10 критических проблем при сварке стальных конструкций и полное их устранение

1. Преимущества и недостатки сварных стальных соединений.

Сварное соединение является наиболее широко используемой формой соединения современных стальных конструкций, однако оно имеет свои плюсы и минусы, которые необходимо в полной мере учитывать при проектировании:

Основные преимущества

1. Простая конструктивная схема, отсутствие вырезания отверстий для болтов, полное сохранение поперечного сечения, более высокий коэффициент использования стали.

2. Высокая общая жесткость и хорошие герметичные характеристики, подходят для контейнеров, трубопроводов и герметичных деталей конструкций.

3. Разнообразные сварочные процессы, включая SAW, MIG/MAG и MMA, простая реализация автоматической роботизированной сварки для массового производства.

4. Гибкая форма соединения, позволяющая выполнять сложные нерегулярные структурные соединения.

Ключевые недостатки и скрытые риски

1. Неравномерный нагрев образует зоны термического влияния (ЗТВ), изменяя зернистую структуру металла и вызывая локальное охрупчивание.

2. Большие остаточные растягивающие напряжения и остаточные деформации после охлаждения, снижающие несущую способность сжимающих элементов.

3. Высокая чувствительность к трещинам; крошечные внутренние трещины легко расширяются под нагрузкой, что приводит к общему разрушению конструкции.

4. Очевидный риск хладноломкости при низких температурах, непригоден для наружных конструкций, работающих при сверхнизких температурах, без оптимизации процесса.

2. Стандарт оценки свариваемости стали и углеродного эквивалента

Свариваемость стали определяет возможность получения качественных бездефектных сварных швов в нормальных условиях строительства, на которые в основном влияют химический состав, технология прокатки и толщина листа.

Углеродный эквивалент (Ceq) является основным оценочным индексом:

• Низкое значение Ceq: низкая склонность к закалке, отличная свариваемость, для тонких листов не требуется предварительный нагрев.

• Высокое значение Ceq: сильный риск затвердевания, склонность к образованию холодных трещин; для толстых пластин необходим обязательный предварительный нагрев и медленное охлаждение

Проектировщики должны рассчитать углеродный эквивалент перед разработкой процедур сварки, чтобы они соответствовали соответствующей температуре предварительного нагрева, сварочной проволоке и флюсовым материалам.

3. Остаточные напряжения и деформации при сварке: механизм возникновения и меры контроля.

Сварка представляет собой неравномерный цикл быстрого нагрева-охлаждения: зона сварного шва резко расширяется под действием высокой температуры, в то время как основной металл остается холодным, удерживаемым окружающей сталью во время охлаждения, образуя продольные и поперечные остаточные напряжения усадки и структурную деформацию изгиба/скручивания.

Меры по оптимизации конструкции

1. Распределите расположение сварных швов, избегайте трехмерного пересечения нескольких сварных швов, чтобы предотвратить концентрацию напряжений.

2. Уменьшите размер избыточного сварного шва, разумно контролируйте сварочную нагрузку.

3. Установите разгрузочные отверстия в местах пересечения ребер жесткости, чтобы разъединить вторичные сварные швы и избежать наложения усадочных напряжений.

Методы контроля процессов на месте

1. Оптимизация последовательности сварки: пропуск сварки, сегментированная задняя сварка, послойная многопроходная сварка для балансировки силы усадки.

2. Предварительно установленное смещение обратной деформации для противодействия естественной усадке сварного шва.

3. Внедряйте предварительный нагрев перед сваркой и последующий отпуск для снятия внутренних остаточных напряжений.

4. Три основных процесса сварки при изготовлении стальных конструкций

1) Ручная дуговая сварка (ММА)

Низкая стоимость оборудования, гибкая полнопозиционная работа для сложных небольших компонентов. Покрытие сварочного стержня выделяет защитный шлак и газ для изоляции воздуха. Недостатки: низкая эффективность, нестабильная ручная формовка, в основном применяется при сборке на месте и ремонтной сварке.

2) Дуговая сварка под флюсом (SAW).

Дуга горит под гранулированным флюсом, концентрированным теплом, глубоким проваром, минимальной деформацией, сверхвысокой эффективностью для толстых прямых и длинных сварных швов. Широко применяется для соединения двутавровых балок и больших стальных листов на заводах, подходит только для плоской/горизонтальной сварки с использованием вспомогательных приспособлений.

3) Газовая дуговая сварка металлов (GMAW/MIG/MAG)

Защитный газ изолирует ванну расплава, стабильную дугу, гладкую поверхность сварного шва, поддерживает сварку во всех положениях. Два режима работы:

• Сварка нажимом (вперед): неглубокий провар, широкий плоский шов, красивая формовка.

• Сварка сопротивлением (обратная сторона): глубокое проплавление, узкое армирование, для сварки корня толстой пластины.

5. Стандартные символы сварки и правила для соединений/карманов.

