建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接裂紋的產(chǎn)生機(jī)理及防治措施

張永剛

關(guān)鍵詞：焊接裂紋;建筑;防治

現(xiàn)階段，隨著市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)市場的競爭壓力逐漸增加，這對(duì)部分建筑企業(yè)來說是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。為在激烈的競爭當(dāng)中得以生存，工程質(zhì)量情況逐漸得到越來越多建筑企業(yè)的重視，工程質(zhì)量的提升不僅可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)價(jià)值的最大化，還能在一定程度上把握對(duì)成本的管控。因此，本文以建筑鋼結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對(duì)焊接中裂紋的產(chǎn)生機(jī)理和防治進(jìn)行研究。

一、裂紋的產(chǎn)生機(jī)理及特征

建筑鋼在焊接的過程中很容易產(chǎn)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(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)中較容易出現(xiàn)的一種裂紋形式，其產(chǎn)生的主要原因是在焊接后結(jié)晶的過程中受到高溫。熱裂紋通常會(huì)出現(xiàn)在焊接縫當(dāng)中，并在縫隙當(dāng)中呈現(xiàn)縱向分布，是焊接過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一種裂紋。根據(jù)所受溫度的不同，熱裂紋呈現(xiàn)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(jié)晶裂紋，主要在焊接快結(jié)束前脆性溫度間的焊縫金屬凝固所形成。焊縫金屬結(jié)晶的過程中，由于液層之間存在韌性較低的雜質(zhì)，金屬在冷卻不均的情況下拉伸超過臨界值，即導(dǎo)致熱裂縫的出現(xiàn)。液化裂縫。這種熱裂縫的產(chǎn)生是由于一些低熔點(diǎn)的金屬或金屬化合物在焊接中產(chǎn)生的熱量引起晶界焊接熱，從而影響液化而產(chǎn)生的裂紋。塑料裂紋。又被稱為多層焊接，其產(chǎn)生原因主要是受焊接熱循環(huán)的影響，導(dǎo)致金屬材料塑性降低，受到拉應(yīng)力在晶界進(jìn)行二次結(jié)晶而形成的裂紋。

（二）冷裂紋

冷裂紋通常在焊接結(jié)束后冷卻的過程中出現(xiàn)，有的是直接出現(xiàn)，也有一部分是在經(jīng)過一段時(shí)間后出現(xiàn)，這種產(chǎn)生后不會(huì)立即出現(xiàn)而是隨著時(shí)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(chǎn)生在低、中合金鋼焊接的熱影響區(qū)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(xiàn)，因此具有一定的隱蔽性。經(jīng)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，冷裂紋產(chǎn)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(jié)構(gòu)焊接的過程中主要分為兩種，一種裂點(diǎn)出現(xiàn)在焊縫的根部附近，由根部向四周蔓延，另一種是出現(xiàn)在含熱區(qū)，主要是焊接過程中在收縮應(yīng)力具有很強(qiáng)拉伸性的情況下，由一些非金屬的雜質(zhì)擴(kuò)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(yàn)出來，也是比較容易造成危害的一種裂紋。在進(jìn)行鋼材的選擇時(shí)，要對(duì)材料嚴(yán)格篩選，切忌選擇雜質(zhì)較多的鋼材，這種材質(zhì)在焊接的過程中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，使鋼材本身出現(xiàn)開裂情況，產(chǎn)生層狀撕裂的現(xiàn)象。

二、建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接產(chǎn)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(xiàn)，不僅要控制焊縫當(dāng)中雜質(zhì)的含量，保證其符合國家焊接要求標(biāo)準(zhǔn)，還要選用一些微量元素以保證焊接的質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)中所用的高強(qiáng)度低合金鋼通常碳含量較低，但錳含量高，具有較強(qiáng)的抗熱裂性，這樣就會(huì)降低焊接過程當(dāng)中產(chǎn)生熱裂紋的幾率，通常情況下都不會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。但是若母材硫、磷偏高，或者焊接操作不當(dāng)，同樣會(huì)在焊接過程中出現(xiàn)熱裂紋。因此，要對(duì)焊縫中硫、磷、碳等元素進(jìn)行嚴(yán)格把控。同時(shí)適當(dāng)?shù)膶⒑附泳€能量增加，并提高預(yù)熱的溫度，可以在一定程度上減小焊縫金屬應(yīng)變率，降低熱裂紋出現(xiàn)的幾率。

（二）冷裂紋的防治

隨著低合金高強(qiáng)鋼內(nèi)含碳量和機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的增加，冷裂紋出現(xiàn)的概率逐漸增大，所以為防治焊接時(shí)出現(xiàn)冷裂紋的情況，有四點(diǎn)防治措施：選擇鋼材時(shí)應(yīng)該盡可能選碳當(dāng)量低的材質(zhì)，提高抗冷裂性。應(yīng)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(duì)氫的來源進(jìn)行嚴(yán)格把控，可以采用控制焊接環(huán)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(jìn)行對(duì)氫的降低。確保焊接技術(shù)的正確性，尤其是對(duì)于焊接前預(yù)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(nèi)而外的一種低溫開裂，單從表面上很難發(fā)現(xiàn)異常，甚至采用先進(jìn)的NDT技術(shù)都很難發(fā)現(xiàn)，況且及時(shí)發(fā)現(xiàn)也沒有修復(fù)的辦法。因此，鋼結(jié)構(gòu)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(diǎn)：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(qiáng)的z向鋼材。結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，要注意合理進(jìn)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(yīng)力降到最低。在盡量滿足受力要求的基礎(chǔ)上，將焊縫尺寸和焊縫面積減到最小，降低因熱影響產(chǎn)生的催化作用。對(duì)于焊接技術(shù)要有較高的要求。合理預(yù)熱、加熱以及溫度控制，降低母材因熱影響而出現(xiàn)的脆化情況。同時(shí)，采用科學(xué)合理的焊接順序進(jìn)行焊接，對(duì)焊接線的能量進(jìn)行控制，熟練使用多層多道焊，降低焊接的約束力和殘余應(yīng)力。

結(jié)束語

綜上所述，本文對(duì)裂紋的產(chǎn)生機(jī)理及特征、建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接產(chǎn)生裂紋的防治措施進(jìn)行分析，通過對(duì)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(duì)我國建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)的發(fā)展有著重要意義。