海洋工程钢结构焊接质量缺陷及其解决措施

海洋工程钢结构焊接质量缺陷及其解决
措施
摘要：在海洋工程钢结构制造过程中，焊接是一项核心技术，而怎样提高焊
接质量，则是他们制造类企业亘古不变的话题。

在众多影响焊接质量的因素中，
焊缝缺陷是最为重要也最具代表性的一类。

做为钢结构连接中至关重要的因素，
焊接质量受到焊材，母材，焊接参数，外部环境等因素的影响、焊工水平的高低
等诸多因素的作用，可有裂纹，未熔合等、气孔和其他类型的缺陷，减弱乃至破
坏钢结构强度与稳定性，给企业的安全生产带来了严重的威胁。

关键词：海洋工程钢结构；焊接质量缺陷；结构强度；焊接过程管理
引言
对海洋工程钢结构的整个生命周期而言，它以设计和建造为最中心的两个环节。

而建造阶段的核心部分就是结构焊接，指把独立金属材料有机地联结在一起，统一成各种功能结构体所采用的工艺。

焊接质量不仅关系到整个工程的施工进度，而且还直接关系着施工成本。

所以焊接质量的好坏是钢结构寿命长短的关键参数。

随着社会经济发展及科技不断进步，钢结构焊接工艺越来越先进，尤其是一些复
杂的钢结构构件焊接时需要采用特殊焊接方法。

一、典型焊接质量缺陷类型及产生原因
（一）裂纹
裂纹意味着焊接区域金属原子结合力被破坏，形成微观视界的新的界面，从
宏观视界上呈现裂缝。

对裂纹而言，它有长宽比大，能生长等特点，按形态可分
为纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹、焊趾裂纹、焊根裂纹等为钢结构制造行业焊
接质量缺陷之首，严重地影响了产品寿命[1]。

产生原因：母材淬硬的趋势越大，越容易出现冷裂纹；接头氢含量偏高，裂
纹敏感性较强，越容易出现氢裂纹，并具有裂纹推迟发生的特点；预热缓冷不均，热应力释放不均造成母材内的应力集中而容易开裂；热输入过大，将导致近缝区
晶粒粗大，使材料抗裂性能下降，热输入太小时，进而容易使热影响区淬硬，对
氢逸出不利；母材太厚容易在厚度方向上形成Z向应力；母材中硫，磷的含量高，容易焊后生成低熔点的共晶体，这种组织受应力的作用，很容易产生结晶裂纹；
母材组处理技术不合适，会造成钢结构连接的受力不均匀，产生应力集中现象；
焊接区域内有水分，油污，锈迹等脏物，这些脏物在高温环境中进行化学反应，
容易在焊接区域形成大量的扩散氢，极易引起焊接区域氢裂纹的出现，给钢结构
的稳定带来了致命的威胁。

（二）未熔合
所谓未熔合，就是焊道和母材或者焊道和焊道没有充分熔融结合在一起。

对
未熔合的，它周围地区间隙中应力集中严重，使钢结构在承载后容易出现开裂现象。

所以对钢结构，未熔合属于危害性比较大的焊接缺陷之一。

产生原因：电弧偏吹造成热能的损耗，使某些母材或者前一焊缝金属不能充
分熔化；焊件的表面有油污，锈迹和其它脏污，由于污物材料的熔点不一样，使
之与熔池中冷却母材金属有未熔合界面；焊接电流太大，焊条熔化速度与母材或
者前道焊缝的熔化速度不相称，产生了“假焊”现象；在横焊作业过程中，由于
焊道位置角比较特殊，由于重力的作用，上坡口熔池的金属下坠造成下侧坡口的
不完全熔化，导致未熔合现象的发生。

（三）未焊透
未焊透，主要表现为焊接接头根部没有被充分熔透，没有焊透的地方会有机
械缺口或者间隙，造成这里明显的应力集中。

当构件承受荷载时，由于结构内部
缺陷处材料与外界环境相互作用而发生变形，进而引起局部区域应力增大，最终
可能诱发焊缝部位出现裂纹。

所以钢结构很容易在承载之后诱发裂纹出现，使钢
结构不稳定，因而很容易在现场引发严重的安全和质量事故。

产生原因：坡口角度太小而钝边太大，组对间隙太小，或者错边，焊条直径太大，均可造成熔敷金属没有到达预定的地点而使没有焊透；由于焊缝表面存在气孔和夹渣等焊接缺陷，容易使裂纹在根部扩展而形成未焊透。

