10 критичних проблем зі зварюванням сталевих конструкцій і повне усунення несправностей

1. Переваги та недоліки зварних сталевих з'єднань

Зварювальне з’єднання є найбільш широко використовуваною формою з’єднання для сучасних сталевих конструкцій, але воно має свої плюси і мінуси, які необхідно повністю враховувати при проектуванні:

Основні переваги

1. Просте конструктивне розташування, відсутність отворів для болтів, повне збереження поперечного перерізу, більш високий коефіцієнт використання сталі

2. Висока загальна жорсткість і хороша герметичність, підходить для контейнерів, трубопроводів і герметичних структурних частин

3. Різноманітні процеси зварювання, включаючи SAW, MIG/MAG і MMA, легке в реалізації автоматичне роботизоване зварювання для масового виробництва

4. Гнучка форма з’єднання, здатна до складного нерегулярного структурного з’єднання

Ключові недоліки та приховані ризики

1. Нерівномірний нагрів утворює зони термічного впливу (ЗТВ), змінюючи структуру зерна металу та викликаючи місцеве окрихчення

2. Велика залишкова напруга розтягування та постійна деформація після охолодження, зниження несучої здатності елементів стиснення

3. Висока чутливість до тріщин; дрібні внутрішні тріщини легко розширюються під навантаженням, що призводить до загального руйнування конструкції

4. Очевидний ризик холодноламкості при низьких температурах, непридатний для зовнішніх конструкцій із наднизькими температурами без оптимізації процесу

2. Зварюваність сталі та стандарт оцінки вуглецевого еквівалента

Зварюваність сталі визначає, чи можна отримати високоякісні бездефектні зварні шви за звичайних будівельних умов, головним чином на це впливає хімічний склад, технологія прокатки та товщина листа.

Вуглецевий еквівалент (Ceq) є основним показником оцінки:

• Низьке значення Ceq: низька тенденція до гартування, відмінна зварюваність, для тонких листів не потрібен попередній нагрів

• Високе значення Ceq: сильний ризик твердіння, схильність до холодних тріщин; обов’язковий попередній нагрів і повільне охолодження для товстих плит

Розробники повинні розрахувати вуглецевий еквівалент перед формулюванням зварювальних процедур відповідно до температури попереднього нагріву, зварювального дроту та флюсу.

3. Залишкова напруга та деформація під час зварювання: механізм утворення та заходи контролю

Зварювання — це нерівномірний швидкий цикл нагрівання-охолодження: зона зварного шва різко розширюється під дією високої температури, тоді як основний метал залишається холодним, стримується навколишньою сталлю під час охолодження, утворюючи поздовжню та поперечну залишкову напругу усадки та структурну деформацію вигину/скручування.

Заходи з оптимізації дизайну

1. Розсіяне розташування зварних швів, уникайте тривимірного перетину кількох зварних швів, щоб запобігти концентрації напруг

2. Зменшіть зайвий розмір зварювального шва, розумно контролюйте навантаження на зварювання

3. Встановіть розвантажувальні отвори в місцях перетину ребер жорсткості, щоб від'єднати вторинні зварні шви та уникнути накладеного усадкового навантаження

Методи контролю процесів на місці

1. Оптимізуйте послідовність зварювання: пропуск зварювання, сегментоване зворотне зварювання, пошарове багатопрохідне зварювання для балансування сили усадки

2. Попередньо встановлене зміщення зворотної деформації для протидії природній усадці зварного шва

3. Застосуйте попередній нагрів перед зварюванням і відпуск після нагрівання, щоб зняти внутрішню залишкову напругу

4. Три основні процеси зварювання для виготовлення сталевих конструкцій

1) Ручне дугове зварювання металу (MMA)

Низька вартість обладнання, гнучка робота в повному положенні для складних малих компонентів. Покриття зварювального стрижня утворює захисний шлак і газ для ізоляції повітря. Недоліки: низька ефективність, нестійке ручне формування, в основному використовується для складання на місці та ремонтного зварювання.

2) Дугове зварювання під флюсом (SAW)

Дуга горить під гранульованим флюсом, концентроване тепло, глибоке проплавлення, мінімальна деформація, надвисока ефективність для товстих прямих довгих зварних швів. Широко застосовується для зварювання двотаврових балок, великих сталевих пластин на заводах, підходить лише для плоского/горизонтального зварювання з допоміжними пристосуваннями.

