金属结构制件焊接缺陷及改进措施

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摘要：金属结构件在生产组装的焊接过程中会产生焊接应力而造成各种焊接变形，从而形成焊接裂纹等缺陷，严重影响产品结构的强度、刚度、受压时的稳定性和加工精度等。焊接变形造成焊接件（侧导板、推杆）尺寸形状的变化需在焊后进行大量复杂的矫正工作，矫正时还会引起一系列的新问题。因此控制焊接应力和焊接变形，避免焊接缺陷已成为提高整个结构件的质量所必须解决的问题。

关键词：金属结构；焊接；缺陷；措施；

中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：

1金属结构件的组装

1.1金属结构件的下料

下料是生产中组装产品的第一个重要环节，同时也是影响产品质量的直接因素。由于金属结构件形状复杂，且组成的盖板、底板、侧板尺寸均较大，气割下料时要严格控制下料尺寸及由气割热量产生的变形。为了防止两侧板出现旁弯导致整个结构件向上拱起，必须严格控制下料时两侧板的气割变形。为此采用留取两端打孔的下料方法，收到了预期的目的。如图1所示，先在钢板两端各100mm处分别划线，由数控气割打孔，分别作气割的起始点和结束点，然后从左到右沿直线切割，整个钢板切割后冷却5~8小时，使钢板在拘束度很大的情况下释放内应力，减少残余应力，然后用半自动切割机将钢板条割下，去除熔渣。

1.2金属结构件盖板、底板折弯的准确性控制

金属结构件盖板长度较大，而且要在两端折弯，在折弯时应首先保证中间部分的长度，同时要保证两端折弯部分长度相等。由于火焰折弯劳动强度大，生产成本高，采用油压机折弯，折弯前做好样板和模具，可以保证折弯的精确度。底板要比盖板复杂一些，中间部分与两端折弯部分厚度不一样，如图1所示。制作时应先将两端在油压机上折弯后再与中间部分组点焊接，可以降低劳动强度。

图1底板折弯示意图

1.3金属结构件的组装

选择合适的支持工作物，我们通常使用平台，要根据图纸、工艺要求，将两侧板切割完坡口后，应进行修磨，清理割渣，以防止影响焊缝质量，然后将产品的各部分工件按照图纸要求组装起来。

2钢结构焊接中常见的问题及原因

2.1焊接变形

2.1.1局部变形

首先是构件本身的问题，比如加工构件的刚性太小易发生收缩；其次是加工人员的操作问题。最后是焊接过程中发生的问题。比如焊接的放置如果不水平，应力集中释放时布置不均匀。2.1.2侧弯扭曲侧弯

发生的原因有：构件组在组装时没有搭设好平台；加工构件组装的间隙未设置均匀；运输过程不注意、起吊点不对或堆放地点不合理，也会异致构件的侧弯。扭曲发生的原因是：组装的工艺与焊接的顺序不合理；节点角钢拼接不够严密，间隙不均匀；对于刚度比较差的构件，在对构件翻身加工时如果没有进行加固，或者虽然加固但平整情况不良就进行焊接。

2.2焊缝缺陷

钢结构加工部件在焊接时焊缝缺陷主要表现为焊缝尺寸不合要求、裂纹、气孔、焊瘤、弧坑、咬边、夹渣、末焊透等。

2.2.1焊缝尺寸不合要求。主要原因有：焊接电流过大或过小；运条速度和角度不当；构件装配间隙不均，焊件边缘切割不平。

2.2.2裂纹主要表现为焊件冷开裂和焊件热开裂。其主要原因是：焊条质量原因；定位点的原因，如果构件上定位点设置太少或者测量中零件本身存在很大误差，就会在组装时出现难以组装的情况；构件规格的原因，厚度大的构件如果未进行预热就进行焊接也会发生开裂。

2.2.3气孔主要原因是：焊接部位不干净；焊条和焊剂没有按规定烘干和保温；焊接工艺不够稳定，采用气保焊时气体流量不合适。

2.2.4焊瘤焊瘤是焊接时有过多溶化金属流到焊缝周边没有溶化的母材上的现象，常伴有末溶合和夹渣产生，在立、仰、横焊最为常见。产生的主要原因是：电弧过长、底层施焊电流过大；操作不熟练和运条方法不当；焊缝间隙过大。

