1、建筑鋼結構焊接裂紋原因及對策分析1.身份證號碼：372922198708154531；2 身份證號碼：450111198104062738摘要：焊接裂紋是鋼結構制作過程中經常發牛且危害較大的質量通病，木文通過 對行業中常見的建筑鋼結構焊接裂紋的產牛理論的相關分析，結合工程實踐經驗, 同時針對建筑鋼結構焊接裂紋的產牛原因，提出了相應的防治措施。關鍵詞：焊接裂紋；熱裂紋；冷裂紋；層狀撕裂建筑鋼結構作為一種承重結構體系，憑借著優良的性能，被廣泛應用在 高層建筑、工業廠房、高架立交橋等各類建筑中。隨著科學技術的進步與設計理 念的創新，建筑鋼結構和選材方面都會朝著更深、更廣、更寬的領域發展，然而 這些發
2、展必然會造成建筑鋼結構焊接的難度增大，產牛焊接缺陷的可能性增加。 木文主要針對新時期建鋼結構的特點，分析鋼結構焊接裂紋的產生原因和對策。1建筑鋼結構的焊接難點在材質方面，多釆用低合金高強鋼作原材料。(1) 構件間連接節點形狀復雜、板厚大、焊縫密集，所以焊接接頭剛 性約束大，使焊縫由收縮困難，導致產生雙向、三向應力，增加了焊接接頭產生 裂紋、層狀撕裂的可能性。(2) 低合金高強鋼的碳當量比較高，焊接性較差，鋼材淬硬傾向大， 對裂紋和氫脆的敏感性大，焊縫容易出現延遲裂紋。(3) 構件現場組焊多為高空全位置焊接，操作難度加大。2裂紋的判定特征及產牛機理建筑鋼結構焊接工程中，焊接裂紋的產牛主要有3種形
3、式：復雜鋼結構 體系中的熱裂紋、冷裂紋和厚板工程中的層狀撕裂。2.1熱裂紋2.1.1熱裂紋的判定特征熱裂紋是在焊縫結晶后期溫度較高時產生的。熱裂紋產生在焊縫上，一 般沿焊縫中心線縱向分布，多數裂紋是在焊接過程中產生的，在發生裂紋的焊縫 斷面上可以看到有氧化的色彩。2.1.2熱裂紋的產生機理如果在低合金高強鋼中S、P雜質含量超標，在焊縫結晶過程中存在偏 析，形成低熔點共晶物。在焊縫金屬凝固結晶的后期，低熔點共晶物被排擠在柱 狀晶交遇的中心部位，形成液態薄膜，而此吋由于焊縫凝固收縮產生拉伸應力, 當拉伸應力所產生的應變大于焊縫金屬所具有的塑性時，則在液態薄膜處就會開 裂而形成裂紋。2.2冷裂紋2.
4、2.1冷裂紋的判定特征冷裂紋一般在焊后冷卻過程中產生，焊后立即出現，而要經過一段吋間 才出現的裂紋稱為延遲裂紋，由于延遲裂紋不是焊后立即產生，所以具有很大的 隱蔽性，冷裂紋多為延遲裂紋。主要發生在低、中合金高強鋼的焊接熱影響區, 很少在焊縫上；裂紋走向分為沿晶擴展和穿晶前進。2.2.2冷裂紋產生機理研究證明，鋼材的淬硬傾向、焊接接頭含氫量及接頭的約束度是產生冷 裂紋的3個主要因素。(1) 鋼材的淬硬傾向。低合金高強鋼的淬硬傾向主要取決于化學成分、 板厚、焊接工藝和冷卻條件。鋼材的淬硬傾向越人，越易產生裂紋。焊接是一個 不均勻加熱和冷卻的過程，焊接熱影響區的加熱溫度很高，使奧氏體晶粒發生嚴 重長
5、大，當快速冷卻時，產生粗大的馬氏體組織，這種組織硬度高、脆性大，對 裂紋和氫脆敏感性強。隨鋼材的合金元素和強度級別的提高，碳當量增人，奧氏 體轉變很容易得到馬氏體組織，鋼材淬硬性增加，越容易產生焊接冷裂紋。(2) 焊接接頭含氫量。氫是造成高強鋼冷裂紋延遲特征的主要因素。 氫的致裂作用與氫在焊接接頭中的溶解及擴散有關。焊接接頭含氫量越高，冷裂 紋敏感性越大。（3）焊接接頭的拘束度。鋼結構焊接時，接頭不可避免的產生3種應 力：不均勻加熱和冷卻過程中產生的熱應力；金屬相變吋產生的組織應力；結構 自身拘束條件所造成的應力。這3種應力的綜合作用統稱為拘束應力。拘束應力對產生冷裂紋起著決定性的作用。綜上所
