建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接缺陷的成因分析及其預(yù)防措施的探討

【摘 要】當(dāng)今我國建筑工業(yè)正值蓬勃發(fā)展階段，而焊接作為重要的鋼結(jié)構(gòu)連接工藝，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。而鋼結(jié)構(gòu)工程在焊接過程中，由于原材料、施工工藝、焊工技術(shù)水平、環(huán)境氣候等條件影響，會產(chǎn)生一些影響鋼結(jié)構(gòu)使用功能的質(zhì)量缺陷，本文分析了常見焊接缺陷的成因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；焊接缺陷；成因；預(yù)防

一、前言

鋼結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代建筑工程中的重要組成部分，可以說其和筋混凝土結(jié)構(gòu)一起承擔(dān)著土建工程中的最重要角色，而焊接是鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方式之一，所以做好鋼結(jié)構(gòu)焊接工作極為重要。鋼結(jié)構(gòu)焊接是一項較為復(fù)雜的工藝，若在施工焊接過程中，未能對每個焊接工序進行嚴(yán)密控制，將導(dǎo)致各種焊接缺陷的產(chǎn)生，不僅對后期焊接工作造成阻礙，同時對鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。所以分析焊接缺陷的形成原因，并去研究和探討其預(yù)防措施和檢測方法具有重要的現(xiàn)實意義。

二、常見焊接質(zhì)量缺陷及其防治措施

（一）焊接殘余應(yīng)力

1.現(xiàn)象及成因

焊接殘余應(yīng)力簡稱焊接應(yīng)力，有沿焊縫長度方向的縱向焊接應(yīng)力，垂直于焊縫長度方向的橫向焊接應(yīng)力和沿厚度方向的焊接應(yīng)力。施焊時焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場，不均勻的溫度場產(chǎn)生了不均勻膨脹，溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度較低、膨脹量較小的鋼材所限制，產(chǎn)生了熱塑性壓縮。焊縫冷卻時，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮短，但受到兩側(cè)鋼材限制而產(chǎn)生縱向拉應(yīng)力。焊接應(yīng)力是一種無荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力，因此會在焊件內(nèi)部自相平衡，這就是必然在距焊縫稍遠區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力。

2、防治措施

可根據(jù)構(gòu)件的尺寸，工廠制作宜采用加熱爐整體退火或電加熱局部退火對焊件消除應(yīng)力，僅為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)尺寸時采振動發(fā)消除應(yīng)力；工地安裝焊縫宜采用錘擊法消除應(yīng)力。

（二）焊接殘余變形

1、現(xiàn)象及成因

焊接殘余變形包括縱、橫向收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等，且通常是幾種變形的組合。在焊接過程中由于不均勻加熱，在焊接區(qū)局部產(chǎn)生了熱塑性變形，當(dāng)冷卻時焊接區(qū)要在縱向和橫向收縮，勢必導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生局部鼓曲、彎曲、歪曲和扭轉(zhuǎn)等。

2、防治措施

采用合理的焊接順序，對于對接接頭、T形接頭和十字形坡口焊接，在工件放置允許或易于翻身的情況下，宜采用雙面坡口對稱順序焊接，對于有對稱截面的構(gòu)件，宜采用對稱于構(gòu)件軸線的順序焊接，對于雙面非對稱坡口焊接，宜采用先焊深坡口側(cè)部分焊縫、后焊淺坡口側(cè)、最后焊完深坡口側(cè)焊縫的順序；對于較厚的焊縫，可采用分層焊的方法進行焊接。

（三）裂紋

1、冷裂紋

（1）現(xiàn)象及成因 冷裂紋一般在焊接低合金高強度鋼、中碳鋼、合金鋼等易淬火鋼時發(fā)生。產(chǎn)生的原因主要是由氫、脆性、硬組織和應(yīng)力而引起。

（2）防治措施 選用低氫堿性焊條和堿性焊劑；焊條和焊劑嚴(yán)格烘焙，使干燥達標(biāo)；焊后立即進行消氫處理或熱處理；采取措施降低焊接應(yīng)力。

2、熱裂紋

（1）現(xiàn)象及成因 熱裂紋屬于結(jié)晶裂紋，一般存在于焊縫中心，表現(xiàn)為焊縫金屬在晶間處開裂。熱裂紋產(chǎn)生原因是由于焊接熔池結(jié)晶過程中存在著偏析現(xiàn)象，偏析出的物質(zhì)多為低熔點共晶和雜質(zhì)，在結(jié)晶過程中以液態(tài)間層存在，當(dāng)焊縫內(nèi)應(yīng)力足夠大時，會將液態(tài)間層拉開或在其凝固后不久被拉斷而在焊縫中形成裂紋。

（2）防治措施 控制鋼材及焊條中的硫、磷及其他有害雜質(zhì)含量；采用多層多焊道，避免中心線偏析；降低焊縫中的殘余應(yīng)力；采用收弧板，或逐漸斷弧，填滿弧坑。

（四）氣孔

1、現(xiàn)象及成因 氣孔是焊縫中常見的缺陷，是由于焊條藥皮潮濕，焊縫坡口處有水分污垢等物，在受熱后分解產(chǎn)生氣體，氣體來不及逸出而殘留在焊縫中形成的。

