结构件焊接失效与预防措施
仪器信息网 · 2009-03-30 19:49 · 31547 次点击
由于国内工业的蓬勃发展,在船舶、锅炉、起重运输及矿山采掘运输工程等工业领域,已广泛应用钢结构制造工艺进行大规模工业化生产。在矿山机械中,随着采煤机械化程度的提高,越来越倾向于高产、高效综采工作面的发展。
重型、超重型井下煤炭输送设备,大多采用铸-焊结构制造,而铸-焊结构给煤炭工业发展带来了无比的优越性,同时研究这种钢结构的焊接失效,也成为非常重要的问题。
一、铸-焊结构焊接失效的原因
通常意义上讲,焊接失效就是焊接接头由于各种因素,在一定条件下断裂(如:应力、温度、材质、焊接质量和实际使用工况条件等)。接头一旦失效,就会使相互紧密联系成一体的构件局部分离、撕裂并扩展,造成焊接结构损坏,致使设备停机,影响正常生产。
焊接失效的基本条件:一是焊接结构设计不合理,如在局部或整体焊缝的布置与设计上存在问题:二是材料本身的缺陷,如板材化学成分偏析,铸钢件的组织存在缩松、气孔、裂纹等:三是焊接工艺的应用不合理,如焊接材料的选择、焊接方法的制定:四是构件所处的工作环境、工况条件差(如受到交变及冲击载荷),引起结构材料疲劳破坏。针对接头失效进行分析,应从两个方面入手:一是产生的根源:二是其危害性。
1.结构件焊接失效产生的根源
通常情况下,材料本身的缺陷(如化学成分的不均匀性、局部微观裂纹),焊缝由于各种原因产生的冷热裂纹、未焊透、夹渣、气孔及咬边等,焊接过程中近缝区较高的残余应力(包括焊缝及热影响区相变的组织应力),以及焊接过程高温下的组织软化和冷却后产生的脆化等,都是造成接头失效的根源,也为接头的脆断或扩展提供了条件。
2.结构件焊接失效的危害性
井下工作面刮板输送机、转载机和破碎机,是采煤工作面的关键设备,工作面使用条件复杂。由于刮板输送机除要完成运煤、清理浮煤外,还要作为采煤机运行的轨道和牵引支承、液压支架前沿的基点,担负着采煤工艺过程中的落、装、运、支、控等全部工序,井下设备的可靠性决定了高效采煤的经济性,所以设备质量的好坏、寿命长短、性能的优劣,直接影响着煤炭生产。
由于刮板输送机和转载机的使用特点,中部槽之间的联结强度和可靠性显得尤为重要,而其结构大多由铸钢件与普通低合金板Q345(16Mn)以及近几年发展起来的高强板和耐磨板(NM360)焊接而成,铸钢件以碳锰硅(C-Mn-Si)系列为主。多年实践证明,此类铸钢的焊接性能比较好,但焊接结构件的接头失效也容易发生在这类结构件的焊接部位,一旦在井下工作面使用中发生断裂失效,将影响整台设备的正常运转甚至停产,造成很大的经济损失。
3.焊接失效形式
由于其结构本身的特殊性,焊接失效形式也不一样。
(1)因设计不合理,存在局部刚性过大,应力集中的现象。
(2)材料缺陷。铸钢件相对于轧制板材存在着冲击韧度差,屈服强度低的特点,还有焊接工艺制定不合理、焊接规范的运用不当、焊接方法的选择不正确等。
(3)焊工技术水平高低与焊接位置的好坏:还有焊接检验水平,包括对材质的检验和焊缝检验等。另外,环境温度对焊接质量也是一个重要的影响因素。以上都可能是造成焊接接头失效的原因,一旦存在上述缺陷的结构件进入使用阶段,就很难避免失效、损坏情况的发生。
综上所述,要避免此类结构件焊接失效的产生,单纯的从某一个方面分析解决问题,是不符合实际的,它是多种因素的综合,但在一定条件下,则是某种因素起到主要作用的情况下而产生的结果。这就要从设计、工艺、材料及焊接等多方面去考虑,尽量使以上几方面的因素达到合理化,找出最主要原因,采取必要的工艺措施,才能有效地加以防止。
二、防止措施
在工艺的制定上如何才能防止焊接失效的发生,是分析解决问题的关键,这就需要从以下几个方面综合考虑:
(1)根据结构的设计和使用要求(如承受静、动载荷,交变载荷、冲击载荷等),正确选取材料。
材料的选择不仅是工艺技术问题,同样也是一个经济效益问题。选用过高的材质经济上不合理,而选用材质过低,则会降低使用寿命,增加了焊接失效的隐患。在煤矿机械制造业,常用钢材一般为Q235(A3)Q345(16Mn)和近几年才发展应用起来的高强板(WH、QJ)等系列和(NM)系列的耐磨板。为保证焊接性能,上述钢材中Ceg均应