3) Дугове газове зварювання (GMAW/MIG/MAG)

Захисний газ ізолює розплавлену ванну, стабільна дуга, гладка поверхня зварювання, підтримує зварювання в усіх положеннях. Два режими роботи:

• Зварювання штовхання (вперед): неглибоке проплавлення, широкий плоский валик, красиве формування

• Зварювання перетягуванням (назад): глибоке проплавлення, вузьке високе армування, для зварювання кореня товстої пластини

5. Стандартні символи зварювання та правила з’єднання/кишенькових кодів

Уніфіковані міжнародні символи зварювання уніфікують спілкування між проектувальниками, техніками та інспекторами, охоплюючи положення зварювання, форму з’єднання та тип канавки:

1. Код позиції зварювання: F (плоский), H (горизонтальний), V (вертикальний), O (верхній)

2. Код головного з’єднання: B (стик), T (Т-подібне з’єднання), C (кут), L (перехрест), X (хрест)

3. Код канавки: I, V, X, K, U, J (канавки U/J для пластин товщиною понад 50 мм)

6. Шість основних категорій дефектів зварювання сталі, причини та способи їх усунення

Усі дефекти зварювання безпосередньо знижують безпеку конструкції; Нижче наведено найпоширеніші несправності в металургійних майстернях:

1) Тріщини (гарячий і холодний крек)

• Гаряча тріщина: надмірне тепло при зварюванні, високий вміст домішок, концентроване напруження усадки

• Холодне розтріскування: високовуглецевий еквівалент сталі, недостатній попередній нагрів, висока швидкість охолодження

• Ремонт: просвердліть отвори для фіксації тріщин на обох кінцях, повністю видаліть тріснутий метал, а потім знову зваріть

2) Пустоти (пористість і кратерна усадкова порожнина)

Спричинена іржею/маслом на поверхні деталі, вологими витратними матеріалами для зварювання, надмірною швидкістю руху. Видаліть пористий шар і виконайте латкове зварювання.

3) Тверді включення (включення шлаку та включення вольфраму)

Багатошарове зварювання без очищення від шлаку, занадто малий зварювальний струм. Викопайте зону включення перед повторним зварюванням.

4) Відсутність злиття / Відсутність проникнення

Занадто висока швидкість переміщення, вузька щілина канавки, низьке підведення тепла при зварюванні. Зворотне різання та двостороннє зварювання для критичних з’єднань.

5) Дефекти форми (підріз, перекриття, зміщення)

Неправильний кут пістолета, невідповідність струму/напруги. Шліфування дефектної ділянки і косметичний ремонт заварюванням.

6) Прогорання, перелив зварного шва

Надмірний зварювальний струм, тонка основа, занадто низька швидкість руху. Заповніть і відполіруйте після видалення надлишків металу.

7. Заходи профілактики пластинчастого розриву товстих сталевих пластин

Пластинчастий розрив відбувається на Т/поперечних з’єднаннях із товщиною пластини ≥20 мм, спричинений напругою усадки на розтяг у напрямку товщини. Стандартні схеми оптимізації:

1. Використовуйте вузьку канавку V/K, щоб зменшити об’єм заповнення шва та силу усадки

2. Використовуйте симетричну двосторонню канавку замість односторонньої асиметричної канавки

3. Витягніть кінець напруженої сталі поза зону зварювання, щоб передати напругу розтягування

4. Замініть поперечні з’єднання перехідними сегментами з литої сталі, щоб уникнути накладення напруг у різних напрямках

8. Дві основні технології перевірки якості зварного шва

1) Візуальний огляд (VT)

Перевірка на першому етапі: перевірте неозброєним оком або за допомогою збільшувального скла розмір зварного шва, виточення поверхні, тріщини, пористість, зміщення. Усі проекти повинні пройти перед внутрішньою дефектоскопією.

2) Неруйнівний контроль (NDT)

1. Ультразвукове випробування (УЗ): основний внутрішній огляд дефектів, швидке виявлення, низька вартість, визначення положення та глибини дефекту за формою хвилі, широко використовується для перевірки сталевих конструкцій на місці

2. Радіографічне випробування (RT): рентгенівське/γ-проміння проникає через зварний шов, утворюючи зображення дефектів на плівці, точна ідентифікація типу дефекту. рентген для пластин до 30 мм; γ-випромінювання для надтовстих компонентів.

9. Стандарт приймання для перевірки випадкового відбору зварних швів

Розробка сталевих конструкцій дотримується уніфікованих правил оцінювання вибірки:

1. Некваліфікована ставка <2%: уся партія проходить прийняття

2. Некваліфікований рівень >5%: уся партія відхилена, потрібна повна перевірка

3. Некваліфікований рівень 2% ~ 5%: Тест подвійної вибірки; загальна кількість некваліфікованих ≤3% пройде, інакше відхилити

4. Будь-яка виявлена ​​тріщина: Подвійна повторна перевірка; виявлена ​​вторинна тріщина → повна перевірка всіх зварних швів

10. Висновок

Зварювання сталевих конструкцій передбачає систематичний контроль від проектного креслення, вибору матеріалу, процесу зварювання до постінспекції. Цілеспрямована оптимізація схеми зварювання, параметрів попереднього нагріву, послідовності зварювання та стандартів перевірки може усунути понад 95% поширених дефектів, включаючи деформацію, тріщини та розриви пластин. Стандартизовані процедури будівництва є основною гарантією довгострокової безпеки конструкції.

Якщо вам потрібні індивідуальні схеми процесу зварювання, усунення дефектів або роботизоване зварювальне перетворення для виробництва сталі, зверніться до професійних інженерів за адресою heavth.com для повної технічної підтримки процесу.