焊接电流太小，或焊接速度太快，造成单位长度母材的能量投入不足，底端金属没能熔化；焊接电压过低，也容易使焊缝表面氧化而出现气孔和裂纹等焊接缺陷。

（四）夹渣
所谓夹渣，就是焊道内焊完以后剩下的非金属夹杂，它将减小焊缝的有效截面积，减少钢结构的机械性能。

随着现代工业技术发展，对焊接质量要求越来越高，因此需要采用先进的焊接方法来消除夹渣层缺陷。

其中与平焊比较，立焊，仰焊更容易出现夹渣现象[2]。

二、焊接质量缺陷原因归类分析及应对措施
（一）焊接参数设置不合理
它主要表现为焊接单位热输入的不合理性，体现在焊接电压上、焊接电流的设定不尽合理，使熔池中各种物料的状态发生不和谐的改变，几乎各种焊接质量缺陷均与其成因相关。

所以钢结构加工制造企业需要对焊接参数的设定给予高度的重视。

对企业管理者而言，焊接试验评定应严格执行，制订合理焊接工艺等；对焊接工人而言，应严格按照设定焊接工艺进行焊接，并结合现场的实际条件，在焊接工艺参数许可的范围内，对电压进行合理的设定和适量的调节、电流和其他焊接参数，确保焊接质量。

（二）焊工焊接熟练度较低
它主要表现为焊工的技能水平太低或者操作不够娴熟，造成电弧太长，或者太短、运条速度不合适、焊条的夹持角度不当、引弧方法不当的问题。

对这一成因，需要企业从两个方面加以解决：一，合理安排工作量，避免了焊工在单位时间内由于需要完成的工作量太大的问题，致使它是如期完成工作的，或者是为获得较大的加工量，强迫或自愿增加运条速度的情况等等；二是增强焊工的施焊意
识，不断加强焊接技能的锻炼，培养和维持良好施焊习惯，对于技能水平太低的
焊工来说，应及时清还出厂。

（三）上游工序操作不当
它主要指焊前，焊后准备措施不足，其中有材料结构连接方式的设计不尽合理、待焊母材与坡口边缘的直线度在坡口处的加工角偏差过大、材料组配对或者
点焊固定后，焊接间隙及钝边参数不尽合理、预热和缓冷措施不力，它均会造成
裂纹，不焊透等、夹渣和其他焊接质量缺陷。

所以企业在焊接时既要对焊件预热
和缓冷速率进行控制，本实用新型避免了由于钢结构内部和外部受热或者散热不
均匀的情况，致使钢结构的应力得不到充分的释放等等，并作好结构设计和组对
工作的验证。

（四）材料管理不严格
它主要指由于母材的不同、焊条质量差。

此外，钢种不同，成分不均匀也会
造成焊缝金属强度偏低而影响产品质量。

其中母材为碳和硫、磷及其它含量过高
造成材料脆性太大，容易产生裂纹，焊条潮湿或者没有干燥，药皮有裂纹，造成
了焊接时夹渣的现象。

同时，还要加强对原材料及半成品的检验力度，防止由于
原材料和成品不合格而引发安全事故。

所以企业需要对供应链进行良好的管理，
从正规生产厂家购买化学元素含量处于合理范围内，加工成型良好的钢材。

此外，钢结构加工制造企业应尽量选择购买采用低氢焊材的产品，并且在应用的过程当中，作好焊条的干燥工作、对损坏焊条进行适时更换，并对焊条使用过程中进行
保温处理和其他管理[3]。

总结：
对海洋工程中钢结构的加工行业而言，焊接质量作为企业最为关注的一个参数。

由于海上施工条件恶劣，对焊缝要求高，因此，在焊接过程中需要考虑很多
因素，如材料选择，焊材设备准备，现场安装等。

而且对不同的企业而言，焊接
人员的技能水平高低不一，所处地区焊接环境有很大不同，焊接管理制度及实施
情况各不相同，采办原料的品质很难得到保证，这都会造成焊接质量的问题。

另
外，在焊接生产中也存在着一些影响焊接质量的因素，例如设备状态，材料性能等。

这些焊接质量缺陷是由多种因素造成的，涉及到各个环节，很难动手去解决。

参考文献：
[1]倪晓.长输管道焊接质量控制分析[J].建材发展导向
(上),2021,19(3):158-159.
[2]王红.浅谈钢沉井刃脚节段焊接质量控制[J].建材与装饰，
2021,17(15):231-232.
[3]陆传航.钢结构过焊孔的连续焊接封堵方法[J].焊接技术，
2021,50(11):50-53.。