建筑钢结构焊接裂纹的产生机理及防治措施

董文静

摘 要： 建筑钢结构具有强度高、抗震性强等优势，所以在建筑工程当中的应用范围非常广泛。设计理念以及建筑钢结构的改变加大了焊接工作的难度，这就导致很多焊接都存在缺陷，因此需要分析焊接裂纹的产生原因，提高建筑质量。

关键词： 建筑钢结构;焊接裂纹;产生机理;防治措施

【中图分类号】TU391 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.27.169

引言：随着大跨度建筑的兴起，钢结构越来越多地应用于建筑工程中，特别是大型的工业厂房。近几年，建筑行业中提倡使用装配式钢结构代替传统的焊接作业，所有构件在工厂内标准化预制，运至施工现场直接通过螺栓连接，避免焊接过程中焊接变形和裂纹对结构的影响。但对于装配式钢结构存在不足之处，其对加工的精度要求极高，螺栓孔错位将导致构件无法连接，将焊接应用于装配式钢结构工程中可有效地减少施工难度，部分螺栓连接部分焊接，可提高施工效率的同时解决构件无法连接的问题。

1 建筑钢结构焊接裂纹的特征及产生机理

1.1 层状撕裂

层状撕裂的位置形态的特点包括：一是层状撕裂会沿着焊接热影响区域进行分布，主要是由于這一区域具有较长的拉伸应力，非金属交杂物分布进行扩散成为出现的层状撕裂。第二起裂点一般出现在焊缝的根部或者焊趾处，所形成的裂缝，平行于钢板表面呈现出阶梯状。

1.2 冷裂纹

焊接后冷却会产生裂缝，通常不会显示在焊接上，且具有一定程度的匿名性。：冷裂纹的出现是由连接约束、钢的硬倒角和焊缝的氢量引起的。钢结构中的应力包括热应力、组织应力和结构应力（也称为“受约束应力”），这些应力可能导致应力过大而断裂。钢的硬化坡度较大时也会导致裂缝。氢含量过高可能导致裂缝。也就是说，当金属发生故障时，金属的正面会产生固定应力，导致大量的氢气积聚。当氢含量过高时，可能会导致更大的应力，进而导致更大的裂缝。

1.3 热裂纹

在较高的温度条件下，建筑钢结构焊接容易出现热裂纹，在焊接的过程中，焊缝受到温度的影响，发生了结晶反应，再加上金属本身的拉伸应力的影响，导致热裂纹呈现出来不同的形态，通过分析这些形态，又可以将其划分为不同的种类。由于高温和拉伸应力的影响，在焊接的过程中受热不均匀，导致受热面出现了失衡的现象，这一现象导致焊缝处发生了结晶，这一结晶受到金属杂质和拉伸应力的影响，出现了多边化的裂纹。凝固裂纹指的是在金属焊接操作中金属凝固，后期出现了脆性温度，这个温度导致焊缝出现凝固裂纹。主要的形成过程是焊缝金属结晶的晶粒之间存在很多的液相层，由于其韧性很低，在凝固的过程中温度降低，基础冷却不均匀收缩，从而产生了拉伸应力，这一变形超过了金属所能承受的临界值，从而导致凝固裂纹的出现。液化裂纹指的是在焊接的过程中过高的温度会导致金属的化合物来不及扩散，同时形成了局部晶界，这一晶界液化导致了液化裂缝的出现。失塑裂缝指的是在焊接的过程中，由于受到热循环的影响，使得金属整体的塑性受到了影响，在加上金属的拉伸应力对结晶施加了力的作用，从而产生了失塑裂纹.

2 建筑钢结构焊接裂纹的防治措施

2.1 做好焊接的质量控制工作

在焊接结束后，为了提高焊件的质量，应当加强对钢结构焊件的质量检查工作，这样能够在第一时间内避免焊后开裂的情况，减少冷裂纹等的出现。针对出现裂纹的工件应当及时分析其中存在的问题，修改焊接方案，及时止损。在焊接的过程中也应当加强质量控制，确保施工人员严格地按照相关的流程进行操作，确保焊接的规范性。焊接人员应当充分掌握各种类型裂纹产生的具体原因在焊接的过程中，能够采取恰当的防治措施，控制好焊接工艺，减少裂纹的出现。

2.2 合理的焊接方法

选择合理的焊接方法对控制焊接变形有着直接的影响，就能量密度来说，选用能量密度较高的焊接方法可有效减少焊接变形。当焊接热输入较小时，其引起的焊接变形可得到一定的控制，但焊接热输入过小将导致焊接效率的降低。为减小因焊接温度场引起的变形，可选择跳焊或者逐步退焊的方式进行。

2.3 层状撕裂的防治措施

层状裂纹部分是匿名的，因为它属于内部裂纹，从外部看不到，也无法通过专业仪器识别。这使得修复变得更加困难。因此，积极避免层裂是提高建筑质量的必要条件。首先选择高质量的钢材料，并确保钢的强度符合您的要求。第二，设计节点时，请特别注意接合形式的选取，并相应地设计起槽熔接的造型，以减少接合的受约束和拉伸应力。此外，应选择合适的焊接工艺，并降低预热温度、加热温度和降低凸度。您也可以使用多个焊接平面来降低层裂的风险。

2.4 热裂纹的防治措施

做好热裂纹的防治工作，可以才从材料的选择入手，控制材料中的各类含量，其中碳的含量越低越好。控制好母材中所含有的杂质元素量，规范施工工艺，减少焊接热用。还需要注重材料具有良好的结构性能，在焊接的过程中，这些特点能够有效的杜绝内部因素的影响，防止热裂纹的产生。针对失塑裂纹需要提高金属材料的塑，性缩小脆性温度的区间，能够有效地避免热裂纹的出现.

2.5 冷裂纹的防治措施

为了减少冷弯筋的形成，首先必须严格控制钢材的选用和使用，碳含量较低的钢材的强度较好，因为强度较高。第二，您必须控制焊接材料的选取，使用稳定良好的固定焊接材料，同时确保焊接材料包含较少的氢，并减少对各个接头的影响。环境湿度应保持在标准范围内;在使用前先烘干焊料;在焊接母机和焊接前，应清洁材料和脸部的污染。最后，应增加焊接技术，并考虑每个焊接细节。

结束语：总而言之，在焊接过程中，由于各个裂纹所产生的机理并不相同，因此需要焊接人员严格把控施工重点、焊接特点以及在焊接过程中的影响因素。选择适当的焊接工艺，从而能够有效地防止焊接裂纹出现。监管人员需要做好焊接过程的质量控制工作，保障建筑钢结构焊接质量，提高建筑工程整体质量。

参考文献

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