鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接質(zhì)量問題及解決措施

劉 巖，庚思遠

強化控制焊接質(zhì)量能夠有效提升鋼結(jié)構(gòu)厚板的應用成效，但從目前來看，其在焊接過程中依然面臨著諸多局限性對其質(zhì)量有著一定的負面影響，基于此有必要對其展開更為深入的探究。

1 鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接施工要點

1.1 高功率激光填絲焊

激光填絲焊主要指的是在開展激光焊接工作的過程中將焊絲填充到焊縫當中，此舉能夠在原有的基礎(chǔ)上減少激光焊接工作在裝配精度以及坡口加工方面面臨的不足，進而提升激光焊接工作的實效性，使其更好地應用在工業(yè)生產(chǎn)當中，實現(xiàn)應用范圍的進一步拓寬。而焊絲的加入會使得在激光焊接階段，焊絲熔化會對一定的激光能力進行吸收，而在能量熱輸入相同的情況下，相對于激光自熔焊接來說，填絲焊焊縫的熔深比較小，但合理使用填絲的手段依然能夠進一步對激光焊接的使用范圍進行拓寬，其應用優(yōu)勢在于以下幾方面。該焊接方式的選用可以在原有的基礎(chǔ)上降低激光自熔焊接在工件裝夾以及拼裝方面的局限，因為在焊接的過程中，激光束在聚焦過程中存在光斑，所以其在接頭方面往往有著較為嚴格的拼縫間隙以及裝配要求。結(jié)合實際情況來看，在實際生產(chǎn)的過程中，最大焊接接頭間隙處在0.1mm～0.2mm范圍之內(nèi)，盡管能夠使用機械加工達到相關(guān)標準，但其會在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上增加其中所投入的成本，所以一般會使用填絲激光進行焊接，進而增加熔接搭橋能力。為了高效落實對于焊縫區(qū)域組織性能的合理控制，工作人員需要針對焊絲成分進行優(yōu)化調(diào)節(jié)，這樣便可以在極大程度上減少熔合區(qū)裂紋等現(xiàn)象的產(chǎn)生。通常情況下激光焊接生產(chǎn)都會采用冷絲焊。熱絲焊與冷絲焊之間的區(qū)別便在于是否采取了加熱處理措施，焊絲的焊接要求具有激光的能量才能夠達到熔化效果。但若是焊絲材料難以高效熔化，便需要利用現(xiàn)有條件對其進行加熱，促使其快速熔化，此舉能夠在原有的基礎(chǔ)上減少激光的能量消耗，對于焊接速度的提升有著重要意義。

1.2 高功率激光復合焊

激光深熔焊接在實際應用的過程中有著較強的應用優(yōu)勢，與此同時也面臨著一定的局限性，具體來看，激光焊的橋接性相對不足，所以有著較高的裝配精度要求。當處在快融快凝條件下時，焊縫熱影響區(qū)有著更高的組織硬度，這便為其冷裂紋等相關(guān)質(zhì)量問題的產(chǎn)生埋下了較大的安全隱患。除此以外，在大功率作用下，其所產(chǎn)生的焊縫熔池將會有著更大的深度和寬度，而處在高速條件之下，無法高效排出熔池中的氣泡，這便會導致其出現(xiàn)一定的氣孔。電弧焊與激光焊接相比有更強的經(jīng)濟性，其在應用過程中可以有效提升能量的利用效率，具體能夠超過輸入功率的60%。電弧焊的應用本身有著較好的橋接性能，并且對于焊接工件來說不存在較高的平整度和間隙的要求。電弧焊接存在較大的熱輸入量，并且呈現(xiàn)出相對較慢的焊接速度，在完成焊接工作之后，其焊縫區(qū)域沒有較高的硬度，能夠基本上同母材相一致，相對于激光來說，電弧焊接在性質(zhì)方面存在差異性，其在應用的過程中并不會涉及到散射以及反射的問題，能夠同高反射材料進行焊接。但電弧焊接也面臨著一定的局限性，例如其工作速度相對較慢，若是焊接速度過快便會嚴重影響電弧的穩(wěn)定性，進而導致產(chǎn)生跳動問題。之所以會出現(xiàn)這一問題主要是受到電弧焊接能量不集中的影響，一般其功率密度只能夠維持在102W/cm2～104W/cm2范圍之內(nèi)，難以達到深熔焊的要求。

