45

2.4.1 焊接参数对焊缝成形的影响规律45

2.4.2 旋转电弧对平焊焊缝成形的影响机理51

2.5 旋转电弧焊接温度场的数值模拟53

2.5.1 旋转电弧焊接温度场的建立53

2.5.2 旋转电弧焊接温度场特征56

2.5.3 旋转频率对焊接温度场的影响60

2.5.4 旋转半径对温度场的影响64

2.5.5 计算结果的验证66

2.6 旋转电弧窄间隙GMA横焊熔池行为与焊缝成形67

2.6.1 横焊熔池流动行为68

2.6.2 横焊的焊缝成形69

2.6.3 横焊成形特点与熔池控制74

第3章 摆动电弧窄间隙GMA焊78

3.1 摆动电弧窄间隙GMA焊枪设计与实现78

3.1.1 电弧摆动方案设计78

3.1.2 喷嘴设计80

3.1.3 焊枪主体设计84

3.1.4 保护效果验证86

3.1.5 焊枪性能及评价86

3.2 摆动电弧窄间隙GMA焊电弧特性与熔滴过渡89

3.2.1 摆动电弧窄间隙GMA焊电弧特性89

3.2.2 摆动电弧窄间隙GMA焊熔滴过渡89

3.2.3 焊接参数对熔滴过渡的影响94

3.2.4 空间位置下的熔滴过渡100

3.3 摆动电弧窄间隙GMA焊熔池行为102

3.3.1 熔池行为数值模型建立103

3.3.2 数值模拟流程及实验验证110

3.3.3 摆动电弧焊接温度场特征112

3.3.4 典型位置下的熔池行为115

3.3.5 熔池形状分析122

3.4 摆动电弧对熔池的控制作用125

3.4.1 降低能量输入126

3.4.2 提高散热能力127

3.5 摆动电弧窄间隙GMA全位置焊129

3.5.1 焊缝成形特点129

3.5.2 宏观缺陷分析及优化目标确定130

3.5.3 焊缝成形数学模型的建立132

3.5.4 焊接参数对焊缝成形的影响141

3.5.5 焊接参数优化144

第4章 双丝窄间隙GMA焊148

4.1 双丝窄间隙GMA焊枪设计与实现149

4.1.1 焊丝弯曲方案选择150

4.1.2 插入式焊枪设计150

4.1.3 外置式焊枪设计152

4.2 双丝窄间隙GMA焊的电弧特性与熔滴过渡154

4.2.1 双丝窄间隙GMA焊电弧特性154

4.2.2 双丝窄间隙GMA焊熔滴过渡155

4.3 双丝窄间隙GMA平焊的焊缝成形159

4.3.1 焊接参数对焊缝成形的影响规律159

4.3.2 单道多层双丝窄间隙GMA焊工艺168

4.3.3 双丝窄间隙GMA焊特点分析169

4.4 双丝窄间隙共熔池GMA立焊工艺169

4.4.1 向下立焊共熔池行为170

4.4.2 立焊焊接规范区间确定171

4.4.3 共熔池向下立焊单道多层焊175

4.5 双丝窄间隙非共熔池GMA立焊工艺177

4.5.1 焊接参数对焊缝成形的影响规律178

4.5.2 非共熔池向下立焊多层焊180

第5章 多元保护气体窄间隙GMA焊182

5.1 优化焊接保护气体的必要性182

5.2 三元保护气体窄间隙GMA焊电弧特性183

5.2.1 三元保护气体窄间隙GMA焊电弧形态183

5.2.2 三元保护气体窄间隙脉冲GMA焊电弧行为185

5.3 三元保护气体窄间隙GMA焊熔滴过渡规律187

5.3.1 单丝焊的熔滴过渡187

5.3.2 双丝焊的熔滴过渡190

5.4 三元保护气体窄间隙GMA焊的焊缝成形197

5.4.1 单丝焊焊缝成形特点198

5.4.2 双丝焊焊缝成形特点200