Унифицированные международные символы сварки унифицируют общение между проектировщиками, техническими специалистами и инспекторами, охватывая положение сварки, форму соединения и тип канавки:

1. Код положения сварки: F (плоское), H (горизонтальное), V (вертикальное), O (верхнее).

2. Код основного соединения: B (стык), T (Т-образное соединение), C (угол), L (нахлест), X (крест)

3. Код канавки: I, V, X, K, U, J (паз U/J для пластин толщиной более 50 мм)

6. Шесть основных категорий дефектов сварки стали, их причины и способы устранения.

Все дефекты сварных швов напрямую снижают надежность конструкции; ниже приведены наиболее частые неисправности в сталелитейных цехах:

1) Трещины (горячие и холодные трещины)

• Горячая трещина: чрезмерное нагревание при сварке, высокое содержание примесей, концентрированное напряжение усадки.

• Холодная трещина: высокоуглеродистая эквивалентная сталь, недостаточный предварительный нагрев, быстрая скорость охлаждения.

• Ремонт: просверлите отверстия для предотвращения трещин на обоих концах, полностью удалите треснувший металл, затем повторно заварите.

2) Пустоты (пористость и полость кратерной усадки)

Причиной является ржавчина/масло на поверхности детали, влажные сварочные материалы, чрезмерная скорость движения. Удалите пористый слой и выполните заплатку.

3) Твердые включения (шлаковые включения и вольфрамовые включения)

Многослойная сварка без очистки шлака, слишком малый сварочный ток. Перед повторной сваркой выкопайте область включения.

4) Недостаток слияния/Недостаток проникновения

Слишком высокая скорость перемещения, узкий зазор разделки, низкое тепловложение при сварке. Обратная строжка и двусторонняя сварка ответственных соединений.

5) Дефекты формы (подрез, перекрытие, перекос)

Неправильный угол пистолета, несоответствие тока/напряжения. Зашлифовать дефектный участок и провести косметический ремонт сваркой.

6) Прожог, перелив сварного шва

Чрезмерный сварочный ток, тонкая опорная пластина, слишком низкая скорость перемещения. Заполните и отполируйте после удаления излишков металла.

7. Меры профилактики пластинчатого разрыва толстых стальных пластин.

Пластинчатый разрыв возникает на Т-образных/поперечных соединениях с толщиной пластины ≥20 мм, вызванный растягивающим усадочным напряжением в направлении толщины. Стандартные схемы оптимизации:

1. Используйте узкую канавку V/K для уменьшения объема заполнения сварного шва и силы усадки.

2. Используйте симметричную двустороннюю канавку вместо односторонней асимметричной канавки.

3. Выдвиньте конец напряженной стали из зоны сварки, чтобы передать растягивающее напряжение.

4. Замените поперечные соединения переходными сегментами из литой стали, чтобы избежать наложения разнонаправленных напряжений.

8. Две основные технологии контроля качества сварных швов

1) Визуальный осмотр (ВТ)

Первый этап проверки: проверьте размер сварного шва, подрезы поверхности, трещины, пористость, несоосность невооруженным глазом или с помощью увеличительного стекла. Все проекты должны пройти проверку до внутреннего обнаружения дефектов.

2) Неразрушающий контроль (NDT)

1. Ультразвуковой контроль (UT): основной метод контроля внутренних дефектов, быстрое обнаружение, низкая стоимость, определение положения и глубины дефекта по форме волны, широко используется для проверки стальных конструкций на месте.

2. Радиографический контроль (RT): рентгеновские/γ-лучи проникают в сварной шов, образуя изображения дефектов на пленке, обеспечивая точную идентификацию типа дефекта. Рентген для пластин до 30 мм; γ-лучи для сверхтолстых компонентов.

9. Стандарт приемки выборочного контроля сварных швов

Проектирование стальных конструкций следует единым правилам отбора проб:

1. Неквалифицированная ставка <2%: вся партия прошла приемку.

2. Доля неквалифицированных товаров >5 %: вся партия отклонена, требуется полная проверка.

3. Неквалифицированный уровень 2%~5%: Тест двойной выборки; общее количество неквалифицированных пропусков: ≤3%, в противном случае отклонить

4. Любая обнаруженная трещина: Двойная повторная проверка; Обнаружена вторичная трещина → полная проверка всех сварных швов

10. Заключение

Сварка стальных конструкций предполагает систематический контроль, начиная с чертежа, выбора материала, процесса сварки и заканчивая последующим контролем. Целенаправленная оптимизация схемы сварного шва, параметров предварительного нагрева, последовательности сварки и стандартов контроля может устранить более 95% распространенных дефектов, включая деформацию, трещины и разрывы пластин. Стандартизированные строительные процедуры являются основной гарантией долгосрочной безопасности конструкции.

Если вам нужны индивидуальные схемы сварочного процесса, устранение дефектов или трансформация роботизированной сварки для производства стали, обратитесь к профессиональным инженерам по адресу heavth.com для полной технической поддержки.