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

李選華

摘? ? 要：由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，使得建筑鋼鐵工業(yè)在社會(huì)建構(gòu)中的地位逐步提高。建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接也從小的鋼結(jié)構(gòu)逐步向大型、大容量鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行發(fā)展。如果建筑鋼結(jié)構(gòu)在焊接的過(guò)程中產(chǎn)生裂紋不僅會(huì)對(duì)建筑的質(zhì)量，還會(huì)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。本篇文章主要是對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中裂紋產(chǎn)生的距離進(jìn)行了分析研究，并針對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中裂紋產(chǎn)生的機(jī)理提出了防止措施。

關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接;裂紋產(chǎn)生機(jī)理;防治措施

1? 引言

科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，使得建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接得到了廣泛的應(yīng)用。目前，我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)的形勢(shì)逐步變得復(fù)雜，所以對(duì)鋼材料質(zhì)量的選擇的要求也逐步提高。但是如果將高質(zhì)量的鋼材用到建筑鋼結(jié)構(gòu)中，就會(huì)給建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)，從而就會(huì)使得建筑鋼結(jié)構(gòu)在焊接的過(guò)程中產(chǎn)生缺陷。

2? 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程中的難點(diǎn)

因?yàn)榭臻g結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑鋼對(duì)鋼材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)非常高，所以一般會(huì)選擇強(qiáng)度大、硬度大的低合金高強(qiáng)鋼。但是由于建筑鋼在焊接的過(guò)程中總是會(huì)出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)的形狀復(fù)雜、焊接密集的現(xiàn)象，所以使得焊接點(diǎn)無(wú)法自由地進(jìn)行收縮，并且在焊接的過(guò)程中也有可能會(huì)因?yàn)楹附庸と说氖┕げ缓侠頃?huì)導(dǎo)致建筑鋼受很多力，可能剛開始在焊接的過(guò)程中間建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接點(diǎn)所承受的力不大，但是會(huì)隨著焊接過(guò)程時(shí)間的延長(zhǎng)而使得承受的力逐步增大，自然而然的就會(huì)使很多的力合成一個(gè)很強(qiáng)的合力，從而使得建筑鋼結(jié)構(gòu)在焊接的過(guò)程中產(chǎn)生裂紋。除此之外，因?yàn)榭臻g結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑鋼材料選擇的是低合金高強(qiáng)度的鋼，并且低合金高強(qiáng)度的碳含量較高，所以使得低合金高強(qiáng)度的剛雖然強(qiáng)度高，但是很難焊接，從而使得建筑鋼結(jié)構(gòu)在焊接的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)延遲性的裂紋，并且還應(yīng)會(huì)因?yàn)榻ㄖ摻Y(jié)構(gòu)的施工高度的升高而導(dǎo)致建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接任務(wù)變得更加困難。

3? 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接裂紋產(chǎn)生的原因以及種類

3.1? 冷裂紋

冷裂紋指的是建筑鋼結(jié)構(gòu)在焊接的過(guò)程后冷卻一段時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)的裂紋。有些冷裂紋會(huì)在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接完成之后馬上出現(xiàn)，而也有一部分冷裂紋會(huì)在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接完成很長(zhǎng)一段時(shí)間才會(huì)出現(xiàn)。大多數(shù)的冷裂紋一般都屬于延遲性的裂紋，很多時(shí)候都會(huì)出現(xiàn)在建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接的熱影響區(qū)，但也有少部分的冷裂紋會(huì)出現(xiàn)在建筑鋼結(jié)構(gòu)的焊接點(diǎn)出。經(jīng)過(guò)一系列的研究發(fā)現(xiàn)冷裂紋出現(xiàn)的主要因素主要有以下三點(diǎn)。

