钢结构中厚板焊接常见的五大问题及解决方案.docx

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1、钢结构中厚板焊接常见的五大问题及解决方案目录1 .不同厚度的板材对接时，过渡不平缓11. 1.现象12. 2.解决方案12 .多层焊接不连续，产生冷裂纹22. 1.焊后出现冷裂纹的原因23. 2.解决方案33 .焊接出现变形43.1.现象43.2.焊接变形的原因和分类43. 3.焊接变形的危害53 .4.解决方案64 .要求熔透的接头对接或角对接组合焊缝焊角尺寸不够84. 1.现象84. 2.解决方案95.焊接在接头间隙中塞焊条头或铁块95. 1.现象95. 2.解决方案91 .不同厚度的板材对接时，过渡不平缓1. 1.现象采用不同厚度及宽度的板材对接时，不注意板的厚度差是否在标准允许范围内。

2、如不在允许范围内且不做平缓过渡处理，焊缝在高出薄板厚度处易引起应力集中和产生未熔合等焊接缺陷，影响焊接质量。2. 2.解决方案当超过有关规定时应将焊缝焊成斜坡状，其坡度最大允许值应为125；或厚度的一面或两面在焊接前加工成斜坡，且坡度最大允许值为1:2.5,当直接承受动载荷且需要进行疲劳验算的结构斜坡坡度不应大于1:4。不同宽度的板材对接时，应根据工厂及工地条件采用热切割，机械加工或砂轮打磨的方法使其平缓过渡，且其连接处最大允许坡度值为1:2.5。不同板厚对接过渡坡口的原因主要有以下3点：1、强度匹配：不同板厚的板材在强度上会有所差异，如果直接进行对接，会导致强度不匹配，从而影响整个结构的强度

3、和稳定性。因此，需要通过过渡坡口的设计来实现强度的匹配。2、焊接质量：对接处的板材需要进行焊接，不同板厚的板材在焊接时会产生不同的热应力，如果直接进行对接，会导致焊接质量不佳，从而影响整个结构的强度和稳定性。因此，需要通过过渡坡口的设计来减少焊接时的热应力。3、美观性：对接处的板材如果没有过渡坡口，会导致整个结构外观不美观,影响结构的装饰效果。因此，需要通过过渡坡口的设计来保证整个结构的外观美观。2.多层焊接不连续，产生冷裂纹3. 1.焊后出现冷裂纹的原因厚板多层焊接时，不注意层间温度控制，如层间间隔时间过长，不重新预热就施焊容易在层间产生冷裂纹；如过间隔时间过短，层间温度过高（超过900）,

4、对焊缝及热影响区的性能也会产生影响，会造成晶粒粗大，致使韧性及塑性下降，会对接头留下潜在隐患。在焊接过程中，焊缝金属冷却后经常出现一种裂纹，这种裂纹被称为冷裂纹。冷裂纹的出现不仅影响了焊接接头的质量，还可能引发安全事故。因此，了解焊后出现冷裂纹的原因至关重要。一、冷裂纹的形成机理冷裂纹的形成与氢的扩散和聚集密切相关。在焊接过程中，熔池中的氢气在快速冷却时会大量析出，形成过饱和的氢原子。这些氢原子在焊接残余应力的作用下，向热影响区扩散，并在该区域聚集。当聚集的氢原子浓度达到一定值时，会形成微裂纹，进而扩展为冷裂纹。二、影响冷裂纹形成的因素1 钢材的淬硬性：钢材的淬硬性越高，其抗裂纹能力越差。当钢