2 鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接質(zhì)量問題及解決措施

2.1 問題

2.1.1 存在較大殘余應力和變形

在鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接過程中時常會產(chǎn)生較大的殘余應力以及變形問題，若是鋼材本身的厚度在100mm以上，構(gòu)件的截面上鋼材的截面有著相對較大的占比，如果工作人員使用外側(cè)單面坡口的工藝進行展開焊接工作，便會導致在完成焊接之后出現(xiàn)一定的殘余應力。一旦結(jié)構(gòu)中的殘余應力同外在應力不斷疊加進而達到屈服點之后，便會增加該區(qū)域中材料出現(xiàn)局部塑性變形的隱患，最終影響其正常對于外載的承載能力，大致結(jié)構(gòu)有效截面積縮小，嚴重制約了結(jié)構(gòu)本身所具有的剛度，進而滋生構(gòu)件的殘余變形問題。而其結(jié)構(gòu)形式若是存在較高的復雜性，而大體結(jié)構(gòu)基本上是復合型的構(gòu)件，那便會使得其焊接應力產(chǎn)生方向不一致的現(xiàn)象，繼而導致其之間產(chǎn)生相互影響，增加了構(gòu)件變形的隱患。對于鋼結(jié)構(gòu)厚板來說，若是在對其進行焊結(jié)構(gòu)焊接的過程中高效落實對于焊接變形的控制便會嚴重影響構(gòu)件自身的外形尺寸精度，同標準之間存在相對較大的偏差，這樣制約構(gòu)件實際質(zhì)量的進一步提升，還會為后續(xù)所開展的施工安裝工作埋下較大的隱患。

2.1.2 易出現(xiàn)層狀撕裂

除了殘余應力和變形以外，層狀撕裂也是鋼結(jié)構(gòu)厚板在焊接過程中較常出現(xiàn)的質(zhì)量問題，其大多出現(xiàn)在焊接中后期，若是工作人員出現(xiàn)操作失誤便會增加構(gòu)件產(chǎn)生層狀撕裂的可能性，進而產(chǎn)生極為嚴重的安全后果。在實際開展工程的過程中，其基本上集中在十字和T字接角的接頭上。焊接工藝和焊接過程控制是影響層狀撕裂出現(xiàn)最為關(guān)鍵的因素，所以工作人員應當保障其工藝和過程的合理性，進而從根本上減少層狀撕裂的出現(xiàn)，強化落實焊接質(zhì)量控制。

2.1.3 易出現(xiàn)裂紋

（1）焊接裂紋。在鋼結(jié)構(gòu)厚板構(gòu)件中常常會面臨著一定的焊接裂紋，這一問題的產(chǎn)生主要是因為工作人員由于操作不合理所以破壞了鋼材料本身的原子結(jié)合力，繼而導致新的斷裂層出現(xiàn)。早在材料焊接生產(chǎn)階段便有可能已經(jīng)出現(xiàn)了焊接裂紋現(xiàn)象，其本身的潛伏期相對較長，并且即便是形成了焊接隱患也不會立刻被人發(fā)現(xiàn)，但在對該類鋼材進行正式應用過程中往往會存在一定的承載力問題，在使用一段時間之后便會呈現(xiàn)出裂紋。在焊接過程中如果存在預熱不均勻的現(xiàn)象，那么瞬間的焊接升溫便會在一定程度上分解存在于鋼材中的金屬化合物，但其往往會在還沒有分散時便進行焊接固定，其所生成的共晶便會進入到焊接縫當中，進而為后續(xù)操作埋下一定的安全隱患。在開展焊接工作時，其氫氣將會集中在熱影響區(qū)域中，進而難以充分展現(xiàn)出氫氣本身所具有的保護作用，達到保護焊接材料的效果，嚴重的情況下便會造成焊接裂紋的出現(xiàn)。氫氣還會產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，進而增加其出現(xiàn)焊接裂紋的可能性，就算是其暫時沒有產(chǎn)生裂紋，其同樣會在后續(xù)產(chǎn)生。除此以外，養(yǎng)護工作的開展情況直接關(guān)系到冷裂紋的產(chǎn)生，若是沒有高效落實相應的養(yǎng)護工作，進而產(chǎn)生了相對較大的溫度波動便會導致其產(chǎn)生焊接后的裂紋。

（2）壓型裂紋。碾壓受力不均衡是出現(xiàn)壓型裂紋的重要原因之一，在實際開展鋼結(jié)構(gòu)厚板加工操作的過程中往往需要碾壓原材料，進而保障其在形狀和厚度方面能夠符合要求。工作人員在實際選擇技術(shù)方法和原材料的過程中應當加強對于碾壓受力的控制，進而減少壓型裂紋的產(chǎn)生。

