10 kritičnih težav pri varjenju jeklenih konstrukcij in popolno odpravljanje težav

1. Prednosti in slabosti varjenih jeklenih spojev

Varjenje je najpogosteje uporabljena oblika spoja za sodobne jeklene konstrukcije, vendar ima svoje prednosti in slabosti, ki jih je treba v celoti upoštevati pri načrtovanju:

Temeljne prednosti

1. Enostavna strukturna postavitev, brez rezanja lukenj za vijake, popolno zadrževanje preseka, večja stopnja izkoristka jekla

2. Visoka splošna togost in dobra nepredušnost, primerna za vsebnike, cevovode in zatesnjene strukturne dele

3. Različni varilni postopki, vključno z ŽAGO, MIG/MAG in MMA, enostavno izvedljivo avtomatsko robotsko varjenje za množično proizvodnjo

4. Prilagodljiva oblika povezave, zmožna zapletenega nepravilnega strukturnega spajanja

Ključne slabosti in skrita tveganja

1. Neenakomerno segrevanje tvori toplotno prizadeta območja (HAZ), ki spreminjajo strukturo kovinskih zrn in povzročajo lokalno krhkost

2. Velika preostala natezna napetost in trajna deformacija po ohlajanju, zmanjšanje nosilnosti kompresijskih elementov

3. Visoka občutljivost na razpoke; drobne notranje razpoke se pod obremenitvijo zlahka razširijo, kar vodi do splošne strukturne okvare

4. Očitno tveganje za hladno krhkost pri nizkih temperaturah, neprimerno za zunanje strukture pri ultra nizkih temperaturah brez optimizacije procesa

2. Varljivost jekla in standard ocenjevanja ekvivalenta ogljika

Varljivost jekla določa, ali je mogoče dobiti visokokakovostne zvare brez napak v normalnih konstrukcijskih pogojih, na kar predvsem vplivajo kemična sestava, tehnologija valjanja in debelina plošče.

Ekvivalent ogljika (Ceq) je osnovni indeks vrednotenja:

• Nizka vrednost Ceq: Nizka nagnjenost kaljenju, odlična varivost, predgretje ni potrebno za tanke plošče

• Visoka vrednost Ceq: hudo tveganje utrjevanja, nagnjenost k hladnim razpokam; za debele plošče je potrebno obvezno predgretje in počasno ohlajanje

Oblikovalci morajo izračunati ekvivalent ogljika, preden oblikujejo varilne postopke, da se ujemajo z ustrezno temperaturo predgretja, varilno žico in materiali talila.

3. Preostala napetost in deformacija pri varjenju: mehanizem generiranja in nadzorni ukrepi

Varjenje je neenakomeren hiter cikel segrevanja-hlajenja: območje zvara se pod visoko temperaturo močno razširi, medtem ko osnovna kovina ostane hladna, ki jo med ohlajanjem zadržuje okoliško jeklo, ki tvori vzdolžno in prečno preostalo napetost pri krčenju in strukturno upogibno/zvijalno deformacijo.

Ukrepi za optimizacijo oblikovanja

1. Razpršena postavitev zvara, izogibajte se tridimenzionalnemu preseku z več zvari, da preprečite koncentracijo napetosti

2. Zmanjšajte odvečno velikost zvara, razumno nadzirajte obremenitev zvara

3. Nastavite razbremenilne luknje na mestih križanja ojačitev, da odklopite sekundarne zvare in se izognete naloženi napetosti zaradi krčenja

Metode nadzora procesov na kraju samem

1. Optimizirajte zaporedje varjenja: preskočeno varjenje, segmentirano varjenje nazaj, večplastno varjenje z več prehodi za uravnoteženje sile krčenja

2. Vnaprej nastavljen odmik povratne deformacije za preprečevanje naravnega krčenja zvara

3. Izvedite predgretje pred varjenjem in naknadno popuščanje za sprostitev notranje preostale napetosti

4. Trije glavni varilni postopki za izdelavo jeklenih konstrukcij

1) Ročno obločno varjenje (MMA)

Nizki stroški opreme, prilagodljivo delovanje v polnem položaju za kompleksne majhne komponente. Premaz varilne palice ustvarja zaščitno žlindro in plin za izolacijo zraka. Slabosti: nizka učinkovitost, nestabilno ročno oblikovanje, uporablja se predvsem za montažo na kraju samem in popravljalno varjenje.

2) Varjenje pod praškom (SAW)

Oblok gori pod zrnatim talilom, koncentrirana toplota, globoka penetracija, minimalna deformacija, izjemno visoka učinkovitost za debele ravne dolge zvare. Pogosto se uporablja za spajanje H-nosilcev, velikih jeklenih plošč v tovarnah, primerno le za ravno/vodoravno varjenje s pomožnimi napeljavami.

