钢结构厚板焊接质量问题及解决措施

刘 岩，庚思远

强化控制焊接质量能够有效提升钢结构厚板的应用成效，但从目前来看，其在焊接过程中依然面临着诸多局限性对其质量有着一定的负面影响，基于此有必要对其展开更为深入的探究。

1 钢结构厚板焊接施工要点

1.1 高功率激光填丝焊

激光填丝焊主要指的是在开展激光焊接工作的过程中将焊丝填充到焊缝当中，此举能够在原有的基础上减少激光焊接工作在装配精度以及坡口加工方面面临的不足，进而提升激光焊接工作的实效性，使其更好地应用在工业生产当中，实现应用范围的进一步拓宽。而焊丝的加入会使得在激光焊接阶段，焊丝熔化会对一定的激光能力进行吸收，而在能量热输入相同的情况下，相对于激光自熔焊接来说，填丝焊焊缝的熔深比较小，但合理使用填丝的手段依然能够进一步对激光焊接的使用范围进行拓宽，其应用优势在于以下几方面。该焊接方式的选用可以在原有的基础上降低激光自熔焊接在工件装夹以及拼装方面的局限，因为在焊接的过程中，激光束在聚焦过程中存在光斑，所以其在接头方面往往有着较为严格的拼缝间隙以及装配要求。结合实际情况来看，在实际生产的过程中，最大焊接接头间隙处在0.1mm～0.2mm范围之内，尽管能够使用机械加工达到相关标准，但其会在现有的基础上增加其中所投入的成本，所以一般会使用填丝激光进行焊接，进而增加熔接搭桥能力。为了高效落实对于焊缝区域组织性能的合理控制，工作人员需要针对焊丝成分进行优化调节，这样便可以在极大程度上减少熔合区裂纹等现象的产生。通常情况下激光焊接生产都会采用冷丝焊。热丝焊与冷丝焊之间的区别便在于是否采取了加热处理措施，焊丝的焊接要求具有激光的能量才能够达到熔化效果。但若是焊丝材料难以高效熔化，便需要利用现有条件对其进行加热，促使其快速熔化，此举能够在原有的基础上减少激光的能量消耗，对于焊接速度的提升有着重要意义。

1.2 高功率激光复合焊

激光深熔焊接在实际应用的过程中有着较强的应用优势，与此同时也面临着一定的局限性，具体来看，激光焊的桥接性相对不足，所以有着较高的装配精度要求。当处在快融快凝条件下时，焊缝热影响区有着更高的组织硬度，这便为其冷裂纹等相关质量问题的产生埋下了较大的安全隐患。除此以外，在大功率作用下，其所产生的焊缝熔池将会有着更大的深度和宽度，而处在高速条件之下，无法高效排出熔池中的气泡，这便会导致其出现一定的气孔。电弧焊与激光焊接相比有更强的经济性，其在应用过程中可以有效提升能量的利用效率，具体能够超过输入功率的60%。电弧焊的应用本身有着较好的桥接性能，并且对于焊接工件来说不存在较高的平整度和间隙的要求。电弧焊接存在较大的热输入量，并且呈现出相对较慢的焊接速度，在完成焊接工作之后，其焊缝区域没有较高的硬度，能够基本上同母材相一致，相对于激光来说，电弧焊接在性质方面存在差异性，其在应用的过程中并不会涉及到散射以及反射的问题，能够同高反射材料进行焊接。但电弧焊接也面临着一定的局限性，例如其工作速度相对较慢，若是焊接速度过快便会严重影响电弧的稳定性，进而导致产生跳动问题。之所以会出现这一问题主要是受到电弧焊接能量不集中的影响，一般其功率密度只能够维持在102W/cm2～104W/cm2范围之内，难以达到深熔焊的要求。

2 钢结构厚板焊接质量问题及解决措施

2.1 问题

2.1.1 存在较大残余应力和变形

在钢结构厚板焊接过程中时常会产生较大的残余应力以及变形问题，若是钢材本身的厚度在100mm以上，构件的截面上钢材的截面有着相对较大的占比，如果工作人员使用外侧单面坡口的工艺进行展开焊接工作，便会导致在完成焊接之后出现一定的残余应力。一旦结构中的残余应力同外在应力不断叠加进而达到屈服点之后，便会增加该区域中材料出现局部塑性变形的隐患，最终影响其正常对于外载的承载能力，大致结构有效截面积缩小，严重制约了结构本身所具有的刚度，进而滋生构件的残余变形问题。而其结构形式若是存在较高的复杂性，而大体结构基本上是复合型的构件，那便会使得其焊接应力产生方向不一致的现象，继而导致其之间产生相互影响，增加了构件变形的隐患。对于钢结构厚板来说，若是在对其进行焊结构焊接的过程中高效落实对于焊接变形的控制便会严重影响构件自身的外形尺寸精度，同标准之间存在相对较大的偏差，这样制约构件实际质量的进一步提升，还会为后续所开展的施工安装工作埋下较大的隐患。

