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常熟康詳機械介紹:焊接構件失效的原因及預防措施
[2024-03-11]

常熟康詳機械介紹:焊接構件失效的原因及預防措施


焊接構件在各種大型設備中常見,往往作為底座的外殼、支撐底座、工作平臺等結構出現。焊接構件的使用壽命影響著整個設備的使用壽命,但往往在焊接位置出現裂紋等失效問題,現在就來分析一下焊接失效的原因以及預防措施。

一、鑄-焊結構焊接失效的原因及危害

通常意義上講,焊接失效就是焊接接頭由于各種因素,在一定條件下斷裂(如:應力、溫度、材質、焊接質量和實際使用工況條件等)。接頭一旦失效,就會使相互緊密聯系成一體的構件局部分離、撕裂并擴展,造成焊接結構損壞,致使設備停機,影響正常生產。


焊接失效的基本條件:一是焊接結構設計不合理,如在局部或整體焊縫的布置與設計上存在問題;二是材料本身的缺陷,如板材化學成分偏析,鑄鋼件的組織存在縮松、氣孔、裂紋等;三是焊接工藝的應用不合理,如焊接材料的選擇、焊接方法的制定;四是構件所處的工作環境、工況條件差(如受到交變及沖擊載荷),引起結構材料疲勞破壞。

針對接頭失效進行分析,應從兩個方面入手:一是產生的根源;二是其危害性。

1. 結構件焊接失效產生的根源

通常情況下,材料本身的缺陷(如化學成分的不均勻性、局部微觀裂紋),焊縫由于各種原因產生的冷熱裂紋、未焊透、夾渣、氣孔及咬邊等,焊接過程中近縫區較高的殘余應力(包括焊縫及熱影響區相變的組織應力),以及焊接過程高溫下的組織軟化和冷卻后產生的脆化等,都是造成接頭失效的根源,也為接頭的脆斷或擴展提供了條件。

2. 結構件焊接失效的危害性

井下工作面刮板輸送機、轉載機和破碎機,是采煤工作面的關鍵設備,工作面使用條件復雜。由于刮板輸送機除要完成運煤、清理浮煤外,還要作為采煤機運行的軌道和牽引支承、液壓支架前沿的基點,擔負著采煤工藝過程中的落、裝、運、支、控等全部工序,井下設備的可靠性決定了高效采煤的經濟性,所以設備質量的好壞、壽命長短、性能的優劣,直接影響著煤炭生產。

由于刮板輸送機和轉載機的使用特點,中部槽之間的聯結強度和可靠性顯得尤為重要,而其結構大多由鑄鋼件與普通低合金板Q345(16Mn) 以及高強板和耐磨板(NM360)焊接而成,鑄鋼件以碳錳硅(C-Mn-Si)系列為主。多年實踐證明,此類鑄鋼的焊接性能比較好,但焊接結構件的接頭失效也容易發生在這類結構件的焊接部位,一旦在井下工作面使用中發生斷裂失效,將影響整臺設備的正常運轉甚至停產,造成很大的經濟損失。

3. 焊接失效形式

由于其結構本身的特殊性,焊接失效形式也不一樣。

(1)因設計不合理,存在局部剛性過大,應力集中的現象。

(2)材料缺陷。鑄鋼件相對于軋制板材存在著沖擊韌度差,屈服強度低的特點,還有焊接工藝制定不合理、焊接規范的運用不當、焊接方法的選擇不正確等。

(3)焊工技術水平高低與焊接位置的好壞;還有焊接檢驗水平,包括對材質的檢驗和焊縫檢驗等。另外,環境溫度對焊接質量也是一個重要的影響因素。

以上都可能是造成焊接接頭失效的原因,一旦存在上述缺陷的結構件進入使用階段,就很難避免失效、損壞情況的發生。

綜上所述,要避免此類結構件焊接失效的產生,單純的從某一個方面分析解決問題,是不符合實際的,它是多種因素的綜合,但在一定條件下,則是某種因素起到主要作用的情況下而產生的結果。這就要從設計、工藝、材料及焊接等多方面去考慮,盡量使以上幾方面的因素達到合理化,找出最主要原因,采取必要的工藝措施,才能有效地加以防止。


