金属结构焊缝论文（共10篇）
金属结构焊缝论文 篇1
摘要：近年来建筑结构越来越多采用管桁架结构, 管桁架结构在节点处采用杆件直接焊接的相贯节点焊缝, 相贯节点焊缝因其复杂性和特殊性, 本文以某大型管桁架结构工程相贯节点焊缝的漏焊、焊瘤、夹渣、气孔等施工缺陷, 分析其危害性及节点的破坏模式, 提出相应的预防处理措施, 以供管桁架结构工程的施工及检测提供参考, 而确保管桁架结构的安全可靠性。
关键词：大型管桁架结构,焊缝缺陷分析,破坏模式
1 前言
近年来建筑结构越来越多采用管桁架结构, 在现代工业厂房、体育馆、展览馆、航站楼、车站等建筑中得到广泛应用。管桁架结构是由桁架主钢管和节点相连接组成的高次超静定结构, 具有造型优美, 结构轻巧, 节点形式简单, 刚度大, 几何特性好, 施工简单, 节省材料等优点[1]。管桁架结构在节点处采用杆件直接焊接的相贯节点焊缝, 相贯节点焊缝因其复杂性和特殊性, 因此要求全周连续焊接并平滑过渡。本文以漳州某工程检测的节点焊缝缺陷, 分析节点焊缝缺陷引起的危害性及节点破坏模式。
2 工程概况
漳州某莲花造型建筑工程设计为空间管桁架结构体系, 立面为莲花造型, 佛坛平面布置呈圆形, 直径为40m, 由钢管混凝土柱承重, 基础形式为钻孔灌注桩, 现佛坛楼面钢管桁架部分 (标高11.2m结构平面) 已施工完成, 未浇筑混凝土楼板, 已建成佛坛部分管桁架结构布置的主要构件为:径向桁架HJ1、HJ2各8榀, 环向桁架HJ3、HJ5各8榀, HJ4为1榀。其中HJ1、HJ2、HJ4、HJ5为整体桁架, HJ3分为HJ3-1、HJ3-2二段桁架。主桁架为径向桁架HJ1、HJ2, 环向桁架HJ3, 径向桁架HJ1、HJ2的上、下弦杆规格分别为Φ219×8、Φ351×12;环向桁架HJ3的上、下弦杆规格分别为Φ219×8、Φ273×10。已建钢管桁架现状详图1, 径向桁架HJ1、HJ2, 环向桁架HJ3、HJ4、HJ5及系杆 (XG1-XG9) 示意图详图2, 桁架HJ1、HJ2、HJ3、HJ5示意图详图3。
3 传力途径及薄弱环节识别
该结构传力途径主要为:系杆 (XG1-XG9) →HJ1、HJ2, 环向桁架HJ3、HJ4→HJ1, 径向桁架HJ2→HJ3、HJ5, 径向桁架HJ1、环向桁架HJ5→钢管混凝土柱→基础。主桁架为径向桁架HJ1、HJ2, 环向桁架HJ3。各桁架弦杆与腹杆间的角焊缝为工厂预制拼装焊接焊缝, 各桁架弦杆间采用现场拼装焊接, 为焊接节点, 对于直接焊接的钢管结构, 在节点处是空间封闭的薄壳结构, 其传力特点是支管将荷载直接传给主管, 节点是钢桁架传力的重要构件, 焊缝连接是确保节点传力的重要构造。
在各种形式的管桁架结构中, 直接焊接相贯节点是由几个支管汇交而成的三维空间薄壁结构, 应力分布十分复杂, 相贯节点是最为重要的环节, 因为节点的破坏往往导致与之相连的若干杆件的失效, 从而使整个结构破坏[2]。
4 节点焊缝检查
空间管节点焊缝是空间管桁架结构中的主要焊缝, 根据设计规定坡口焊缝为二级焊缝等级, 其余角焊缝为三级焊缝等级;根据管桁架结构的传力途径和施工工艺条件, 对8榀径向桁架HJ1下弦杆与环向桁架HJ4下弦杆、支座节点域间连接的坡口焊缝进行全数超声波探伤检测, 对径向桁架HJ2下弦杆与环向桁架HJ3下弦杆两侧、HJ5下弦杆连接的坡口焊缝抽4榀进行超声波探伤检测, 采用超声波探伤检测的坡口焊缝均未达到二级焊缝质量等级要求;对桁架HJ1、HJ2、HJ3、HJ5弦杆节点现场拼装焊接焊缝进行全数外观检查, 部分节点焊缝均存在采用钢管接长的焊缝、漏焊、焊瘤、夹渣、气孔等缺陷[3]。外观检查节点焊缝缺陷照片见图4, 超声波探伤检查结果见表1, 外观检查结果见表2, 外观检查节点焊缝缺陷比例示意图见图5。
5 节点焊缝缺陷危害性分析
本工程检测的相贯节点焊缝缺陷主要发现四种:焊瘤、夹渣、气孔、漏焊等焊缝缺陷对管桁架结构中的相贯节点受力产生明显的危害。
漏焊的危害性属于一种面状缺陷, 通常视为裂纹类缺陷, 漏焊的存在会焊缝的有效截面减少, 从而降低焊缝的强度, 在漏焊的缺口处会发生应力集中和脆化现象, 在应力主作用下很容易扩展裂纹导致构件破坏。气孔的危害性属于体积性缺陷, 它主要是削弱焊缝的有效截面积, 降低焊缝的机械性能和强度, 尤其是焊缝的弯曲强度和冲击韧性, 同时也破坏了焊缝金属的致密性, 在交变应力的作用下焊缝的疲劳强度显著下降。夹渣的危害性属于体积性缺陷, 在交变应力的作用下, 很容易扩展形成裂纹而成脆性断裂, 同时也会以减少焊缝的有效截面积而降低焊缝机械强度、塑性、韧性和耐腐蚀的能力以及疲劳极限。焊瘤对焊接接头的强度和应力水平有不利的影响, 焊瘤常伴有未熔合、夹渣缺陷, 易导致裂纹, 同时焊瘤改变了焊缝的实际尺寸, 会带来应力集中。
6 节点破坏模式
直接焊接的圆管结构, 其特点是支管将荷载直接传给主管, 因支管的轴向刚度较大, 横向刚度很小, 在支管拉力或压力作用下, 主管将出现多种破坏形式。在保证支管轴向力强度、连接焊缝强度、主管局部稳定、主管壁不发生层状撕裂的前提下, 节点的主要破坏模式有几种:主管局部压溃或主管壁拉断;主管壁出现裂缝导致冲剪破坏;K形节点可能在支管间主管剪切破坏[4], 节点的破坏模式如图6所示。
7 预防处理措施
现场拼装焊接焊缝都是采用手工电弧焊, 焊接质量除了工厂对构件的加工精度及对焊口进行适当的处理外, 与工人的技术水平和工作责任心、现场提供的焊接条件有很大的关系。因此, 根据现有条件, 管端切割及坡口加工应尽量使用计算机数控自动切管机, 不得采用支管接长的不合理处理措施;现场应尽量提供好的焊接条件;由于断续焊接易产生焊缝缺陷, 以及不均匀热影响区的材质缺陷, 恶化焊缝的性能, 因此主管和支管的连接焊缝应采用全周连续焊接。以充分发挥节点强度, 保证现场装配和焊接质量, 防此发生脆性破坏[5]。
8 结语
管桁架结构的相贯节点焊缝缺陷会导致与之相连的若干杆件的失效, 不能满足安全使用要求, 从而使整个结构破坏。因此对圆管结构现场拼装的相贯节点焊缝采用超声波探伤检测及全数外观检测两种方法相结合, 使得焊缝表面缺陷得以检出, 更有效的控制焊缝质量。对后期焊缝缺陷的补强与加固提供真实可靠的检测数据, 资料越完整, 焊缝缺陷的补强与加固越能做到经济合理、安全可靠[6]。
参考文献
[1]朱可.钢管相贯节点的研究现状和趋势[J].四川建筑, 2011.08.
[2]中国建筑科学研究院.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2003.
