機械結構件焊接缺陷淺析

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了機械結構件焊接缺陷淺析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：重型機械所用結構件種類繁多，基本采用手工電弧焊、二氧化碳保護焊、氬弧焊及埋弧自動焊等方式來進行焊接操作。由于結構件本身的焊接難度系數(shù)、焊接工藝和焊接裝備的差異，導致焊接質量得不到充分保證。就中厚板結構件焊接過程中經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷、檢測方法、焊接變形及矯正、焊后處理手段進行簡要說明，為焊接質量檢驗及焊接操作提供參考。

關鍵詞：結構件；焊接缺陷；焊縫檢測方法；焊接變形及矯正；焊接應力

重型機械所用結構件種類繁多，多數(shù)結構件材料是Q235B、Q345B、45號鋼或者低合金鋼等，這些結構件外形尺寸相差很大，基本采用手工電弧焊、二氧化碳保護焊、氬弧焊及埋弧自動焊等方式來進行焊接操作。大型機械廠有自己企業(yè)內部的焊接工藝與標準、焊接操作人員，但小型機械廠有時很多結構件是采用外協(xié)加工，由于焊接人員與焊接檢驗人員均不是本企業(yè)員工，加之結構件本身的焊接難度系數(shù)、焊接工藝和焊接裝備的差異，導致焊接質量得不到充分保證。本文就中厚板結構件焊接過程中經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷、檢測方法、焊接變形及矯正、焊后處理手段進行簡要說明，為焊接質量檢驗及焊接操作提供參考。

1結構件常見焊接缺陷

如圖1焊接缺陷圖所示，中厚板結構件常見焊接缺陷有冷熱裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑、氣孔、夾渣、咬邊、未熔合及未焊透等。除了上述焊接缺陷外，焊接時還有焊接飛濺等工藝缺陷。由于焊接結構設計不合理，焊縫布置不當，焊接工藝措施不合理，或者母材抗裂性能差，焊接材料質量不好，焊接工藝參數(shù)選擇不當，焊接內應力過大，坡口及焊道表面不夠清潔或有氧化皮及焊渣等雜物，焊件會產生相應的焊接缺陷如冷熱裂紋，未熔合和未焊透等。另外，由于焊工焊接操作技術不佳也會引起焊接缺陷，如焊瘤、咬邊及氣孔等。對于厚板焊接而言，如裝載機的動臂板和動臂橫梁的焊接，除了要防止產生常見的焊接裂紋、未熔合和未焊透焊接缺陷外，更需要注意動臂板（一般為Q345A材料）鋼材的Z向性能（厚度方向所能承受的拉力）。

2結構件焊縫檢測方法

焊接缺陷多種多樣，而對焊接接頭進行必要的檢驗是保證焊接質量的重要措施。通常焊接質量的檢驗包括外觀檢查、無損探傷和機械性能試驗3個方面。焊接質量管理人員可以從這3個方面來檢驗結構件的焊接質量。（1）外觀檢查。外觀檢查一般以肉眼觀察為主，有時用5~20倍放大鏡進行觀察。通過外觀檢查，可以發(fā)現(xiàn)焊縫表面缺陷，如咬邊、焊瘤、表面裂紋、氣孔、夾渣及焊穿等。外觀檢查需要由經(jīng)驗豐富的施焊人員或者檢驗人員來完成。（2）無損探傷。有別于外觀檢查，隱藏在焊縫內部的夾渣、裂紋、氣孔、未熔合及未焊透等缺陷的檢驗，無法通過目測來獲知，可使用X光檢驗（RT）、超聲波無損探傷（UT）、磁力探傷（MT）和滲透檢驗（PT）等來進行無損探傷。這些無損探傷手段都是焊縫檢驗的關鍵方法，也是焊接質量的重要保證手段。無損探傷需要由具有相關資格的人員來進行操作。（3）機械性能試驗。實際生產中，為確定焊縫熱影響區(qū)金屬的機械性能，需要對焊接接頭進行沖擊、拉伸及彎曲性能試驗。一般只對新鋼種進行這些試驗，并且通過制定試驗板來完成。機械性能試驗是必不可少的檢驗手段和方法。

