鋼結(jié)構(gòu)焊接常見(jiàn)問(wèn)題的討論

黃鑫

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展，鋼材的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。鋼材的廣泛應(yīng)用方式主要是各種鋼結(jié)構(gòu)，近幾年來(lái)鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中應(yīng)用的越來(lái)越多，比如國(guó)家體育場(chǎng)——鳥(niǎo)巢。而鋼結(jié)構(gòu)制作除了工廠直接鑄造之外，絕大多數(shù)采用焊接技術(shù)來(lái)搭建。由于鋼材特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致了鋼結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)各種不良問(wèn)題，所以焊接成為搭建鋼結(jié)構(gòu)極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，我們要通過(guò)嚴(yán)格控制焊接過(guò)程中的操作從而確保鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。接下來(lái)我們針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接常見(jiàn)問(wèn)題及其應(yīng)對(duì)方法展開(kāi)分析與討論，個(gè)人拙見(jiàn)，望批評(píng)指正。

關(guān)鍵詞：焊接；裂紋；變形；應(yīng)對(duì)措施

自從焊接技術(shù)發(fā)明以來(lái)，就因?yàn)槠淅喂绦院捅憬菪远靡詮V泛應(yīng)用。焊接技術(shù)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(gè)整體的操作。說(shuō)來(lái)簡(jiǎn)單，但是由于鋼鐵的特殊性質(zhì)，在高溫高壓下無(wú)法精確控制鋼材的細(xì)微變化，所以會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷。體現(xiàn)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(jiàn)的幾種形式。接下來(lái)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(yīng)力及溫度的共同作用下，焊接焊縫區(qū)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(qū)域出現(xiàn)的縱向或橫向的裂紋。

（一）熱裂紋

熱裂紋又稱(chēng)為高溫裂紋或結(jié)晶裂紋，是由于焊接過(guò)程中產(chǎn)生的高溫所帶來(lái)的一系列物理化學(xué)變化所導(dǎo)致的。其表現(xiàn)形式有發(fā)生于焊接接口處的橫向裂紋和縱向裂紋，也有發(fā)生在焊接熱影響區(qū)域的熱影響區(qū)域裂紋。熱影響區(qū)域是指焊接過(guò)程中會(huì)在焊接作用點(diǎn)周?chē)a(chǎn)生一定面積的高溫區(qū)域。焊接區(qū)域經(jīng)過(guò)焊接之后溫度下降的過(guò)程中，低熔點(diǎn)的結(jié)晶和雜質(zhì)結(jié)晶在結(jié)晶過(guò)程中以液態(tài)間層形式存在于焊接處，隨著金屬的凝固，應(yīng)力不斷增大最終可能會(huì)造成裂紋。即使最終沒(méi)有發(fā)生裂紋，該處的硬度也比較低，當(dāng)應(yīng)力增大大時(shí)，就會(huì)在該處將液態(tài)間層或者剛凝固的固態(tài)金屬拉開(kāi)，從而形成裂紋。除此之外，如果在母件上也存在著低熔點(diǎn)共晶和雜質(zhì)，當(dāng)結(jié)晶后應(yīng)力大到足夠拉開(kāi)鋼材時(shí)，就會(huì)被拉開(kāi)形成裂紋。綜上所述，熱裂紋的產(chǎn)生就是材料的化學(xué)性質(zhì)跟力學(xué)共同作用的結(jié)果。所以，從這兩方面著手來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

對(duì)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(huán)境下；改進(jìn)焊接工藝，嚴(yán)格執(zhí)行操作流程；預(yù)熱母材，焊接后緩慢冷卻至室溫的過(guò)程中進(jìn)行后熱操作；焊接過(guò)程中要合理調(diào)節(jié)焊接電流，控制焊接速度，過(guò)快過(guò)慢都會(huì)增加裂紋出現(xiàn)概率；首道焊接要保證焊接強(qiáng)度，以抵抗收縮應(yīng)力，防止裂紋出現(xiàn)。對(duì)于氣體保護(hù)焊，首先要調(diào)節(jié)好電流，并控制好開(kāi)槽角度，根據(jù)電流適當(dāng)改變開(kāi)槽角度注意適當(dāng)開(kāi)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(xiàn)概率。有時(shí)候也通過(guò)改良鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，改變焊接順序等，也降低熱裂紋的出現(xiàn)的概率。

