厚板钢结构焊接裂纹控制措施

孙 健，姜美玲，郝永宽

（1.大连船舶重工集团装备制造有限公司，辽宁 大连 116000；2.大连船舶重工集团有限公司规划建设部，辽宁 大连 116000）

1 焊接裂纹控制的前期准备

1.1 选择材料

焊接中使用的厚板钢结构材料为q235，属于一种普通碳素钢结构，焊接中使用超低氢形式的焊接材料，最大程度保障焊接后接口处的钢材料性质不会发生变化。q235结合超低氢焊接材料进行焊接处理，能够提升钢材料的韧性，这样在焊接处理以及加工完成后，在一定韧性保护下不容易产生断裂与其他细小裂纹。厚板钢结构加工需要使用汽轮机完成碾压加工，碾压生产加工中的压力控制，直接关系到后续结构中是否存在裂纹。厚板钢结构主要裂纹产生原因为焊接技术控制不合理，但碾压也是至使裂纹问题产生的原因之一，汽轮机中的旋转式蒸汽发动系统，能够提供持续并且均衡的压力，在厚板钢结构碾压成型的焊接中，材料选择是预防焊接裂纹产生的基础部分。钢材厚度达到150mm以上到260mm以下，这一厚度在焊接中控制裂纹还需要从焊接与压型两方面来进行，控制难度较大[1]。

1.2 预热准备

厚板钢结构焊接前需要对焊接部分进行预热准备，达到规定的焊接温度后，才能确保焊接接口处的均衡。厚板钢结构焊接中，结构内应力达到一定强度，会导致接口处产生裂纹。预热可以在常温环境下进行，对焊接的接口部分来探讨，通过预热能够使厚板钢材内部温度与外部温度保持在均衡状态下。温度保持均衡并且达到一致，在此基础上开展的焊接任务，便能够有效消除内应力对接口处造成的影响，预热准备还需要对厚板钢结构的具体厚度进行测量，根据厚度来确定预热所使用时间及温度。预热准备需要根据不同焊接材料来做出调整，与焊接方法选择也有直接关系，这些在具体的焊接加工中都需要特别注意。

1.3 预热措施

汽轮机厚板焊接前的预热准备工作，可以通过两种途径来完整，一种是电预热，另一种则是通过火焰预热，本论文中研究的案例为电预热。接入电仪后完成自动预热，既能够有效的控制预热温度，同时也能在预热过程中产生钢材氧化的现象，影响到后续焊接工作高质量完成。对于部分结构中电预热难以进行的情况下，会使用火焰加热作为补充来进行，实现对焊接结构的整体预热工作。电预热会自动显示温度，如果采用火焰预热的方法，则需要在火焰加热停止后，再用测温枪对其温度进行测定。

2 节点结构设计

厚板钢结构在焊接前，需要根据生产加工需求来对其焊接接头节点进行设计。根据不同的钢结构厚度，选择接头形式还需要考虑接口处在整体结构承重体系下所处的位置，通过这种方法能够帮助有效提升整体承重效果，避免在使用中由于接头部分设计不合理，导致最终的焊接结构裂纹出现。节点结构可以采用组合形式来进行构建，当厚板钢结构需要复杂的拼接任务时，通过这种技术整合方法，可以为接下来焊接任务开展提供便捷性，从而避免焊接任务进行不顺利而造成裂纹问题产生[2]。

3 厚板钢结构常见裂纹形式

3.1 焊接裂纹

焊接裂纹是厚板钢结构构建中最常见的一种裂纹形式，也是文章重点探讨的。造成焊接裂纹主要是由于钢材料的原子结合力受到破坏，从而在破坏的基础上形成了新的断裂层。焊接裂纹可能产生在材料焊接生产过程中，具有较长的潜伏期，存在裂纹隐患但并不会第一时间表现出来，不过该种类型钢材在使用中已经存在承载力问题，使用一段时候后裂纹问题还是会凸显出来。焊接过程中预热不均匀，瞬间焊接升温导致部分钢材中的金属化合物被分解，但没有来得及分散便被焊接固定住，所形成的共晶属于焊接点中的杂质，融合在焊接缝部分潜藏极大的风险。焊接过程中使用的氢气向着热影响区域集中，导致焊接过程中氢气对焊接材料的保护不能均衡实现，最终也很容易引发严重的焊接裂纹问题。氢气引起的氢脆作用，会形成焊接裂纹隐患，即使在焊接工作完成后并没有变现出来，经过一段时间，仍然会体现出这种裂纹问题。冷裂纹还与焊接后的养护工作相关，如果养护工作不能合理进行，导致温度波动较大，同样会引发焊接后的裂纹。热裂纹与冷裂纹均为厚板钢结构焊接中比较常见的两种类型。

