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1、钢结构焊缝裂纹防治探究摘要：随着我国工业经济的不断发展，工业建设中越来越多的运用到钢结构的工程。钢结构的主要连接方式是焊接，然而，在钢结构的焊接过程中，由于材料存在着尺寸较大、外形多样、且焊缝较多、焊接的位置不对称的情况，导致出现多种钢结构焊接的质量问题，如孔穴和夹渣、形状缺陷以及焊接裂缝，而焊接裂缝是最普遍存在的问题，同时也具有很大的危害性，在很大程度上会导致工程事故的出现。本文中首先分析了钢结构焊缝裂纹的种类，并分别阐述了几种裂纹产生的原因，并由此提出了钢结构焊缝裂纹的防治办法。关键词：钢结构 焊缝裂纹 防治一、钢结构焊缝裂纹的种类 由于焊接条件的不同，导致在钢结构焊接施工中存在一些焊接的
2、质量问题，而焊缝裂纹是其中最为严重，同时也是最普遍的缺陷。焊缝裂纹会导致钢构件的脆断、结构的疲劳破坏以及腐蚀破坏，如果未能及时发现焊缝裂纹，严重情况下回导致钢结构建筑和工程的安全。 根据焊缝裂纹产生的机理，可以将焊缝列为分为冷裂纹、热裂纹、以及再热裂纹和层状撕裂四种。 （一）冷裂纹 冷裂纹是指在焊缝的冷却过程中，温度降到了马氏体的转变温度内，即300200内产生的，冷裂纹能够在焊接后马上出现，也能在焊接后的较长时间内发生，因此，冷裂纹也被称做延迟裂纹。 （二）热裂纹 热裂纹指焊缝在高温条件下产生的裂纹，又称为高温裂纹和结晶裂纹，一般产生在焊缝的内部，也可能出现在钢结构的热影响区，主要表现为纵向
3、裂纹及横向裂纹，根部裂纹和热影响区裂纹。 （三）再热裂纹 在实际制造和生产中，有些钢构件需要进行高温回火处理，以消除构件的残余应力。然而，构件在回火或者长期在高温下工作会产生焊缝裂纹，称之为再热裂纹。 （四）层状撕裂 在厚板焊接的结构中，由于焊件在板厚的方向上承受拉应力，因此会沿钢板的轧层内形成阶梯状的裂纹，称之为层状撕裂。 二、不同钢结构焊缝裂纹产生的原因 根据不同情况下焊缝会产生不同的裂纹，根据不同裂纹的特性，能够分析出钢结构焊缝裂纹产生的原因。 （一）冷裂纹 形成冷裂纹的因素主要包括，钢材料淬硬组织和焊接接头含氢量，以及焊接接头拘束能力。首先，焊接接头在环境较快的冷却速度下，形成的淬硬组
4、织中含有较多的空位及晶格缺陷，在外界的应力作用下发生聚集和位移，形成冷裂缝；第二，钢材料中的氢含量也是导致钢结构焊缝冷裂纹的因素之一。在钢材料焊接中，由于高温电弧的作用，导致焊缝中溶解了部分氢气，在焊缝冷却时，氢气的溢出导致钢板金属微观缺陷处的氢浓度升高，使焊缝出现裂纹；第三，钢结构自身的约束条件所产生的应力，也会造成焊缝裂纹的产生。 （二）热裂纹 热裂纹的产生，是由于焊接熔池结晶的过程中存在偏析的现象，而低熔点的共晶和杂质在结晶的过程中是以液态间层的形式存在，因此形成偏析的现象，所以焊接熔池在凝固以后，焊缝的强度也较低，而当焊接的应力较大时，会将液态间层和刚凝固的固态金属拉开，并形成裂纹。另