2、防治措施 焊條、焊絲、焊劑按規(guī)定烘焙；做好清潔工作，坡口部位應(yīng)保持干燥；選擇合適的焊接電流、電弧電壓；選用堿性焊條，直流反接極，短弧；清根時要加強檢查。

（五）未焊透

1、現(xiàn)象及成因 坡口不符合規(guī)范，背面清根不徹底，以及電流大小等均容易形成焊縫的未焊透缺陷。帶有墊板的接頭，若間隙太小，則根部也不易焊透。

2、預(yù)防措施 按標(biāo)準(zhǔn)開坡口；焊接電流按規(guī)范選擇；背面清根時，加強檢查，發(fā)現(xiàn)“黑線”則繼續(xù)深刨，直到消除“黑線”為止。

（六）層狀撕裂

1、現(xiàn)象及成因 層狀撕裂主要是母材先天不足，軋制鋼材存在嚴(yán)重的層狀夾雜物，致使厚度方向的拉伸塑性很差，以及板厚方向存在高的拉應(yīng)力所致。

2、預(yù)防措施 對原材料嚴(yán)格復(fù)查；采取預(yù)熱、控制層間溫度、焊后保溫冷卻等措施；采用低氫堿性焊條。

（七）焊縫咬邊

1、現(xiàn)象及成因 焊接電流過大，電弧過長，焊條角度不當(dāng)，致使焊縫邊緣與母材交界處出現(xiàn)一條凹痕，稱為咬邊。

2、預(yù)防措施 手工焊接時選擇合適的電流、電弧長度和焊條角度；焊條擺動時在坡口邊緣稍慢一些；自動焊時焊接速度應(yīng)適當(dāng)。

（八）未熔合

1、現(xiàn)象及成因 熱能過小，操作不當(dāng)，或焊條偏心，溫度不夠，均可使焊縫出現(xiàn)未熔合缺陷。未熔合可分為坡口未熔合、焊道之間未熔合（包括層間未熔合）、焊縫根部未熔合。按其間成分不同，可分為白色未熔合（純氣隙、不含夾渣）、黑色未熔合（含夾渣的）。

2、預(yù)防措施 提高操作技術(shù)水平，焊接時焊條擺動應(yīng)適當(dāng)；選用稍大焊接電流，增加熱量，焊接速度不宜太快；焊條偏中心時，應(yīng)及時調(diào)整角度，使電弧處于正確方向。

（九）夾渣

1、現(xiàn)象及成因 夾渣是指焊后殘留在焊縫中的溶渣或其他非金屬夾雜物，有點狀和條狀之分。產(chǎn)生原因是熔池中熔化金屬的凝固速度大于熔渣的流動速度，當(dāng)熔化金屬凝固時，熔渣未能及時浮出熔池而形成。它主要存于焊道之間和焊道與母材之間。

2、預(yù)防措施 為防止夾渣，在焊前應(yīng)選擇合理的焊接規(guī)范及坡口尺寸，掌握正確操作工藝及使用工藝性能良好的焊條，坡口兩側(cè)要清理干凈，多道多層焊時要注意徹底清除每道和每層的熔渣，特別是堿性焊條，清渣時應(yīng)認真檢查仔細。

（十）弧坑

1、現(xiàn)象及成因 焊縫收尾處產(chǎn)生的下陷成為弧坑。弧坑是收弧的薄弱環(huán)節(jié)，會造成應(yīng)力集中，在外力或沖擊力時，會使構(gòu)件從此處分離。

2、預(yù)防措施 手工焊收弧時焊條需在熔池處作短時間停留或作幾次環(huán)形運走，使有足夠的填充金屬填滿熔池。

（十一）焊瘤

1、現(xiàn)象及成因 焊瘤是指在焊接過程中，熔化金屬流淌到焊縫以外未熔化的母材上所形成的金屬瘤。產(chǎn)生的原因主要有：焊條質(zhì)量不好；運條角度不當(dāng)；焊接位置及焊接規(guī)范不當(dāng)。

2、預(yù)防措施 焊瘤不但影響成形美觀，而且容易引起應(yīng)力集中，焊瘤處易夾渣、未熔合，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。防止的辦法是盡可能使焊口處于平焊位置進行焊接，正確選擇焊接規(guī)范，正確掌握運條方法；對于焊瘤的修補一般是用打磨的方法將其打磨光順。

三、結(jié)語

通過對鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生原因的分析，聯(lián)系實踐經(jīng)驗歸納出部分實踐性預(yù)防措施，有助于建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)的安全生產(chǎn)工作，有利于保證鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝的施工質(zhì)量，能避免一些鋼結(jié)構(gòu)焊縫裂紋等不利因素的產(chǎn)生，可以更好地指導(dǎo)工程實踐，確保優(yōu)質(zhì)焊接工程的實現(xiàn)。

【參考文獻】

[1]劉明.大型壓力管道焊接缺陷的強度分析安全評定[D].西南交通大學(xué)，2008.