5、材的淬硬性较高时，其热影响区的硬度会迅速升高，导致脆化，从而增加了冷裂纹的风险。2 .焊接工艺参数：焊接线能量、预热温度和后热处理等工艺参数对冷裂纹的形成具有显著影响。焊接线能量不足或过大、预热温度过低、后热处理不当等都会增加焊缝中氢的含量，进而促进冷裂纹的形成。3母材的化学成分：母材中含有的碳、磷、硫等元素对冷裂纹的形成具有重要影响。这些元素会在焊接过程中促进氢的吸收和扩散，从而增加冷裂纹的风险。4,焊接接头形式：焊接接头的形式对冷裂纹的形成也有一定影响。例如，窄间隙焊接、多层多道焊接等接头形式会增加热影响区的淬硬程度，进而增加冷裂纹的风险。2. 2.解决方案厚板多层焊接时，应加强对层间温度

6、的控制，在连续施焊过程中应检验焊接的母材温度，使层间温度尽量能与预热温度保持一致，对层间的最高温度也要加以控制。焊接时间不应过长，如遇有焊接中断的情况时应采取适当的后热、保温措施，再次施焊时，重新预热温度应适当高于初始预热温度。预防冷裂纹的措施1 选用低氢型焊条：低氢型焊条能够降低焊缝中的氢含量，从而减少冷裂纹的风险。在选择焊条时，应优先选用低氢型焊条，并确保焊条在使用前已进行烘干处理。2 .合理选择焊接工艺参数：根据钢材的淬硬性、板厚等因素合理选择焊接工艺参数，如焊接线能量、预热温度和后热处理等。在保证焊接质量的前提下，适当提高焊接线能量、预热温度和后热处理温度，有助于减少氢的聚集和扩散,从

7、而降低冷裂纹的风险。3 母材预处理：对母材进行预处理，如喷砂、酸洗等，去除表面的油污、锈迹等杂质，减少氢的吸收和扩散。同时，在焊接前应对母材进行烘干处理，以进一步降低母材中的水分含量。4 改善接头形式：在可能的情况下，采用多层多道焊接、窄间隙焊接等接头形式，以降低热影响区的淬硬程度和应力水平。同时，合理安排焊接顺序，避免焊接过程中出现较大的拘束度。5 .焊后热处理：对于高淬硬性的钢材，焊后进行适当的热处理能够有效降低残余应力，缓解氢的聚集和扩散，从而降低冷裂纹的风险。热处理过程中应控制好温度和时间，确保达到预期的效果。6 .检测与修复：在焊接过程中或焊接完成后，应对焊缝进行无损检测，如射线检测

8、、超声检测等。一旦发现冷裂纹，应及时进行修复。修复时应注意控制好修复工艺参数和质量要求，避免引发新的冷裂纹。3.焊接出现变形3. 1.现象焊接时不注意从焊接顺序、人员布置、坡口形式、焊接规范选用及操作方法等方面控制变形，从而导致焊接后变形大、矫正困难、增加费用，尤其是厚板及大型工件，矫正难度大，用机械矫正易引起裂纹或层状撕裂。用火焰矫正成本高且操作不好易造成工件过热。对精度要求高的工件，不采取有效控制变形措施，会导致工件安装尺寸达不到使用要求，甚至造成返工或报废。3.2.焊接变形的原因和分类焊接变形的产生主要是由于以下三个方面的因素：焊接温度场：在焊接过程中，被焊件受到高温热源的作用，产生温度

9、梯度和热循环。这些温度变化会引起被焊件的热胀冷缩和相变，从而导致不同部位的收缩量不同，造成内部应力和变形。焊缝收缩：在焊接过程中，熔敷金属从液态到固态的过程中会发生体积收缩。这种收缩会使得熔敷金属对周围基体金属产生拉力，从而导致基体金属向焊缝方向移动，造成变形。结构刚度：在焊接过程中，被焊件受到周围环境或其他部件的约束或支撑,使得其不能自由收缩或伸展。这种约束或支撑会影响被焊件的刚度，即抵抗变形的能力。一般来说，结构刚度越大，变形越小；结构刚度越小，变形越大。根据变形发生在平面内还是平面外，以及变形的方向和形式，可以将焊接变形分为以下几种类型：纵向收缩变形：指沿着焊缝长度方向发生的收缩变形。纵