2.1.2 易出现层状撕裂

除了残余应力和变形以外，层状撕裂也是钢结构厚板在焊接过程中较常出现的质量问题，其大多出现在焊接中后期，若是工作人员出现操作失误便会增加构件产生层状撕裂的可能性，进而产生极为严重的安全后果。在实际开展工程的过程中，其基本上集中在十字和T字接角的接头上。焊接工艺和焊接过程控制是影响层状撕裂出现最为关键的因素，所以工作人员应当保障其工艺和过程的合理性，进而从根本上减少层状撕裂的出现，强化落实焊接质量控制。

2.1.3 易出现裂纹

（1）焊接裂纹。在钢结构厚板构件中常常会面临着一定的焊接裂纹，这一问题的产生主要是因为工作人员由于操作不合理所以破坏了钢材料本身的原子结合力，继而导致新的断裂层出现。早在材料焊接生产阶段便有可能已经出现了焊接裂纹现象，其本身的潜伏期相对较长，并且即便是形成了焊接隐患也不会立刻被人发现，但在对该类钢材进行正式应用过程中往往会存在一定的承载力问题，在使用一段时间之后便会呈现出裂纹。在焊接过程中如果存在预热不均匀的现象，那么瞬间的焊接升温便会在一定程度上分解存在于钢材中的金属化合物，但其往往会在还没有分散时便进行焊接固定，其所生成的共晶便会进入到焊接缝当中，进而为后续操作埋下一定的安全隐患。在开展焊接工作时，其氢气将会集中在热影响区域中，进而难以充分展现出氢气本身所具有的保护作用，达到保护焊接材料的效果，严重的情况下便会造成焊接裂纹的出现。氢气还会产生氢脆现象，进而增加其出现焊接裂纹的可能性，就算是其暂时没有产生裂纹，其同样会在后续产生。除此以外，养护工作的开展情况直接关系到冷裂纹的产生，若是没有高效落实相应的养护工作，进而产生了相对较大的温度波动便会导致其产生焊接后的裂纹。

（2）压型裂纹。碾压受力不均衡是出现压型裂纹的重要原因之一，在实际开展钢结构厚板加工操作的过程中往往需要碾压原材料，进而保障其在形状和厚度方面能够符合要求。工作人员在实际选择技术方法和原材料的过程中应当加强对于碾压受力的控制，进而减少压型裂纹的产生。

汽轮机在自身结构方面存在一定的局限性，所以施加在钢材上的碾压力往往难以同其预期效果相适应，而受力不均衡问题的产生将会导致钢结构厚板在密度方面呈现出较为突出的差异性。若是在这种条件下进行生产加工势必会导致其出现裂纹隐患，与此同时，环境因素是导致压型裂纹产生的重要因素之一，当钢结构厚板处在长期受外力的环境中会加剧其压型裂纹出现的严重性。

2.2 解决措施

2.2.1 消除残余应力、变形控制

厚板焊接过程中所产生的残余应力将会严重影响其本身应有的抗疲劳强度以及承载效果，进而滋生结构脆性断裂的问题，结构在对外部荷载进行承受时残余应力的产生将会使得构件被破坏，并出现变形以及失稳等现象，所以在正式加工阶段应当积极采取科学合理的措施以有效将残余应力消除。具体可以采取以下几种手段。工作人员可以采用喷砂除锈的方式，通过对于高压铁砂束的应用均匀、反复地对构件的焊缝进行冲击，这样便可以达到消除部分残余应力的效果，超声波振动也能够起到缓解残余应力的作用。若是构件所承受的变载荷应力已经达到一定程度，那么残余应力便会在反复的循环加载中有所降低，具体指的是通过振动的方式将一部分焊接残余应力有效消除，结合实际情况来看，其在应用的过程中具有较高的广泛性，往往不会受到来自工件质量、形状以及尺寸等条件的限制。工作人员对工件采取良好的整平措施同样能够起到消除收缩应力的作用，具体来看，其在整平阶段应当反复开展对于工件切割边缘的碾压工作。在完成焊接工作之后，工作人员需要合理使用小锤对焊缝和周边位置进行轻轻敲击，进而使得金属能够延展开，此举能够在一定程度上减小残余应力，接下来便要针对焊缝边缘展开相应的检测工作。

若是未能高效做好焊接变形的控制便会严重影响构件正常的外形尺寸精度，进而制约构件的实际应用质量，具体来看，工作人员应当通过以下几种方法实现对于焊接变形的有效控制。

首先，在开展焊接工作时需要精确把控施焊的顺序，这样便能够有效减少应力和变形问题，工作人员应当严格按照相应的施焊原则，并在此基础上对与实际情况相适应的焊接顺序进行制定。其次，工作人员可以使用反变形的方式，在正式展开焊接工作之前应当针对其变形的大小以及方向进行事先预测，进而针对焊接件进行相应的反变形，这样便能够实现对于变形的有效补偿或者是抵消，最终起到减少焊接变形的作用，通常情况下来说，工作人员往往很难高效做到厚板变形校正，所以应当在实际进入到板件拼装环节之前需要先对上下翼缘板进行反变形设置工作，这样便可以保障其在完成构件焊接工作之后让翼板重新回到平直状态中。最后，强化开展角变形控制，在完成对于超厚钢板的焊接工作之后，会在上下翼缘板的外伸部位出现角变形，若想合理实现对其的控制，工作人员徐璈反复开展对于每一条焊缝的施焊工作，在此阶段应当时刻关注其角变形状况，以高效减少其出现的可能性，最大限度降低焊缝中所存在的应力。

