建筑钢结构焊接裂纹的产生机理及防止措施

李选华

摘    要：由于经济建设的快速发展，使得建筑钢铁工业在社会建构中的地位逐步提高。建筑钢结构的焊接也从小的钢结构逐步向大型、大容量钢结构进行发展。如果建筑钢结构在焊接的过程中产生裂纹不仅会对建筑的质量，还会带来很大的经济损失。本篇文章主要是对建筑钢结构焊接过程中裂纹产生的距离进行了分析研究，并针对建筑钢结构焊接过程中裂纹产生的机理提出了防止措施。

关键词：建筑钢结构焊接;裂纹产生机理;防治措施

1  引言

科学技术和经济建设的快速发展，使得建筑钢结构的焊接得到了广泛的应用。目前，我国建筑钢结构的形势逐步变得复杂，所以对钢材料质量的选择的要求也逐步提高。但是如果将高质量的钢材用到建筑钢结构中，就会给建筑钢结构的焊接带来很大的挑战，从而就会使得建筑钢结构在焊接的过程中产生缺陷。

2  建筑钢结构焊接过程中的难点

因为空间结构复杂的建筑钢对钢材料的选择标准非常高，所以一般会选择强度大、硬度大的低合金高强钢。但是由于建筑钢在焊接的过程中总是会出现钢结构连接点的形状复杂、焊接密集的现象，所以使得焊接点无法自由地进行收缩，并且在焊接的过程中也有可能会因为焊接工人的施工不合理会导致建筑钢受很多力，可能刚开始在焊接的过程中间建筑钢结构的焊接点所承受的力不大，但是会随着焊接过程时间的延长而使得承受的力逐步增大，自然而然的就会使很多的力合成一个很强的合力，从而使得建筑钢结构在焊接的过程中产生裂纹。除此之外，因为空间结构复杂的建筑钢材料选择的是低合金高强度的钢，并且低合金高强度的碳含量较高，所以使得低合金高强度的刚虽然强度高，但是很难焊接，从而使得建筑钢结构在焊接的过程中会出现延迟性的裂纹，并且还应会因为建筑钢结构的施工高度的升高而导致建筑钢结构的焊接任务变得更加困难。

3  建筑钢结构焊接裂纹产生的原因以及种类

3.1  冷裂纹

冷裂纹指的是建筑钢结构在焊接的过程后冷却一段时间才会出现的裂纹。有些冷裂纹会在建筑钢结构焊接完成之后马上出现，而也有一部分冷裂纹会在建筑钢结构焊接完成很长一段时间才会出现。大多数的冷裂纹一般都属于延迟性的裂纹，很多时候都会出现在建筑钢结构焊接的热影响区，但也有少部分的冷裂纹会出现在建筑钢结构的焊接點出。经过一系列的研究发现冷裂纹出现的主要因素主要有以下三点。

（1）钢材的淬硬倾向。这合金高强度的钢材的淬硬倾向与其化学成分、焊接采用的方式、冷却条件等因素密切相关。钢材的淬硬倾向于产生裂纹的几率呈正相关。因为钢材焊接的过程中是一个加热与冷却的过程，所以钢结构在加热之后在冷却之后就会变得硬、脆性高，从而使得焊接过后的钢材更容易产生裂纹。

（2）钢材结构焊接处的氢含量。在焊接的过程中，大部分的钢材整个都会处于高温的环境下，但是当焊接工作完成之后钢材会马上进入冷却的环节。冷却的过程就会使钢材结构焊接处的钢材中的氢气马上溢出，但是有时候会因为焊接工作完成之后的冷却过程速度过快，就会导致钢材结构中的氢气不能够快速溢出，从而使得钢材结构中含有大量的氢气而出现空洞的现象，这就会使得钢材结构变得易脆。

（3）钢材结构在焊接过程中无法避免的三种力。钢材结构在焊接的过程中会出现三种力，而这三种力是焊接过程中无法避免的：焊接结构在加热的过程中会出现受热不均匀就会导致在冷却的过程中产生热应力;金属受到高温和低温就会发生变形，从而使得金属分子之间就会产生组织力;钢结构在焊接的过程中会因为自身的拘束而产生拘束力。因为钢结构的焊接过程是一个加热与冷却的过程，而加热与冷却的过程会使得钢材结构中的分子排列发生一定程度的改变，就会为钢材结构出现裂缝打下基础，接着会因为钢材结构在焊接过程中产生三种无法避免的力就会出现裂缝。