10、向收缩变形主要取决于焊缝长度、截面积和结构刚度。一般来说，纵向收缩随着焊缝长度和截面积的增加而增加，随着结构刚度的增加而减少。横向收缩变形：指垂直于焊缝方向发生的收缩变形。横向收缩变形主要取决于热输入、板厚和坡口角度。一般来说，横向收缩随着热输入和板厚的增加而增加，随着坡口角度的增加而减少。角变形：指由于横向收缩沿着板厚方向不均匀而引起的回转变形。角变形主要取决于坡口类型、层数和顺序。一般来说，角变形随着坡口深度、层数和顺序的增加而增加。弯曲变形：指由于结构上的焊缝布置不对称或焊件断面形状不对称，导致焊缝收缩引起的弯曲变形。弯曲变形主要取决于焊缝位置、长度和方向。一般来说，弯曲变形随着焊缝离中

11、性轴的距离、长度和角度的增加而增加。扭曲变形：指由于焊缝角变形沿长度方向分布不均匀，或者由于装配不良、焊接顺序不合理等原因，导致焊缝收缩没有一定的规律，造成构件的扭曲变形。扭曲变形主要取决于结构的对称性、刚度和焊接顺序。一般来说，扭曲变形随着结构的不对称性、刚度的减小和焊接顺序的不合理而增加。波浪变形：指由于结构刚度小，在焊缝的纵向收缩、横向收缩综合作用下造成较大的压应力而引起的波浪状变形。波浪变形主要发生在薄板或者焊缝密集的地方。一般来说，波浪变形随着板厚的减小和焊缝密度的增加而增加。3. 3.焊接变形的危害焊接变形会给焊接产品带来以下几方面的危害：降低装配质量：由于焊接变形导致被焊件的尺寸

12、和形状偏离设计要求，使得装配时出现间隙过大或过小、错位或重叠等问题，影响装配的精度和牢固性。影响外观质量：由于焊接变形导致被焊件的表面出现凹凸不平、弯曲扭曲等缺陷，影响产品的美观和整体性。降低承载力：由于焊接变形导致被焊件的几何尺寸发生改变，使得其受力状态发生改变，从而影响其承受载荷的能力。特别是对于受弯或受扭的结构，由于弯曲或扭曲变形导致其截面性能下降，使得其抵抗弯矩或扭矩的能力降低。增加矫正工序：为了消除或减少焊接变形，必须采取相应的矫正措施，如机械矫正、热矫正等。这些矫正工序不仅会增加工时和成本，还会影响产品的质量和性能。提高制造成本：由于焊接变形导致产品质量下降，需要进行重新加工或报废

13、，造成材料和人力的浪费。同时，为了防止或减少焊接变形，需要采取相应的控制措施，如预留余量、反变形、刚性固定等。这些措施也会增加材料和设备的投入，提高制造成本。3. 4.解决方案采用合理的焊接顺序并选用合适的焊接规范和操作方法，还要采用反变形和刚性固定措施。为了消除或减少焊接变形，可以从以下三个方面采取相应的控制措施：1）设计措施：在设计阶段就考虑到焊接变形的影响设计措施是在设计阶段就考虑到焊接变形的影响，从而选择合理的结构形式、材料、尺寸、焊缝类型、数量、位置等，以减少焊接变形的可能性和程度。具体的设计措施有：提高结构刚度：结构刚度是指结构抵抗变形的能力。一般来说，结构刚度越大，焊接变形越小；

14、结构刚度越小，焊接变形越大。因此，在设计时应尽量提高结构刚度，如增加筋板、加强肋、采用箱型结构等。减少焊缝尺寸：焊缝尺寸是指焊缝的宽度、深度和长度。一般来说，焊缝尺寸越大，热输入越多，焊接变形越大；焊缝尺寸越小，热输入越少，焊接变形越小。因此，在保证焊接质量和强度的前提下，应尽量减少焊缝尺寸，如采用较小的坡口角度、间隙和层数等。减少焊缝数量：焊缝数量是指同一结构中需要施焊的焊缝的个数。一般来说，焊缝数量越多，热输入越多，热应力和热变形越大；焊缝数量越少，热输入越少，热应力和热变形越小。因此，在保证结构完整性和承载能力的前提下,应尽量减少焊缝数量，如采用较厚的板材、较大的截面、较简单的形状等。合