[3]中国建筑科学研究院.GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范[S].北京:中国计划出版社, 2002.
[4]戚豹, 康文梅.管桁架结构设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.
[5]李斌.节点焊缝缺陷引起的空间圆管桁架的失效模式分析[J].钢结构, 2010 (2) .
[6]中国建筑科学研究院.GB50661-2011钢结构焊接规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012.
金属结构焊缝论文 篇2
这次有幸能够参加路局组织的钢轨焊缝探伤的学习培训班，我非常珍惜这个机会。这次的学习地点安排在了风景宜人的北戴河培训基地。虽然北戴河是旅游胜地，但我知道来到这里不是为了游玩，而是学习钢轨探伤中的重点，钢轨焊缝探伤。
这次的培训班，集结了路局内各个工务段里优秀的探伤人员，讲师都是路局探伤队里的前辈，有这丰富的焊缝探伤经验。在培训期间，上到讲师，下到受训学员，都投入了全身心的精力。讲师们将自己的知识和工作经验倾囊相授，学员们也结合着自己平时普通的探伤经验，努力学习着焊缝探伤知识。秉着理论和实作相结合，我们上午学习理论知识，下午就拿出试块和仪器练习，将理论知识熟练的运用到实作中。如果说普通探伤作业是钢轨的日常检修，那焊缝探伤就是钢轨的重点检修。现在的线路，不管是既有线还是新建成线，全部选择了噪声小，磨耗小，速度快的无缝线路。这样，线路上的无缝焊接处，就成了伤损易发部位。而钢轨焊缝又分为铝热焊、气压焊和接触焊。其中铝热焊又是三种焊接方法的薄弱环节，因为铝热焊又需要夹板夹住固定，所以除了常规的焊缝探伤，同时也应该注意螺栓孔的裂纹伤损。实作练习的时候，我们不止是用标准的试块进行练习，同时也用探伤工作中发现的自然伤损的钢轨作为练习轨，对比着自然伤损和标准试块上的伤损的不同之处。经过十天的学习培训，在最后的考试中，我以优异的成绩取通过了理论和实作考试，取得了钢轨焊缝的探伤资格。
通过这次培训，我的业务能力有所提高，也使我更加懂得了钢轨探伤的重要性，但在以后的工作中只靠书本中上的知识还是远远不够的，只有通过不断地学习和实践才能保质保量的完成当日的工作量。学无止境，只有不断地学习，不断为自己充电，才能完全胜任这份工作。
检查监控车间探伤四工区
马春勇
解决角焊缝焊接性问题的方法 篇3
关键词：受力状况 焊脚 未熔合 未焊透 工艺方法
中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1672-8882（2014）08--02
1 序言
角焊缝和对接焊缝是焊接结构连接的最基本和最重要的接头形式。角焊缝和对接焊缝相比较，其焊接工作量要大得多，由于结构形状和受力情况不同，它可能承受不同的力，如：拉力、压力、剪力、弯矩等焊接工位较多，角焊缝受力状况比对接焊缝差得多，尤其是焊缝根部和焊趾部位会形成巨大的应力集中，往往是形成开裂的主要因素。国家相关技术标准对角焊缝设计标准没有对接焊缝严格，通常只把其看作是联系焊缝，焊缝质量难以得到保证。因此角焊缝由于先天和后天的不足，使之成为焊接结构最薄弱的部位，理应将角焊缝作为重点控制部位和环节，然而实际工作中却并非这样理解和执行，使角焊缝质量问题在各类焊接结构中层出不穷，得不到有效的控制。
2 角焊缝焊接时存在问题简述
角焊缝的焊接工艺在执行时只标注焊脚的要求，焊接工艺不严格，造成一系列焊接缺欠，将直接影响焊缝金属组织变化，使角焊缝更容易产生冷裂纹和结晶裂纹及其他焊接缺欠。一般情况下角焊缝不进行焊缝内部无损探伤检验，缺陷不易消除，焊缝质量较差。
2.1 角焊缝尺寸不符合要求
角焊缝重要的尺寸参数是焊脚和焊脚尺寸，两者很容易弄混淆。焊脚是焊趾到另一只直角面的最小距离，而焊脚尺寸则为在角焊缝横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度，两者只有在焊缝表面为平的或凸的才在数值上相等，凹面的焊脚焊接尺寸小于焊脚。焊接角焊缝要求表面为凹面，焊工把焊脚理解为焊脚尺寸，进而影响角焊缝单位面积的承载能力。焊脚数值越大，一方面浪费材料、工时和能源，更重要的是角焊缝单位面积承载能力越低，同时角焊缝变形的大小与焊脚成正比关系。因此在生产中严格按照设计者标注的焊脚进行加工，不能随意增加和减少焊脚数值，确保有效的承载面积和承载强度。
2.2 未焊透
焊缝的冷却速度取决于焊件的散热条件，角焊缝散热面积大于对接焊缝，焊缝冷却速度较快，焊缝根部容易产生未焊透，在检验时甚至是连续性的，因此采取多层多道焊、开坡口、清焊根等措施，在打底焊时确保慢焊速，保证焊缝熔深要求，确保焊缝冶金充分和成形质量。
2.3 未熔合
角焊缝由于自身散热条件与对接焊缝有较大差别，面板和底板焊接时散热速度存在差异，易产生未熔合缺陷，一般焊工操作者常以对接焊缝办法来焊角焊缝，焊角焊缝应使电弧偏离面板，焊条角度偏向面板多停留一些时间，否则就会产生未熔合缺陷和咬边.
2.4 咬边
咬边在焊接角焊缝时经常出现，造成这一问题的根本原因是操作基本要领没有掌握，如焊接电流过大、运条速度不合适、焊条角度或电弧长度不适当、焊嘴离工件太低等问题，原则正确合适的基本参数，练就角焊缝焊接基本功就显得尤为重要。
3 改进角焊缝质量的工艺方法
3.1 加强角焊缝焊接的准备工作
（1）提高焊接角焊缝的认知水平，应将角焊缝质量与对接焊缝等同对待，以提高焊接结构的总体质量。
（2）加强对焊接结构角焊缝的结构规范设计。在设计中，应尽可能减少或改善焊缝的受力，采用合理结构，保证角焊缝能焊透，提出合适的焊接方法、热处理要求及检验要求等，保证角焊缝的质量。
3.2 改进角焊缝焊接工艺
（1）在制造中要认真按照实际焊接情况，进行焊接工艺评定，制定并执行焊接工艺，提高焊缝坡口的加工质量，使坡口尺寸和表面质量达到规定的要求。对须要焊透的角焊缝可进行打底焊的清根。减少应力集中，要提出对角焊缝表面质量消除表面的粗波纹和凹凸不平的要求，尽可能平整光滑。为达到此要求，可以采用优秀焊工焊接重要角焊缝接头，自动焊也是提高焊缝质量的有效措施，目前国内已向这方面努力实践和迈进。
（2）未熔合是角焊缝主要的缺陷，在实践操作过程中，通过改进焊接工艺，保证电弧与面板接触时间，可减少未熔合缺陷发生的数量.
（3）采用立向下焊或重力焊能够较好的保证焊缝质量，扩大立向下焊的应用范围，可以大幅度提高焊接效率，需要注意的是立向下焊熔深较浅，对于有重要要求的角焊缝，需采取开坡口或向上立焊等方法，以保证能焊透。
（4）摸索不等厚度和等厚度角焊缝焊接时焊缝形成的独特规律，在操作技术上依据不同情况和生产状况，采取灵活多变的操作方法，影响焊缝成形质量。
3.3 角焊缝焊后处理
（1）对焊趾部位的咬边进行修补，避免产生较大的应力集中。
（2）利用电弧以及火焰对角焊缝焊趾部位进行重熔整形，形成由面板到底板的平滑过渡，减小应力集中系数。
（3）对焊缝表面进行打磨处理，以保证焊缝表面平滑，形成圆滑过渡状态，纠正焊接过程中存在的成形问题。
4 结论
角焊缝焊接由技术规范设计上的不严格到焊接操作者的不重视，在生产中引发各种焊接性质量问题，完善相关技术标准、严格执行焊接工艺，加强对角焊缝的焊接检验，成为提高角焊缝焊接质量有效方法。
参考文献：
[1] 冯明河.焊工技能训练.中国劳动与社会保障出版社，2005.