（二）冷裂紋

冷裂紋一般認(rèn)為是指焊縫在冷卻過(guò)程中溫度下降過(guò)程中產(chǎn)生的。但其實(shí)冷裂紋出現(xiàn)的時(shí)間不一，從焊接剛結(jié)束到之后的很長(zhǎng)一段時(shí)間里都可能發(fā)生冷裂紋，所以也有人稱(chēng)之為延遲裂紋。主要出現(xiàn)原因有焊接部位形成淬硬組織導(dǎo)致冷卻過(guò)程中出現(xiàn)裂紋；焊條中氫的存在，結(jié)晶時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)變化最終導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)。

對(duì)于冷裂紋的預(yù)防措施跟熱裂紋基本相同，但還應(yīng)注意要認(rèn)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(lái)源，確保冷卻過(guò)程中不會(huì)因?yàn)闅浜窟^(guò)高而發(fā)生裂紋；在焊接過(guò)程中要及時(shí)進(jìn)行熱處理，防止溫差變化造成裂紋出現(xiàn)的現(xiàn)象發(fā)生，并使用淬火組織回火，改善鋼結(jié)構(gòu)韌性，使其能夠承受一定強(qiáng)度的應(yīng)力；還要及時(shí)進(jìn)行消氫處理，使氫元素從焊接接頭中充分逸出，確保不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(yīng)對(duì)方法?？陀^原因有焊接件本身接口布置不均勻而導(dǎo)致焊件焊接后收縮不均勻引發(fā)局部變形等。主觀原因有操作不當(dāng)，未嚴(yán)格按照操作流程進(jìn)行，技藝水平不達(dá)標(biāo)等。值得一提的是焊接時(shí)焊件放置不平引起的應(yīng)力集中導(dǎo)致的變形，這與工人的技藝沒(méi)有任何關(guān)系但有極可能造成焊件變形，尤其是大工件加工時(shí)。所以一定要注意這些細(xì)節(jié)。

針對(duì)客觀原因造成的變形應(yīng)從改良設(shè)計(jì)下手，設(shè)計(jì)時(shí)盡量使工件焊縫均勻布置，對(duì)稱(chēng)均勻設(shè)置焊縫以此來(lái)降低焊縫不均勻造成焊件變形概率。針對(duì)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(yán)格按照操作流程執(zhí)行焊接。另外針對(duì)大尺寸工件，采用分部施焊，最后在進(jìn)行組裝焊接，并調(diào)控好電流、焊接速度等，以免因?yàn)楹讣^(guò)大導(dǎo)致應(yīng)力不均勻形成變形。對(duì)于焊縫較長(zhǎng)的焊件，推薦使用分段焊接法，并嚴(yán)格控制好焊接速度。焊接時(shí)人員應(yīng)對(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)，應(yīng)分部焊接后，再進(jìn)行裝配焊接，避免焊件過(guò)大導(dǎo)致應(yīng)力不均產(chǎn)生整體變形的情況發(fā)生。大工件在龍門(mén)焊上焊接會(huì)有的多次翻動(dòng)，一定程度上也可以靠重力產(chǎn)生的應(yīng)力自行矯正變形，但要注意翻動(dòng)方向，避免造成無(wú)法矯正的變形。還可以通過(guò)加裝固定裝置來(lái)避免焊件在焊接過(guò)程中發(fā)生變形。

對(duì)于已經(jīng)變形的工件，如變形是可矯正的，并且矯正后不影響質(zhì)量，可采用火烤矯正。如變形較大，要利用矯正裝置進(jìn)行矯正。對(duì)于無(wú)法矯正的應(yīng)重新制作，不能以次充好。

小結(jié)：鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中的幾個(gè)典型問(wèn)題做出了分析，但在實(shí)際操作中還會(huì)有大大小小各種不良問(wèn)題出現(xiàn)，只有嚴(yán)格控制工藝流程，做好焊接的每一個(gè)步驟，才能盡可能避免問(wèn)題的出現(xiàn)。

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