3.2 压型裂纹

压型裂纹产生的主要原因是由于碾压受力不均衡导致，厚板钢结构加工中，需要针对原材料进行碾压，从而达到对材料所需要的厚度及形状。原材料选择与生产加工技术方法选择中，都需要针对这种问题进行严格的控制。压型裂纹造成的直接原因，是由于汽轮机自身结构限制（施工期间，也发生过材料问题而导致的裂纹，这在裂纹产生后进行探伤得出的结论，其中有横向裂纹和纵向裂纹），导致面向钢材所施加的碾压力不能达到预期效果，受力不均衡造成厚板钢结构的密度出现差异性。

在此原料基础上开展的各项生产加工任务，自然容易产生裂纹隐患问题。厚板钢材所处环境也是造成压型裂纹的直接原因，使用中长期受外力影响，也将会造成这一严重问题。

4 厚板钢结构焊接裂纹控制措施

4.1 焊接裂纹控制

针对厚板钢结构焊接裂纹的几种常见引发原因，焊接加工处理中，首先需要对钢结构原材料焊接接头部分的厚度，作出合理测量，二次验证确保测量所得结果的准确性。实现无裂纹焊接处理，应根据得到的钢材料厚度测量结果，进行焊接前的预加热处理，加热时间上达到厚度要求标准。预热阶段要注意温度是由常温逐渐升高的，避免忽然升高而导致原材料发生晶像组织转变的问题。选择的焊接技术方法，尽量减少氢的使用，焊接中使用低氢焊条E50或E55，如果是使用CO2为保护气体的焊接，可以使用药芯焊丝，这样焊接过程中的保护效果更佳明显。如果焊接过程中需要补焊，则应该在内部引弧，最大程度保护表层结构完整程度。焊接电弧电压、焊丝、焊接电流都要根据施焊位置、工件厚度、焊丝直径和熔滴过渡形式来选择，电流的选择要与电弧电压恰好配合，对于不同位置要选择不同的焊接方式，横焊大多采用右向焊法，平焊多选择左向焊法，立焊分为向上立焊和向下立焊，能清楚地看到焊缝和熔池，便于控制焊缝的成型。

焊接后环境温度骤降也会造成冷裂纹产生，针对这一现象可以采用保温技术来进行预防，保温后在两小时内缓慢降温，这样能够有效避免温度快速下降导致的焊接冷裂纹产生。焊接中尽量保证一次成型，如果需要二次修补焊接，在同一位置的反复施工修改次数不应该超过两次。经探伤检测裂纹深度，对于焊接中裂纹小于100mm的部分（裂纹深度满足使用要求的），可以一次修补完成，如果焊接裂纹长度超过100mm（裂纹深度满足使用要求的），则需要对其进行分段处理，确保可以达到最佳的焊接控制效果。焊接前期准备与焊接后的养护需要连续完成，避免中间出现时间间隔，除必要的等待时间，过多的时间间隔会造成焊接部位温度变化不合理，预留隐患。

4.2 压型裂纹控制

压型裂纹的预防控制，需要从生产加工技术强化与使用环境优化两部分完成，碾压前对厚板钢材放置位置进行确定，避免出现位置偏差的情况，对压型设备的上、下胎进行合理选择；对压力设备进行调试，确保压力均衡并且能够达到加工需要的最低压力；汽轮机压型零件的厚度要与压型设备进行互为考虑，确定是冷压还是热压进行碾压。压型裂纹控制要从多角度进行，制作成能够确保质量安全的焊接工件。

5 结语

随着我国经济、社会的不断发展，钢结构将会被越来越多的企业所应用，尤其是在船体、钢结构行业迅猛发展的今天，钢结构的前景必将无限光明。与此同时，钢结构的施工质量问题也必将会得到更多人的关注，施工人员在行业的发展中要把握住先机，应切实有效的掌握先进的工艺方法，把握世界前沿的施工技术，在施工中要严格控制钢结构的精度，防患于未然，密切关注，监督过程要从全局着眼，对施工工序严格把关，紧抓细节，达到前期预控、中期监督、收工阶段达标的责任和义务。