5、一方面，母材的晶界上存在低熔点的共晶和杂质，焊接拉应力较大时，固态金属也会拉开。热裂纹的产生是由冶金因素以及力学因素共同作用影响的。 （三）再热裂纹 再热裂纹的产生，是由于钢结构焊接裂纹在进行再加热时，由于过饱和的碳化物又一次的析出，使结构的晶体内部强化，导致应力松弛过程中的应变大于晶界塑性的应变能力，即焊接的残余应力在焊缝处有应力集中。 （四）层状撕裂 层状撕裂出现在基材内，其表面是纤维状的，具有阶梯状的纵向面。层状撕裂出现在焊脚位置处，即热影响区以外。较厚的钢板易发生层状撕裂，因为越厚的钢板夹杂着越多的缺陷，而钢板的焊缝也越厚，导致焊接的应力和变形也随之增大。 三、钢结构焊缝裂纹的防治办法
6、 根据以上分析，可根据钢结构焊缝裂纹的不同特点和产生的原因，对焊缝裂纹的产生进行防止和应对。本文中分别根据这四种不同的焊缝裂缝特点提出不同的防治措施。 （一）对于冷裂纹 首先，要选择合理焊接的规范，以改善焊缝和其热影响区的组织状态，如进行焊接前的预热、控制焊接的层间温度以及焊后的缓冷或焊后的后热，以加快氢分子的逸出。第二，可采用碱性的焊条，降低焊缝扩散氧的含量。第三，焊条在使用前要严格按照要求进行烘干，并认真清理焊条的坡口和焊丝，清洁油污和水分以及锈斑等杂物，减少氢分子的来源。第四，在焊后应及时的进行构件的热处理，其目的一是进行构件的退火处理，消除构件的内应力，使淬火回火，改善构件焊缝的韧性；
7、其目的二是进行钢结构的消氢处理， 使氢能够充分的逸出。第五，提高焊接钢材的质量，减少焊接钢结构中层状夹杂物。 （二）对于热裂纹 首先，要限制母材和焊接材料中易偏析元素及有害杂质含量，尤其应当控制材料中硫、磷的含量，另外，钢材中的含碳量越高，其焊接的性能越差，因此焊缝中的碳含量应当控制在0.10% 以下，降低了焊缝的热裂纹敏感性。第二，合理调整焊缝中的化学成分，以改善焊缝的组织，以提高焊缝的塑性，减少或分散其偏析程度。第三，可采用碱性焊条，降低焊缝中的杂质，改善其结晶的偏析程度。第四，应当适当的提高焊缝形状系数，可防止中心线裂纹。第五，可调整焊接顺序及方向，采用整体预热法和锤击法，以及收弧填满弧
8、坑的工艺措施。另外，从工艺的方法，防止热裂纹的产生，要改善焊条的应力状态，故应当根据实际情况采用小电流的多层焊法。在焊接刚性较大的部件时，要合理的采用预热的方法，以保证焊缝的层间温度，在焊后采取缓冷措施，可以减小焊接时的集中应力，防止热裂缝的出现。 （三）对于再热裂纹 控制再热裂纹，主要采用改善材料的过热粗晶区塑性以及减少构件残余应力的放大，要减小构件内的应力集中。主要办法有，提高构件的预热温度，焊后进行构件的缓慢冷却等。在满足设计要求下，应选择合适的焊接材料，降低焊缝的高温强度，使焊缝内的应力松弛，达到减小应力集中的目的。另外，在保证接头强度的条件下，提高构件进行热处理的退火温度，从而改善钢
9、结构焊缝的高温延性，特别是对于高钒钢材，要更加注意焊接后的热处理。在热处理方面，要避开材料的再热敏感区，进行热处理的工艺试验，以减少再热裂纹的产生。在焊条的选择方面，要在设计要求的条件下，选择较低强度的焊条，以在热处理过程中使应力松狮，减少钢结构焊缝的再热裂纹的出现。 （四）对于层状撕裂 对于层状撕裂的防治方面，主要从材料因素和工艺因素两方面进行考虑。在材料方面，要提高钢板的质量，严格控制钢板的含硫量，并按要求进行钢板的探伤，并分析层状夹杂物，并进行相应的处理。焊条方面，要采用屈服强度较低的焊条。在工艺方面，要合理的选择节点的连接形式，以减少焊缝收缩引起的应力集中。另一方面，焊接时要采取合理的