3) Plinsko obločno varjenje (GMAW/MIG/MAG)

Zaščitni plin izolira bazen staline, stabilen oblok, gladka površina zvara, podpira varjenje v vseh položajih. Dva načina delovanja:

• Potisno varjenje (naprej): plitka penetracija, široka ravna krogla, čudovito oblikovanje

• Vlečno varjenje (nazaj): globoka penetracija, ozka visoka ojačitev, za debelo varjenje korena plošče

5. Standardni varilni simboli in pravila za kodo spoja/žepa

Enotni mednarodni varilni simboli poenotijo ​​komunikacijo med oblikovalci, tehniki in inšpektorji, ki zajemajo položaj varjenja, obliko spoja in vrsto utora:

1. Koda položaja varjenja: F (ravno), H (vodoravno), V (navpično), O (nad glavo)

2. Koda glavnega sklepa: B (zadnjica), T (T-spoj), C (vogal), L (krog), X (križ)

3. Šifra utora: I, V, X, K, U, J (U/J utor za plošče nad 50 mm debeline)

6. Šest glavnih kategorij okvar pri varjenju jekla, vzroki in rešitve za popravilo

Vse napake pri varjenju neposredno zmanjšajo konstrukcijsko varnost; spodaj so najpogostejše napake v jeklarnah:

1) Razpoke (vroče in hladne razpoke)

• Vroča razpoka: prekomerna varilna toplota, visoka vsebnost nečistoč, koncentrirana napetost pri krčenju

• Hladna razpoka: jeklo z visoko vsebnostjo ogljika, nezadostno predgretje, visoka hitrost ohlajanja

• Popravilo: Izvrtajte luknje za zaustavitev razpok na obeh koncih, popolnoma odstranite razpokano kovino in nato ponovno zvarite

2) Praznine (poroznost in votlina zaradi krčenja kraterja)

Vzrok za rjo/olje na površini obdelovanca, vlažen varilni material, prevelika hitrost vožnje. Odstranite porozno plast in izvedite zaplatno varjenje.

3) Trdni vključki (vključki žlindre in vključki volframa)

Večslojno varjenje brez čiščenja žlindre, premajhen varilni tok. Pred ponovnim varjenjem izkopajte območje vključevanja.

4) Pomanjkanje fuzije / pomanjkanje penetracije

Prehitra hitrost vožnje, ozka reža utorov, nizka poraba toplote pri varjenju. Žlebljenje in dvostransko varjenje kritičnih spojev.

5) Napake oblike (spodrezovanje, prekrivanje, neporavnanost)

Nepravilen kot pištole, neusklajena tok/napetost. Brušenje okvarjenega območja in kozmetično popravilo z varjenjem.

6) Burn Through, Weld Bead Overflow

Prevelik varilni tok, tanka osnovna plošča, prenizka hitrost vožnje. Po odstranitvi odvečne kovine napolnite in polirajte.

7. Preprečevalni ukrepi za lamelno trganje debelih jeklenih plošč

Na T/križnih spojih z debelino plošče ≥20 mm pride do lamelnega trganja, ki ga povzroči natezna napetost pri krčenju v smeri debeline. Standardne optimizacijske sheme:

1. Uporabite ozek V/K utor za zmanjšanje prostornine polnila zvara in sile krčenja

2. Uporabite simetrični dvostranski utor namesto enostranskega asimetričnega utora

3. Podaljšajte konec obremenjenega jekla iz območja zvara, da prenesete natezno napetost

4. Zamenjajte križne spoje s prehodnimi segmenti iz litega jekla, da preprečite večsmerno superpozicijo napetosti

8. Dve glavni tehnologiji nadzora kakovosti zvara

1) Vizualni pregled (VT)

Pregled v prvem koraku: s prostim očesom ali povečevalnim steklom preverite velikost zvara, spodrezovanje površine, razpoke, poroznost, neporavnanost. Vsi projekti morajo prestati pred notranjim odkrivanjem napak.

2) Nedestruktivno testiranje (NDT)

1. Ultrazvočno testiranje (UT): glavni pregled notranjih napak, hitro odkrivanje, nizki stroški, položaj in globino napake presoja prek valovne oblike, pogosto se uporablja za pregled jeklenih konstrukcij na kraju samem

2. Radiografsko testiranje (RT): X/γ žarki prodrejo v zvar, da na filmu oblikujejo slike napak, natančna identifikacija vrste napake. Rentgen za plošče pod 30 mm; γ-žarki za super debele komponente.

9. Standard sprejemljivosti za pregled naključnega vzorčenja zvara

Inženiring jeklenih konstrukcij sledi enotnim pravilom presoje vzorčenja:

1. Nekvalificirana stopnja <2 %: Celotna serija prestane sprejem

2. Nekvalificirana stopnja >5 %: Celotna serija zavrnjena, potreben je popoln pregled

3. Nekvalificirana stopnja 2%~5%: Dvojni vzorčni test; skupno nekvalificiranih ≤3 % prestane, drugače zavrni

4. Vsaka odkrita razpoka: dvojni ponovni pregled; najdena sekundarna razpoka → popoln pregled vseh zvarov

10. Zaključek

Varjenje jeklenih konstrukcij vključuje sistematičen nadzor od projektne risbe, izbire materiala, postopka varjenja do naknadnega pregleda. Ciljna optimizacija razporeditve zvarov, parametrov predgretja, zaporedja varjenja in standardov pregledovanja lahko odpravi več kot 95 % običajnih napak, vključno z deformacijami, razpokami in trganjem lamel. Standardizirani gradbeni postopki so temeljno jamstvo dolgoročne konstrukcijske varnosti.

Če potrebujete prilagojene sheme varjenja, odpravljanje napak ali robotsko varilno transformacijo za izdelavo jekla, se obrnite na strokovne inženirje na heavth.com za tehnično podporo celotnega procesa.