大型金屬焊接結構—箱形井架焊接工藝與失效分析

孫寶民+陸凱

摘 要：時代在進步，社會在發展，隨著時代的進步，國內的煤礦建設行業發展迅速，目前國內煤礦建筑結構最為常見的便是箱形井架焊接結構，其實目前現代化煤礦的標志性建筑結構，是國內大受好評的金屬焊接結構。但是箱形井架結構在焊接的時候有可能會出現焊接失效的情況，這對于煤礦建筑的安全性影響巨大，只有對箱形井架結構的焊接工藝和失效原因進行深入的分析，才能夠提出針對性的處理方法。

關鍵詞：大型金屬焊接結構；箱形井架；焊接工藝與失效；分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.022

箱形井架是一種我國在上世紀九十年代初由外國引進到國內的一種大型金屬焊接結構，由于其相比于我國較為傳統的焊接結構有著具有許多良好的優勢，一經引進便被國內許多的煤礦建設企業的設計人員和決策人員表示贊賞，并且快速將其深入研究透徹，而后根據我國的實際情況來進行略微的調整，最后便被大范圍地投入使用，即使到了現在，箱形井架的焊接結構也依然是現代化煤礦的標志性建筑結構。但是這種金屬焊接結構雖說已經投入使用了挺長一段時間，但是金屬焊接的失效問題仍然時有發生，并且由于金屬焊接失效而造成的災難性事故也不在少數，金屬焊接失效問題一直以來都是煤礦建設企業最為重視的問題，必須對金屬焊接失效的原因進行深入的分析，找到相應的處理方案，才能夠保證箱形井架焊接工藝對煤礦建設企業帶來的正面作用。

1 導致箱形井架失效的原因和影響因素

要想避免和預防箱形井架由于焊接失效或是制作工藝方面的原因而造成嚴重的災難性事故，就必須要先對造成箱形井架失效的原因以及影響因素進行深入的分析，而后再提出相應的基礎措施。

根據統計數據進行分析，筆者發現導致箱形井架失效的影響因素大致分為三種，分別是金屬結構設計、金屬材料的選擇以及制造和安裝的工藝與質量水平。 而在這三種影響因素當中，金屬結構的設計和焊接是最常出現，同時也是最為重要的影響因素，導致箱形井架結構失效的問題大多都與金屬結構焊接的特殊熱加工工藝息息相關。

在制作工藝方面會造成箱形井架失效的主要原因之一便是裂紋。而裂紋則又細分為三種類型，其一是指在金屬材料當中有某一個部分存在缺陷以及裂紋，其二是指在箱形井架結構的焊接過程當中出現的焊接裂紋或其他焊接缺陷，其三則是指箱形井架在天輪長期受到升降罐籠的循環，因為交變載荷的作用導致箱形井架的焊接縫隙被不斷拉伸和壓縮，從而出現了疲勞裂紋和應力腐蝕裂紋。

而導致箱形井架失效的原因則大致可以分為兩種，其一是由于焊接裂紋以及其他的焊接缺陷而導致箱形井架結構焊接失效；而其二則是由于金屬材料經受到反復的焊接熱循環和由于焊接應力而出現焊接變形，從而導致金屬材料的材質性能驟降，并且與產品的尺寸出現了偏差，以至于產品的質量十分不理想。以上兩種情況都很可能會導致箱形井架結構焊接失效，最終甚至會引起災難性事故的發生。

2 相應的技術措施

2.1 遵守國家現行的標準

首先，箱形井架的焊接必須要遵守國家現行的《鋼結構設計規范》中的標準來進行設計，并且按照相關的規范標準合理選擇金屬材料，最好是以韌性高的為優先選擇，這樣便能夠確保箱形井架在建設完成后有著較高的脆斷抗性。并且焊接縫隙的布置必須具備較高的合理性，切忌焊縫過密或是使用十字焊縫，這些都可能導致焊縫之間的距離布置存在問題。而且在厚度以及截面出現變化的部分需要盡量使用圓滑過渡，切忌出現大量的拐角和死角這類應力容易集中的部分，同時還要注意不可在箱形井架的主焊縫和高應力部分焊接其他的附件，這對于箱形井架的結構十分不利。還需要注意的是，在進行強度核算的時候需要保證箱形井架的安全系數是過關的，并且最好使用應力集中最小的對接接頭，確保母材和焊縫之間的過渡足夠平緩。

2.2 制作工藝的質量水平

在箱形井架的制作工藝方面，最需要注意的是材料的質量，只有符合圖紙和設計要求的材料才能夠保障箱形井架的質量水平，并且必須有嚴格的施工工藝規范，制定詳細的焊接工藝要求，確保焊接材料和母材有著較高的匹配程度，并且在焊接完成后要進行焊接工藝評定。其中最需要嚴格把控的便是材料以及焊材的代用制度，必須要確保有著較高的可焊性，否則一旦出現焊接缺陷，便會直接影響到箱形井架的質量，甚至可能會造成嚴重的災難性事故。除此之外還需要注意焊接方法以及工藝參數的合理性，嚴格按照流程來進行裝配焊接工作，確保接頭形式的合理性，這樣便能夠有效減少焊接殘留下來的應力。

3 結語

綜合上文所述，根據上文對箱形井架焊接失效的原因分析，我們可以看出，箱形井架焊接失效大多都是因為在材料材質的選擇方面、設計方面以及焊接工藝方面沒有按照國家現行的相應規范、標準以及準則來進行，從而導致箱形井架結構的焊接失效，引起重大的災難性事故，直接危及到企業的發展，甚至危害到社會群眾的人身安全以及財產安全。所以對于煤礦建設企業來說，遵守國家相關的法律法規以及規范標準是極為重要的，只有這樣，才能夠切實的提高箱形井架的焊接強度，不斷的增加箱形井架的壽命周期，最大程度的保障箱形井架的豎立足夠具有安全性，從而進一步的促進我國煤礦行業的健康的、快速的、可持續的發展。

參考文獻：

[1]繆凱，王青峰，劉吉斌，黃治軍，王玉濤.WQ-1高韌性埋弧焊絲焊縫金屬強韌性的研究[J].武漢工程職業技術學院學報，2003（04）：4-7.

[2]謝偉東，李影，陳兆東.FA-B200數控鏜銑加工中心焊接結構立柱工藝性分析及焊接[J].機械工人，1996（09）：9-10.

[3]王克楠.軽金屬溶接（《輕金屬焊接構造協會會刊》）2012年第1-11期（50卷）要目[J].機械制造文摘（焊接分冊），2013（06）：33-37.

[4]張新安，范建立.爆破法消除岔管焊接應力在龍江水利樞紐工程建設中的應用[J].中國水能及電氣化，2015（09）：67-70+58.

[5]屈岳波，曹彬，王梁，張伯奇，吳健棟，蔡志鵬，潘際鑾.窄間隙埋弧焊接頭熔合區弱化的研究[J].清華大學學報（自然科學版），2014，5403：305-308.

[6]黃張豪，李林.TOFD技術在瀑布溝電站蝸殼焊縫質量檢測中的應用[J].水電站機電技術，2009，3202：38-40+67.endprint