随着装备制造向大型化、重载化的发展,大型结构件的焊接成为装备制造业中重要的生产环节。本课题组针对厚板的焊接开发了焊剂带约束电弧超窄间隙焊接。在将该方法应用于60kg钢轨对接时发现,在焊接过程中,实际坡口宽度在3.5-5mm之间发生变化。本文针对坡口宽度的变化的问题,设计新的可适用于最窄为3.5mm坡口宽度的焊枪,并通焊剂带约束电弧超窄间隙工艺试验,研究了坡口宽度为3.5-5mm的超窄间隙焊接过程中焊接工艺参数和坡口宽度变化对焊缝成形、热裂纹产生倾向、电弧特性的影响。焊枪主要是针对坡口宽度变化产生较小的3.5mm间隙进行设计。新焊枪的主要结构和功能特点如下：①焊枪设计为板状,截面宽度为3mm；②焊枪采用杠杆原理对焊丝加力；③焊枪表面采用绝缘设计；④楔形导电嘴导电性较好,形状简单,易更换。该结构的焊枪,实现了最小坡口宽度为3.5mm的超窄间隙焊接。使用设计好的焊枪对3.5mm、4.0mm、4.5mm三种坡口宽度的试件进行试焊,从试验结果可以看出：坡口宽度在1mm范围内变化时,影响焊缝表面形貌的主要因素是焊接电压；坡口宽度增大时焊缝成形系数增大,坡口根部熔合深度减小,获得焊缝成形系数大于0.8的焊接工艺参数范围更大,但获得坡口根部熔合深度大于0.5mm的工艺参数范围变小。对焊缝热裂纹的形成进行分析,可以看出,在超窄间隙焊接中,热裂纹主要为结晶裂纹,其形成受到坡口宽度、热输入、成形系数的影响,热输入量越高、焊缝成形系数越小,形成热裂纹的概率越高。当坡口宽度减小时,形成热裂纹的所需的热输入量降低。对坡口宽度分别为3.5mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm的超窄间隙焊接试样和平板堆焊试样进行试焊分析,可以看出,焊接电流与送丝速度受到坡口宽度和焊接电压的影响,坡口宽度越小、焊接电压越高,焊接电流越大。在相同的焊接工艺参数下,超窄间隙焊接的熔滴短路过渡频率小于平板堆焊的熔滴短路过渡频率。坡口宽度变小时或焊接电压变大时,短路过渡的频率逐渐变小,过渡形式向颗粒过渡转变；当送丝速度增大时,短路过渡频率先增大后减小。