（1）鋼材的淬硬傾向。這合金高強(qiáng)度的鋼材的淬硬傾向與其化學(xué)成分、焊接采用的方式、冷卻條件等因素密切相關(guān)。鋼材的淬硬傾向于產(chǎn)生裂紋的幾率呈正相關(guān)。因?yàn)殇摬暮附拥倪^(guò)程中是一個(gè)加熱與冷卻的過(guò)程，所以鋼結(jié)構(gòu)在加熱之后在冷卻之后就會(huì)變得硬、脆性高，從而使得焊接過(guò)后的鋼材更容易產(chǎn)生裂紋。

（2）鋼材結(jié)構(gòu)焊接處的氫含量。在焊接的過(guò)程中，大部分的鋼材整個(gè)都會(huì)處于高溫的環(huán)境下，但是當(dāng)焊接工作完成之后鋼材會(huì)馬上進(jìn)入冷卻的環(huán)節(jié)。冷卻的過(guò)程就會(huì)使鋼材結(jié)構(gòu)焊接處的鋼材中的氫氣馬上溢出，但是有時(shí)候會(huì)因?yàn)楹附庸ぷ魍瓿芍蟮睦鋮s過(guò)程速度過(guò)快，就會(huì)導(dǎo)致鋼材結(jié)構(gòu)中的氫氣不能夠快速溢出，從而使得鋼材結(jié)構(gòu)中含有大量的氫氣而出現(xiàn)空洞的現(xiàn)象，這就會(huì)使得鋼材結(jié)構(gòu)變得易脆。

（3）鋼材結(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中無(wú)法避免的三種力。鋼材結(jié)構(gòu)在焊接的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)三種力，而這三種力是焊接過(guò)程中無(wú)法避免的：焊接結(jié)構(gòu)在加熱的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)受熱不均勻就會(huì)導(dǎo)致在冷卻的過(guò)程中產(chǎn)生熱應(yīng)力;金屬受到高溫和低溫就會(huì)發(fā)生變形，從而使得金屬分子之間就會(huì)產(chǎn)生組織力;鋼結(jié)構(gòu)在焊接的過(guò)程中會(huì)因?yàn)樽陨淼木惺a(chǎn)生拘束力。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的焊接過(guò)程是一個(gè)加熱與冷卻的過(guò)程，而加熱與冷卻的過(guò)程會(huì)使得鋼材結(jié)構(gòu)中的分子排列發(fā)生一定程度的改變，就會(huì)為鋼材結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫打下基礎(chǔ)，接著會(huì)因?yàn)殇摬慕Y(jié)構(gòu)在焊接過(guò)程中產(chǎn)生三種無(wú)法避免的力就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

3.2? 熱裂紋

熱裂紋是指在焊接過(guò)程中溫度過(guò)高而產(chǎn)生的裂紋。熱裂紋出現(xiàn)在焊接處的機(jī)率最高，但有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)在剛才結(jié)構(gòu)的熱影響區(qū)，便會(huì)沿著焊接縫的中心線均勻分布。鋼材結(jié)構(gòu)出現(xiàn)熱裂紋的表象是鋼材金屬表面會(huì)出現(xiàn)鋼材氧化后的顏色。

熱裂紋主要分為四種，分別是凝固裂紋、液化裂紋、多邊化裂紋和塑性裂紋。

（1）凝固裂紋。凝固裂紋又被稱為結(jié)晶裂紋。雖然在鋼材焊接和凝固后期焊接金屬會(huì)結(jié)晶完成，但是結(jié)晶粒之間還會(huì)存在很多的液體，這時(shí)受外界溫度的影響而導(dǎo)致收縮不均勻就會(huì)產(chǎn)生裂紋。

（2）液化裂紋。金屬材料晶體周圍會(huì)分布很多熔點(diǎn)比較低的物質(zhì)，高溫加熱使這些熔點(diǎn)較低的物質(zhì)熔化但來(lái)不及擴(kuò)散，然而又會(huì)在焊接溫度的影響下出現(xiàn)局部晶體液化而產(chǎn)生裂紋。

（3）多變化裂紋。多變化裂紋是因?yàn)閯偛沤ㄖY(jié)構(gòu)鋼材受熱不均勻和不平衡的結(jié)晶條件而導(dǎo)致大量的晶體出現(xiàn)錯(cuò)位而產(chǎn)生的裂紋。