3結構件焊接變形及矯正

在重型機械中厚板結構件焊接過程中，除了焊接缺陷外，不可避免地會產生焊接應力和變形。常見焊接殘余變形有：線性縮短（縱向收縮、橫向收縮）、角變形、撓曲變形，彎曲變形、扭曲變形和波浪形失穩(wěn)變形等。焊接變形是在焊接過程中，由于鋼材受熱后冷卻出現(xiàn)不平衡收縮造成的。影響焊接變形的主要因素有：（1）焊縫在結構件中的位置及剛性。焊接結構的設計對焊接變形的影響最為關鍵，總體趨勢是隨著拘束度的增加，焊接殘余應力增加，焊接變形則相應減少。（2）焊接工藝因素。主要影響因素包括焊接方法、焊接熱輸入（電流電壓）、構件的定位或者固定方法、焊接順序、焊接工裝夾具的使用等。其中影響最大的是焊接順序。（3）材料因素。有些焊接變形主要是由于材料本身的物理特性造成的，主要因素為材料的熱膨脹系數(shù)、屈服極限以及彈性模量等。焊接變形的常見通用矯正方法有機械校正法和火焰校正法兩大類。（1）機械矯正法。對于低碳鋼結構，可直接應用機械矯正法矯正；對于低合金結構鋼結構，必須消除焊接應力后才能進行機械矯正，否則，不僅矯正困難，還會產生斷裂。矯正方法主要包括：錘擊矯正、滾矯、扳矯、壓矯及頂矯。錘擊矯正：鋼結構焊后有突起的部位可用大錘錘擊，以消除變形和部分焊接應力，但由于錘擊會對結構的機械性能產生較大影響，所以應盡量少用此種方法。滾矯：用矯直機的托輥對鋼結構的焊接變形部位進行滾動矯正，對某些結構的波浪形焊接變形有非常好的矯正作用。但受矯直機的影響，滾矯這種方法有一定的應用局限性。H型鋼的滾矯如圖2所示。扳矯：用輔助扳正工具（如加長扳手類工具）對變形的焊接結構件進行矯正。壓矯：平板類結構件或較為復雜的結構件可通過輔助焊接平臺，利用輔助壓平裝置進行壓矯，如圖3所示。頂矯：利用焊接輔助工裝，對焊接結構件凹陷下去的部位用千斤頂進行矯正。（2）火焰矯正法。火焰矯正法是用火焰不均勻加熱引起結構變形來矯正原有的殘余變形。大型鋼結構廠有時專門設有火工這個崗位，就是利用火焰來加熱變形焊接鋼結構件。常見方法包括：1）點狀加熱矯正；2）線狀加熱矯正；3）三角形加熱矯正（見圖4）。應用火焰矯正法時，火焰的溫度應為600~900℃，以800~900℃為佳。

4焊接應力的處理

焊接過程是金屬局部不均勻的加熱冷卻過程，焊縫兩側的金屬溫度隨距離呈陡降溫度特性，在焊接過程中被強烈加熱的金屬受到周圍金屬的約束，無法自由的熱漲冷縮，導致內部產生應力。在結構件的焊接過程中，除了焊接缺陷和焊接變形外，同時存在著焊接應力，即焊接接頭各部位受熱及冷卻速度不同產生的熱應力、金相組織變化產生的組織應力和施焊時鋼結構本身的約束產生的拘束應力。為了消除這些應力，可采用如下方法：（1）熱處理法，即利用材料在高溫下屈服點下降和蠕變現(xiàn)象來達到松馳焊接殘余應力的目的。一些重要的碳鋼結構件焊后需要進行熱處理，一般來講，結構件在熱處理反應爐內整體加熱到退火溫度，保溫一定時間后冷卻，就可以使金屬材料在高溫下發(fā)生蠕變，使應力松弛。（2）加載法，即通過不同方式在構件上施加一定的拉伸應力，使焊縫及其附近產生拉伸塑性變形，與焊接時在焊縫及其附近所產生的壓縮塑性變形相互抵消一部分，達到松馳應力的目的。其方法有：1）機械拉伸法；2）溫差拉伸法；3）表面沖擊法（如噴丸、錘擊和超聲沖擊）。（3）時效法，即振動時效、熱時效和自然時效處理。振動時效是對結構件施加交變應力，與構件上的殘余應力疊加達到材料的屈服應力，材料發(fā)生局部的宏觀和微觀的塑性變形，這種塑性變形往往首先發(fā)生在殘余應力最大處和構件的應力集中點，使這里的殘余應力得以釋放，達到降低和均化殘余應力的作用。熱時效法可以消除應力，去氫和恢復塑性，但這種方法不太適合異種金屬構件。在一些鋼結構焊接生產廠，較為重要的合金鋼（如42CrMo）焊接完畢后，焊縫需要用保溫棉覆蓋十幾個小時，達到熱時效的目的。自然時效處理是把焊接完畢的結構件（或鑄件），自然放置較長一段時間后，達到消除應力的目的。這種方法較為笨拙，除非這種工件不急于使用，否則一般不采用此種時效處理方法。

參考文獻

[1]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002：1251-1260.

[2]《海洋石油工程設計指南》編委會.《海洋石油工程設計指南》第6冊海洋石油工程結構、焊接、防腐加工設計[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007：215-221.

[3]朱光照.鋼結構焊接通用工藝[J].現(xiàn)代焊接，2012（11）：8.

[4]唐銘擁.淺談鋼結構焊接中存在的問題及處理方法[J].科技風，2013（1）：77.

[5]郭勇.淺析工程機械焊接工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].內燃機與配件，2020（7）：117-118.

作者:高振坤 單位:天津利豐工程技術有限公司