港口机械钢结构焊接中存在的问题及处理方法分析.pdf

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 1 港口机械钢结构焊接中存在的问题及处理方法分析 韩 枫 上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 201913 摘要：摘要：钢结构焊接是一种常见的连接方法，在港口制造、桥梁和其他工程领域得到广泛应用。但是，钢结构焊接过程中存在一些问题，如焊接缺陷、变形和残余应力等，这些问题可能会影响焊接接头结构的稳定性。本论文通过对钢结构焊接中存在的问题进行详细分析，并提出相应的处理方法，旨在提高焊接结构的可靠性，以此仅供各位参考与借鉴。关键词：关键词：钢结构焊接；焊接缺陷；变形；残余应力；处理方法 中图分类号：中图分类号：TU758 0 引言 钢结构作为一种重要的港口设备结构形式，广泛应用于桥梁、港口机械、建筑和工业设施等领域。在钢结构的制造和施工过程中，焊接技术被广泛采用，因其高效、经济、可靠的特点。钢结构焊接过程中还存在一系列问题，如焊接缺陷、变形和残余应力，这些问题对焊接接头结构的性能产生重要影响。为了解决钢结构焊接中存在的问题，需要深入研究焊接缺陷的形成机制和处理方法，探索减少变形的技术手段，以及有效处理残余应力的方法。本论文旨在对钢结构焊接中常见问题及其处理方法进行系统研究和总结，为钢结构焊接工程提供科学的指导和解决方案。1 钢结构焊接中的常见问题 钢结构焊接作为一种常见的连接方法，广泛应用于港口设备、桥梁和其他工程领域。然而，在焊接过程中会出现一些常见问题，包括焊接缺陷、变形问题和残余应力问题。本章将详细探讨这些问题及其相关内容。1.1 焊接缺陷 焊接缺陷是指焊接接头中出现的不合格或不完全符合要求的区域。常见的焊接缺陷包括气孔、夹渣、裂纹以及未熔透和不完全焊透等。（1）气孔 气孔是焊接接头中最常见的缺陷之一。它们是由焊接过程中的气体（通常是空气或水分）被困在焊缝中形成的。气孔会降低焊接接头的强度和密封性能。常见的气孔处理方法包括增加焊接电流、改变焊接速度和优化焊接环境等。（2）夹渣 夹渣是指焊接接头中残留的固态或液态杂质。夹渣可能会导致焊缝的断裂和下降。有效的夹渣处理方法包括合理选择焊接材料、控制焊接参数和采用适当的清洁措施等。（3）裂纹 裂纹是焊接接头中最严重的缺陷之一，会严重影响焊接接头的强度和可靠性。裂纹可分为热裂纹和冷裂纹两种类型。预防裂纹的措施包括合理设计焊缝形状、控制焊接温度梯度和采用预热和后热处理等。（4）未熔透和不完全焊透 未熔透是指焊接过程中焊缝的未完全熔化，而不完全焊透是指焊接接头的厚度未完全穿透。这些问题会导致焊接接头的强度下降。预防未熔透和不完全焊透的方法包括调整焊接参数、采用适当的焊接技术和进行适当的检测和评估等。1.2 变形问题 变形问题是钢结构焊接中常见的挑战之一。焊接过程中的热变形和冷却收缩变形都可能导致焊接接头的形状和尺寸发生变化。（1）热变形 热变形是指焊接过程中由于高温作用而引起的结构形状的改变。焊接时，焊缝附近的材料受到高温影响，会发生热膨胀和塑性变形，从而导致结构的变形。热变形主要受焊接参数、焊接方式、焊接材料和结构几何形状等因素的影响。（2）冷却收缩变形 中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2 冷却收缩变形是指焊接完成后，焊接接头在冷却过程中由于材料收缩而引起的变形。焊接过程中加热的区域在冷却后会发生收缩，而未加热的区域保持原有尺寸，从而导致结构的变形。冷却收缩变形的程度取决于焊接材料的热膨胀系数、焊接长度和焊接接头的刚度等因素。（3）引起变形的因素 引起变形的因素包括焊接热输入、焊接顺序、结构几何形状和焊接接头的刚度等。高热输入和焊接顺序不当可能会导致较大的热变形和冷却收缩变形。结构的几何形状和焊接接头的刚度也会影响变形的程度。1.3 残余应力问题 焊接过程中产生的残余应力是另一个重要问题，它可能会对焊接结构的稳定性和可靠性产生不利影响。（1）残余应力的产生机制 焊接过程中，高温和冷却过程引起的温度梯度和收缩差异导致焊接接头产生残余应力。