6、述，冷裂紋的產生機理是：金屬內部的缺陷提供了潛在裂源，在 應力作用下，這些微觀缺陷的前沿形成了三向應力區，誘使氫向該處擴散并聚集。 當氫的濃度達到一定程度吋，一方面產生較人的應力，另一方面阻礙位錯移動而 使該處變脆，當應力進一步加大時，促使缺陷擴展而形成裂紋。2.3層狀撕裂層狀撕裂是一種低溫開裂，用無損探傷方法也不易檢驗出，使用中易造 成危害事故，在剛性約束的條件下焊接，則可能沿板材軋制方向出現具有階梯狀 的裂紋。2.3.1層狀撕裂的判定特征層狀撕裂產生的位置和形態大致的特點有三個，如下：一般，起裂點 會發生在焊縫根部或焊趾處，之后向母材擴展，形成幾乎與鋼板表面平行的裂縫, 呈層狀階梯形斷續裂
7、縫。沿焊接熱影響區分布。這是由于焊縫收縮在此造成較 強的拉伸應力，從而在熱影響區非金屬夾雜物分布處擴展所致。在遠離熱影響 區的母材中心發生。2.3.2層狀撕裂的產生機理鋼材在軋制過程中，把鋼內的一些雜質軋成平行于軋向的帶狀夾雜物, 造成鋼材力學性能的各向異性，沿厚度方向（即Z向）的延伸率遠低于沿軋制方 向（即L向）。鋼結構焊接吋，特別是厚板、T型接頭、十字接頭或角接接頭， 在剛性拘束的條件下，焊縫收縮會在Z向產生很大的拉伸應力和應變，當應變超 過母材金屬厚度方向的塑性變形能力時，夾雜物與金屬基體之間就會分離而產生 微裂，并隨之連通，而形成層狀階梯裂縫。3鋼結構焊接裂紋的防治措施3.1熱裂紋的防
8、治措施正常情況下，鋼結構用的低合金高強鋼含碳量低、含鎰量高，如果鋼結 構用的低合金高強鋼比例能夠達到規定要求，具有較好的抗熱裂性能，焊接過程 中產生熱裂紋的傾向較小，在焊縫中是不會產生熱裂紋的。但如果母材S、P的 含量不符合要求，偏低或者偏高，又或者是焊接工藝不當，這樣在焊縫中是會產 生熱裂紋的。防治熱裂紋的措施有三點，如下：嚴格控制材料S、P等雜質的 含量，選用S、P含量適當的母材和焊接材料。選用含有細化晶粒的微合金元素 的焊材，重要結構應采用堿性焊條或焊劑。適當增加焊接線能量和提高預熱溫 度，這樣可以減小焊縫金屬的應變率，從而降低熱裂紋的傾向。提高焊縫的形 狀系數，即焊縫寬與焊縫深之比。3
9、.2冷裂紋的防治措施低合金高強鋼隨著含碳量和強度的增加，冷裂紋傾向增大，因此在鋼結 構焊接時防治冷裂紋的產生尤其重要，其對策有如下幾點：在實際的建筑項目 中，應盡可能選擇抗冷裂性能好、碳當量小的鋼材，選擇優質低氫、超低氫及韌 性好的焊材。嚴格控制氫的來源，使用焊條焊劑吋應提前烘干，注意周圍的環 境、濕度，材料的除銹去污，按規定操作相關步驟。制定正確的焊接工藝，特 別注意焊前預熱和焊后熱處理措施。3.3層狀撕裂的防治措施層狀撕裂是一種內部的低溫開裂，表面上不易被發現，即使用無損檢測 技術發現也難以修復，并口成本很高。因此在鋼結構焊接中，層狀撕裂是危險性 較大的缺陷，防治措施可考慮以下幾點：在設計
10、選材吋，符合抗冷裂條件后, 應盡量選擇抗層狀撕裂性能好的鋼材。在設計結構節點吋，合理的選擇接頭形 式和坡口形狀，在滿足受力要求的情況下，盡量減小焊縫尺寸及焊縫截面積，降 低熱影響的脆化作用。在選擇焊接工藝方面，應根據實際情況控制溫度，控制 焊接線能量，采用多層多道焊，降低板厚方向的拘束度及焊接殘余應力。4結語由于裂紋的種類、產生原因、影響因素以及判定特征各不相同，因此, 在實際的建筑項目中應結合其判定特征，綜合分析裂紋的各方面因素，實施適當 的對策防治焊接裂紋，從而保證建筑工程質量，降低成本，提高生產效率。 參考文獻：1管克儉，彭少民.我國高層建筑鋼結構的應用和存在的問題卩鋼結構.2001(06) 居榮初，周鵬洋，張才傲.我國高層建筑鋼結構的發展及展望J浙江建筑.2002 (S1)蔣運林，熊猛.高層建筑鋼結構的特點及其在我國的發展與展望J.四川建 筑科學研究.2003 (03)4朱國明，康永林，陳偉，馬光亭，林積生，萬軍.降低H型鋼殘余熱應力的 三維有限元仿真分析卩軋鋼.2007 (04)
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