[2] 邱葭菲.焊工工艺学.中国劳动与社会保障出版社，2006.
[3] 詹尚贤.角焊缝与对接焊缝的差异与存在问题.中国锅炉压力容器安全，1999，（01）：19.
[4] 李晓克，李长永，王慧，赵顺波.钢结构课程中“角焊缝连接”问题的研究.高等建筑教育，2010，（19-02）：69.
金属结构焊缝论文 篇4
焊缝超声检测技术是在土木行业不断发展的基础上发展起来的, 焊缝超声检测技术是我国技术水平上升的体现, 同时也为我国的经济发展带来了一定的效益。焊缝超声检测设备具有操作简单、便于携带等优点, 并且自动化程度也在不断提高, 使其在产品质量的检测中发挥了巨大的作用, 并得到了人们的认可, 在钢结构桥梁焊缝检测中也得到了广泛的运用。
1 桥梁钢结构的缺陷
钢结构是一种承重结构体系, 具有抗震性能优、强度高、韧性好、造型美观、经济效益显著以及工业装配化程度高等优点, 受到了广大结构工程师和建筑师的喜爱, 在各种各样的建筑中都得到了广泛的运用, 尤其在桥梁以及高层建筑中更是得到了人们的高度认可。在现代的桥梁钢结构建筑中, 钢结构的连接方式是通过焊接来实现的, 而桥梁的长度越大, 焊缝的长度就越长, 在后期的使用中也就越容易出现问题。
在桥梁的钢结构建筑中, 为了提高钢结构根部区域的截面的抗剪承载能力, 所以在设计施工的时候会增设腹板下弯钢束, 而下弯钢束在拉伸的时候, 沿钢束方向的纵向就容易出现裂缝。另外, 在长期的使用中, 由于桥梁钢结构混凝土承受的拉应力超过混凝土能够承受的拉应力的时候就会出现受力裂缝。除此之外, 混凝土在后期的使用中由于温度变化、收缩以及施工措施不当等也会产生裂缝。一些桥梁在拆模后, 桥梁的腹板上容易出现蜂窝、空洞以及钢筋外露等现象[1]。
2 钢结构探伤技术的原理
超声波在介质中具有自身传播的特点。超声波探伤设备的使用是利用自身超声波传播的特点, 将超声波探伤设备产生的超声波在被检测的材料中传播, 如果被检测的材料中存在裂缝等缺陷的话, 超声波探伤设备产生的超声波就会有一部分被反射回来, 此时通过放大设备的处理作用, 就可以在示波屏上显示出来, 通过显示出来的不同形状的波纹就可以判定这些缺陷的类型。超声波探伤技术具有很强的适应性, 可以在各种各样的钢结构中使用, 在混凝土等复合材料中也可以进行内部检测。超声波探伤技术具有操作简单、准确率高以及成本较低等特点, 基本可以对钢结构等中存在的缺陷准确定位, 但同时对检验员的经验也有很大的依赖性, 存在着一定的主观性。对于钢结构内部缺陷的检测可以使用平探头纵波来进行探伤, 在这个过程中应该保证超声波的传播方向和钢材的平面垂直, 在开启超声波装备之后, 超声波在钢结构的缺陷以及上下表面都会有超声波反射回来, 成为伤脉冲、始脉冲和底脉冲, 如果示波器上显示有伤脉冲就表明在钢结构的内部存在缺陷, 否则就没有缺陷[2]。
3 钢结构桥梁焊缝超声检测技术应用
3.1 在钢结构焊接裂缝中的运用
对于钢结构中焊缝裂缝的检测是采用斜探头横波探伤装置来检测的, 超声波波速斜向射入, 通过观察反射回来的声波和声波往返的时间来判断是否存在伤脉冲, 同样观察有无伤脉冲来判断钢结构是否存在焊缝, 如果桥梁钢结构中存在焊接裂缝, 可以根据探头在试件上的位置和伤脉冲与始脉冲和底脉冲之间距离的关系来确定焊接裂缝缺陷的大小和位置。在焊接裂缝检测探伤中, 首先扫查检测处, 检测钢结构的焊接处有没有横向或者纵向的裂缝缺陷, 然后使用斜平行和平行扫查来对焊缝区可能存在的斜向或者斜横向是否存在缺陷, 然后进行精探, 方法和初探一样, 但是探伤的速度要更慢[2]。如果在初探中发现焊缝, 可以通过精探来确定焊缝的大小、位置和类型。最后是复探, 就是对前两次的检测结果进行复核。
3.2 在钢结构未熔合问题中的运用
对于钢结构中未熔合的问题, 片状的缺陷与裂纹缺陷比较类似, 波形比较明显, 回波高峰较大, 并且波幅也比较宽, 有的时候还会出现多峰的现象, 当探头在水平方向水平移动的时候, 显示屏上会出现稳定的波形, 转动探头的时候, 波峰会出现上下的错动。对于未熔合缺陷, 有的时候只能从一侧检测到, 有的时候又可以从两侧探测到, 但是从两侧探测到的时候反射的波幅是不一样的。
3.3在钢结构未焊透问题中的运用
钢结构出现未焊透的缺陷会表现出非常大的破坏力, 所以在利用超声波探伤技术探伤的时候, 反射率较高, 产生的波幅也较高, 这个时候通过平移探头会显示出比较稳定的波形, 在焊缝的两侧进行探伤时可以得到大致相同的反射波幅。如果焊缝出现未焊透的问题, 接头的机械性也会因此受到影响, 在未焊透的接口处的缺口或者端部就会形成应力的集中点, 这是一种比较大的危害, 钢结构在开始使用后就会出现裂纹[4]。为了避免这种情况, 在焊接时, 就应该合理选择焊接工艺, 同时选择合理的装配间隙、坡口形式等, 尽量避免未焊透问题的出现。
3.4在钢结构气孔问题中的运用
如果钢结构中存在气孔, 那么气孔的回波就会比较低, 从气孔的不同方向检测产生的波形大致是一样的, 但是波形会随着探头的移动而消失。在检测显示屏上, 当显示出一簇反射波的时候就说明在这个检测的部位存在密集的气孔, 同时不同大小或者数量的气孔都会影响波形的高度, 如果移动探头反射波就会彼此起落。钢结构出现气孔主要是因为焊条药皮的脱落以及焊芯的腐蚀等, 另外, 焊条药皮的变质以及焊丝在使用之后没有除锈都会引起气孔问题, 为桥梁钢结构造成巨大的危害[5]。除了焊接材料的问题之外, 焊接方式不恰当也会引起气孔的发生。例如, 焊接时选择的焊接电流不合适、电弧电压选择不当以及焊接速度控制不好都会引起气孔问题。所以, 在焊接时, 必须选择优质的材料, 并且控制好焊接的电流、电压和焊接速度。
提篮拱属于拱桥的一种, 本次研究以跨径为42m+200m+42m的中承式提篮拱桥为例, 本桥的钢结构组成为4根1.2m直径的钢管拱、钢纵梁、系杆和H撑、钢横梁等, 用超声检测技术进行缺陷检测。在实际检测中, 使用脉冲式超声波探伤仪, 材料存在缺陷材料的均匀性就会改变。在这次检测大跨度提篮拱桥的过程中, 采用焊缝超声检测技术采集到了大量的实验数据。根据拱桥的设计图纸和规范要求, 钢管拱肋中的钢管对接环缝、缀板与钢管角接环缝、钢横梁角接焊缝、钢横梁对接焊缝以及钢纵梁对接焊缝的焊缝等级都为I级, 检验等级为B级, 探伤比例为100%。在这次检测中, 共出现了12处缺陷, 本次检测中采集的大量数据不仅是缺陷的判定依据, 也是桥梁寿命的判定依据。
4总结
焊缝超声检测技术是科学技术不断发展的产物, 在桥梁钢结构焊缝检测中具有非常重要的意义, 对桥梁钢结构焊缝的裂缝、未熔合、未熔透以及气孔问题等都能够准确可靠地检测出来, 便于人们及时发现钢结构焊缝存在的问题, 及时做出处理, 加强桥梁钢结构的整体质量, 延长桥梁使用寿命, 同时也保障了人们的生命安全。
参考文献
[1]刘沐宇, 袁卫国.桥梁无损检测技术的研究现状与发展[J].中外公路, 2002, 25 (6) :56.