热变形和冷却收缩变形引起的结构变形会导致焊接接头内部产生应力，这些应力在焊接完成后仍然存在。（2）残余应力的影响 残余应力会影响焊接结构的机械性能和耐久性能。高应力区域可能导致裂纹的形成和扩展，从而降低焊接接头的强度和疲劳寿命。残余应力还可能导致结构的变形和不稳定性，对整体结构的正常运行产生负面影响。（3）残余应力的测量方法 测量残余应力是评估焊接接头稳固的重要手段。常用的残余应力测量方法包括应变测量法、X 射线衍射法、中子衍射法和钻孔法等。这些方法可以定量地测量焊接接头中的残余应力，并为后续的应力分析和处理提供依据。2 焊接问题的处理方法 2.1 焊接缺陷的处理方法（1）气孔的处理方法 优化焊接参数是减少气孔产生的关键之一。通过增加焊接电流和焊接速度，可以有效地降低气孔的产生率。增加电流可以提高焊缝的熔深，减少气体在焊接过程中的时间窗口，从而降低气孔的形成。适当提高焊接速度可以缩短焊接时间，减少焊缝内气体的扩散和聚集，有助于减少气孔的产生。在实际焊接操作中，及时调整和控制焊接电流和焊接速度是减少气孔的有效手段。良好的通风条件也是改善焊接环境的重要因素。通过保持适当的通风，可以及时排除焊接过程中产生的烟雾、废气和挥发性物质，减少这些物质在焊缝中的积聚，从而减少气孔的发生。综上所述，处理气孔问题需要采取综合措施来减少气体的进入并提高焊接质量。优化焊接参数、改善焊接环境以及使用干燥焊材和提供良好的通风条件都是有效的方法。（2）夹渣的处理方法 夹渣是焊接过程中常见的问题之一，它会影响焊缝的品质和强度。为了有效地处理夹渣问题，我们可以采取一系列措施来选择适当的焊接工艺和材料，确保焊接接头清洁，并采取有效的夹渣措施。选择适当的焊接工艺和材料对于夹渣的处理至关重要。不同的焊接工艺和材料具有不同的特点和适用范围。在选择焊接工艺时，应考虑工件的材料类型、厚度以及焊接位置的复杂程度。对于一些容易产生夹渣问题的材料，如铸铁和高碳钢等，可以选择适当的焊接工艺，如气体保护焊、电弧焊等，以降低夹渣的风险。选择良好的焊接材料也是关键。确保焊材符合标准，并且与工件的材料相匹配，可以减少夹渣的发生。保持焊接接头的清洁是处理夹渣问题的重要步骤。在进行焊接之前，应彻底清洁焊接接头的表面，去除污垢、油脂和氧化物等杂质。这可以通过使用合适的清洁剂和刷子来实现。焊接接头清洁的目的是为了确保焊接区域没有外部污染物的干扰，并提供良好的焊接条件。采取有效的夹渣措施是处理夹渣问题的关键。在焊接过程中，应根据工艺要求选择适当的焊接电流和电弧力度。适当的电流和电弧力度可以促使夹渣从焊缝中顺利脱落，并减少夹渣的产生。此外，焊接过程中的焊接速度和焊接角度也需要注意，以保证夹渣能够顺利排出焊缝。（3）裂纹的处理方法 裂纹的处理方法涉及预防和修复。预防裂纹的措施包括合理设计焊缝形状、控制焊接温度梯度，采用预热和后热处理等。对于已经出现的裂纹，修复方法包括焊接补焊、热处理和机械加工等。预防裂纹的措施是关键。合理设计焊缝形状是预防裂纹的重要因素之一。焊缝的形状应该考虑到应力中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 3 分布和热应力的影响，尽量避免锐角和过大的凹槽。控制焊接温度梯度也是预防裂纹的重要手段。对于已经出现的裂纹，修复方法是必要的。焊接补焊是修复裂纹的常用方法之一。在发现裂纹后，可以使用适当的焊接工艺和焊接材料对裂纹进行补焊，以恢复焊接接头的完整性。热处理也可以应用于裂纹的修复。通过对焊接区域进行适当的加热和冷却处理，可以改善焊接接头的组织结构，减小裂纹的尺寸并提高焊接接头的强度。在某些情况下，机械加工也可以用于修复裂纹。通过去除裂纹周围的材料，可以消除裂纹并恢复焊接接头的完整性。（4）未熔透和不完全焊透的处理方法 处理未熔透和不完全焊透的关键是优化焊接参数和焊接技术。调整焊接电流、电压和焊接速度，确保焊接过程中焊缝的充分熔化和穿透，同时进行合适的检测和评估，以确保焊接品质。2.2 变形问题的处理方法（1）控制热输入 控制焊接热输入是减少变形的重要措施。通过优化焊接参数、控制焊接速度和焊接能量分布，可以降低焊接过程中的热输入，从而减少热变形和冷却收缩变形。