建筑鋼結構焊接裂紋的產生機理及防治措施

張永剛

關鍵詞：焊接裂紋;建筑;防治

現階段，隨著市場經濟的不斷發展，建筑行業市場的競爭壓力逐漸增加，這對部分建筑企業來說是一個很大的挑戰。為在激烈的競爭當中得以生存，工程質量情況逐漸得到越來越多建筑企業的重視，工程質量的提升不僅可以實現企業價值的最大化，還能在一定程度上把握對成本的管控。因此，本文以建筑鋼結構為基礎，對焊接中裂紋的產生機理和防治進行研究。

一、裂紋的產生機理及特征

建筑鋼在焊接的過程中很容易產生裂紋，主要分為三種形式：熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂。

（一）熱裂紋

熱裂紋是復雜鋼結構中較容易出現的一種裂紋形式，其產生的主要原因是在焊接后結晶的過程中受到高溫。熱裂紋通常會出現在焊接縫當中，并在縫隙當中呈現縱向分布，是焊接過程中經常出現的一種裂紋。根據所受溫度的不同，熱裂紋呈現的形式也有所差異，主要分為三種：凝固裂紋。這種裂紋又稱結晶裂紋，主要在焊接快結束前脆性溫度間的焊縫金屬凝固所形成。焊縫金屬結晶的過程中，由于液層之間存在韌性較低的雜質，金屬在冷卻不均的情況下拉伸超過臨界值，即導致熱裂縫的出現。液化裂縫。這種熱裂縫的產生是由于一些低熔點的金屬或金屬化合物在焊接中產生的熱量引起晶界焊接熱，從而影響液化而產生的裂紋。塑料裂紋。又被稱為多層焊接，其產生原因主要是受焊接熱循環的影響，導致金屬材料塑性降低，受到拉應力在晶界進行二次結晶而形成的裂紋。

（二）冷裂紋

冷裂紋通常在焊接結束后冷卻的過程中出現，有的是直接出現，也有一部分是在經過一段時間后出現，這種產生后不會立即出現而是隨著時間的推移慢慢顯露出來的裂紋，被稱為延遲裂紋。冷裂紋大多為延遲裂紋，通常產生在低、中合金鋼焊接的熱影響區域，很少部分在焊接縫上，裂紋橫縱不一，由于大部分冷裂紋都不是直接出現，因此具有一定的隱蔽性。經相關統計顯示，冷裂紋產生的主要原因分為以下幾種：鋼的淬硬趨勢焊接頭氫含量焊接頭拘束度。

（三）層狀撕裂

層狀撕裂在鋼結構焊接的過程中主要分為兩種，一種裂點出現在焊縫的根部附近，由根部向四周蔓延，另一種是出現在含熱區，主要是焊接過程中在收縮應力具有很強拉伸性的情況下，由一些非金屬的雜質擴散而成。層狀撕裂屬于低溫開裂，在使用前很難通過正常的無損探傷法檢驗出來，也是比較容易造成危害的一種裂紋。在進行鋼材的選擇時，要對材料嚴格篩選，切忌選擇雜質較多的鋼材，這種材質在焊接的過程中會產生應力，使鋼材本身出現開裂情況，產生層狀撕裂的現象。

二、建筑鋼結構焊接產生裂紋的防治措施

（一）熱裂紋的防治

為了防止熱裂紋的出現，不僅要控制焊縫當中雜質的含量，保證其符合國家焊接要求標準，還要選用一些微量元素以保證焊接的質量。鋼結構中所用的高強度低合金鋼通常碳含量較低，但錳含量高，具有較強的抗熱裂性，這樣就會降低焊接過程當中產生熱裂紋的幾率，通常情況下都不會產生熱裂紋。但是若母材硫、磷偏高，或者焊接操作不當，同樣會在焊接過程中出現熱裂紋。因此，要對焊縫中硫、磷、碳等元素進行嚴格把控。同時適當的將焊接線能量增加，并提高預熱的溫度，可以在一定程度上減小焊縫金屬應變率，降低熱裂紋出現的幾率。

（二）冷裂紋的防治

隨著低合金高強鋼內含碳量和機構強度的增加，冷裂紋出現的概率逐漸增大，所以為防治焊接時出現冷裂紋的情況，有四點防治措施：選擇鋼材時應該盡可能選碳當量低的材質，提高抗冷裂性。應該盡量選擇低氫焊材，并保證材料的韌性，增加焊接接頭的抗冷裂性。對氫的來源進行嚴格把控，可以采用控制焊接環境的濕度、焊接前將焊條焊劑烘干、除去焊絲和母材上的銹污等方式進行對氫的降低。確保焊接技術的正確性，尤其是對于焊接前預熱以及焊接后熱處理的技巧。

（三）層狀撕裂的防治

層狀撕裂主要是由內而外的一種低溫開裂，單從表面上很難發現異常，甚至采用先進的NDT技術都很難發現，況且及時發現也沒有修復的辦法。因此，鋼結構焊接過程中，層狀撕裂具有較大危害，其主要的防治措施有三點：材料選擇要注意除了要買具備一定抗冷裂性的材料之外，還要盡量選擇抗層狀撕裂較強的z向鋼材。結構節點設計的過程當中，要注意合理進行接頭形式和坡口形狀的選擇，將焊接接頭的z向拘束力和殘余應力降到最低。在盡量滿足受力要求的基礎上，將焊縫尺寸和焊縫面積減到最小，降低因熱影響產生的催化作用。對于焊接技術要有較高的要求。合理預熱、加熱以及溫度控制，降低母材因熱影響而出現的脆化情況。同時，采用科學合理的焊接順序進行焊接，對焊接線的能量進行控制，熟練使用多層多道焊，降低焊接的約束力和殘余應力。

結束語

綜上所述，本文對裂紋的產生機理及特征、建筑鋼結構焊接產生裂紋的防治措施進行分析，通過對熱裂紋的防治、冷裂紋的防治以及層狀撕裂防治的論述和研究，對我國建筑鋼結構焊接技術的發展有著重要意義。