汽輪機在自身結(jié)構(gòu)方面存在一定的局限性，所以施加在鋼材上的碾壓力往往難以同其預期效果相適應，而受力不均衡問題的產(chǎn)生將會導致鋼結(jié)構(gòu)厚板在密度方面呈現(xiàn)出較為突出的差異性。若是在這種條件下進行生產(chǎn)加工勢必會導致其出現(xiàn)裂紋隱患，與此同時，環(huán)境因素是導致壓型裂紋產(chǎn)生的重要因素之一，當鋼結(jié)構(gòu)厚板處在長期受外力的環(huán)境中會加劇其壓型裂紋出現(xiàn)的嚴重性。

2.2 解決措施

2.2.1 消除殘余應力、變形控制

厚板焊接過程中所產(chǎn)生的殘余應力將會嚴重影響其本身應有的抗疲勞強度以及承載效果，進而滋生結(jié)構(gòu)脆性斷裂的問題，結(jié)構(gòu)在對外部荷載進行承受時殘余應力的產(chǎn)生將會使得構(gòu)件被破壞，并出現(xiàn)變形以及失穩(wěn)等現(xiàn)象，所以在正式加工階段應當積極采取科學合理的措施以有效將殘余應力消除。具體可以采取以下幾種手段。工作人員可以采用噴砂除銹的方式，通過對于高壓鐵砂束的應用均勻、反復地對構(gòu)件的焊縫進行沖擊，這樣便可以達到消除部分殘余應力的效果，超聲波振動也能夠起到緩解殘余應力的作用。若是構(gòu)件所承受的變載荷應力已經(jīng)達到一定程度，那么殘余應力便會在反復的循環(huán)加載中有所降低，具體指的是通過振動的方式將一部分焊接殘余應力有效消除，結(jié)合實際情況來看，其在應用的過程中具有較高的廣泛性，往往不會受到來自工件質(zhì)量、形狀以及尺寸等條件的限制。工作人員對工件采取良好的整平措施同樣能夠起到消除收縮應力的作用，具體來看，其在整平階段應當反復開展對于工件切割邊緣的碾壓工作。在完成焊接工作之后，工作人員需要合理使用小錘對焊縫和周邊位置進行輕輕敲擊，進而使得金屬能夠延展開，此舉能夠在一定程度上減小殘余應力，接下來便要針對焊縫邊緣展開相應的檢測工作。

若是未能高效做好焊接變形的控制便會嚴重影響構(gòu)件正常的外形尺寸精度，進而制約構(gòu)件的實際應用質(zhì)量，具體來看，工作人員應當通過以下幾種方法實現(xiàn)對于焊接變形的有效控制。

首先，在開展焊接工作時需要精確把控施焊的順序，這樣便能夠有效減少應力和變形問題，工作人員應當嚴格按照相應的施焊原則，并在此基礎(chǔ)上對與實際情況相適應的焊接順序進行制定。其次，工作人員可以使用反變形的方式，在正式展開焊接工作之前應當針對其變形的大小以及方向進行事先預測，進而針對焊接件進行相應的反變形，這樣便能夠?qū)崿F(xiàn)對于變形的有效補償或者是抵消，最終起到減少焊接變形的作用，通常情況下來說，工作人員往往很難高效做到厚板變形校正，所以應當在實際進入到板件拼裝環(huán)節(jié)之前需要先對上下翼緣板進行反變形設(shè)置工作，這樣便可以保障其在完成構(gòu)件焊接工作之后讓翼板重新回到平直狀態(tài)中。最后，強化開展角變形控制，在完成對于超厚鋼板的焊接工作之后，會在上下翼緣板的外伸部位出現(xiàn)角變形，若想合理實現(xiàn)對其的控制，工作人員徐璈反復開展對于每一條焊縫的施焊工作，在此階段應當時刻關(guān)注其角變形狀況，以高效減少其出現(xiàn)的可能性，最大限度降低焊縫中所存在的應力。

2.2.2 加強焊接過程控制

為了有效減少層狀撕裂現(xiàn)象的產(chǎn)生，工作人員需要加大力度開展焊接過程控制工作，嚴格落實對于厚板下料切割的有效把控，針對厚板焊接坡口形式繼續(xù)擰科學合理的選擇，其具體的切割成效直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)組裝的合理性，若是其坡口的角度過于大便會在極大程度上增加焊接的工作量，但如果其坡口的角度過于小，也無法同其標準的熔深要求相適應?；诖?，工作人員可以結(jié)合實際情況采用小坡口的手段，具體指的是，在不對現(xiàn)有坡口角度進行增加的基礎(chǔ)上盡量對焊腳的尺寸進行加大。在充分符合深度要求的基礎(chǔ)上盡可能縮短間隙和角度，與此同時還要盡量避開中心位置。在對接厚度不同鋼板的過程中，厚、薄板件之間的厚度差在3mm以上，便應當使用作坡的形式對厚板進行有效處理。最后，在正式開展焊接工作之前，工作人員需要針對焊縫的坡口質(zhì)量進行科學合理的檢查工作，明確其邊緣處是否能夠達到光滑要求，并核實在焊接頭區(qū)域的母材上是否存在氧化皮和油污。在進入到組裝焊接階段之后便應當通過對于坡口控制措施的應用進行處理，此舉既能夠確保其焊縫連接能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)過渡，還能夠盡量減少突然出現(xiàn)的連接強度變化對構(gòu)件所造成的破壞，最大限度降低層狀撕裂問題出現(xiàn)的概率，為焊接質(zhì)量的提升奠定堅實的基礎(chǔ)。