（2）采用预应力和后张力方法 采用预应力和后张力方法是减少变形的有效手段。通过施加预应力或后张力，可以对焊接接头施加逆向力，抵消焊接引起的应力和变形，从而减少结构的变形量。（3）使用焊接变形补偿技术 焊接变形补偿技术是通过改变焊接接头的设计和布置来减少变形的方法。例如，采用适当的焊接顺序和焊接路径，控制焊接过程中的温度梯度和收缩差异，以减少结构的变形。3 2.3 残余应力的处理方法（1）减小焊接应力的方法 减小焊接应力的方法包括合理设计焊接接头的形状和尺寸，减少焊接接头的刚度，以降低焊接应力的集中程度。选择合适的焊接工艺和焊接参数，如预热和控制焊接速度等，也可以减小焊接应力。（2）应力分布控制方法 应力分布控制方法通过改变焊接接头的设计和布置，以实现应力的合理分布。例如，采用适当的焊接接头形状和尺寸，增加支撑和刚度，可以将应力分散到更大的区域，减少焊接接头局部应力的集中。3 分析 本章具体进一步探讨钢结构焊接中常见问题的处理方法。以下分别介绍了，涉及焊接缺陷处理、变形问题处理和残余应力处理。3.1 焊接缺陷处理 在一座大型钢桥的焊接施工中，焊接过程中出现了气孔缺陷。通过分析发现，气孔主要是由于焊接材料表面存在油污和氧化物等污染物所致。为解决这一问题，先进行了焊接材料的清洁处理，确保焊缝区域清洁无污染。再调整焊接参数，增加电流和焊接速度，以提高焊接热度和焊缝的充分熔化，减少气孔的产生。通过采取这些措施，成功地解决了气孔缺陷问题，提高了焊接接头的标准性。4 3.2 变形问题处理 在一个大型钢结构装配过程中，焊接后出现了严重的冷却收缩变形。通过分析发现，焊接过程中的热输入过高，导致焊接接头的热变形和冷却收缩变形较大。为了解决这一问题，先调整焊接参数，降低焊接热输入，控制焊接过程中的温度梯度和收缩差异。再采用预应力和后张力方法，在焊接完成后施加逆向力，抵消焊接引起的应力和变形。通过使用焊接变形补偿技术，对焊接接头的设计进行优化，减少变形的发生。通过这些处理方法，成功地减小了焊接接头的变形量，保证了结构的装配精度。3.3 残余应力处理 在焊接工程中，焊接完成后出现了严重的残余应力。通过分析发现，残余应力主要是由焊接过程中的热变形和冷却收缩变形引起的。为了解决这一问题，采取了热处理方法，对焊接接头进行了适当的回火处理，改变了材料的组织结构，减轻了残余应力。还通过减小焊接应力的方法，合理设计焊接接头的形状和尺寸，减少焊接接头的刚度，并选择适当的焊接工艺和参数，如预热和控制焊接速度等，进一步减小了残余应力的产生。最后，通过应力分布控制方法，调整焊接接头的设计和布置，实现了应力的合理分布，减少了焊接接头局部应力的集中。通过这些处理方法，中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 4 成功地处理了焊接接头中的残余应力问题，提高了结构的稳定性和可靠性。在钢结构焊接中，针对不同的问题，可以采取相应的处理方法来解决。通过合理的焊接参数和工艺控制，以及适当的材料清洁和预处理，可以有效地处理焊接缺陷问题。对于变形问题，控制热输入、采用预应力和后张力方法，以及使用焊接变形补偿技术等方法可以有效地减小变形量。而处理残余应力问题则需要采取热处理方法、减小焊接应力和控制应力分布等措施来改善结构的稳定性。通过不断总结和应用这些处理方法，可以提高钢结构焊接的质量和安全性，确保结构的正常运行。4 结论 综上所述，钢结构焊接中的问题和处理方法相互关联，通过合理的焊接参数和工艺控制，以及适当的材料清洁和预处理，可以提高焊接接头的标准。通过控制变形和处理残余应力，可以改善结构的性能和稳定性。参考文献 1陈铁军.钢结构焊接中存在的问题及其处理方法研究J.科技传播,2013(12):2.2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(9):2.3唐铭拥.浅谈钢结构焊接中存在的问题及处理方法J.科技风,2013(1):2.4王雪峰.钢结构焊接中存在的问题及处理方法探究J.现代工业经济和信息化,2020,10(11):147-148.