建筑钢结构焊接裂纹产生机理及处理方法研究

建筑钢结构焊接裂纹产生机理及处理方法研究

朱伟龙

朱伟龙

广东河源517000

【摘要】钢结构施工周期比常规施工工艺的周期要段，并且强度高，在建筑工程中得到了广泛的应用。本文对钢结构在焊接过程中产生裂纹的原因进行简单的分析，然后提出相应的处理方法，以便提高钢结构的施工质量。

【关键词】钢结构；焊接裂纹；产生机理；处理

钢结构的施工周期短、荷载小、强度高，在建筑工程具有较好的应用前景。随着钢结构的快速发展，钢结构的施工也日渐复杂化，并且钢材也在不断的进步，也导致钢结构施工的难度越来越大，本文对钢结构中焊接裂纹进行分析，进而提出相应的处理措施。

1、钢结构焊接裂纹的产生机理

1.1热裂纹的产生机理

建筑钢结构中的热裂纹大多都是由于焊接后期焊缝的温度比较高造成的，并且我们在热裂纹的表面能够看到氧化的迹象。钢结构在焊接过程中，钢材中的硫磷等杂质如果含量较高时，焊接的结晶可能会出现偏析现象，进而在高温下产生结晶物。钢结构的焊缝在凝固阶段时，由于有害杂质产生的低熔点共晶物会被排斥到焊缝的中间位置，在焊缝的凝固阶段，焊接部位的收缩会产生拉应力，如果这个应力超过焊缝部位金属的塑形时，势必会产生开裂，进而形成焊缝的热裂纹。

1.2冷裂纹的产生机理

建筑钢结构中的冷裂纹多发生在焊接完成后的冷却中，一些裂纹会在焊接完成后立刻出现，另外一部分则是一段时期后发生，后者也成为延迟裂纹。在建筑钢结构的冷裂纹中大多都是延迟裂纹。由于冷裂纹多少焊接完成一段时间后才会出现，这也使得这种裂纹有比较大的隐蔽性，产生冷裂纹的重要原因表现在以下的方面：（1）淬硬性影响；钢材的淬硬性越大，则钢结构焊接过程中愈容易出现裂纹。焊接过程属于一个不均匀加热的过程，这也使得钢材的焊接对氢元素以及裂纹等敏感度比较高。淬硬性越大，出现冷裂纹的几率越高。（2）焊接接头的氢元素含量影响；在冷裂纹中，氢元素超标占有很大因素，氢元素在焊接过程中需要快速的扩散，当其饱和时，会影响到焊缝的冷却收缩，并且试验证明焊缝中氢元素的含量越高，钢结构焊接过程中产生冷裂纹的几率越高。（3）钢结构焊接接头拘束度影响产生的冷裂纹。钢结构在焊接过程中会受到不同程度的热应力，而这种应力则会导致冷裂纹的产生。

对于建筑钢结构的焊接冷裂纹来说，产生该类型的裂纹最主要的原因在于焊接金属的内部存在一定的缺陷，这也使得钢结构的焊缝在焊接完成后存在潜在的缺陷，受到一定应力的作用下，焊缝内部的缺陷会进一步放大，并且焊接过程中能够使得氢元素在该处聚集，在氢元素达到一定的浓度后，在应力等双重影响下，缺陷放大的一定的程度会产生裂纹。

2、建筑钢结构焊接裂纹的处理方法分析

2.1热裂纹

对于一般的钢结构施工来说，其使用的采用大多是低合金的高强钢，这一类的钢材大多含碳量比较低，其他的一些微量元素比如锰等含量较高，这种材料的抗热性能以及抗裂性能比较好，在焊接施工中，产生热裂纹的几率比较小，如果严格按照规范操作一般不会出现热裂纹。如果钢材中的硫磷等有害物质超标则易导致热裂纹的出现，或是施工人员操作不当也会导致热裂纹的产生。为了避免热裂纹的发生，在建筑钢结构的焊接施工中我们可以采取以下的施工措施：（1）对于材料严格把关，严格执行进行实验制度，避免不合格的材料使用到施工中，同时严格控制焊缝当中的有害物质（碳、硫、磷等有害物质）的含量，对于施工的钢材来说，硫磷的含量必须要控制在万分之三以内，并且焊剂及焊条等材料中的硫磷等含量也要控制在一定的范围内。（2）在焊接过程中，施工人员可以提高焊接线的能量，并且相应的提高预热温度，有效降低焊缝金属的应力变化，进而降低裂纹的出现。

2.2冷裂纹

针对建筑钢结构的冷裂纹，我们可以采取以下措施来避免焊接完成后出现冷裂纹：（1）设计过程中就要选择含碳量比较低的钢材，这种类型的钢材具有较好的抗冷裂纹性能。（2）对于焊材来说，必须要具有较好的韧性，同时焊材自身的氢元素含量也要控制在一定的范围内，这也能够降低焊缝的冷裂纹出现几率。（3）控制钢结构焊接过程中的氢元素，首先尽量在干燥的环境中开展焊接作业，其次焊条等保管必须要放置在干燥的环境中，在使用前可以采用一定的措施使其烘干，最后，对于木材以及焊丝等在使用前要进行除锈作业。

此外，在建筑钢结构的焊接前还要选择合理的接头形式，通过焊口形式的选择能够有效的降低焊接接头的应力影响，同时，采用合理的预热及加热措施，降低钢材在焊接中温度的影响，并且严格按照焊接操作规程进行，保证钢结构的焊接质量。

总结：

建筑钢结构在施工过程中，不同裂纹的产生原因也不同，我们必须要对各种裂纹进行深入的研究，进而提出有针对性的处理措施，最大限度的降低裂纹的出现几率，进而提高建筑钢结构的施工质量。

参考文献：

[1]赵芳，梁建明，王占英.建筑钢结构焊接裂纹的产生机理及防止措施[J]．铸造技术，2013，34（8）．

[2]段斌，孙少忠.我国建筑钢结构焊接技术的发展现状和发展趋势[J].焊接技术，2012.

[3]王建.焊接结晶裂纹的危害及控制措施[J].铸造技术，2011，32（11）.