[2]李新平, 魏炜.桥梁结构的损伤识别研究[J].交通标准化, 2006, 45 (8) :95.
[3]赵亮, 邬晓光, 赵永祯.公路钢桥焊缝超声波检测DAC曲线灵敏度的确定[J].无损检测, 2013, 25 (36) :38-41.
[4]邹斌.建筑钢结构工程及焊缝无损检测技术应用[J].江西建材, 2009, 52 (16) :136-138.
金属结构焊缝论文 篇5
1、目的为规范焊缝火焰加热程序，确保加热用气安全，特制定本规定。
2、适用范围
本规定适用于威海石岛重工有限公司范围内产品焊接过程中使用燃气进行局部预热、后热、消应热处理的安全操作。
3、管理职责
3.1 安技环保处对本规定的执行情况进行监督考核。
3.2 各部门负责本部门“三热”过程中操作安全的检查。
3.3 动火作业人员为“三热”安全操作第一责任人。
4、管理要求
4.1 局部焊缝火焰加热严格遵守材料处理作业安全操作规程通则、氧-燃气火焰处理作业安全操作规程。
4.2 使用管道天然气或燃气气瓶作为气源进行加热。
4.3 使用气瓶加热前依据焊缝直径、板厚及加热温度领取气瓶，长时间加热分批领取，以空瓶到仓库换满瓶，减少现场气瓶数量。
4.4 选择合适的加热工作场地，与电气箱、燃气管道设施、其他设备保持安全距离。
4.5 气瓶之间、气瓶与明火之间保持安全间距，输气软管长度必须满足烧嘴与气瓶安全间距。
4.6 清除工作场地动火区域内易燃物，检查燃气分布器以及燃气胶管有无老化、裂纹、漏气现象，检查燃气压力、燃烧器、被加热工件有无异常情况。
4.7 输气软管两端必须使用卡箍紧固，防止松动造成气体泄漏。
4.8 使用天然气时，经检查一切正常后，操作人员缓慢打开天然气分布器上方分支管道阀门，再缓慢开启分布器上相应出口球阀至1/3，同时燃烧器点火。
4.9 开启阀门应缓慢进行，以免阀门损坏或燃气压力过高出现点火困难。
4.10.调整阀门使火焰长度正常，调整空气量使天然气完全燃烧，使火焰颜色呈紫蓝色。
4.11 容器内火焰加热必须到安技处办理危险作业审批手续，随时对容器内气体进行监测。
4.12 加热前明确责任人，加热过程必须设专人监护，监护人员中途不得擅自离岗，如出现异常，立即关闭燃气出口阀门，联系维修人员处理。
4.13 加热过程中加强巡检，防止漏气、气瓶压力过低。
4.14 用气完毕及时清理现场气瓶及加热工具，缓慢关闭相应出口阀门，空瓶办理退库手续。
4.15 如果长时间不用气时（超过24小时）须将分支管道阀门关闭。以免在燃气分布器意外损坏时燃气泄漏发生危险。
4.16 工作中由于某些原因燃烧器熄火时，立即关闭出口阀门，重新点火，避免燃气泄漏过多发生火灾爆炸事故。
4.17 应急处理措施：软管漏气时关闭阀门，对漏气部位进行包扎紧固或切断后用钢管连接后紧固；回火，立即将距离气瓶最近处软管折弯，同时关闭减压器及阀门。
4.18 各部门负责人对于各加热地点每班检查不得少于两次，安技处不定时检查。
5、考核
5.1 加热过程中擅离职守无人看守，每次对责任人罚款100元。
5.2 气瓶管线与明火安全间距不足，每次对责任人罚款50元。
5.3 燃气泄漏处理不及时，每次对责任人罚款50元。
5.4 用气设施未按要求紧固，每次对责任人罚款20元。
5.5 管理不到位造成事故的，按照《安全生产奖惩责任制度》进行考核。
6、本规定自2013年11月28日开始执行。
安技环保处
金属结构焊缝论文 篇6
关键词：钢结构,焊缝,超声波检测技术
高层建筑钢结构是一种空间刚度体系, 它是由钢结构件按照一定的框架形式焊接, 组装而形成的。它具有很多优点, 例如:坚实耐用、可塑性强以及可拆卸回收再利用等, 因此在民用建筑领域中, 被广泛使用和认可。这篇文章用多年的工作经验, 详细分析了高层建筑钢结构焊缝超声波检测技术要点。
1工程概况
某一工程为超高层办公室建筑, 高188.00m, 共46层, 其中地上43层, 地下3层, 地上的一层到五层是商场部分, 而从六层一直到四十三层都是写字楼部分, 这项工程采用全钢的结构形式, 总重达到了12500吨左右。这项工程设计采用的结构体系是矩形钢管混凝土框架—钢支撑 (钢板剪力墙) 。
2技术特点及要求
(1) 这项钢结构工程主要涉及到了两个部分, 即工厂制作构件的厂内制作焊缝检验和现场安装焊缝检验, 由于考虑到这项钢结构工程是超高钢结构建筑这一实际情况, 要依据GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》要求, 以及该工程上部钢结构工程设计总说明超声波检测之要求, 按照以下所述的方法进行焊缝探伤。
(2) 这项工程主体钢结构工程的组成部分是箱形钢柱和H型钢梁, 使用抗层状撕裂性Z向钢板Q345C-15Z作为板厚不小于25mm的柱、支撑材质, 而其余柱、支撑及钢梁的材质则采用的是Q345B, 使用Q235B作为预埋件、隅撑、屋顶水平支撑等型钢材质。钢板的厚度范围则是, 由次梁的8mm到钢柱的50mm不同规格。
(3) 如果对钢构件焊缝的要求来进行划分的话, 可以将其分为两种, 它们分别是一级焊缝和二级焊缝, 其中做100%超声波探伤的是一级焊缝, 而做20%超声波探伤的是二级焊缝。
(4) 对于那些大于或等于30mm的钢板来说, 应该先对母材补充超探, 然后再对梁与柱及支撑连接部位上下200mm的范围内进行焊接工作, 并且在焊后, 不仅要对焊缝进行探伤, 还要对热影响区母体金属进行超探工作。
(5) 一般情况下, 对钢结构的柱、梁、支撑以及钢板剪力墙进行拼接焊缝时, 采用的方式是埋弧自动焊, 另外, 采用了手工CO2气体保护焊打底, 埋弧自动焊盖面的焊接形式对箱形柱和箱形钢支撑的壁板间的连接进行焊缝操作, 电渣焊用于箱形柱和支撑的内横隔板中, 而手工CO2气体保护焊则用于现场安装焊缝当中。
3超声波检测工艺及技术要点
3.1工艺流程
首先对工艺卡编制, 调试检测器材, 然后对焊缝表面进行检查以及超声波检测, 最后要对缺陷进行判断、审核返修复探以及签发检测报告等一系列流程。
3.2检测工艺和检测技术
