窄间隙埋弧焊是一种通过减小焊缝横截面缩短焊接时间的高效埋弧焊方法，是在比常规焊接坡口宽度窄得多的间隙内连续完成多层多道焊缝的焊接。其英文名称为Narrow gap SAW。窄间隙埋弧焊创始于20世纪80年代初期，它作为厚壁接头的焊接工艺方法已成功应用于石化、高压容器、电站锅炉厚壁锅筒、核反应堆容器和蒸汽发生器、水轮机轴、压水管道以及大型钢结构和桥梁等焊接结构的焊接。
窄间隙埋弧焊按接头的壁厚可以采用每层单道焊、每层双道焊和每层三道焊工艺方案，其焊道的排列如图1-35所示。
窄间隙埋弧焊之所以能成功地应用于厚壁部件的焊接生产，主要是突破了以下三项关键技术：第一，研制出了在窄缝内脱渣性能良好的埋弧焊焊剂；第二，拟定了确保焊缝成形呈弯月形，易于熔渣自动脱落的焊接参数；第三，开发出了能满足窄间隙埋弧焊工艺要求的全自动焊接装备。在长时间连续焊接过程中，能保证焊丝精确对中，使每层焊道与接缝侧壁熔合良好。图1-36所示为装有焊缝自动跟踪系统和特殊结构焊枪单丝窄间隙埋弧焊机头外形，以及窄间隙埋弧焊厚壁接头横截面宏观照片。
图1-35 窄间隙埋弧焊三种基本工艺方案及焊道的排列
a）每层单道焊 b）每层双道焊 c）每层三道焊
图1-36 单丝窄间隙埋弧焊机头外形及厚壁接头横截面照片
a）机头外形 b）厚壁接头横截面宏观
窄间隙埋弧焊与常规宽坡口埋弧焊相比，具有以下突出的优点：
1）窄间隙的坡口横截面积比常规宽坡口横截面积减少30%～60%，这使填充焊丝和焊剂的消耗量相应降低30%以上，能量消耗也随之减少。当接头壁厚大于50mm时，焊接效率可提高0.5～1.5倍。图1-37所示的曲线表明，接头壁厚越大，效率提高的倍数越多。
2）窄间隙接头的残余应力按填充金属量的减少成比例地下降，同时还降低了厚壁焊缝中积累氢的含量，从而大大提高了焊缝金属抗氢致裂纹的能力。这就可适当地降低焊前的预热温度和焊后热处理温度，并可缩短热处理保温时间。对于某些类型低合金钢厚壁接头，甚至可取消焊后低温后热，消氢处理或中间热处理，而进一步降低了能源消耗。因此，窄间隙埋弧焊特别适用于冷裂倾向较高的低合金钢厚壁接头的焊接。
图1-37 厚壁接头窄间隙坡口体积与常规宽坡口体积之比
a）1°V形坡口 b）4°V形坡口 c）8°V形坡口 d）18°V形坡口
B—4°V形坡口 C—8°V形坡口 D—18°V形坡口(www.xing528.com)
图1-38 窄间隙埋弧焊焊缝金属 及热影响区的细晶组织
3）为使焊道成形良好，脱渣容易，窄间隙埋弧焊总是选用较低的热输入，焊道厚度较薄，次层焊道对前层焊道进行重复加热，产生正火回火效应，使焊缝金属和热影响区组织细化，如图1-38所示。结果显著提高了焊接接头各区的韧性和抗脆断能力。
4）窄间隙坡口由于两侧壁几乎是平行的，这使焊接过程中母材时焊缝金属的稀释率大为减少，提高了各道焊缝金属化学成分的均一性和纯净度，从而确保了接头质量的一致性。
厚壁接头窄间隙埋弧焊可以采用如图1-39所示的三种基本坡口形式。带固定衬垫或装有陶瓷衬垫的坡口形式主要用于钢结构元件和压力容器的筒体纵缝。筒体间环缝多半采用背面开V形坡口的单面U形坡口。V形坡口封底焊缝通常采用焊条电弧焊或药芯焊丝电弧焊焊接。
图1-39 窄间隙埋弧焊常用的坡口形式
a）固定衬垫单面坡口 b）陶瓷衬垫单面坡口 c）背面封底的单面坡口
窄间隙埋弧焊可以使用传统的单丝焊接法，也可采用双丝串列电弧焊接法，后者比前者可成倍提高焊接效率，并确保焊缝质量。图1-40所示为近期研发成功的双丝串列窄间隙埋弧焊焊接机头的全貌。
窄间隙埋弧焊在厚壁容器筒体环缝焊接中的应用实况如图1-41所示。目前，在世界范围内，约有近400套窄间隙埋弧焊装置已投入生产运行。
图1-40 双丝串列窄间隙埋弧焊焊接机头的全貌
图1-41 窄间隙埋弧焊装置在厚壁容器环缝焊接中的应用实况
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