淺析焊接材料在塔式起重機制造中的管理運用

作者簡介：劉健，男，回，廣西桂林市人，桂林市特種設備監督檢驗所，副所長，本科學歷，機械自動化專業

[摘 要]在鋼結構焊接制造中，根據結構承受載荷的分布情況，對不同受力條件的零件或者部件在設計時就規定了采用不同強度級別的鋼種、不同焊接材料進行焊接，使整體焊接結構的使用性能得到提高。在生產中若焊接材料不匹配，造成焊縫與母材的強度和塑韌性不匹配，影響焊接接頭性能，造成安全隱患。為此，針對焊接材料的選用和如何防止材料不匹配的發生進行探討。

[關鍵詞]塔式起重機、焊接材料、焊縫、強度匹配

在實際生產當中，制造圖樣不規范、生產工藝粗糙、材料管理混亂等諸多原因造成焊接結構使用性能不符合設計要求、焊縫與母材的強度和塑韌性不匹配影響焊接接頭性能等情況，造成了嚴重的安全隱患。為了扼殺此安全隱患于生產一線當中而杜絕不合格產品流入市場，保證用戶安全生產，促進和諧社會，下面就針對塔式起重機鋼結構制造常用的碳素鋼、低合金鋼焊接的焊接材料選用原則和如何防止焊接材料不匹配等進行分析。

1、焊接材料選用原則：

應根據母材的化學成分、力學性能、焊接性能，使用條件及焊接方法綜合考慮選用焊接材料，必要時通過試驗確定。

焊縫金屬的性能應高于或等于相應母材標準規定值的下限或滿足圖樣規定的技術條件要求。對各類鋼的焊縫金屬要求如下：

1）相同鋼號相焊的焊縫金屬

①碳素鋼、低合金鋼的焊縫金屬應保證力學性能，且其抗拉強度不應超過母材標準規定的上限值加30Mpa。耐熱型低合金鋼的焊縫金屬還應保證化學成分。

2）不同鋼號相焊的焊縫金屬

①不同強度鋼號的碳素鋼、低合金鋼之間的焊縫金屬應保證常溫力學性能，且其抗拉強度不應超過強度較強母材標準規定的上限值。

3）焊接材料熔敷金屬硫、磷含量規定應與母材一致或焊接材料應滿足圖樣的技術文件要求。

2、焊接材料不匹配主要形式和危害：

1）主要受力構件或承受動載荷的構件用鈦鈣型焊條（酸性焊條，如E4303）來代替原圖紙設計用低氫型焊條（堿性焊條，如E4316）焊接：

塔式起重機的主要受力構件的主要焊縫是重要焊縫或關鍵焊縫，焊縫質量直接影響塔機使用性能或塔機的安全及可靠性。該焊縫失效后將嚴重降低塔機的使用性能或可導致重大事故。因鈦鈣型焊條和低氫型焊條由于其藥皮成份差異大，故焊條焊接工藝性能差別比較大，低氫型焊條其焊縫熔敷金屬中氫含量較低，減少了氫脆，增加了焊接接頭的塑性及韌性，以保證焊接接頭的抗裂性能。用鈦鈣型焊條來焊接主要焊縫，疲勞強度低，焊接接頭性能達不到設計要求，在動載荷的作用下，焊縫就會出現塑性變形、裂紋等失效現象。

2）高匹配使用焊接材料

盲目追求焊接接頭力學性能，在同鋼號焊接中不按強度匹配原則選用焊條，導致焊縫熔敷金屬強度過高，造成焊縫與母材的強度和塑韌性不匹配，影響焊接接頭性能。如標準節主弦桿與連接套焊接，母材材質為Q235B的普通碳素結構鋼，采用型號E5015焊條焊接，其焊縫在交變載荷的作用下，本身就有淬硬傾向的焊縫容易產生疲勞，在熔合區域引發裂紋近而導致焊縫失效。

3、焊接材料不匹配的防范

1）制造圖樣及工藝的控制

塔式起重機在結構件設計時，根據結構承受載荷的分布情況，對不同受力條件的零件或者部件在設計時就規定了采用不同強度級別的鋼種、不同焊接材料進行焊接，并對焊縫按其質量特性進行分類（關鍵焊縫、重要焊縫、一般焊縫）。一般情況下，普通結構件采用材質為Q235A碳素結構鋼，焊接材料采用型號E4303焊條；主要受力結構件或承受動載荷的構件采用材質為Q235B碳素結構鋼和低合金結構鋼，碳素結構鋼之間焊接或碳素結構鋼與低合金結構鋼之間焊接按匹配原則都選用型號E4316焊條，低合金結構鋼之間焊接選用型號E5015焊條。采用氣體保護電弧焊時主要問題是氣孔和飛濺，焊接過程中必須加強脫氧，選擇含Si、Mn、Ti、Al元素較多的焊絲，如采用ER49-1（H08Mn2SiA）。技術人員在圖紙繪制時，要求對圖紙中的每一零件或者部件的鋼號和鋼材質量等級符號都要標明清楚，不要隨意更改鋼號及質量等級符號，并在圖樣上對焊縫質量特性進行標記。工藝人員根據產品圖樣來制定各種工藝文件，編制產品的鋼材材料預算單和材料匯總表。這樣便有效指導采購部門對原材料的采購，工藝文件正確指導車間生產。防止材料誤買、誤用，造成材料不匹配發生。

2）材料標記移植

塔式起重機是受國家制造監檢的重要產品，嚴格按照有關的規范和標準進行設計和制造，在設計中正確地選擇材料，在管理上使這些材料正確無誤地使用到產品上，是保證塔式起重機質量特別重要的一個環節。所以制造廠家要制定材料管理辦法，明確標記，嚴肅執行材料標記和標記移植制度，使材料標記在零部件生產過程中正確地、及時地、不間斷地完整地向下一道工序傳遞，直到完工的產品。這樣就能避免混料、錯發料和用不明來歷的材料，達到防止焊接材料不匹配的發生，降低塔式起重機的安全隱患減少質量事故的發生。

3）材料代用

材料代用的要求是在應保證不降低原設計計算的強度、剛度、穩定性、疲勞強度、不影響原設計規定的性能和功能要求的基礎上進行的。在TSGQ7001-2006《起重機械制造監督檢驗規則》里提到，主要受力結構件材質中包括了母材和焊材，并其材質應當符合設計文件和工藝文件要求，若在實際用材發生材料代用情況下，要符合有關規定的要求。所以制造單位要按TSGZ0004-2007《特種設備制造、安裝、改造、維修質量保證體系基本要求》文件要求建立材料、零部件控制程序，明確材料、零部件代用的基本要求及代用范圍，代用的審批、代用的檢驗試驗等。這樣就防止了生產現場因圖方便或材料不齊情況下盲目材料代用造成焊接材料不匹配的發生。

結束語

根據以上分析，焊接材料不匹配直接影響著塔式起重機的安全性及可靠性，在整個生產過程中隨時都會發生。制造廠家要嚴格制定生產管理制度，在生產一線強化產品安全意識，加強焊接工藝紀律檢查，焊接材料不匹配現象也會得到有效防止。

【參考文獻】

[1]塔式起重機GB/T5031-2008

[2]鋼制壓力容器焊接規程JB/T4709-2000

[3]碳鋼焊條GB/T5117-1995