2.2.2 加强焊接过程控制

为了有效减少层状撕裂现象的产生，工作人员需要加大力度开展焊接过程控制工作，严格落实对于厚板下料切割的有效把控，针对厚板焊接坡口形式继续拧科学合理的选择，其具体的切割成效直接关系到结构组装的合理性，若是其坡口的角度过于大便会在极大程度上增加焊接的工作量，但如果其坡口的角度过于小，也无法同其标准的熔深要求相适应。基于此，工作人员可以结合实际情况采用小坡口的手段，具体指的是，在不对现有坡口角度进行增加的基础上尽量对焊脚的尺寸进行加大。在充分符合深度要求的基础上尽可能缩短间隙和角度，与此同时还要尽量避开中心位置。在对接厚度不同钢板的过程中，厚、薄板件之间的厚度差在3mm以上，便应当使用作坡的形式对厚板进行有效处理。最后，在正式开展焊接工作之前，工作人员需要针对焊缝的坡口质量进行科学合理的检查工作，明确其边缘处是否能够达到光滑要求，并核实在焊接头区域的母材上是否存在氧化皮和油污。在进入到组装焊接阶段之后便应当通过对于坡口控制措施的应用进行处理，此举既能够确保其焊缝连接能够实现平稳过渡，还能够尽量减少突然出现的连接强度变化对构件所造成的破坏，最大限度降低层状撕裂问题出现的概率，为焊接质量的提升奠定坚实的基础。

2.2.3 强化裂纹控制

（1）焊接裂纹。为了有效实现对于焊接裂纹的控制，工作人员需要深入了解裂纹产生的原因，并在焊接加工处理的过程中优化落实对于各种细节的把控。具体来看，应当科学测量接头部分的厚度，并对其进行二次验证，以保障其具体数值的精确性和有效性。工作人员在正式进行焊接工作之前，基于相应的厚度测量数值开展预加热处理工作，确保其加热工作在时间上能够同其厚度方面的要求相符合。在此过程中，应当合理把控其温度变化，确保其能够稳步从常温上升至高温，以免突然增加的温度造成原材料性质变化。在对相应的焊接技术方法进行选用时应当尽可能降低对于氢的使用频率，尽量采用低氢焊条E50或者是E55，这样便能够提升焊接中的保护成效。若是在焊接阶段存在一定的补焊要求，那么则需要在内部进行引弧，此举能够有效为表层结构的完整性和科学性提供充足的保障，与此同时，工作人员应当综合考虑焊丝直径、工件厚度以及具体施焊位置等因素对相应的焊丝以及焊接电流进行选择，针对电流的选择应当能够同电弧电压的实际情况相适应，在面临位置不同的情况时应当针对性地选择适当的焊接手段。通常情况下来说，横焊和平焊分别是选用右向和左向焊法，而立焊则主要由向上和向下立焊两种方式所组成，其能够对焊缝以及熔池进行精准定位，这样便可以高效落实对于焊缝成型的合理控制。

在完成焊接工作之后，若是遭遇了温度骤降同样会加剧冷裂纹问题的出现，基于此，工作人员可以采取相应的保温手段达到预防效果，在两个小时之后其温度便会呈现出缓慢下降的趋势，有效缓解了温度迅速下降对于焊接质量的负面影响。在焊接过程中，工作人员需要尽可能确保其能够实现一次成像，若是要经历二次的修补焊接，便应当将一个位置的修改次数控制在两次范围之内。在裂纹深度能够符合使用要求的情况下，针对那些在焊接过程中裂纹能够有效维持在100mm以内的部分可以一次修补完成，但若是其长度在100mm以上则需要采用分段的形式对其进行处理，这样便可以充分提升其焊接质量，进而减少裂纹产生对于后续应用的负面影响。工作人员在实际开展养护工作的过程中应当保障其具有良好的连续性，以有效避免时间间隔的出现，否则便会影响焊接部位的温度，进而为其后续操作埋下严重的质量隐患。

（2）压型裂纹。若想实现对于压型裂纹的有效预防，工作人员应当从优化环境和强化技术两部分着手进行，在实际进行碾压工作之前，应确保厚板钢材的实际位置，以免其位置不合理，与此同时还要科学选择设备的上胎和下胎。除此以外，工作人员应当科学开展压力设备的调试工作，保障其压力整体的均衡性，同时还能够同其最低压力的加工需求相适应，而压型零件的厚度则应当可以满足压型设备的实际要求，对其冷压和热压进行确定，从多维度着手实施裂纹控制，确保其焊接工件能够充分符合其质量安全的相关标准。

3 结论

综上所述，合理把控钢结构厚板焊接的合理控制工作，能够进一步提升焊接成效，从根本上把控工业生产的实际质量，对于其应用效率和范围的提升和扩大有着积极的促进作用。