钢结构焊接裂纹的原因及预防策略

高学民

摘 要：在钢结构焊件中出现的主要危害元素是焊接裂纹，发现这种问题后，就需要重新焊接立即解决。本文主要对钢结构焊接裂纹出现的原因及预防方法进行探讨。

关键词：钢结构；焊接裂纹；产生原因；预防措施

1 焊接中的局部变形的原因及预防措施

1.1 产生原因

焊接中的局部变形的原因主要有下面5点：（1）技术加工人员缺乏专业知识，导致操作不当，当焊接时的电流大小、速度大小、位置方向没有把握好，同时没有进行对称分层、分段、间断焊接，就容易导致钢结构焊件发生形变；（2）钢结构构件的刚性不够或者分布不均与，完成焊接后极易发生收缩不均匀，产生裂缝；（3）同时，在布置代加工的钢结构构件时焊缝不均匀，容易导致因收缩不均匀使焊缝密集的地方收缩，产生极大的变形；（4）“咬肉”过多也容易使焊接应力太集中从而产生过度变形；（5）完成焊接后，钢结构器件没有放置平整，应力在集中进行释放的过程中引发变形。

1.2 预防措施

预防工作可以通过以下几点进行：（1）规范焊接步骤降低变形发生率。比如在焊接过程中，可以先对主焊缝进行焊接，然后再对次要焊缝进行焊接，先对对接焊缝进行焊接，后对焊接角焊缝进行焊接；（2）对一些焊缝尺寸比较大的器件可以利用分段、分层、间断施焊的方法，并对电流、速度、方向进行有效控制；（3）设计的时候应该尽量让钢结构器件的各部分刚度与焊缝均匀布置，对焊缝应该进行对称设计，尽量减少交叉和密集焊接情况的出现；（4）进行焊接时，应该时常均匀的翻动工件，使钢构件产生的变形相互抵消；（5）手工焊接焊缝较长的位置时，应该选用分段焊接法，从焊件中间向两端缓慢退焊，尽可能使焊点的布置能够成对称的方式，避免因为温度分布不均匀产生变形；（6）对于大型的不对称构件，可以从小处着手，先对小型工件焊接，完成单构架矫正后，再进行整体构件的装配焊接；（7）有些焊接工件容易出现角变形，可以对其先进行预变形处理，垫高焊接口后使焊接平滑，钢结构焊接更加顺利；（8）还可以利用外焊加构件来增加工件的刚性，并减少焊接变形，加固件应该放在收缩应力的背面。

1.3 处理方法

对焊接过程中发生变形的工件，如果变形比较严重，可以使用边烤边用千斤顶来进行矫正。如果变形较小，可以直接采用火烤进行矫正。

2 钢结构焊接裂纹的原因及预防措施

裂纹直接影响焊接件的正常使用，在钢结构焊接过程中是一项非常严重的工艺缺陷，焊接裂纹不单单只是在焊接过程中发生的，它还具有一定的潜伏期，有的时候在焊接结束后再次加热过程中也会出现。焊接裂缝出现的部位、大小、形状、原因及机理都不尽相同，本文重点介绍冷裂纹和热裂纹。

2.1 冷裂纹

冷裂纹主要出现在焊缝加热后的冷却过程中，当温度降到马氏体转变温度范围时容易出现，在焊接以后也能立即出现，如果焊接结束后，经过很长时间才出现的裂缝 被称为延迟裂缝。形成这种裂缝的原因有以下3条：工件具有较大的焊接拉伸力；所焊接的地方有淬硬组织；该位置有大量扩散氢聚集。可以采用的预防方式有：（1）钢材选取时选择质量比较好的钢材，质量好的钢材含杂质少，不易发生收缩不均匀；（2）尽可能地降低焊接应力对钢构件的影响；（3）严格按照焊接操作规范焊接，焊接步骤要严格把关；（4）应用碱性焊条或焊剂（5）确保焊条和焊剂的干燥、无污。

2.2 热裂纹

当温度接近固相线时容易出现热裂纹，它具有沿晶界明显分布的特点，有时候也会出现在温度低于固相线的情况下，此时的分布情况为：沿多边形化。热裂纹较易出现在焊缝金属内，少部分情况出现在焊缝附近的金属内。出现这种情况的原因是焊接结晶时，焊接熔池出现偏析现象，结晶过程中由于存在低熔点共晶和杂质导致出现液态间层，从而出现偏析情况，液体凝固后也会导致钢结构的强度降低，一旦焊接时的焊接应力较大时，就会在液态间层和凝固的焊接缝之间产生一条裂缝。所以，热裂纹出现的主要原因是在冶金过程中各方面因素与应力综合的结构。

面对这种问题我们可以采用以下措施：（1）选用科学、合理的焊接步骤，在选取焊接线超能过程中应该选择较小的，对整体进行预热和锤击，在收弧过程中应该将弧坑填满；（2）对母材及焊接材料中一些杂质的含量进行有效控制，尤其是硫、磷的含量；（3）对焊接缝中化学成分进行调整，尽最大努力改善焊接缝结构，并提高焊接缝的塑性，进而减少或分散焊接过程中的分散程度，有效控制危害；（4）使用碱性焊条或焊剂，碱性的焊材能够有效控制杂质含量，改善结晶过程中的偏析程度。

2.3 再热裂纹

2.3.1 出现的原因

在钢结构焊接过程中，一些关键构件需要对残余应力进行消除，并且高温回火是最常用一种方式。通过回火或者由于长期处于高温状态而产生的裂纹被称作再热裂纹。造成这种情况的主要原因是：①钢构件中的过饱和固熔碳化物经过再次加热时会析出，使得钢结构境内强化；②在焊接过程中导致的残余应力在钢结构某一处过度集中。

2.3.2 预防方法

①选取钢材时避免碳化物的沉淀析出；②对钢构件进行再热处理时尽可能避开容易出现再热裂纹的地方；③尽量减少残余应力的出现，并避免过于集中；④选取焊条时要选用符合规定设计强度等级比较低的焊条。

3 结束语

综上所述，在对钢结构进行焊接时一定要注意焊接裂纹这一危害，焊接工程师必须严格按照操作规定进行焊接，防止焊接裂纹的出现。

参考文献

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[2]杨志浩，张帆.钢结构焊接裂纹的原因及防治措施[J].河南建材，2009，（5）：29-30.

[3]石成，茹国和.钢结构焊接裂纹的防治[J].建筑施工，2010，32（5）：431-434.

（作者单位：河北德鹏机械设备有限公司）