3.2  热裂纹

热裂纹是指在焊接过程中温度过高而产生的裂纹。热裂纹出现在焊接处的机率最高，但有时也会出现在刚才结构的热影响区，便会沿着焊接缝的中心线均匀分布。钢材结构出现热裂纹的表象是钢材金属表面会出现钢材氧化后的颜色。

热裂纹主要分为四种，分别是凝固裂纹、液化裂纹、多边化裂纹和塑性裂纹。

（1）凝固裂纹。凝固裂纹又被称为结晶裂纹。虽然在钢材焊接和凝固后期焊接金属会结晶完成，但是结晶粒之间还会存在很多的液体，这时受外界温度的影响而导致收缩不均匀就会产生裂纹。

（2）液化裂纹。金属材料晶体周围会分布很多熔点比较低的物质，高温加热使这些熔点较低的物质熔化但来不及扩散，然而又会在焊接温度的影响下出现局部晶体液化而产生裂纹。

（3）多变化裂纹。多变化裂纹是因为刚才建筑结构钢材受热不均匀和不平衡的结晶条件而导致大量的晶体出现错位而产生的裂纹。

（4）失塑裂纹。因为受焊接高温的影响而导致建筑结构钢材金属的可塑性下降，就会在拉伸力的牵引下而产生二次的裂纹。

4  建筑钢材结构焊接裂纹的防治措施

4.1  冷裂纹的防治措施

由于低合金高强度钢材结构的含碳量过高，所以导致在高温加热的情况下会使得其发生冷裂纹的几率提高。为了防止降低低合金高强度钢材结构出现冷裂纹的几率，就需要采取以下几点防治措施。

（1）从降低焊接点处钢材的含氢气量的角度出发：选择碱性的焊接条可以降低焊接点处钢材的含氢气量，从而可以有效地提高低合金高强度钢材的可塑性。

（2）减少氢气的产生：为了能够有效地降低在焊接过程中氢气的产生，就需要将钢材进去烘干，并且还需要保证钢材焊接接头出处于无水无油的状态。

（3）避免钢材的淬硬组织：为了能够有效地减少钢材的淬硬组织产生，在焊接工作开始之前可以对焊接处的钢材进行预热，并且也需要缓慢地对焊接处的钢材进行冷却。

（4）采用合理的焊接步骤：为了避免建筑钢材结构在施工的过程中承受一些不必要的力，就需要焊接工人能够严格的按照操作步骤去进行焊接。

（5）减少氢气含量：为了能够有效地降低建筑钢材焊接处的氢气含量，就需要在建筑钢材结构焊接完成之后将焊接处加热到250℃，保温六到八小时，使得建筑钢材结构里边的氢气逐步溢出。

4.2  热裂纹的防治措施

低合金、高强度的建筑钢材在焊接的过程中很少出现热裂纹，但是有时会因为低合金高强度的建筑钢材原材料不合格而产生热裂纹。为了减少焊接过程中热裂纹的产生，就需要采取一下几点防治措施。

（1）提高母材的质量。为了能够有效提高低合金高强度的建筑钢材的可塑性，就需要提高母材的质量，降低母材在高温下的晶体杂质元素含量。

（2）提高钢材的热影响区的塑性。提高钢材在热影响区的可塑性，然而也可以通过缩小热影响区的范围而减少热裂纹产生的几率。

（3）精炼母材。可以将母材中的杂质提取出来，通过提高母材的质量而提高低合金高强度钢材的热可塑性。

5  结束语

通过这篇文章我们可以知道，各种裂纹产生的机制各不相同，因此在建筑结构焊接的过程中需要根据建筑结构钢材的特点和综合各方面的因素，对建筑物结构钢材产生裂纹的机制进行分析，从而可以有效地防止建筑物结构钢材在焊接的过程中出现裂纹，满足经济建设和社会发展对建筑结构钢材的需求。

参考文献：

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[3] 刘志辉.建筑钢结构焊接裂纹产生原因及防止措施探究[J].建材与装饰，2016（9）：55～56.