(1) 焊缝的检测面。采用一次反射法检测时, 由于焊缝的本身就是检测区的宽度, 并且焊缝两侧各相当于母材厚度30%的区域, 其中最小的一段为10mm, 最大的一段为20mm因此探头的移动区要大于1.25P (P=2KT) , 如果采用直射法时, 探头的移动区则应该大于075P。在箱形柱和支撑的内横隔板中, 其主要采用的是直探头为主, 斜探头为辅的探伤方式, 其检测的主要内容是, 电渣焊的内隔板与壁板之间是否发生了熔透的现象。
(2) 仪器的校准和复核: (1) 仪器校准。每隔6个月, 就要对仪器的水平线性和垂直线性进行一次测定; (2) 在进行检测之前, 要对仪器和探头系统进行测定。在使用斜探头进行检测之前, 要在对斜探头的前沿距离、K值、主声束偏离, 调节或复核扫描量程以及扫查灵敏度等方面进行检测过后, 才能够进行使用斜探头的检测工作; (3) 在检测过程中, 对仪器和探头系统的复核工作, 当发生了无故改变了校准后的探头、耦合剂以及仪器调节旋钮时, 以及当怀疑扫描量程或扫查灵敏度发生了变化时;还有连续工作4小时以上和工作全部完成之后, 并结束时, 就应该及时对系统进行复核; (4) 检测结束之前, 对仪器和探头系统进行复核:a.无论什么时候, 在检测结束之前, 扫描量程的复核工作都是必须要进行的。例如:在扫描量程的过程中, 当发现任意一点在扫描线上的偏移超过扫描线读数的10%的话, 那么就必须要对其进行重新调整工作, 并且还要对上一次复核之后的所有的检测部位进行复核;b.同样的, 当每次检测结束之前, 还应该进行扫查灵敏度的复核工作。譬如:距离-波幅曲线的校核一般不能小于3点。只要曲线上的任何一点, 出现了幅度下降2d B的时候, 那么就要对上一次复核以来所有的检测部位进行复验, 并且所有记录信息, 都要在幅度上升2d B后重新进行评定; (5) 当在进行着校准、复核和或是对仪器进行线性检验等操作过程中, 要统一关闭所有会对仪器线性的控制器 (如抑制或滤波开关等) 产生影响的设施, 或者是将它们处于最低水平上。
(3) 焊缝的距离-波幅曲线的绘制。在绘制曲线时, 要根据所用探头和仪器在试块上实测的数据来进行, 这类曲线族的组成部分, 包括有评定线、定量线和判废线。对于这类工程而言, 在选择距离-波幅曲线的灵敏度时, 要按照B级检验标准来进行
(4) 检测方法: (1) 斜探头探伤灵敏度相较于评定线灵敏度来说, 前者要更大一些, 通过将直探头对准CBⅡ-2平底孔试块的φ5平底孔以及按照第一次回波调整到满刻度的50%来确定基准探伤灵敏度的方式, 对直探头的灵敏度进行调整; (2) 耦合方式采用直接接触法; (3) 要保证探头的移动速度小于150mm/s以及每相邻两次探头的移动间隔至少要有探头宽度10%的重叠; (4) 灵敏度补偿。耦合补偿指的是在进行检测, 或是定量缺陷的时候, 应该要对那些由于表面粗糙度所引起的耦合损失进行补偿。而衰减补偿则是对由于材质衰减而引起的检测灵敏度和缺陷定量的误差进行补偿; (5) 对接焊缝检测方法。在检测面上, 斜探头的放置方式是, 与焊缝中心线保持垂直, 并且作锯齿型扫查, 要不断的前后移动探头, 以此来确保能够扫查到全部的焊接接头截面, 同时, 还要在探头垂直焊缝保持前后移动时进行10°~15°的左右转动。可以采用以下四种扫查基本方式来观察缺陷动态波形和区分缺陷信号或伪缺陷信号, 以及确定缺陷的位置、方向和形状, 即前后、左右、转角、环绕四种类型。
4检测结果的评定和质量等级分类
4.1焊缝检测技术等级
(1) 在进行B级检测的过程中, 在检测焊缝的单面双侧时可以采用一种K值的探头并且用直射法和一次反射法来进行, 并且检测的部位也可以是焊缝的双面单侧, 同时还应该检测横向的缺陷 (厚板可按相应的标准执行) 。
(2) 缺陷定量检测。所有的反射波幅达到或超过定量线缺陷的位置、最大反射波幅所在区域、缺陷当量SL±d B以及缺陷指示长度ΔL, 它们都是要得到确定: (1) 要密切关注那些超过评定线的信号是否具有裂纹等危害性缺陷特征, 当对其产生一定的怀疑时, 可以通过以下方式来进行判定, 如将探头K值进行改变, 或是增加探伤面、观察动态波型以及结合结构工艺特征等方式, 当不能对波型进行准确判断的时候, 就应该辅以其他检测方法, 一同进行综合的判定; (2) 最大反射波幅位于Ⅱ区的缺陷, 在它的指示长度比10mm小的情况下, 就要按5mm来计; (3) 如果两个相邻缺陷在同一直线上, 如果它们的间距小于相对较小的缺陷长度 (或根据标准小于8mm时) , 那么就要用两缺陷指示长度之和来表示单个缺陷的指示长度。
4.2超声检测质量分级
(1) 对最大反射波幅位于Ⅱ区的缺陷进行评级时, 要根据缺陷指示长度按下表B级的规定来定。 (2) Ⅰ级的评定标准为最大反射波幅不超过评定线的缺陷。 (3) 如果最大反射波幅超过了评定线的缺陷时, 无论它的波幅和尺寸是什么, 检验者都要将其评定为Ⅳ级, 是裂纹等危害性缺陷。 (4) 位于Ⅰ区的非裂纹性缺陷的反射波幅都要评为Ⅰ级。 (5) 当反射波幅位于Ⅲ区的缺陷的时候, 无论它的指示长度有多大都将被评定为Ⅳ级。 (6) 对于那些不合格的缺陷而言, 不单单要将它们进行返修, 当修补好返修区域之后, 还得按照原先的探伤条件, 复核返修部位及补焊受影响的区域, 而对于复探部位的缺陷, 也要按缺陷来进行评定。
5结束语
总而言之, 由于实施了建筑钢结构焊缝无损检测技术, 因此得到了客观、公正、可靠的评价结果, 使高层民用建筑钢结构对接焊缝和角接组合焊缝的内部质量得到了保障。同时那些由于钢结构焊缝存在内部质量问题造成的工程的潜在危机, 也得到了有效的避免。不仅减少了施工成本, 还使施工周期得到了极大的缩减, 从客观上来说, 产生了一定的社会经济效益, 同时在保障高层民用建筑钢结构安全方面, 也起到了十分积极的作用。在国内外, 超声波无损探伤技术都是一种常用且有效的钢结构焊缝检测方法, 并且受到了一致推广。
参考文献
[1]欧曙光, 潘智杰.某工程钢结构焊缝超声波检测实例分析[J].质量检测, 2008 (05) .
