鋼結構焊接常見問題的討論

黃鑫

摘 要：隨著經濟和科學技術發展，鋼材的應用越來越廣泛。鋼材的廣泛應用方式主要是各種鋼結構，近幾年來鋼結構在建筑工程中應用的越來越多，比如國家體育場——鳥巢。而鋼結構制作除了工廠直接鑄造之外，絕大多數采用焊接技術來搭建。由于鋼材特殊的物理化學性質，導致了鋼結構在焊接過程中容易出現各種不良問題，所以焊接成為搭建鋼結構極其重要的一個環節，我們要通過嚴格控制焊接過程中的操作從而確保鋼結構的質量。接下來我們針對鋼結構焊接常見問題及其應對方法展開分析與討論，個人拙見，望批評指正。

關鍵詞：焊接；裂紋；變形；應對措施

自從焊接技術發明以來，就因為其牢固性和便捷性而得以廣泛應用。焊接技術就是高溫或高壓條件下，使用焊接材料將待焊接的工件連接成一個整體的操作。說來簡單，但是由于鋼鐵的特殊性質，在高溫高壓下無法精確控制鋼材的細微變化，所以會產生焊接缺陷。體現在焊件上就是有有焊接裂紋、咬邊、夾渣、變形、燒穿、夾雜等常見的幾種形式。接下來我們就其中典型的幾種做出詳盡分析。

一、裂紋

焊接裂紋分為熱裂紋和冷裂紋兩種，都是溫度變化造成的。在焊接應力及溫度的共同作用下，焊接焊縫區域的原子間相互作用力遭到了破壞而形成了新的界面，宏觀上就是就是在焊縫中心或熱影響區域出現的縱向或橫向的裂紋。

（一）熱裂紋

熱裂紋又稱為高溫裂紋或結晶裂紋，是由于焊接過程中產生的高溫所帶來的一系列物理化學變化所導致的。其表現形式有發生于焊接接口處的橫向裂紋和縱向裂紋，也有發生在焊接熱影響區域的熱影響區域裂紋。熱影響區域是指焊接過程中會在焊接作用點周圍產生一定面積的高溫區域。焊接區域經過焊接之后溫度下降的過程中，低熔點的結晶和雜質結晶在結晶過程中以液態間層形式存在于焊接處，隨著金屬的凝固，應力不斷增大最終可能會造成裂紋。即使最終沒有發生裂紋，該處的硬度也比較低，當應力增大大時，就會在該處將液態間層或者剛凝固的固態金屬拉開，從而形成裂紋。除此之外，如果在母件上也存在著低熔點共晶和雜質，當結晶后應力大到足夠拉開鋼材時，就會被拉開形成裂紋。綜上所述，熱裂紋的產生就是材料的化學性質跟力學共同作用的結果。所以，從這兩方面著手來解決這個問題。

對于手工電弧焊，采用含氫量低的焊條并要注意焊條存放在干燥環境下；改進焊接工藝，嚴格執行操作流程；預熱母材，焊接后緩慢冷卻至室溫的過程中進行后熱操作；焊接過程中要合理調節焊接電流，控制焊接速度，過快過慢都會增加裂紋出現概率；首道焊接要保證焊接強度，以抵抗收縮應力，防止裂紋出現。對于氣體保護焊，首先要調節好電流，并控制好開槽角度，根據電流適當改變開槽角度注意適當開槽角度接著要在焊條跟鋼材的選用上提高要求，選用含碳量低的焊條和鋼材，鋼材含碳量越高，焊接性能越差，如能選用含碳量低的材料則能大大降低裂紋出現概率。有時候也通過改良鋼結構的設計結構，改變焊接順序等，也降低熱裂紋的出現的概率。

（二）冷裂紋

冷裂紋一般認為是指焊縫在冷卻過程中溫度下降過程中產生的。但其實冷裂紋出現的時間不一，從焊接剛結束到之后的很長一段時間里都可能發生冷裂紋，所以也有人稱之為延遲裂紋。主要出現原因有焊接部位形成淬硬組織導致冷卻過程中出現裂紋；焊條中氫的存在，結晶時會發生化學變化最終導致裂紋出現。

對于冷裂紋的預防措施跟熱裂紋基本相同，但還應注意要認真清理坡口和焊絲，去除油污、水分和銹斑等臟物，以減少氫的來源，確保冷卻過程中不會因為氫含量過高而發生裂紋；在焊接過程中要及時進行熱處理，防止溫差變化造成裂紋出現的現象發生，并使用淬火組織回火，改善鋼結構韌性，使其能夠承受一定強度的應力；還要及時進行消氫處理，使氫元素從焊接接頭中充分逸出，確保不會發生化學反應完成裂紋。

二、局部變形

焊件局部變形的原因有很多種，我們將它分為主觀原因和客觀原因，以便于提出應對方法。客觀原因有焊接件本身接口布置不均勻而導致焊件焊接后收縮不均勻引發局部變形等。主觀原因有操作不當，未嚴格按照操作流程進行，技藝水平不達標等。值得一提的是焊接時焊件放置不平引起的應力集中導致的變形，這與工人的技藝沒有任何關系但有極可能造成焊件變形，尤其是大工件加工時。所以一定要注意這些細節。

針對客觀原因造成的變形應從改良設計下手，設計時盡量使工件焊縫均勻布置，對稱均勻設置焊縫以此來降低焊縫不均勻造成焊件變形概率。針對主觀人為的因素，則需要制定合理的操作流程并要求工人嚴格按照操作流程執行焊接。另外針對大尺寸工件，采用分部施焊，最后在進行組裝焊接，并調控好電流、焊接速度等，以免因為焊件過大導致應力不均勻形成變形。對于焊縫較長的焊件，推薦使用分段焊接法，并嚴格控制好焊接速度。焊接時人員應對稱均勻分散布置，避免由于熱量集中引起變形。如遇到大型工件且形狀不對稱，應分部焊接后，再進行裝配焊接，避免焊件過大導致應力不均產生整體變形的情況發生。大工件在龍門焊上焊接會有的多次翻動，一定程度上也可以靠重力產生的應力自行矯正變形，但要注意翻動方向，避免造成無法矯正的變形。還可以通過加裝固定裝置來避免焊件在焊接過程中發生變形。

對于已經變形的工件，如變形是可矯正的，并且矯正后不影響質量，可采用火烤矯正。如變形較大，要利用矯正裝置進行矯正。對于無法矯正的應重新制作，不能以次充好。

小結：鋼結構焊接是要求極高的焊接工藝，處處注意才能做好成品避免不良，本文就鋼結構焊接過程中的幾個典型問題做出了分析，但在實際操作中還會有大大小小各種不良問題出現，只有嚴格控制工藝流程，做好焊接的每一個步驟，才能盡可能避免問題的出現。

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