浅析焊接材料在塔式起重机制造中的管理运用

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作者简介：刘健，男，回，广西桂林市人，桂林市特种设备监督检验所，副所长，本科学历，机械自动化专业

[摘 要]在钢结构焊接制造中，根据结构承受载荷的分布情况，对不同受力条件的零件或者部件在设计时就规定了采用不同强度级别的钢种、不同焊接材料进行焊接，使整体焊接结构的使用性能得到提高。在生产中若焊接材料不匹配，造成焊缝与母材的强度和塑韧性不匹配，影响焊接接头性能，造成安全隐患。为此，针对焊接材料的选用和如何防止材料不匹配的发生进行探讨。

[关键词]塔式起重机、焊接材料、焊缝、强度匹配

在实际生产当中，制造图样不规范、生产工艺粗糙、材料管理混乱等诸多原因造成焊接结构使用性能不符合设计要求、焊缝与母材的强度和塑韧性不匹配影响焊接接头性能等情况，造成了严重的安全隐患。为了扼杀此安全隐患于生产一线当中而杜绝不合格产品流入市场，保证用户安全生产，促进和谐社会，下面就针对塔式起重机钢结构制造常用的碳素钢、低合金钢焊接的焊接材料选用原则和如何防止焊接材料不匹配等进行分析。

1、焊接材料选用原则：

应根据母材的化学成分、力学性能、焊接性能，使用条件及焊接方法综合考虑选用焊接材料，必要时通过试验确定。

焊缝金属的性能应高于或等于相应母材标准规定值的下限或满足图样规定的技术条件要求。对各类钢的焊缝金属要求如下：

1） 相同钢号相焊的焊缝金属

①碳素钢、低合金钢的焊缝金属应保证力学性能，且其抗拉强度不应超过母材标准规定的上限值加30Mpa。耐热型低合金钢的焊缝金属还应保证化学成分。

2） 不同钢号相焊的焊缝金属

①不同强度钢号的碳素钢、低合金钢之间的焊缝金属应保证常温力学性能，且其抗拉强度不应超过强度较强母材标准规定的上限值。

3） 焊接材料熔敷金属硫、磷含量规定应与母材一致或焊接材料应满足图样的技术文件要求。

2、焊接材料不匹配主要形式和危害：

1） 主要受力构件或承受动载荷的构件用钛钙型焊条（酸性焊条，如E4303）来代替原图纸设计用低氢型焊条（碱性焊条，如E4316）焊接：

塔式起重机的主要受力构件的主要焊缝是重要焊缝或关键焊缝，焊缝质量直接影响塔机使用性能或塔机的安全及可靠性。该焊缝失效后将严重降低塔机的使用性能或可导致重大事故。因钛钙型焊条和低氢型焊条由于其药皮成份差异大，故焊条焊接工艺性能差别比较大，低氢型焊条其焊缝熔敷金属中氢含量较低，减少了氢脆，增加了焊接接头的塑性及韧性，以保证焊接接头的抗裂性能。用钛钙型焊条来焊接主要焊缝，疲劳强度低，焊接接头性能达不到设计要求，在动载荷的作用下，焊缝就会出现塑性变形、裂纹等失效现象。

2） 高匹配使用焊接材料

盲目追求焊接接头力学性能，在同钢号焊接中不按强度匹配原则选用焊条，导致焊缝熔敷金属强度过高，造成焊缝与母材的强度和塑韧性不匹配，影响焊接接头性能。如标准节主弦杆与连接套焊接，母材材质为Q235B的普通碳素结构钢，采用型号E5015焊条焊接，其焊缝在交变载荷的作用下，本身就有淬硬倾向的焊缝容易产生疲劳，在熔合区域引发裂纹近而导致焊缝失效。

3、焊接材料不匹配的防范

1）制造图样及工艺的控制

塔式起重机在结构件设计时，根据结构承受载荷的分布情况，对不同受力条件的零件或者部件在设计时就规定了采用不同强度级别的钢种、不同焊接材料进行焊接，并对焊缝按其质量特性进行分类（关键焊缝、重要焊缝、一般焊缝）。一般情况下，普通结构件采用材质为Q235A碳素结构钢，焊接材料采用型号E4303焊条；主要受力结构件或承受动载荷的构件采用材质为Q235B碳素结构钢和低合金结构钢，碳素结构钢之间焊接或碳素结构钢与低合金结构钢之间焊接按匹配原则都选用型号E4316焊条，低合金结构钢之间焊接选用型号E5015焊条。采用气体保护电弧焊时主要问题是气孔和飞溅，焊接过程中必须加强脱氧，选择含Si、Mn、Ti、Al元素较多的焊丝，如采用ER49-1（H08Mn2SiA）。技术人员在图纸绘制时，要求对图纸中的每一零件或者部件的钢号和钢材质量等级符号都要标明清楚，不要随意更改钢号及质量等级符号，并在图样上对焊缝质量特性进行标记。工艺人员根据产品图样来制定各种工艺文件，编制产品的钢材材料预算单和材料汇总表。这样便有效指导采购部门对原材料的采购，工艺文件正确指导车间生产。防止材料误买、误用，造成材料不匹配发生。

2）材料标记移植

塔式起重机是受国家制造监检的重要产品，严格按照有关的规范和标准进行设计和制造，在设计中正确地选择材料，在管理上使这些材料正确无误地使用到产品上，是保证塔式起重机质量特别重要的一个环节。所以制造厂家要制定材料管理办法，明确标记，严肃执行材料标记和标记移植制度，使材料标记在零部件生产过程中正确地、及时地、不间断地完整地向下一道工序传递，直到完工的产品。这样就能避免混料、错发料和用不明来历的材料，达到防止焊接材料不匹配的发生，降低塔式起重机的安全隐患减少质量事故的发生。

3） 材料代用

材料代用的要求是在应保证不降低原设计计算的强度、刚度、稳定性、疲劳强度、不影响原设计规定的性能和功能要求的基础上进行的。在TSGQ7001-2006《起重机械制造监督检验规则》里提到，主要受力结构件材质中包括了母材和焊材，并其材质应当符合设计文件和工艺文件要求，若在实际用材发生材料代用情况下，要符合有关规定的要求。所以制造单位要按TSGZ0004-2007《特种设备制造、安装、改造、维修质量保证体系基本要求》文件要求建立材料、零部件控制程序，明确材料、零部件代用的基本要求及代用范围，代用的审批、代用的检验试验等。这样就防止了生产现场因图方便或材料不齐情况下盲目材料代用造成焊接材料不匹配的发生。

结束语

根据以上分析，焊接材料不匹配直接影响着塔式起重机的安全性及可靠性，在整个生产过程中随时都会发生。制造厂家要严格制定生产管理制度，在生产一线强化产品安全意识，加强焊接工艺纪律检查，焊接材料不匹配现象也会得到有效防止。

【参考文献】

[1] 塔式起重机GB/T5031-2008

[2] 钢制压力容器焊接规程JB/T4709-2000

[3] 碳钢焊条GB/T5117-1995