淺談鋼結(jié)構(gòu)焊接中常見的問題及預防措施

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)在加工制造過程中，因為存在外形尺寸較大、形狀多樣、結(jié)構(gòu)復雜、焊縫多、焊接位置不對稱等因素，常出現(xiàn)多種焊接問題，影響焊接質(zhì)量，本文對焊接過程中產(chǎn)生的局部變形、裂紋產(chǎn)生的原因進行分析，提出相關預防措施。

關鍵詞：鋼結(jié)構(gòu);常見質(zhì)量問題;預防措施

1.概述

隨著我國工業(yè)發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)工程因其結(jié)構(gòu)性能好、結(jié)構(gòu)組織均勻、強度高、彈性模數(shù)高、塑性和韌性好，適合承受沖擊和地震載荷、施工速度快、便于機械化生產(chǎn)和工業(yè)化程度高等很多優(yōu)越條件，在水工、建筑等多個領域被廣泛應用。但是，也不能否認鋼結(jié)構(gòu)還存在著缺陷和隱患。本文將根據(jù)實際施工經(jīng)驗，淺析鋼結(jié)構(gòu)在焊接過程中產(chǎn)生的焊接變形、裂紋產(chǎn)生的原因進行分析，并提出相關預防措施。

2.焊接中變形產(chǎn)生的原因及控制措施

2.1變形的種類

焊接變形按其對整個結(jié)構(gòu)影響程度不同，可分為整體變形和局部變形;按其特征可分為：收縮變形、角變形、彎曲 變形、波浪變形、扭曲變形和錯邊變形等。在這些焊接變形中，角變形和波浪變形屬于結(jié)構(gòu)局部變形，其它的屬于結(jié)構(gòu)整體變形。

2.2產(chǎn)生原因

焊接過程產(chǎn)生變形的原因大體可以分為以下幾種：

①加工件的剛性小或不均勻，焊后收縮、變形不一致;焊后焊縫一般都產(chǎn)生縱向和橫向收縮，這種收縮受到整個結(jié)構(gòu)的限制而產(chǎn)生“收縮力”。對于剛性大的焊接結(jié)構(gòu)在這種力的作用下產(chǎn)生的變形比較小;而剛性小的焊接結(jié)構(gòu)在這種力的作用下就產(chǎn)生較大的變形。

②加工件本身焊縫布置不均勻，焊縫多的部位收縮大，變形也大，焊縫若沿構(gòu)件截面分布不對稱，則會引起該構(gòu)件焊接時產(chǎn)生彎曲變形。

③焊接參數(shù)：在諸多焊接參數(shù)中焊接線能量與焊接變形成正比，焊接線能量越大則焊接時產(chǎn)生的塑性變形區(qū)面積越大，焊后的焊接變形越大，反之則越小。決定焊接線能量的因素主要有：焊縫尺寸的大小;焊接的分層方式;焊接的初始溫度;焊縫是否連續(xù)。

④焊接方法：對于相同焊件、相同焊縫，不同的焊接方法，其焊接變形也不同，埋弧焊的焊接變形最大，其次為手弧焊，最小的焊接變形為CO2氣體保護焊。

⑤裝配質(zhì)量和裝配順序：裝配順序和裝配質(zhì)量對焊接變形也會產(chǎn)生影響。例如，裝配間隙大，焊縫的橫向收縮也大;此外還應考慮焊件的自重和形狀，對長形構(gòu)件，在焊前需恰當?shù)丶右灾巍?/p>

2.3預防措施

①盡量使工件各部分剛度和焊縫均勻布置，對稱設置焊縫，減少交叉和密集焊縫;焊縫位置盡可能對稱于構(gòu)件截面的中性軸，或者盡量靠近中性軸，這對減少梁、柱等一類鋼結(jié)構(gòu)的撓曲變形有良好的效果。

②制定合理的焊接順序，以減少變形。如先焊主焊縫后焊次要焊縫，先焊對稱部位的焊縫后焊非對稱焊縫，先焊收縮量大的焊縫后焊收縮量小的焊縫，先焊對接焊縫后焊角焊縫。

③采用合理的焊接參數(shù)：對尺寸大焊縫多的工件，采用分段、分層、間斷施焊，并控制電 流、速度、方向一致;手工焊接較長焊縫時，應采用分段進行間斷焊接法，由工件的中間向兩頭退焊，焊接時人員應對稱分散布置，避免由于熱量集中引起變形。