二、防止措施

在工藝的制定上如何才能防止焊接失效的發生,是分析解決問題的關鍵,這就需要從以下幾個方面綜合考慮:

(1)根據結構的設計和使用要求( 如承受靜、動載荷,交變載荷、沖擊載荷等),正確選取材料。

材料的選擇不僅是工藝技術問題,同樣也是一個經濟效益問題。選用過高的材質經濟上不合理,而選用材質過低,則會降低使用壽命,增加了焊接失效的隱患。

在煤礦機械制造業,常用鋼材一般為Q345(16Mn) 和近幾年才發展應用起來的高強板(WH、QJ)等系列和(NM) 系列的耐磨板。

(2)鋼材從進貨到投入生產使用,都要進行嚴格的進廠檢驗,以保證化學成分和力學性能指標符合國家標準規定。另外,新品種鋼材的采購,要先進行小批量試驗和焊接工藝性能試驗,以確定其工藝性能和焊接性好壞,做出試驗結論,才能決定是否大批量投入使用。

材質檢驗分宏觀和微觀兩種:宏觀檢查是用肉眼或放大鏡進行外觀檢查;微觀檢查主要采用無損探傷、金相切片低倍組織檢驗等手段,目的是提前發現材料有無裂紋、夾層、撕裂等缺陷。對于鑄鋼件,要嚴格檢驗其隨爐試棒的各項化學成分及力學性能,以確定是否符合材料性能要求。

(3)在結構設計時,要盡量減少過大的剛度及應力集中現象出現,如在設計時防止焊縫分布過分密集,盡量消除有可能產生應力集中的部位;對部件連接部位,要盡量避開結構上應力最大處,有利于控制焊后變形,提高構件強度。另外,根據其結構的使用和受力狀況,分清其焊道是工作焊縫還是聯系焊縫,合理地設計焊縫的分布、焊道幾何尺寸及焊腳高度,同時還要考慮焊接的經濟性。在一般情況下,人們認為受力大的構件,為了牢固,焊腳尺寸越大則強度越高,其實這是一種誤解,正確的原則是在滿足焊縫金屬強度的基本要求下,應盡量減少填充金屬的用量,這與結構件設計和焊接工藝設計人員對結構的受力計算,選用焊接方法和形式有著密切的關系,這是保證獲得優良焊接接頭的先決條件。

實踐證明,接頭設計的合理,既能保證其強度,又體現了經濟價值。

(4)正確選擇焊接規范,是保證焊接質量和生產率的關鍵。在焊接生產中,配備相應的焊接輔助裝置,如定位夾緊裝置、翻轉胎、焊接變位器等,利用胎具可保證組裝點對精度的要求,方便地得到恰當的焊接位置,有利于大批量組織生產。加強對焊工的培訓,焊工技術水平高低將直接影響到焊縫的質量。制定焊接工藝要充分考慮原材料(母材)、設備、焊接材料( 填充材料),以及工人的技術水平、生產量大小、環境溫度等各種因素,選擇合理焊接工藝。

對一些淬硬傾向大,高強度低合金鋼的結構,除了正確選擇焊接參數和焊接材料外,為避免產生熱裂紋和冷裂紋,應采取焊前預熱、焊后緩冷措施。另外,對環境溫度的影響也要考慮,冬季氣候嚴寒,材料在切割、焊接過程,裂紋傾向增大,需采取一定的預熱和緩冷措施,利用工藝手段,改善焊接熱循環的不良作用,以保證得到優良的焊接接頭,只有這樣才能減小或消除焊接結構件在使用中失效的隱患。

最后,對焊接接頭一定要進行嚴格的檢驗,主要利用射線探傷、超聲波探傷、磁力探傷等無損檢驗方法,以便及早發現焊縫缺陷,及時加以處理。


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