15、理布置焊缝位置：焊缝位置是指焊缝相对于结构中心轴或中性面的距离和方向。一般来说，焊缝位置越靠近中心轴或中性面，对称性越好，平衡性越好，焊接变形越小；焊缝位置越远离中心轴或中性面，对称性越差，平衡性越差，焊接变形越大。因此，在设计时应尽量使焊缝位置靠近中心轴或中性面，并保持对称性和平衡性。2）工艺措施：在装配和施焊过程中采取适当的方法控制变形工艺措施是在装配和施焊过程中采取适当的方法控制变形，从而减少或消除由于温度场不均匀引起的收缩和扭曲等现象。具体的工艺措施有：合理选择装配顺序：装配顺序是指将各个部件组合成整体的先后次序。一般来说，装配顺序应遵循以下原则：先对称后不对称，先简单后复杂，先自由后

16、约束，先小后大。这样可以减少装配误差和累积误差，提高装配精度和质量。合理选择焊接顺序：焊接顺序是指将各个焊缝按照一定的顺序和方向进行施焊的次序。一般来说，焊接顺序应遵循以下原则：先对接后角焊，先中心后周边，先对称后不对称，先分段后连续，先跳焊后回焊。这样可以减少热应力的叠加和变形的累积，提高焊接质量和效率。合理选择焊接参数：焊接参数是指影响焊接过程的各种因素，如电流、电压、速度、极性、气体流量等。一般来说，焊接参数应遵循以下原则：尽量减少热输入，尽量提高热效率，尽量均匀热分布。这样可以减少热影响区的范围和深度，减少热应力和热变形的大小。预加反变形法：预加反变形法是在施焊前根据经验或计算预先给予

17、被焊件一定的反方向变形量，使其在施焊后的变形与预加的反变形量相抵消或相补偿。这种方法适用于有一定刚度和弹性的结构，如箱型结构、框架结构等。刚性固定法：刚性固定法是在施焊前用夹具或其他装置将被焊件牢固地固定在一定的位置和形状上，使其在施焊过程中不能自由收缩或伸展。这种方法适用于刚度较小或自由度较大的结构，如薄板结构、管道结构等。锤击法：锤击法是在施焊过程中或施焊后趁热用圆头锤轻而密地敲击焊缝及其周围区域，使其产生塑性变形和延展性收缩，从而减少或消除残余应力和变形。这种方法适用于可塑性较好的材料，如低碳钢、铸铁等。3）矫正措施：在施焊后采取必要的方法恢复变形矫正措施是在施焊后采取必要的方法恢复变形

18、，从而使被焊件符合设计要求或使用要求。具体的矫正措施有：机械矫正法：机械矫正法是利用机械力对被焊件进行拉伸、压缩、弯曲、扭转等作用，使其产生塑性变形或弹性回复，从而消除或减小变形。这种方法适用于刚度较大或变形较小的结构，如钢梁、钢柱等。热矫正法：热矫正法是利用局部加热或整体加热对被焊件进行温度处理，使其产生不均匀收缩或相变收缩，从而消除或减小变形。这种方法适用于刚度较大或变形较大的结构，如钢桥、钢塔、钢箱梁等。具体的热矫正法有以下几种:1）局部加热法：局部加热法是在被焊件的凹陷部分或对称面上用火焰或电流等方式进行局部加热，使其产生不均匀收缩，从而抵消或减小变形。这种方法要求加热温度和时间的控制

