建筑钢结构焊接裂纹的产生机理及防治措施

2020-02-16马晋芳

江西建材 2020年8期

马晋芳

山西建筑职业技术学院，山西太原 030006

建筑钢结构的焊接很容易受到钢材料结构、元素含量、拉伸应力等影响，出现各种类型的裂纹，这些裂纹的出现并不是不可避免的，因此在钢结构焊接阶段，需要焊接人员合理地控制施工工艺，根据施工要求选择恰当的材料，按照相关的焊接顺序进行，同时还应当加强对施工过程的质量控制，能够有效地降低施工的难度，避免焊接缺陷的发生，以此来提高钢结构的焊接质量［1］。

1 建筑钢结构焊接裂纹的特征及产生机理

1.1 热裂纹

在较高的温度条件下，建筑钢结构焊接容易出现热裂纹，在焊接的过程中，焊缝受到温度的影响，发生了结晶反应，再加上金属本身的拉伸应力的影响，导致热裂纹呈现出来不同的形态，通过分析这些形态，又可以将其划分为不同的种类。由于高温和拉伸应力的影响，在焊接的过程中受热不均匀，导致受热面出现了失衡的现象，这一现象导致焊缝处发生了结晶，这一结晶受到金属杂质和拉伸应力的影响，出现了多边化的裂纹。凝固裂纹指的是在金属焊接操作中金属凝固，后期出现了脆性温度，这个温度导致焊缝出现凝固裂纹。主要的形成过程是焊缝金属结晶的晶粒之间存在很多的液相层，由于其韧性很低，在凝固的过程中温度降低，基础冷却不均匀收缩，从而产生了拉伸应力，这一变形超过了金属所能承受的临界值，从而导致凝固裂纹的出现。液化裂纹指的是在焊接的过程中过高的温度会导致金属的化合物来不及扩散，同时形成了局部晶界，这一晶界液化导致了液化裂缝的出现。失塑裂缝指的是在焊接的过程中，由于受到热循环的影响，使得金属整体的塑性受到了影响，在加上金属的拉伸应力对结晶施加了力的作用，从而产生了失塑裂纹［2］。

1.2 冷裂纹

建筑钢结构的焊接所选用的工具存在一定的拘束度，在焊接的过程中，这一特点会对金属的结构造成一定的影响，施加不同类型的力，这些力相互作用，影响金属内部的结构，在焊接结束金属冷却后，金属的结构也变形结束，从而在焊接的热影响区域出现了一些裂纹。此外接头的含氢量会大量地融入到熔池内。焊接结束后金属进行冷却，其中包含的氢会溢出，但是由于冷却速度过快，导致金属内部的结构中存储了一部分氢气，冷却凝固并不完全，严重影响了钢结构的稳定性，从而出现了冷裂纹［3］。

1.3 层状撕裂

层状撕裂的位置形态的特点包括：一是层状撕裂会沿着焊接热影响区域进行分布，主要是由于这一区域具有较长的拉伸应力，非金属交杂物分布进行扩散成为出现的层状撕裂。第二起裂点一般出现在焊缝的根部或者焊趾处，所形成的裂缝，平行于钢板表面呈现出阶梯状。

2 建筑钢结构焊接裂纹的防治措施

2.1 明确焊接施工的难点，选择恰当的施工工艺

在建筑钢结构焊接的过程中，焊接人员需要明确焊接施工的难点，选择恰当的施工工艺，才能防止焊接点纹的出现。首先必须要选择合适的焊接电流，各项工艺校正之后进行焊接，能够有效地避免焊接位置出现偏差。其次需要控制好焊接参数，根据所选择的焊接材料选择恰当的施工工艺。需要注意的是焊接接头具有较大的刚性约束力，导致在焊接过程中产生了三向应力的出现的裂纹，因此在焊接的过程中，应当严格地把控施工材料的选择，降低裂缝发生的可能性。

2.2 热裂纹的防治措施

做好热裂纹的防治工作，可以才从材料的选择入手，控制材料中的各类含量，其中碳的含量越低越好。控制好母材中所含有的杂质元素量，规范施工工艺，减少焊接热用。还需要注重材料具有良好的结构性能，在焊接的过程中，这些特点能够有效的杜绝内部因素的影响，防止热裂纹的产生。针对失塑裂纹需要提高金属材料的塑，性缩小脆性温度的区间，能够有效地避免热裂纹的出现［4］。

2.3 冷裂纹的防治措施

在钢结构的焊接施工中，随着含碳量和强度的增加，冷裂纹出线的概率也会增加，因此为了防止冷裂纹的产生，需要合理的选择材料，确保材料具有良好的抗冷裂性、含碳量较低。在焊接的过程中，需要严格地控制氢的来源，冷却过程中，控制氢含量对钢结构的影响。在选择焊条时，尽可能地选择碱性焊条，确保金属中的含氢量较低，具有较高的塑性，同时还需要保证焊接接头无杂质，无水分。

2.4 层状撕裂的防治措施

防止层状撕裂，需要选择较好的钢材和恰当的施工工艺，焊接接口和坡口的形状也需要符合相关的规定，同时还需要严格控制焊接工艺，保障焊接的质量。同时焊接材料还应当满足抗冷裂、抗层状撕裂性能，在焊接的过程中，应当合理地选择预设加热的控制温度区间。

2.5 做好焊接的质量控制工作

在焊接结束后，为了提高焊件的质量，应当加强对钢结构焊件的质量检查工作，这样能够在第一时间内避免焊后开裂的情况，减少冷裂纹等的出现。针对出现裂纹的工件应当及时分析其中存在的问题，修改焊接方案，及时止损。在焊接的过程中也应当加强质量控制，确保施工人员严格地按照相关的流程进行操作，确保焊接的规范性。焊接人员应当充分掌握各种类型裂纹产生的具体原因在焊接的过程中，能够采取恰当的防治措施，控制好焊接工艺，减少裂纹的出现。