第6章 窄间隙GMA焊工程应用203

6.1 10CrNi3MoV高强度钢旋转电弧窄间隙GMA焊203

6.1.1 焊接工艺及焊缝成形203

6.1.2 焊接接头组织特征205

6.1.3 焊接接头力学性能205

6.2 12Ni3CrMoV高强度钢旋转电弧窄间隙GMA横焊208

6.2.1 焊接工艺及焊缝成形208

6.2.2 焊接接头组织特征210

6.2.3 焊接接头力学性能211

6.3 10CrNi3MoV高强度钢摆动电弧窄间隙GMA焊215

6.3.1 焊接工艺及焊缝成形215

6.3.2 焊接接头组织特征217

6.3.3 焊接接头力学性能217

6.4 厚壁管道全位置摆动电弧窄间隙GMA焊220

6.4.1 焊接工艺及焊缝成形220

6.4.2 管道接头组织特征221

6.4.3 管道接头力学性能227

6.5 2219铝合金摆动电弧窄间隙GMA立焊230

6.5.1 焊接工艺及焊缝成形230

6.5.2 焊接接头组织特征231

6.5.3 接头抗拉强度232

6.6 10CrNi3MoV钢双丝窄间隙GMA焊233

6.6.1 焊接工艺及焊缝成形233

6.6.2 焊接接头组织特征234

6.6.3 焊接接头力学性能236

参考文献238

随着制造业的日益发展，厚板在船舶、核电、海洋平台建设等众多领域中得到了广泛的应用。传统开大角度坡口的焊接方法存在填充材料消耗多、焊接道次多、生产率低、焊后变形严重等问题。20世纪60年代，美国巴特尔（Battelle）研究所开发了窄间隙焊接方法，采用窄而深的坡口代替大角度坡口，进而达到提高焊接效率的目的，引发了世界各国的关注。

目前，常用的窄间隙焊接方法可以分为窄间隙TIG焊、窄间隙GMA焊以及窄间隙埋弧焊等。窄间隙GMA焊相比窄间隙TIG焊具有焊接效率高的优点；相比窄间隙埋弧焊具有焊接热输入低、适用于全位置焊接、焊接接头性能优良等优点，在当前的厚板结构焊接中已经体现出了很好的技术优势，也在焊接行业陆续得到了越来越多的应用。

针对窄间隙GMA焊，国内多个高校开展了相关的科研工作，包括武汉大学、江苏科技大学、兰州理工大学及哈尔滨工业大学等。本书作者所在的研究团队自2006年起，在国家自然科学基金（51275109、51775139、51905128）等项目的支持下，先后开发了旋转电弧窄间隙GMA焊、摆动电弧窄间隙GMA焊和双丝窄间隙GMA焊技术，在设备研制和工艺开发等方面进行了较为系统而深入的研究。

本书以团队多年积累的科研成果和项目实践为主要内容，总结了多位已经毕业的博士生和硕士生的研究工作成果。书中重点介绍了旋转电弧窄间隙GMA焊、摆动电弧窄间隙GMA焊、双丝窄间隙GMA焊及多元保护气体窄间隙GMA焊的设备、原理、特点与应用，从基础理论的角度着重总结了每种方法的电弧特性、熔滴过渡、熔池行为以及焊缝成形规律等科学问题，并结合海洋工程材料介绍了相应的焊接工艺开发及组织性能分析等项目实践案例。

本书参考了课题组赵博、郭宁、徐望辉的博士学位论文和张良锋、张亚奇、高超、张霖、徐望辉、玉昆、张威、汪琼、王瑶伟、巩金昊、季相儒、刘准、倪志达等的硕士学位论文，以及国内外同行的研究成果，本书的出版也得到了先进焊接与连接国家重点实验室的支持，在此一并致谢。

焊接技术发展迅速，在未来的岁月中会有更多关于窄间隙GMA焊技术的理论研究与技术进展，作者所在研究团队也会继续潜心研究，成果会在本书的后续再版中更新。

由于作者的知识水平有限，书中难免存在疏漏与不足之处，恳请广大读者批评指正。