19、，一般加热温度不宜超过600C,加热时间不宜过长，以免影响材料的性能和结构的稳定性。加热后应及时冷却，以防止再次变形。局部加热法的优点是操作简单，效果明显；缺点是可能造成局部应力集中和裂纹产生。2）整体加热法：整体加热法是将整个被焊件或主要受力部分放入加热炉中进行均匀加热，使其产生相变收缩，从而消除或减小变形。这种方法要求加热温度和保温时间的选择，一般加热温度应低于临界温度，保温时间应根据材料的相变速率和厚度确定。加热后应缓慢冷却，以防止残余应力和新的变形产生。整体加热法的优点是可以消除较大的变形和残余应力；缺点是设备要求高，成本较高，可能影响材料的组织和性能。3）火焰校正法：火焰校正法是利用

20、钢材受热后以1.2x105/。C的线性膨胀系数向各方向伸长，当冷却到原来的温度时，除收缩到原来未加热时的长度外，且按1.48l06c的收缩率进一步收缩而使其收缩后较原来长度短的这一特性，在适当部位对已变形的构件进行火焰加热，冷却后即产生很大的冷缩应力，达到校正变形的目的。这种方法要求火焰的移动速度、方向、距离、温度等参数的控制，一般火焰温度为600700C,移动速度为35秒/点。火焰校正法的优点是可以对复杂形状和大尺寸的结构进行校正；缺点是可能造成局部过热、过冷、裂纹等问题。总之，焊接变形是一种不可避免的现象，它会给焊接产品带来质量、性能和成本方面的影响。因此，我们应该从设计、工艺和矫正三个方

21、面采取有效的控制措施，以消除或减少焊接变形的产生。同时，我们也应该根据不同的材料、结构和条件选择合适的方法和参数，以保证焊接的安全和可靠。4.要求熔透的接头对接或角对接组合焊缝焊角尺寸不够4. 1.现象T型接头、十字接头、角接接头等要求熔透的对接或角对接组合焊缝，其焊脚尺寸不够，或设计有疲劳验算要求的吊车梁或类似构件的腹板与上翼板缘连接焊缝的焊脚尺寸不够，会使焊接的强度和刚度均达不到设计的要求。焊接时不注意从焊接顺序、人员布置、坡口形式、焊接规范选用及操作方法等方面控制变形，从而导致焊接后变形大、矫正困难、增加费用，尤其是厚板及大型工件，矫正难度大，用机械矫正易引起裂纹或层状撕裂。用火焰矫正成

22、本高且操作不好易造成工件过热。对精度要求高的工件，不采取有效控制变形措施，会导致工件安装尺寸达不到使用要求，甚至造成返工或报废。4. 2.解决方案采用合理的焊接顺序并选用合适的焊接规范和操作方法，还要采用反变形和刚性固定措施。T型接头、十字接头、角接接头等要求熔透的对接组合焊缝，应按照设计要求，必须有足够的焊脚要求，一般焊脚尺寸不应小于025t(t为连接处较薄的板厚)。设计有疲劳验算要求的吊车梁或类似的腹板与上翼缘连接焊缝的焊脚尺寸05t,且不应大于Iommo焊接尺寸的容许偏差为04mm。5.焊接在接头间隙中塞焊条头或铁块5. 1.现象由于焊接时难以将焊条头或铁块与被焊件熔为一体，会造成未熔合，未熔透等焊接缺陷，降低连接强度。如用生锈的焊条头、铁块填充，难以保证与母材的材质一致；如用有油污、杂质等的焊条头、铁块填充，会使焊缝产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。这些情况均会使接头的焊缝质量大大降低，达不到设计和规范对焊缝的质量要求。5. 2.解决方案(1)当工件组装间隙很大，但没有超过规定允许使用的范围，组装间隙超过薄板板厚2倍或大于20mm时，应用堆焊方法填平凹陷部位或减小组装间隙。严禁在接头间隙中采用填塞焊条头或铁块补焊的方法。(2)签件加工划线时，应注意留足切割余量及切割后的焊接收缩余量，控制好零件尺寸，不要以增加间隙来保证外形尺寸。