2.2.5弧坑焊缝在起弧和收弧处有明显的缺肉和凹陷。其产生的原因是：熄弧时间过短，或焊接突然中断；焊接薄板时电流过大。

2.2.6咬边咬边是电弧将焊缝边缘的母材焙化后，没有得到焊缝金属的补充而留下缺口。产生的原因主要是电流过大，电弧过长及焊条运条角度不当。

2.2.7夹渣夹渣是焊接时冶金反应的产物。其产生的原因是：多层焊时每层焊渣未清除干净；焊条药皮的物理性能不当；焊层形状不良、坡口角度设计不当；电流过小、焊速过快等导致焊渣来不及浮起。

3预防措施及处理方法

3.1焊接变形预防措施及处理方法

3.1.1局部变形的预防措施及处理方法

首先在设计时要尽量保证加工构件各部分的刚度和焊缝布置的均匀性；其次要制定合理的焊接顺序；最后，对于形状不对称的构件，逐步矫正后再进行总组装焊接。对已经发生局部变形的工件，如果变形很大，可以采用边烤边用千斤顶顶的方法矫正；如果变形不大，可采用火烤方法矫正。

3.1.2侧弯扭曲的预防措施及处理方法

侧弯的情况：焊接之前要挂线检查平台的水平性；构件在运输、堆放时保持受力的一致性，不使侧向出现大应力。扭曲的情况：在下料前要对各节点进行放样，按照放样的尺寸进行下料；拼装节点的母材与连接角钢之间要卡紧，点焊固定后再进行拼装；构件在拼台上拼装时，要保持主装基准面水平。在发生侧弯时，采用火焰法在侧弯的地方用三角加热法矫正，或辅助用千斤顶矫正。一般的扭曲采用千斤顶和火焰烘烤相结合的方式可以矫正，扭曲严重的情况，可用火焰打开主焊缝，将翼板分别矫正后再进行焊接矫正。

3.2焊缝缺陷的预防措施及处理方法

3.2.1焊缝尺寸不合要求的预防措施及处理方法

选择合适的坡口形式和角度以及装配间隙，对于大型和重要坡口最好采用机械加工；合理选择工艺参数；根据装配间隙的变化，随时调整运条角度和速度。焊缝尺寸过小的焊缝应补焊，焊缝尺寸过小的焊缝应磨掉。

3.2.2裂纹的预防措施及处理方法

首先要限制母材及焊接材料中有害杂质的含量，特别是硫、磷含量要严格控制，一般硫的含量小于0.045%，磷的含量低于0.055%；其次要调整焊缝金属的化学成分；最后焊条和焊剂在使用前要严格按照规定的要求进行烘干，还要认真焊丝上的油污和水分等。

3.2.3气孔的预防措施及处理方法

施焊前坡口两侧必须清理干净；焊条和焊剂严格按规定烘烤和保温；焊接电流要适中，碱性焊条应采用短弧焊接。对于不符合要求的焊缝用气弧刨将气孔刨掉重焊接。

3.2.4焊瘤的预防措施及处理方法

尽量采用短弧焊接（弧长≤焊条直径）；选用合适的焊接电流，适当加快焊接速度使熔池温度不至过高；保持正确的运条角度；根据不同焊接部位严格控制熔池大小。

3.2.5弧坑的预防措施及处理方法

手工焊在收弧前做短时间停留或往复运条几次；埋弧自动焊应分两步按“停止”按钮。对于超出规定的弧坑可进行补焊补平。

3.2.6咬边的的预防措施及处理方法

严格遵守焊接工艺规程，选择合适的电流和焊接速度，选用正确的运条角度和运条方法，电弧不应过长。咬边严重的焊缝应补焊。

4结语

钢结构焊接是构件连接的主要方式。尽量避免焊接中出现问题是保证工件质量、提高工作效率的前提。因此，要在现有理论研究的基础上，结合工作实际，不断总结经验，才能够熟练掌握钢结构焊接的工艺要点，从而提高钢结构焊接的水平。

参考文献：

[1]尤晓燕.钢结构焊接中存在的问题及处理方法[J].煤炭工程,2005.

[2]高守稳.钢结构焊接中存在的问题及处理方法[J].大科技.科技天地,2011.