鋼結(jié)構(gòu)制造廣泛地應(yīng)用于船舶、鍋爐、起重運(yùn)輸及礦山采掘運(yùn)輸工程等工業(yè)領(lǐng)域。在礦山機(jī)械中，重型、超重型井下煤炭輸送設(shè)備，大多采用鑄-焊結(jié)構(gòu)制造，因此，這種鋼結(jié)構(gòu)的焊接失效分析以及預(yù)防措施成為大家比較關(guān)心的問題。
一、鑄-焊結(jié)構(gòu)焊接失效的原因
通常意義上講，焊接失效就是焊接接頭由于各種因素，在一定條件下斷裂（如：應(yīng)力、溫度、材質(zhì)、焊接質(zhì)量和實(shí)際使用工況條件等）。接頭一旦失效，就會使相互緊密聯(lián)系成一體的構(gòu)件局部分離、撕裂并擴(kuò)展，造成焊接結(jié)構(gòu)損壞，致使設(shè)備停機(jī)，影響正常生產(chǎn)。
焊接失效的基本條件：一是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，如在局部或整體焊縫的布置與設(shè)計(jì)上存在問題；二是材料本身的缺陷，如板材化學(xué)成分偏析，鑄鋼件的組織存在縮松、氣孔、裂紋等；三是焊接工藝的應(yīng)用不合理，如焊接材料的選擇、焊接方法的制定；四是構(gòu)件所處的工作環(huán)境、工況條件差（如受到交變及沖擊載荷），引起結(jié)構(gòu)材料疲勞破壞。
針對接頭失效進(jìn)行分析，應(yīng)從兩個(gè)方面入手：一是產(chǎn)生的根源；二是其危害性。
1. 結(jié)構(gòu)件焊接失效產(chǎn)生的根源
通常情況下，材料本身的缺陷（如化學(xué)成分的不均勻性、局部微觀裂紋），焊縫由于各種原因產(chǎn)生的冷熱裂紋、未焊透、夾渣、氣孔及咬邊等，焊接過程中近縫區(qū)較高的殘余應(yīng)力（包括焊縫及熱影響區(qū)相變的組織應(yīng)力），以及焊接過程高溫下的組織軟化和冷卻后產(chǎn)生的脆化等，都是造成接頭失效的根源，也為接頭的脆斷或擴(kuò)展提供了條件。
2. 結(jié)構(gòu)件焊接失效的危害性
井下工作面刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)，是采煤工作面的關(guān)鍵設(shè)備，工作面使用條件復(fù)雜。由于刮板輸送機(jī)除要完成運(yùn)煤、清理浮煤外，還要作為采煤機(jī)運(yùn)行的軌道和牽引支承、液壓支架前沿的基點(diǎn)，擔(dān)負(fù)著采煤工藝過程中的落、裝、運(yùn)、支、控等全部工序，井下設(shè)備的可靠性決定了高效采煤的經(jīng)濟(jì)性，所以設(shè)備質(zhì)量的好壞、壽命長短、性能的優(yōu)劣，直接影響著煤炭生產(chǎn)。
由于刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)的使用特點(diǎn)，中部槽之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度和可靠性顯得尤為重要，而其結(jié)構(gòu)大多由鑄鋼件與普通低合金板Q345（16Mn） 以及高強(qiáng)板和耐磨板（NM360）焊接而成，鑄鋼件以碳錳硅（C-Mn-Si）系列為主。多年實(shí)踐證明，此類鑄鋼的焊接性能比較好，但焊接結(jié)構(gòu)件的接頭失效也容易發(fā)生在這類結(jié)構(gòu)件的焊接部位，一旦在井下工作面使用中發(fā)生斷裂失效，將影響整臺設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)甚至停產(chǎn)，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。
3. 焊接失效形式
由于其結(jié)構(gòu)本身的特殊性，焊接失效形式也不一樣。
（1）因設(shè)計(jì)不合理，存在局部剛性過大，應(yīng)力集中的現(xiàn)象。
（2）材料缺陷。鑄鋼件相對于軋制板材存在著沖擊韌度差，屈服強(qiáng)度低的特點(diǎn)，還有焊接工藝制定不合理、焊接規(guī)范的運(yùn)用不當(dāng)、焊接方法的選擇不正確等。
（3）焊工技術(shù)水平高低與焊接位置的好壞；還有焊接檢驗(yàn)水平，包括對材質(zhì)的檢驗(yàn)和焊縫檢驗(yàn)等。另外，環(huán)境溫度對焊接質(zhì)量也是一個(gè)重要的影響因素。
以上都可能是造成焊接接頭失效的原因，一旦存在上述缺陷的結(jié)構(gòu)件進(jìn)入使用階段，就很難避免失效、損壞情況的發(fā)生。
綜上所述，要避免此類結(jié)構(gòu)件焊接失效的產(chǎn)生，單純的從某一個(gè)方面分析解決問題，是不符合實(shí)際的，它是多種因素的綜合，但在一定條件下，則是某種因素起到主要作用的情況下而產(chǎn)生的結(jié)果。這就要從設(shè)計(jì)、工藝、材料及焊接等多方面去考慮，盡量使以上幾方面的因素達(dá)到合理化，找出最主要原因，采取必要的工藝措施，才能有效地加以防止。
二、防止措施
在工藝的制定上如何才能防止焊接失效的發(fā)生，是分析解決問題的關(guān)鍵，這就需要從以下幾個(gè)方面綜合考慮：
（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和使用要求（ 如承受靜、動載荷，交變載荷、沖擊載荷等），正確選取材料。
材料的選擇不僅是工藝技術(shù)問題，同樣也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益問題。選用過高的材質(zhì)經(jīng)濟(jì)上不合理，而選用材質(zhì)過低，則會降低使用壽命，增加了焊接失效的隱患。
