钢结构制造广泛地应用于船舶、锅炉、起重运输及矿山采掘运输工程等工业领域。在矿山机械中，重型、超重型井下煤炭输送设备，大多采用铸-焊结构制造，因此，这种钢结构的焊接失效分析以及预防措施成为大家比较关心的问题。
 
一、铸-焊结构焊接失效的原因
通常意义上讲，焊接失效就是焊接接头由于各种因素，在一定条件下断裂（如：应力、温度、材质、焊接质量和实际使用工况条件等）。接头一旦失效，就会使相互紧密联系成一体的构件局部分离、撕裂并扩展，造成焊接结构损坏，致使设备停机，影响正常生产。
 
焊接失效的基本条件：一是焊接结构设计不合理，如在局部或整体焊缝的布置与设计上存在问题；二是材料本身的缺陷，如板材化学成分偏析，铸钢件的组织存在缩松、气孔、裂纹等；三是焊接工艺的应用不合理，如焊接材料的选择、焊接方法的制定；四是构件所处的工作环境、工况条件差（如受到交变及冲击载荷），引起结构材料疲劳破坏。
 
针对接头失效进行分析，应从两个方面入手：一是产生的根源；二是其危害性。
 
1.  结构件焊接失效产生的根源
通常情况下，材料本身的缺陷（如化学成分的不均匀性、局部微观裂纹），焊缝由于各种原因产生的冷热裂纹、未焊透、夹渣、气孔及咬边等，焊接过程中近缝区较高的残余应力（包括焊缝及热影响区相变的组织应力），以及焊接过程高温下的组织软化和冷却后产生的脆化等，都是造成接头失效的根源，也为接头的脆断或扩展提供了条件。
 
2.  结构件焊接失效的危害性
井下工作面刮板输送机、转载机和破碎机，是采煤工作面的关键设备，工作面使用条件复杂。由于刮板输送机除要完成运煤、清理浮煤外，还要作为采煤机运行的轨道和牵引支承、液压支架前沿的基点，担负着采煤工艺过程中的落、装、运、支、控等全部工序，井下设备的可靠性决定了高效采煤的经济性，所以设备质量的好坏、寿命长短、性能的优劣，直接影响着煤炭生产。
 
由于刮板输送机和转载机的使用特点，中部槽之间的联结强度和可靠性显得尤为重要，而其结构大多由铸钢件与普通低合金板Q345（16Mn） 以及高强板和耐磨板（NM360）焊接而成，铸钢件以碳锰硅（C-Mn-Si）系列为主。多年实践证明，此类铸钢的焊接性能比较好，但焊接结构件的接头失效也容易发生在这类结构件的焊接部位，一旦在井下工作面使用中发生断裂失效，将影响整台设备的正常运转甚至停产，造成很大的经济损失。
 
3.  焊接失效形式
由于其结构本身的特殊性，焊接失效形式也不一样。
 
（1）因设计不合理，存在局部刚性过大，应力集中的现象。
 
（2）材料缺陷。铸钢件相对于轧制板材存在着冲击韧度差，屈服强度低的特点，还有焊接工艺制定不合理、焊接规范的运用不当、焊接方法的选择不正确等。
 
（3）焊工技术水平高低与焊接位置的好坏；还有焊接检验水平，包括对材质的检验和焊缝检验等。另外，环境温度对焊接质量也是一个重要的影响因素。
以上都可能是造成焊接接头失效的原因，一旦存在上述缺陷的结构件进入使用阶段，就很难避免失效、损坏情况的发生。
 
综上所述，要避免此类结构件焊接失效的产生，单纯的从某一个方面分析解决问题，是不符合实际的，它是多种因素的综合，但在一定条件下，则是某种因素起到主要作用的情况下而产生的结果。这就要从设计、工艺、材料及焊接等多方面去考虑，尽量使以上几方面的因素达到合理化，找出最主要原因，采取必要的工艺措施，才能有效地加以防止。
 
二、防止措施
在工艺的制定上如何才能防止焊接失效的发生，是分析解决问题的关键，这就需要从以下几个方面综合考虑：
 
（1）根据结构的设计和使用要求（ 如承受静、动载荷，交变载荷、冲击载荷等），正确选取材料。
 
材料的选择不仅是工艺技术问题，同样也是一个经济效益问题。选用过高的材质经济上不合理，而选用材质过低，则会降低使用寿命，增加了焊接失效的隐患。
 
在煤矿机械制造业，常用钢材一般为Q345(16Mn） 和近几年才发展应用起来的高强板（WH、QJ）等系列和（NM） 系列的耐磨板。为保证焊接性能，上述钢材中Ceg均应<0.45%, S、P 含量（ 质量分数）不能高于0.04%。
 