2.2.3 強化裂紋控制

（1）焊接裂紋。為了有效實現(xiàn)對于焊接裂紋的控制，工作人員需要深入了解裂紋產(chǎn)生的原因，并在焊接加工處理的過程中優(yōu)化落實對于各種細節(jié)的把控。具體來看，應當科學測量接頭部分的厚度，并對其進行二次驗證，以保障其具體數(shù)值的精確性和有效性。工作人員在正式進行焊接工作之前，基于相應的厚度測量數(shù)值開展預加熱處理工作，確保其加熱工作在時間上能夠同其厚度方面的要求相符合。在此過程中，應當合理把控其溫度變化，確保其能夠穩(wěn)步從常溫上升至高溫，以免突然增加的溫度造成原材料性質(zhì)變化。在對相應的焊接技術(shù)方法進行選用時應當盡可能降低對于氫的使用頻率，盡量采用低氫焊條E50或者是E55，這樣便能夠提升焊接中的保護成效。若是在焊接階段存在一定的補焊要求，那么則需要在內(nèi)部進行引弧，此舉能夠有效為表層結(jié)構(gòu)的完整性和科學性提供充足的保障，與此同時，工作人員應當綜合考慮焊絲直徑、工件厚度以及具體施焊位置等因素對相應的焊絲以及焊接電流進行選擇，針對電流的選擇應當能夠同電弧電壓的實際情況相適應，在面臨位置不同的情況時應當針對性地選擇適當?shù)暮附邮侄巍ＭǔＧ闆r下來說，橫焊和平焊分別是選用右向和左向焊法，而立焊則主要由向上和向下立焊兩種方式所組成，其能夠?qū)缚p以及熔池進行精準定位，這樣便可以高效落實對于焊縫成型的合理控制。

在完成焊接工作之后，若是遭遇了溫度驟降同樣會加劇冷裂紋問題的出現(xiàn)，基于此，工作人員可以采取相應的保溫手段達到預防效果，在兩個小時之后其溫度便會呈現(xiàn)出緩慢下降的趨勢，有效緩解了溫度迅速下降對于焊接質(zhì)量的負面影響。在焊接過程中，工作人員需要盡可能確保其能夠?qū)崿F(xiàn)一次成像，若是要經(jīng)歷二次的修補焊接，便應當將一個位置的修改次數(shù)控制在兩次范圍之內(nèi)。在裂紋深度能夠符合使用要求的情況下，針對那些在焊接過程中裂紋能夠有效維持在100mm以內(nèi)的部分可以一次修補完成，但若是其長度在100mm以上則需要采用分段的形式對其進行處理，這樣便可以充分提升其焊接質(zhì)量，進而減少裂紋產(chǎn)生對于后續(xù)應用的負面影響。工作人員在實際開展養(yǎng)護工作的過程中應當保障其具有良好的連續(xù)性，以有效避免時間間隔的出現(xiàn)，否則便會影響焊接部位的溫度，進而為其后續(xù)操作埋下嚴重的質(zhì)量隱患。

（2）壓型裂紋。若想實現(xiàn)對于壓型裂紋的有效預防，工作人員應當從優(yōu)化環(huán)境和強化技術(shù)兩部分著手進行，在實際進行碾壓工作之前，應確保厚板鋼材的實際位置，以免其位置不合理，與此同時還要科學選擇設(shè)備的上胎和下胎。除此以外，工作人員應當科學開展壓力設(shè)備的調(diào)試工作，保障其壓力整體的均衡性，同時還能夠同其最低壓力的加工需求相適應，而壓型零件的厚度則應當可以滿足壓型設(shè)備的實際要求，對其冷壓和熱壓進行確定，從多維度著手實施裂紋控制，確保其焊接工件能夠充分符合其質(zhì)量安全的相關(guān)標準。

3 結(jié)論

綜上所述，合理把控鋼結(jié)構(gòu)厚板焊接的合理控制工作，能夠進一步提升焊接成效，從根本上把控工業(yè)生產(chǎn)的實際質(zhì)量，對于其應用效率和范圍的提升和擴大有著積極的促進作用。