在煤礦機(jī)械制造業(yè)，常用鋼材一般為Q345(16Mn） 和近幾年才發(fā)展應(yīng)用起來的高強(qiáng)板（WH、QJ）等系列和（NM） 系列的耐磨板。為保證焊接性能，上述鋼材中Ceg均應(yīng)<0.45%, S、P 含量（ 質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不能高于0.04%。
（2）鋼材從進(jìn)貨到投入生產(chǎn)使用，都要進(jìn)行嚴(yán)格的進(jìn)廠檢驗(yàn)，以保證化學(xué)成分和力學(xué)性能指標(biāo)符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。另外，新品種鋼材的采購，要先進(jìn)行小批量試驗(yàn)和焊接工藝性能試驗(yàn)，以確定其工藝性能和焊接性好壞，做出試驗(yàn)結(jié)論，才能決定是否大批量投入使用。
材質(zhì)檢驗(yàn)分宏觀和微觀兩種：宏觀檢查是用肉眼或放大鏡進(jìn)行外觀檢查；微觀檢查主要采用無損探傷、金相切片低倍組織檢驗(yàn)等手段，目的是提前發(fā)現(xiàn)材料有無裂紋、夾層、撕裂等缺陷。對于鑄鋼件，要嚴(yán)格檢驗(yàn)其隨爐試棒的各項(xiàng)化學(xué)成分及力學(xué)性能，以確定是否符合材料性能要求。
（3）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量減少過大的剛度及應(yīng)力集中現(xiàn)象出現(xiàn)，如在設(shè)計(jì)時(shí)防止焊縫分布過分密集，盡量消除有可能產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位；對部件連接部位，要盡量避開結(jié)構(gòu)上應(yīng)力最大處，有利于控制焊后變形，提高構(gòu)件強(qiáng)度。另外，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的使用和受力狀況，分清其焊道是工作焊縫還是聯(lián)系焊縫，合理地設(shè)計(jì)焊縫的分布、焊道幾何尺寸及焊腳高度，同時(shí)還要考慮焊接的經(jīng)濟(jì)性。在一般情況下，人們認(rèn)為受力大的構(gòu)件，為了牢固，焊腳尺寸越大則強(qiáng)度越高，其實(shí)這是一種誤解，正確的原則是在滿足焊縫金屬強(qiáng)度的基本要求下，應(yīng)盡量減少填充金屬的用量，這與結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)和焊接工藝設(shè)計(jì)人員對結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算，選用焊接方法和形式有著密切的關(guān)系，這是保證獲得優(yōu)良焊接接頭的先決條件。
實(shí)踐證明，接頭設(shè)計(jì)的合理，既能保證其強(qiáng)度，又體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
（4）正確選擇焊接規(guī)范，是保證焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率的關(guān)鍵。在焊接生產(chǎn)中，配備相應(yīng)的焊接輔助裝置，如定位夾緊裝置、翻轉(zhuǎn)胎、焊接變位器等，利用胎具可保證組裝點(diǎn)對精度的要求，方便地得到恰當(dāng)?shù)暮附游恢茫欣诖笈拷M織生產(chǎn)。加強(qiáng)對焊工的培訓(xùn)，焊工技術(shù)水平高低將直接影響到焊縫的質(zhì)量。制定焊接工藝要充分考慮原材料（母材）、設(shè)備、焊接材料（ 填充材料），以及工人的技術(shù)水平、生產(chǎn)量大小、環(huán)境溫度等各種因素，選擇合理焊接工藝。
對一些淬硬傾向大，高強(qiáng)度低合金鋼的結(jié)構(gòu)，除了正確選擇焊接參數(shù)和焊接材料外，為避免產(chǎn)生熱裂紋和冷裂紋，應(yīng)采取焊前預(yù)熱、焊后緩冷措施。另外，對環(huán)境溫度的影響也要考慮，冬季氣候嚴(yán)寒，材料在切割、焊接過程，裂紋傾向增大，需采取一定的預(yù)熱和緩冷措施，利用工藝手段，改善焊接熱循環(huán)的不良作用，以保證得到優(yōu)良的焊接接頭，只有這樣才能減小或消除焊接結(jié)構(gòu)件在使用中失效的隱患。
最后，對焊接接頭一定要進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，主要利用射線探傷、超聲波探傷、磁力探傷等無損檢驗(yàn)方法，以便及早發(fā)現(xiàn)焊縫缺陷，及時(shí)加以處理。
三、結(jié)語
鋼結(jié)構(gòu)件的焊接失效，往往是在設(shè)備使用過程中出現(xiàn)，一臺設(shè)備中任意一個(gè)結(jié)構(gòu)部件發(fā)生焊接失效開裂，都會影響整臺設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，給企業(yè)造成不可估量的損失。
目前，國內(nèi)外都在積極探索、研究預(yù)防和解決焊接失效問題的方法，努力使焊接技術(shù)向自動化、智能化方向拓展，但對常用的普通碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件來說，掌握規(guī)律，對現(xiàn)有的工藝技術(shù)不斷改進(jìn)提高，減少此類問題的發(fā)生，也是經(jīng)濟(jì)效益增長的一種必要手段。
總之，最重要的是立足于實(shí)踐，嚴(yán)格控制鋼材的質(zhì)量，細(xì)化焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過焊接工藝的不斷改進(jìn)創(chuàng)新，并吸收國內(nèi)外先進(jìn)焊接工藝技術(shù)，防止和消除焊接接頭失效產(chǎn)生的各種后果。