金属结构焊缝论文 篇7
核电站压力容器顶盖仪表测量管 (如图1) 用于压力容器内中子通量的测量, 每个顶盖上分布有8根仪表测量管, 仪表测量管属于一回路系统重要组成部分, 其异种金属焊缝的焊接容易产生气泡、裂纹等缺陷, 存在缺陷的焊缝在缺陷位置容易产生断裂[1,2], 使一回路带放射性物质存在泄漏风险, 因此必须定期对该类焊缝进行检查。异种金属焊缝超声检测在国内、外领域都是难题, 不同国家的产品标准对检测方法也各不相同。由于超声检测具有检测成本低、速度快、灵敏度高、仪器轻、对现场环境要求低等优点, 所以广泛应用在核电设备无损检测中[3,4]。
1 仪表测量管简介
带仪表测量管的压力容器顶盖结构不同于国内现有堆型, 其反应堆压力容器没有设计底部贯穿件, 所有的测量通道均布置在顶盖上, 顶盖仪表测量管异种金属焊缝是该关键设备上的薄弱环节, 相应规范也将其纳入强制必检项目, 检查实施方式及检查质量都受到业主及监管机构高度重视。
压力容器顶盖仪表测量管异种金属焊缝共8条, 在顶盖周围均匀分布, 其壁厚为33.4mm, 外径准φ187.5mm, 仪表测量管外表面与下筒体内表面间最小尺寸为115.8mm。其模型如图1所示:1.仪表测量管接管;2.异种金属焊缝;3.仪表测量管。顶盖上除了有仪表测量管外, 还有其它很多附属设备分布于周围, 焊缝所处位置空间狭小, 其模型如图2所示:1.顶盖2.门孔3.仪表测量管4.下筒体5.挡流板6.CRDM管;顶盖区域属于高剂量区, 对在该区域进行检查设备安装、操作人员有较大影响。
目前比较成熟的异种金属焊缝超声自动检查技术主要是针对压力容器进水口、出水口接管焊缝, 而仪表测量管异种金属焊缝直径小、壁厚薄, 虽然二者材质相近, 但结构尺寸以及周围环境存在巨大差异, 使得压力容器进水口、出水口接管异种金属焊缝超声自动检验技术在此不能适用。因此, 必须针对仪表测量管异种金属焊缝开发专用的检查设备及超声检验技术。
2 顶盖仪表测量管异种金属焊缝超声自动检查装置总体设计
2.1 检查装置机械结构设计
图3所示为顶盖仪表测量管异种金属焊缝超声自动检查检测示意图, 它包括轴向定位组件, 周向运动组件、轴向运动组件及耦合剂储存组件等四个部分, 其中轴向定位组件安装于仪表测量管顶端后, 保证轴向、周向运动组件在仪表测量管轴向每次安装位置一致, 周向定位杆将周向运动组件周向限位, 轴向运动组件固定在周向运动上, 周向运动旋转, 带动轴向运动整体旋转, 从而带动探头整体旋转。
周向运动组件由导轨滚轮副限制其余五个自由度, 在电机驱动下, 只能绕导轨旋转, 其定位采用两个固定夹定心, 此两个固定夹呈120°角度分布, 在与两固定夹分别成120°的位置, 设计有一快速夹紧机构, 使其安装过程中能实现快速安装, 准确定位。轴向运动组件螺纹连接在周向运动组件运动载体上, 在周向运动电机带动下, 轴向运动组件整体绕仪表测量管旋转。两个运动轴的相互配合, 可以实现仪表测量管异种金属焊缝的轴向与周向自动扫查。
1.轴向定位组件;2.仪表测量管;3.周向定位杆;4.周向运动组件;5.轴向运动组件;6.下筒体;7.探头夹持器;8.耦合剂储存器.
2.2 检查装置系统说明
压力容器顶盖仪表测量管异种金属焊缝超声自动检查装置包括机械系统、控制系统和超声系统等三个方面内容研究, 其检查设备研究框图如图4所示:
3技术难点及解决方法
3.1 技术难点
1) 仪表测量管周围空间狭小, 安装及检测受到下筒体、顶盖、挡流板、CRDM管等部件的限制 (如图2) ;
2) 轴向与周向定位准确、可靠, 同时, 保证安装时间尽量少, 设备轻便;
3) 耦合剂收集困难。
3.2 解决方法
3.2.1 仪表测量管周围空间狭小, 障碍物多的解决方法
针对周围空间狭小, 障碍物多特点, 仪表测量管异种金属焊缝超声自动检查装置设计时, 合理选用和布置传动方式, 控制轴向运动组件和周向运动组件各零部件尺寸, 每个尺寸都经过准确计算, 建立其三维模型, 确保每个环节准确, 最终保证其三维模型与实物一致, 确保装置研发成功。
3.2.2 周向、轴向准备定位、快速安装解决方法
为了实现快速安装, 保证人体在设备安装过程中被照射剂量尽量低, 轴向定位组件、周向运动组件、耦合剂收集组件均设计由两半组成, 一端由合页把两部分连接好, 另一端靠快速夹钳将两部分快速夹紧, 使其连接后成一个整圈。轴向定位组件中有三根定位杆与周向运动组件中三个定位块相连, 能保证轴向尺寸每次安装一致, 周向定位采用周向定位杆与最近的一根CRDM管相切, 周向定位杆固定于周向运动组件上, 该方法能保证装置每次安装于仪表测量管后, 与仪表测量管周向角度一致。
3.2.3 耦合剂收集困难解决方法
在检查装置的下部摆放一个专用装置进行耦合剂收集, 此装置底部一侧与下筒体上表面支撑面贴合, 设计时保证此装置与仪表测量管联接件采用橡胶材质, 快速夹钳夹紧的同时, 保证橡胶与仪表测量管紧密贴合, 从而实现扫查过程中顺着仪表测量管外壁往下流的耦合剂进行收集, 为了保证耦合剂形成一个闭合回路, 在此耦合剂收集装置下部开有两个引流孔, 然后通过水管引至专用耦合剂储存装置。
4 结语
本文提出了一种能够实现同时进行仪表测量管周向和轴向焊缝检查功能的顶盖仪表测量管异种金属焊缝超声自动检查装置, 详述了顶盖仪表测量管异种金属焊缝超声自动检查的结构特征, 详述了周向往复扫查、轴向往复扫查、周向定位与轴向定位的实现方法。保证了监测数据的准确性与可靠性, 减少了人体受放射性射线的照射, 为顶盖仪表测量管异种金属焊缝的超声检查带来帮助。
摘要：顶盖仪表测量管异种金属焊缝关系着核反应堆回路系统的安全运行, 为有效避免安全事故的发生, 必须对该类焊缝进行无损检测。根据无损检测规范要求, 仪表测量管异种金属焊缝适合进行超声检查。然而, 由于仪表测量管周围空间狭小, 安装及检测受到相关零件的限制, 而且目前没有专门针对对此部位焊缝检查的成熟技术及专用检查装置。为此, 本文提出了一种核反应堆压力容器一回路系统的顶盖仪表测量管异种金属焊缝检查装置, 其能够按照相关检查规范要求有效的对该处焊缝进行超声自动检查, 确保险期检测数据准确、可靠。
关键词：核反应堆,焊缝,超声自动检查装置
参考文献
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金属结构焊缝论文 篇8
1 超声波检测基础
超声检测是指超声波与工件相互作用, 就反射、透射和散射波进行研究, 对工件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征, 并进而对其特定应用性进行评价的技术。
1.1 超声波检测原理
利用超声波对材料中的宏观缺陷进行探测, 依据的是超声波在材料中传播时的一些特性, 如:声波在通过材料时能量会有损失, 在遇到两种介质的分界时, 会发生反射等等, 其工作原理是:
1) 用某种方式向被检试件中引入或激励超声波;
2) 超声波在试件中传播并与其中的物体相互作用, 其传播的方向或特征会被改变;
3) 改变后的超声波又通过检测设备被检测到, 并可对其处理和分析;
4) 根据接收的超声波的特征评估试件本身及其内部存在的缺陷特征。
通常用以发现缺陷并对缺陷进行评估的基本信息为:
1) 来自材料内部各种不连续的反射信号的存在及其幅值;
2) 入射信号与接收信号之间的传播时间;
3) 声波通过材料以后能量的衰减。