（4）失塑裂紋。因?yàn)槭芎附痈邷氐挠绊懚鴮?dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)鋼材金屬的可塑性下降，就會(huì)在拉伸力的牽引下而產(chǎn)生二次的裂紋。

4? 建筑鋼材結(jié)構(gòu)焊接裂紋的防治措施

4.1? 冷裂紋的防治措施

由于低合金高強(qiáng)度鋼材結(jié)構(gòu)的含碳量過(guò)高，所以導(dǎo)致在高溫加熱的情況下會(huì)使得其發(fā)生冷裂紋的幾率提高。為了防止降低低合金高強(qiáng)度鋼材結(jié)構(gòu)出現(xiàn)冷裂紋的幾率，就需要采取以下幾點(diǎn)防治措施。

（1）從降低焊接點(diǎn)處鋼材的含氫氣量的角度出發(fā)：選擇堿性的焊接條可以降低焊接點(diǎn)處鋼材的含氫氣量，從而可以有效地提高低合金高強(qiáng)度鋼材的可塑性。

（2）減少氫氣的產(chǎn)生：為了能夠有效地降低在焊接過(guò)程中氫氣的產(chǎn)生，就需要將鋼材進(jìn)去烘干，并且還需要保證鋼材焊接接頭出處于無(wú)水無(wú)油的狀態(tài)。

（3）避免鋼材的淬硬組織：為了能夠有效地減少鋼材的淬硬組織產(chǎn)生，在焊接工作開始之前可以對(duì)焊接處的鋼材進(jìn)行預(yù)熱，并且也需要緩慢地對(duì)焊接處的鋼材進(jìn)行冷卻。

（4）采用合理的焊接步驟：為了避免建筑鋼材結(jié)構(gòu)在施工的過(guò)程中承受一些不必要的力，就需要焊接工人能夠嚴(yán)格的按照操作步驟去進(jìn)行焊接。

（5）減少氫氣含量：為了能夠有效地降低建筑鋼材焊接處的氫氣含量，就需要在建筑鋼材結(jié)構(gòu)焊接完成之后將焊接處加熱到250℃，保溫六到八小時(shí)，使得建筑鋼材結(jié)構(gòu)里邊的氫氣逐步溢出。

4.2? 熱裂紋的防治措施

低合金、高強(qiáng)度的建筑鋼材在焊接的過(guò)程中很少出現(xiàn)熱裂紋，但是有時(shí)會(huì)因?yàn)榈秃辖鸶邚?qiáng)度的建筑鋼材原材料不合格而產(chǎn)生熱裂紋。為了減少焊接過(guò)程中熱裂紋的產(chǎn)生，就需要采取一下幾點(diǎn)防治措施。

（1）提高母材的質(zhì)量。為了能夠有效提高低合金高強(qiáng)度的建筑鋼材的可塑性，就需要提高母材的質(zhì)量，降低母材在高溫下的晶體雜質(zhì)元素含量。

（2）提高鋼材的熱影響區(qū)的塑性。提高鋼材在熱影響區(qū)的可塑性，然而也可以通過(guò)縮小熱影響區(qū)的范圍而減少熱裂紋產(chǎn)生的幾率。

（3）精煉母材?？梢詫⒛覆闹械碾s質(zhì)提取出來(lái)，通過(guò)提高母材的質(zhì)量而提高低合金高強(qiáng)度鋼材的熱可塑性。

5? 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)這篇文章我們可以知道，各種裂紋產(chǎn)生的機(jī)制各不相同，因此在建筑結(jié)構(gòu)焊接的過(guò)程中需要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)鋼材的特點(diǎn)和綜合各方面的因素，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)鋼材產(chǎn)生裂紋的機(jī)制進(jìn)行分析，從而可以有效地防止建筑物結(jié)構(gòu)鋼材在焊接的過(guò)程中出現(xiàn)裂紋，滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展對(duì)建筑結(jié)構(gòu)鋼材的需求。

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