Зварювання — це технологія обробки, за допомогою якої досягається атомарний зв’язок між поверхнями двох або більше окремих заготовок шляхом нагрівання, застосування тиску або комбінації обох, доповнених наповнювальними матеріалами. Будучи ключовим компонентом важкої будівельної техніки, якість зварювальних стріл безпосередньо пов’язана з безпекою всієї машини. На відміну від механічних з’єднань, зварювання утворює металургійний зв’язок, основними умовами якого є енергетичні умови, умови навколишнього середовища та умови з’єднання. За джерелом енергії зварювання можна розділити на три категорії: зварювання плавленням, зварювання тиском і пайка. Серед них найбільш широко використовується зварювання плавленнямвиготовлення зварювальних стріл, що становить понад 90% промислового застосування.
I. Принципи зварювальної металургії та вибір матеріалу для зварювальних стріл
Металургія зварювання є ключовою теорією, яка вивчає закони утворення ванни розплаву, затвердіння, фазового перетворення та змін хімічного складу під час процесу зварювання, і відіграє вирішальну роль у продуктивності зварювальних штанг. Розплавлена ванна зварювальних штанг характеризується малим об’ємом, високою температурою, коротким часом існування та швидкою швидкістю охолодження, що призводить до швидкого процесу кристалізації. Затвердіння наплавленого металу базується на нерозплавлених зернах основного металу в зоні плавлення та зростає вздовж напрямку розсіювання тепла, утворюючи різні морфології кристалізації від плоских зерен до стовпчастих зерен. Зона термічного-впливу (ЗТВ) — це ділянка основного металу, яка зазнала впливу тепла зварювання, але не розплавилася. Його мікроструктурні зміни спільно визначаються температурою нагрівання та швидкістю охолодження, що призводить до появи різних областей, таких як зона плавлення, зона перегріву та зона нормалізації.
Зварювальні стріли здебільшого виготовляються з низько{0}}легованої високо{1}}сталі, як-от високоміцної-пластини BS700MCK2, яка має межу текучості більше або дорівнює 700 МПа та чудову зварюваність, холодне формування та низьку{6}}температурну ударну в’язкість. Цей тип матеріалу є конструкційною сталлю з низьким-вуглецевим-сплавом, яка забезпечує чудові зварювальні характеристики завдяки зниженню вуглецевого еквівалента та індексу чутливості до розтріскування швів. Під час процесу зварюваннязварювальні стрілиміж розплавленим металом і навколишнім середовищем відбувається ряд хімічних реакцій, таких як окислення, відновлення та азотування. Необхідно забезпечити розумний хімічний склад зварного шва та уникнути дефектів за допомогою відповідних витратних матеріалів для зварювання та контролю процесу.
II. Закон впливу теплового процесу зварювання на якість зварювальної стріли
Термічний процес зварювання є джерелом металургійних реакцій зварювання, мікроструктурних перетворень і деформації напруги. Поглиблене-вивчення законів утворення, передачі та розсіювання тепла має вирішальне значення для покращення якості зварювальних штанг. Різні методи зварювання мають суттєві відмінності в характеристиках джерел тепла: дугове зварювання в екранованому металі має відносно низьку щільність енергії, розсіяне тепло та велику зону термічного-впливу; у той час як лазерне та плазмово-дугове зварювання мають концентровану енергію та невелику зону термічного-впливу.
Зварювальний підхід тепла стосується тепла, отриманого на одиницю довжини зварного шва, розрахованого за формулою E=60IU/(vη), де I – зварювальний струм, U – зварювальна напруга, v – швидкість зварювання, а η – термічний ККД. Під час процесу зварювання зварювальних штанг надмірне надходження тепла підвищить пікову температуру, уповільнить швидкість охолодження, розширить зону термічного -впливу та укрупнить зерна, тим самим зменшивши в’язкість; недостатнє підведення тепла прискорить швидкість охолодження, що легко призведе до утворення затверділих структур і холодних тріщин.
При виготовленнізварювання бумс, необхідно точно контролювати міжпрохідну температуру та застосовувати відповідні процеси попереднього та після-нагрівання. Для товстих сталевих листів необхідно виконати попередній нагрів, щоб компенсувати підвищену швидкість втрати тепла та запобігти утворенню холодних тріщин. Зварювальне середовище також потребує суворого контролю, включаючи такі вимоги, як інтенсивність освітлення в робочій зоні, швидкість вітру нижче 2 м/с і вологість нижче 60%.
III. Контроль зварювальних дефектів і стратегії гарантії ефективності зварювальних штанг
Дефекти зварювання — це, по суті, прояви --неконтрольованих металургійних процесів або незбалансованих термічних процесів. Поширені дефекти зварювальних штанг включають пористість, включення шлаку, тріщини та підрізи. Пористість — це отвори, які утворюються, коли розчинені гази в ємності розплаву не виходять під час охолодження та затвердіння, тоді як включення шлаку походять від оксидів і сульфідів, утворених металургійними реакціями, які не спливають на поверхню ванни розплаву вчасно.
Тріщини діляться на дві категорії: гарячі тріщини і холодні тріщини. Гарячі тріщини спричинені утворенням рідких плівок внаслідок збагачення елементами з низькою-температурою-плавлення на межах зерен і розтріскування під напругою зварювання; холодні тріщини утворюються внаслідок утворення затверділих структур, спричинених надмірною швидкістю охолодження та накопиченням дифузійного водню. Для забезпечення надійності роботизварювальні стріли, необхідно систематично оцінювати механічні властивості з'єднань, включаючи міцність, в'язкість, пластичність і твердість.
Зварне з’єднання складається з трьох частин: зварного металу, зони плавлення та зони термічного-впливу, і його загальні характеристики повністю відображають ці три частини. Зона проплавлення є слабкою ланкою з’єднання, яка може стати місцем утворення тріщин через нерівномірну структуру та грубу зернистість. Прийнявши розумну послідовність зварювання та параметри процесу, як-от оптимізований процес використання п’яти-зварювальних зварювальних секцій за кроком для кореневого зварювання та дво-зварювальних центральних симетричних секцій для зварювання накривок, можна ефективно зменшити залишкову напругу та деформацію під час зварювання. З технологічним прогресом ефективність виробництва та стабільність якості продукції зварювальних штанг значно підвищаться.