1.2 超声波检测的优点和局限性
1.2.1 优点
与其他无损检测方法相比, 超声检测方法的主要优点有:
(1) 适用于金属、非金属、复合材料等多种材料的无损评价。
(2) 穿透能力强, 可对较大厚度范围的试件内部缺陷进行检测, 可进行整个试件体积的扫查。
(3) 灵敏度高, 可检测到材料内部很小的缺陷。
(4) 可较准确的测出缺陷的深度位置, 这在很多情况下世十分必要的。
(5) 设备轻便, 对人体和环境无害, 可作现场检测。
1.2.2 局限性
(1) 由于纵波脉冲反射法存在盲区, 和缺陷取向对检测灵敏度的影响, 对位于表面和近表面的某些缺陷常常难以检测。
(2) 试件形状的复杂性, 如不规则形状, 小曲率半径等, 对超声波检测的课实施性有较大影响。
(3) 材料的某些内部结构, 如晶粒度, 非均匀性等, 会使灵敏度和信噪比变差。
2 横向裂纹检验
横向裂纹不仅给生产带来困难, 而且可能带来灾难性的事故。裂纹焊接中最危险的缺陷之一, 他严重削弱了工件的承载能力和腐蚀能力, 即使不太严重的裂纹, 由于使用过程中造成应力集中, 成为各种断裂的断裂源。正因为裂纹有如此大的危害性, 像JB/T 4730, GB 11345, AWS D1.1, API RP 2X等国内外各大标准中都有“裂纹不可接受”等类似描述。而超声波检测对缺陷性质判定没有射线检测直观, 如果检测方法不当等原因造成横向裂纹的漏检或误判, 其都有不良结果:若把其他缺陷判为横向裂纹造成不必要的返修, 进而影响材料韧性等性能;把裂纹判为点状缺陷放过, 则工程就存在较大的安全隐患。所以正确选择探测方法和对回波特性分析, 对横向裂纹的超声波检测尤为重要。
2.1 探头角度的选择
纵波直探头:横向裂纹属面状缺陷, 一般和探测面垂直, 而0°直探头适用于发现与探测面平行的缺陷, 所以直探头不能有效的探测出横向裂纹。
横波斜探头:对同一缺陷, 70°和60°探头声程较大, 声波能量由于被吸收和散射造成衰减严重, 尤其只在检测母材厚度较大的焊缝时, 回波高度较低, 对发现缺陷波和波形分析不利, 进而影响是否为横向裂纹的判定。而45°探头具有声束集中、声程短衰减小, 声压往复透射率高的特点, 所以选用45°探头具有良好的效果。图2是70°, 60°和45°探头在相同的基准灵敏度的前提下, 对同一横向裂纹的回波比较:
2.2 横向裂纹的扫查
常见的焊接缺陷 (如夹渣、未熔合、未焊透等) 大多与焊缝轴线平行或接近平行, 或以点状形式存在, 针对这种情况, 综合使用图3中的方式A、方式B和方式C即可, 但该三种扫查方式对横向裂纹等与焊缝轴线垂直 (与声束方向平行) 的横向缺陷无回波显示, 即无法被检出。为能有效探出焊缝横向裂纹应尽可能使声束尽可能平行于焊缝。可用如下几种扫查方式探测横向裂纹:
2.2.1 骑缝扫查
如果焊缝较平滑或焊缝加强高已经打磨处理, 探头“骑”在焊缝上探测是检查横向裂纹的极为有效的方法, 可采用在焊缝上直接扫查的方式, 如图3方式D所示。
2.2.2 斜平行扫查
若焊缝表面较为粗糙且不宜进行打磨处理, 为探测出焊缝中的横向裂纹, 可用探头与焊缝轴线成一个小角度或以平行于焊缝轴线方向移动扫查, 如图3方式E所示。
2.2.3 用双探头横跨焊缝扫查法
将两个斜探头放在焊缝两侧, 组成一发一收装置, 此时若焊缝中有横向裂纹, 发射的超声波经反射后会被接收探头接收从而检出缺陷, 如图4所示。
该三种方法各有特点, 斜平行扫查操作简单、效率高、焊缝无需处理、耦合较好, 但由于声束方向与裂纹不能完全垂直而造成灵敏度不高;双探头横跨焊缝扫查法操作精度要求高困难大、效率不高;骑缝扫查对焊缝表面要求较高, 对埋弧焊或其他焊接方法但焊缝表面进过处理的焊缝, 表面相对较平滑, 能够有效的耦合, 该方法较为直接, 且效率高, 灵敏度高, 所以在很多情况下“骑缝扫查”是首选。
2.3 扫查灵敏度
按照各项目业主所规定的标准调节。
3 横向裂纹的判别
根据形状, 我们把缺陷分为点状缺陷、线状缺陷和面状缺陷 (裂纹、未熔合) 。显然, 反射体形状不同, 超声波反射特性必然存在一定的差异, 反过来, 通过分析反射波、缺陷位置、焊接工艺等信息, 就可以推测缺陷的性质。
横向裂纹具有较强的方向性, 当声束与裂纹垂直时, 回波高度较大, 波峰尖锐, 探头转动时, 声束与裂纹角度变化, 声束能量被大量反射至其他位置而无法被探头接收, 回波高度急剧下降, 这一特性是判定横向裂纹的主要依据。
检测过程中横向裂纹的判别可以按以下步骤:
1) 在扫查灵敏度下将探头放在的焊缝缝上扫查 (参考2.2节扫查方式) ;
2) 发现横向显示后, 找到最高波, 确定是否为缺陷回波;
3) 定缺陷回波后, 定出缺陷的具体位置, 并在焊缝上做出标记;
4) 探头围绕缺陷位置做环绕扫查 (如图5所示) ;
环绕扫查时回波高度基本相同, 变化幅值不大, 其动态波形如图6所示, 则可以判定其为点状缺陷;若环绕扫查时其动态波形如图7或图8所示, 结合静态波形, 可判断为横向裂纹, 在条件允许的情况下可用同样的方法到焊缝背面扫查确认。
5) 若条件允许可打磨到裂纹深度, 借助磁粉检验 (MT) 进一步验证。
4 结论
超声波探伤是检出焊缝横向裂纹的有效手段, 尤其是厚壁焊缝, 射线检测灵敏度下降, 难以发现其中的横向裂纹。用超声波检测方法, 选择正确的参数、合适的扫查方式, 掌握横向裂纹的静态和动态波形特点, 能够有效的判别横向裂纹, 这已举措已经在海洋石油工程的各个项目中得到应用, 并多次准确成功检测出横向裂纹, 保证了多项工程质量。
参考文献
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金属结构焊缝论文 篇9
1. 焊缝断裂种类及危害
结构件焊缝断裂主要分为2种,即疲劳断裂和突然断裂。由于结构件强度的差异和焊接质量的不同,在使用中其也可能出现疲劳断裂和突然断裂的复合断裂。结构件复合断裂一般出现在使用3000h左右,均是先出现疲劳裂纹,然后出现突然断裂。若结构件在没有显著塑性变形的状况下突然断裂,不仅会导致其失去作业能力,还会带来安全隐患。
2. 结构件及焊接材料的选择
工程机械结构件材料一般选用Q345B钢,焊接材料一般选用JM58牌号焊丝,二者化学成分如表1所示。JM58牌号焊丝属于国标ER50-G规格焊丝,该种焊丝适合于单道和多道焊缝,在短路及射流的过渡段飞溅小,大电流焊接时电弧稳定。
3. 焊接坡口
(1)坡口型式及尺寸
结构件焊接坡口型式是根据GB/T985.1-2008标准,并结合实际需要进行设计的,因此结构件最终采取的焊接坡口型式与该标准是有区别的。比较有代表性的单面对接坡口有2种,本文分别叫做平对接坡口和T形对接坡口,如图1所示。
中型挖掘机结构件板厚t一般为10～20mm,其平对接焊缝多采用无钝边陡边坡口加垫板的结构,其坡口面角度β为20。,坡口根部间隙b为3～8mm,如图1a所示。此结构如果采用水平焊接,其焊接工艺性较好。
结构件T形对接坡口采用小钝边(钝边c≤3mm)、单边V形坡口无垫板结构,坡口的根部间隙b为零,如图1b所示。
(2)不同坡口存在的问题
结构件在焊接坡口方面存在的问题,主要表现在以下3个方面:
采用有钝边无间隙坡口焊接时,母材会出现焊不透现象,结构强度不能达到最佳效果,焊接结构的稳定性不足。
采用无钝边无间隙坡口不适合机器人焊接,且焊接时母材会出现焊塌问题,焊塌部位易形成焊接缺陷。