④盡量采用熱輸入較小的焊接方法，如CO2氣體保護焊。

⑤采用合理的裝配焊接順序：大型工件如形狀不對稱，應將小部件組焊矯正完變形后，在進行裝配焊接，以減少整體變形。

⑥反變形：焊前將平臺鋼結(jié)構(gòu)裝配成具有與焊接變形方向相反、大小相等的預先反變形，以抵消結(jié)構(gòu)焊后形成的變形。例如，為了防止 H 型鋼梁上下翼板焊后產(chǎn)生角變形，可在焊前使用油壓機或折邊機將其翼板預先反向壓彎。

⑦剛性固定：在沒有反變形的情況下，利用外加約束來固定構(gòu)件，限制其焊接變形。例如，采用裝焊胎卡具等增加鋼結(jié)構(gòu)在焊接時的剛度，以減少變形。

3.鋼結(jié)構(gòu)焊接裂紋的原因及預防措施

3.1熱裂紋

熱裂紋是指高溫下所產(chǎn)生的裂紋，又稱高溫裂紋或結(jié)晶裂紋。表現(xiàn)形式有：縱向裂 紋、橫向裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋和熱影響區(qū)裂紋。其產(chǎn)生原因是由于焊接熔池在結(jié)晶過程中存在著偏析現(xiàn)象，低熔點共晶和雜質(zhì)在結(jié)晶過程中以液態(tài)間層形式存在從而形成偏析，凝固以后強度也較低，當焊接應力足夠大時，就會將液態(tài)間層或剛凝固不久的固態(tài)金屬拉開形成裂紋。

針對其產(chǎn)生原因，其預防措施如下：

①限制母材及焊接材料中易偏析元素和有害雜質(zhì)的含量特別應控制硫、磷的含量和降低含碳量。

②采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的雜質(zhì)含攝，改善結(jié)晶時的偏析程度。

③采用多層多道的焊接方法;采用合理的焊接順序和方向，采用較小的焊接線能量。

④整體預熱和錘擊法，收弧時填滿弧坑等工藝措施。

3.2冷裂紋

冷裂紋一般是指焊縫在冷卻過程中溫度降到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)（300-200℃以下）產(chǎn)生的，可以在焊接后立即出現(xiàn)，也可以在焊接以后的較長時間才發(fā)生，故也稱為延遲裂紋。

其形成的基本條件有以下3個：

①焊接接頭形成淬硬組織;

②擴散氫的存在和濃集;

③存在著較大的焊接拉伸應力。

針對其產(chǎn)生的原因，其預防措施如下：

①選擇合理的焊接規(guī)程和線能量，改善焊縫及熱影響區(qū)組織狀態(tài)，如焊前預熱、控制層問溫度、焊后緩冷或后熱等以加快氫分子逸出。

②采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的擴散氧含量焊條和焊劑在使用前應嚴格按照規(guī)定的要求進行烘干（低氫焊條300℃～350℃保溫1h;酸性焊條 100℃～l50℃保溫1h;焊劑 200℃～250℃保溫2h），認真清理坡口和焊絲，去除油污、水分和銹 斑等臟物，以減少氫的來源。

③焊后及時進行熱處理：一是進行退火處理，以消除內(nèi)應力，使淬火組織回火，改善其韌性;二是進行消氫處理，使氫從焊接接頭中充分逸出。

4.結(jié)語

焊接變形和焊接裂紋是施工中常遇到的質(zhì)量問題，通過對焊接變形、焊接裂紋產(chǎn)生的原因進行分析，結(jié)合施工實際情況采取有效預控措施，不僅能提高產(chǎn)品質(zhì)量，還能有效的降低成本，為企業(yè)創(chuàng)造良好的效益。

參考文獻

[1]黃文哲.焊接手冊.機械工業(yè)出版社，1991.

[2]JGJ 81-2002 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術規(guī)程? 中華人民共和國建設部

作者簡介：

萬成梅（1982-）女，工程師，中國水利水電第四工程局有限公司。