10、焊接形式以及焊脚和焊缝。所采用的焊缝的形式对于金属母材的变形具有一定的影响，以全熔坡口的焊接形式较角焊缝形式更容易导致钢结构焊缝的层间撕裂，因此，减小焊脚的尺寸，目的在于减小焊缝金属的体积，以防止焊缝收缩应变过大，导致的焊缝发生层间撕裂的现象。 四焊缝裂纹的外在原因 人为因素和环境因素是焊缝裂纹的外在原因。例如在焊接的过程中没有严格的按照工艺进行焊接，对于焊缝裂缝的产生没有采取预防措施，都会导致焊接过程中出现问题。因此，在现场焊接施工中，要组织起全面的管理，建立起质量和技术体系，对焊接工作的管理人员、操作人员，以及技术人员进行针对的培训，加强人员素质，保证焊接工作的良好的环境条件和施焊的高素质
11、人员。 五钢结构裂纹的修复 综上所述，钢结构焊缝产生裂纹，对建筑物会产生很大的危害，因此，要采取有效的措施防止钢结构焊缝的裂纹的产生。对于已经产生裂纹的钢结构焊缝，要采取相应的措施进行修复和补强加固，这要求更高的经验和技术。 首先，应当确定焊缝裂纹的位置、形状，并彻底的清除裂纹，并采取补焊的方法。在进行焊缝裂纹准确位置的确定时，一般方法是通过超声波或是磁粉探伤的方法，以确定焊缝裂纹的深度、长度以及位置，同时要在表面作出标记。在厚板焊条的电弧焊缝中会出现多层次的缺陷，因此要组织技术人员进行原因分析，并进行修复处理。在裂纹的清除方面，有碳弧气刨、砂轮磨削等方法，在实际操作中，要根据焊件的材质以及裂
12、缝的大小等来进行选择采用。进行裂纹清除时，为了防止在修复的过程中裂纹的扩大以及延伸，将裂纹长度两端各加长50mm作为裂纹的刨去长度，对于较长的裂纹，应当从裂纹的两端进行清除，为防止裂纹的延伸，可以在裂纹的两端加钻止裂孔。进行清除，即将裂缝缺陷彻底清除，并露出其金属表面，并用表面探伤的方法进行检验。在清除裂纹后，补焊处应当平齐，底部为圆弧形，在周围留有坡度，以留出补焊电弧的空间，另外，清理过程中要防止渗碳、夹碳等现象。 第二，对清理后的表面进行补焊，对于焊件返修，要通过焊接工程师来制定相应的补焊返修工艺，出现裂缝的焊缝可以连续补焊3次，经过补焊的焊缝应当重新进行探伤。补焊时要采取焊接时的相同的工
13、艺温度要求，要采用层间温度的上限值。对于厚板焊缝裂纹的补焊，应当采用多层焊接，同时，补焊的表面应当与原焊尽量保持一致，并要求焊缝圆滑，以防止产生应力集中，削弱焊件的强度。对于负荷的钢结构焊缝出现裂纹，应当进行结构的补强。 结论 在钢结构的焊接过程中，由于材料存在着尺寸较大、外形多样、且焊缝较多、焊接的位置不对称的情况，导致出现多种钢结构焊接的质量问题，如孔穴和夹渣、形状缺陷以及焊接裂缝，而焊接裂缝是最普遍存在的问题，同时也具有很大的危害性，在很大程度上会导致工程事故的出现。综上所述，钢结构焊缝裂纹的形式分为四种，其不同的焊缝裂纹的产生原因不同，根据不同的产生原因，应当采取相应的防治措施。在钢结构的焊接中，不仅要注意焊缝裂纹的内在原因，其外在原因也应当被重视，从整体上提高施工和管理体制，改善技术条件，才能更好的解决钢结构焊缝裂纹的问题。 参考文献 【1】 石成,茹国和.钢结构焊接裂纹的防治.建筑施工,2010(05) 【2】 杨志浩,张帆.钢结构焊接裂纹的原因及防治措施.河南建材2009,(05) 【3】 李晓磊.关于钢结构焊接裂纹产生原因及预防措施探究.城市建设理论研究,2011(16) 【4】 杨树明、钢结构焊接裂纹的产生和预防.施工技术,2011,(05)