采用有钝边有间隙坡口焊接时,工装复杂、不易设计,不适合批量生产,不利于降低焊接成本。
4. 坡口焊接试验
(1)平对接坡口
焊接平对接坡口试件时,若采用小电流进行焊接,焊接后其焊接线(焊缝)熔深较小。此时对该试件进行弯曲试验,可发现焊接线处出现明显的滑移裂纹。对于这种熔深小的焊接线,即使UT探伤结果很好,在受到交变载荷的情况下也会出现断裂。图2a所示为采用小电流焊接时试件的焊接效果。从中可以看出,焊接界限基本与坡口形状相似,其向外扩展很小,焊缝熔深很小。
焊接平对接坡口试件时,若采用大电流进行焊接,焊接后其焊接线(焊缝)熔深较大。图2b所示为采用大电流焊接试件的焊接效果。从中可以看到,打底焊和后面焊接的界限有明显向外扩展,焊缝有足够的熔深。
平对接坡口试件采用不同热输入的焊接工艺参数如表2所示,平对接坡口弯曲试验合格试件的焊接参数如表2所示。
(2)T形对接坡口
制作2组试件,板厚、材质、焊接材料都一样,坡口都是单边V形坡口,只是钝边不同。将此2组试件,由同1名电焊工焊接,焊接时采用同样的焊接电流、电弧电压和焊接速度(即热输入值相同),结果却得到不同的焊缝截面,即钝边小的试件熔深较大,钝边大的试件熔深较小。
5. 焊缝断裂原因分析
(1)焊缝内存在夹杂物
结构件焊缝内若存在夹杂物,当交变应力和扭转力矩大于焊缝疲劳极限时,焊缝会出现滑移带,并首先在夹杂物与母体的交界处脱开,形成微裂纹,同时产生新的应力集中。随着交变应力和扭转次数的增加,滑移带变宽、开裂并形成裂纹。裂纹发展到一定程度,焊缝就会产生断裂。焊缝断裂处一般发生在交变应力和扭转力矩最大的部位。
(2)结构件扭转翘曲作用
非圆截面结构件发生扭转时,其表面上的横向周线将变成曲线并发生翘曲。此时其截面周边上各点处剪应力的方向与周边相切,最大剪应力τmax发生在长边中部(即长边中部焊缝容易出现疲劳裂纹和断裂),而截面4个顶点处的剪应力均为零,如图3所示。但是当截面是空腹结构时,在同样材质前提下,壁薄一侧焊缝更容易产生疲劳裂纹和断裂。
(3)焊接工艺存在问题
在箱形结构件截面面积足够大的条件下,若经常发生焊缝断裂现象,其主要原因是焊接质量不良。结构件焊接质量主要表现在外观质量和强度质量2个方面。外观质量通过严格要求容易控制,而强度质量必须由合理的焊接工艺来保证。在焊接工艺方面,引起焊缝断裂的原因有2点:一是坡口型式不合理,二是焊接参数不合理。二者都会造成焊缝熔深不够。
6. 防止焊缝断裂的措施
综上所述,在设计合理的条件下,结构件焊缝断裂主要是熔深不足引起的。为此应采取以下措施解决焊缝断裂问题:
一是在结构件焊接时,热输入取值需要大一些,一般在0.93～1.70kJ/mm。
二是对于平对接坡口焊缝,应采取无钝边加垫板焊接结构,且根部间隙应为3～8mm。
金属结构焊缝论文 篇10
首先,由于某公司所建船舶的某些船体结构与外板板缝不能使用自动焊、半自动焊,只能手工操作进行焊接,而手工操作时因焊工技能和各种因素的影响,会出现诸如一条较长的焊缝上多处焊宽大小不一、余高差异较大、焊脚不符合要求等等外观成型不良的问题,此时打磨人员就对这些问题进行逐一打磨光顺;其次,因为焊缝的过度打磨导致了检验员对焊缝的不良成型等缺陷的发现变得困难,同时过度打磨不能促进焊工焊接技能的提高,更不能促进焊接质量的提高。最后总观焊缝时,一条较长的焊缝打磨的长度超过了二分之一或者更甚,这样费时费力也不美观,质量更不能得到有效的保证,得不偿失。于是,船东代表、质量部门、工艺部门、生产部门负责人为此召开了焊缝打磨专题研讨会,对船体焊缝哪些情况需要打磨、哪些情况无需打磨等等情况达成了共识,并以通知单的形式下发到相关作业区宣贯实施。实施后效果明显。以某公司某船为例,与上艘同型号的产品相比,主船体和上建分段打磨时长降低了1105个小时。
2现状调查
2014年3月,船东代表、质量部门船体相关检验人员,经过对在建某系列船的外板、甲板对接缝及内部结构对接缝、角接缝的现场检查发现,均有焊缝表面过度打磨的现象,打磨长度超过所在焊缝的二分之一,不但浪费了大量的人力物力,而且没有良好的视觉效果,焊缝质量方面更得不到有效保证,焊工的技术水平也得不到更好的提升。
3制定严格的工艺流程,优化焊缝打磨方案
2014年3月21日上午,船东代表、质量部门、工艺部门、生产部门负责人召开了焊缝打磨专题研讨会,会上要求制定严格的工艺流程,对焊缝打磨工艺进行优化,达成共识如下:a.制定合理的焊接程序,保证焊接质量,减小焊接应力和变形;手工焊接板列时,应先焊端接缝,后焊边接缝,对较长的焊缝应采用逐步退焊法或分中逐步退焊法等;b.针对特殊板材(薄板、厚板或铸钢件等)的不同特点,制定相应的工艺措施。薄板手工焊时应采用短弧焊及较高的焊接速度。较长的焊缝必须采用逐步退焊法、跳焊法等进行分段焊接,每段长度以300mm左右为宜,实际生产中也可用一根焊条所焊焊缝的长度为一段;厚板或铸钢件对接焊时,可根据焊件厚度,分别开V形、X形、U型等坡口进行多层焊。必要时平位置的焊缝可以先用手工焊打底后再进行埋弧自动焊焊接等;c.气孔、夹渣、未融合、表面裂纹等焊缝表面缺陷,需要补焊后进行打磨修整;d.焊缝局部突出、余高超差,需要打磨进行修整;e.焊缝有尖锐形状的,如角焊缝包角等应进行打磨修整。
3.1学习宣贯
会后各个作业区利用每周一早上开工前的早班会,对班组的装配工、电焊工、打磨工进行优化焊缝打磨方案的学习和宣贯。与此同时,质量部相关人员与各作业区施工负责人一同利用早会的时间对2014年3月21日召开的焊缝打磨专题研讨会的会议精神进行传达,并对会中优化焊缝的打磨方案进行宣贯。
3.2培训考试,持证上岗
自2014年起至2016年1月,公司多次组织各工种的培训考试,确保持证上岗。请资深人员及高级技师现场培训指导并建立长期有效的培训考试机制,每年组织装、焊工技能竞赛;另外,对打磨工也做了相关的上岗培训,要求打磨人员严格按照公司各产品《批补磨施工工艺》和优化后的焊缝打磨方案执行打磨作业,严禁过度打磨。其目的是经过系统专业化的培训考试,使施工人员达到本岗位的技能要求持证上岗,整体提高装配工、电焊工、打磨工的装配、焊接、打磨技能水平,保证船体焊缝的外观及内部质量。
3.3加大工艺巡检力度
自2014年起至2016年1月,加大了工艺巡检力度:2014年1月1日起,截止至2014年12月底,全年共进行29期工艺检查,全厂通报29期。2015年1月起,截止至2015年12月底,共进行32期定期工艺检查,3期不定时,全厂通报32期。
4实施效果
优化焊缝打磨方案,促进焊缝质量提升的方案经过实船应用,效果明显:现某公司某船的外板、甲板对接缝及内部结构对接缝、角接缝的焊接外观表面质量等得到很大提升,船东代表在相关产品加工阶段、分段阶段、搭载阶段、预舾装阶段现场验收时给予充分的肯定;同时,从焊后的焊缝表面成型质量上看:装配作业人员、电焊作业人员的技能水平得到了很大的提升,特别是打磨作业人员的劳动强度大大降低,效率明显提高。工时方面据某车间相关人员统计后反馈,同一船型主船体和上建分段实施前打磨时长为4397小时,实施后打磨时长为3292小时,降低了1105个小时。
5结论
现阶段随着减少打磨的工艺的开展和执行,取得了打磨时长降低了1105个小时的成效,加快了相关产品的建造进度,同时产品焊缝外观质量和焊工技术水平也得到了一定的提升,值得大力推广。
参考文献
[1]船体工艺手册.(修订本).[M]北京:国防工业出版社.