（2）钢材从进货到投入生产使用，都要进行严格的进厂检验，以保证化学成分和力学性能指标符合国家标准规定。另外，新品种钢材的采购，要先进行小批量试验和焊接工艺性能试验，以确定其工艺性能和焊接性好坏，做出试验结论，才能决定是否大批量投入使用。
 
材质检验分宏观和微观两种：宏观检查是用肉眼或放大镜进行外观检查；微观检查主要采用无损探伤、金相切片低倍组织检验等手段，目的是提前发现材料有无裂纹、夹层、撕裂等缺陷。对于铸钢件，要严格检验其随炉试棒的各项化学成分及力学性能，以确定是否符合材料性能要求。
 
（3）在结构设计时，要尽量减少过大的刚度及应力集中现象出现，如在设计时防止焊缝分布过分密集，尽量消除有可能产生应力集中的部位；对部件连接部位，要尽量避开结构上应力最大处，有利于控制焊后变形，提高构件强度。另外，根据其结构的使用和受力状况，分清其焊道是工作焊缝还是联系焊缝，合理地设计焊缝的分布、焊道几何尺寸及焊脚高度，同时还要考虑焊接的经济性。在一般情况下，人们认为受力大的构件，为了牢固，焊脚尺寸越大则强度越高，其实这是一种误解，正确的原则是在满足焊缝金属强度的基本要求下，应尽量减少填充金属的用量，这与结构件设计和焊接工艺设计人员对结构的受力计算，选用焊接方法和形式有着密切的关系，这是保证获得优良焊接接头的先决条件。
 
实践证明，接头设计的合理，既能保证其强度，又体现了经济价值。
 
（4）正确选择焊接规范，是保证焊接质量和生产率的关键。在焊接生产中，配备相应的焊接辅助装置，如定位夹紧装置、翻转胎、焊接变位器等，利用胎具可保证组装点对精度的要求，方便地得到恰当的焊接位置，有利于大批量组织生产。加强对焊工的培训，焊工技术水平高低将直接影响到焊缝的质量。制定焊接工艺要充分考虑原材料（母材）、设备、焊接材料（ 填充材料），以及工人的技术水平、生产量大小、环境温度等各种因素，选择合理焊接工艺。
 
对一些淬硬倾向大，高强度低合金钢的结构，除了正确选择焊接参数和焊接材料外，为避免产生热裂纹和冷裂纹，应采取焊前预热、焊后缓冷措施。另外，对环境温度的影响也要考虑，冬季气候严寒，材料在切割、焊接过程，裂纹倾向增大，需采取一定的预热和缓冷措施，利用工艺手段，改善焊接热循环的不良作用，以保证得到优良的焊接接头，只有这样才能减小或消除焊接结构件在使用中失效的隐患。
 
最后，对焊接接头一定要进行严格的检验，主要利用射线探伤、超声波探伤、磁力探伤等无损检验方法，以便及早发现焊缝缺陷，及时加以处理。
 
三、结语
钢结构件的焊接失效，往往是在设备使用过程中出现，一台设备中任意一个结构部件发生焊接失效开裂，都会影响整台设备的正常运转，给企业造成不可估量的损失。
 
目前，国内外都在积极探索、研究预防和解决焊接失效问题的方法，努力使焊接技术向自动化、智能化方向拓展，但对常用的普通碳素钢和低合金结构钢构件来说，掌握规律，对现有的工艺技术不断改进提高，减少此类问题的发生，也是经济效益增长的一种必要手段。
 
总之，最重要的是立足于实践，严格控制钢材的质量，细化焊接结构设计，通过焊接工艺的不断改进创新，并吸收国内外先进焊接工艺技术，防止和消除焊接接头失效产生的各种后果。
 
当然了，要提高焊接工程师自身的整体素质也是非常重要的，因此，在工作中应该抓住每次的学习提高机会。为此，各位焊接工程师可以申报下面这个会议活动，还有会证书的，具有很强的实用效应。