鋼結構焊接裂紋的原因及預防策略

高學民

摘 要：在鋼結構焊件中出現的主要危害元素是焊接裂紋，發現這種問題后，就需要重新焊接立即解決。本文主要對鋼結構焊接裂紋出現的原因及預防方法進行探討。

關鍵詞：鋼結構；焊接裂紋；產生原因；預防措施

1 焊接中的局部變形的原因及預防措施

1.1 產生原因

焊接中的局部變形的原因主要有下面5點：（1）技術加工人員缺乏專業知識，導致操作不當，當焊接時的電流大小、速度大小、位置方向沒有把握好，同時沒有進行對稱分層、分段、間斷焊接，就容易導致鋼結構焊件發生形變；（2）鋼結構構件的剛性不夠或者分布不均與，完成焊接后極易發生收縮不均勻，產生裂縫；（3）同時，在布置代加工的鋼結構構件時焊縫不均勻，容易導致因收縮不均勻使焊縫密集的地方收縮，產生極大的變形；（4）“咬肉”過多也容易使焊接應力太集中從而產生過度變形；（5）完成焊接后，鋼結構器件沒有放置平整，應力在集中進行釋放的過程中引發變形。

1.2 預防措施

預防工作可以通過以下幾點進行：（1）規范焊接步驟降低變形發生率。比如在焊接過程中，可以先對主焊縫進行焊接，然后再對次要焊縫進行焊接，先對對接焊縫進行焊接，后對焊接角焊縫進行焊接；（2）對一些焊縫尺寸比較大的器件可以利用分段、分層、間斷施焊的方法，并對電流、速度、方向進行有效控制；（3）設計的時候應該盡量讓鋼結構器件的各部分剛度與焊縫均勻布置，對焊縫應該進行對稱設計，盡量減少交叉和密集焊接情況的出現；（4）進行焊接時，應該時常均勻的翻動工件，使鋼構件產生的變形相互抵消；（5）手工焊接焊縫較長的位置時，應該選用分段焊接法，從焊件中間向兩端緩慢退焊，盡可能使焊點的布置能夠成對稱的方式，避免因為溫度分布不均勻產生變形；（6）對于大型的不對稱構件，可以從小處著手，先對小型工件焊接，完成單構架矯正后，再進行整體構件的裝配焊接；（7）有些焊接工件容易出現角變形，可以對其先進行預變形處理，墊高焊接口后使焊接平滑，鋼結構焊接更加順利；（8）還可以利用外焊加構件來增加工件的剛性，并減少焊接變形，加固件應該放在收縮應力的背面。

1.3 處理方法

對焊接過程中發生變形的工件，如果變形比較嚴重，可以使用邊烤邊用千斤頂來進行矯正。如果變形較小，可以直接采用火烤進行矯正。

2 鋼結構焊接裂紋的原因及預防措施

裂紋直接影響焊接件的正常使用，在鋼結構焊接過程中是一項非常嚴重的工藝缺陷，焊接裂紋不單單只是在焊接過程中發生的，它還具有一定的潛伏期，有的時候在焊接結束后再次加熱過程中也會出現。焊接裂縫出現的部位、大小、形狀、原因及機理都不盡相同，本文重點介紹冷裂紋和熱裂紋。

2.1 冷裂紋

冷裂紋主要出現在焊縫加熱后的冷卻過程中，當溫度降到馬氏體轉變溫度范圍時容易出現，在焊接以后也能立即出現，如果焊接結束后，經過很長時間才出現的裂縫 被稱為延遲裂縫。形成這種裂縫的原因有以下3條：工件具有較大的焊接拉伸力；所焊接的地方有淬硬組織；該位置有大量擴散氫聚集。可以采用的預防方式有：（1）鋼材選取時選擇質量比較好的鋼材，質量好的鋼材含雜質少，不易發生收縮不均勻；（2）盡可能地降低焊接應力對鋼構件的影響；（3）嚴格按照焊接操作規范焊接，焊接步驟要嚴格把關；（4）應用堿性焊條或焊劑（5）確保焊條和焊劑的干燥、無污。

2.2 熱裂紋

當溫度接近固相線時容易出現熱裂紋，它具有沿晶界明顯分布的特點，有時候也會出現在溫度低于固相線的情況下，此時的分布情況為：沿多邊形化。熱裂紋較易出現在焊縫金屬內，少部分情況出現在焊縫附近的金屬內。出現這種情況的原因是焊接結晶時，焊接熔池出現偏析現象，結晶過程中由于存在低熔點共晶和雜質導致出現液態間層，從而出現偏析情況，液體凝固后也會導致鋼結構的強度降低，一旦焊接時的焊接應力較大時，就會在液態間層和凝固的焊接縫之間產生一條裂縫。所以，熱裂紋出現的主要原因是在冶金過程中各方面因素與應力綜合的結構。

面對這種問題我們可以采用以下措施：（1）選用科學、合理的焊接步驟，在選取焊接線超能過程中應該選擇較小的，對整體進行預熱和錘擊，在收弧過程中應該將弧坑填滿；（2）對母材及焊接材料中一些雜質的含量進行有效控制，尤其是硫、磷的含量；（3）對焊接縫中化學成分進行調整，盡最大努力改善焊接縫結構，并提高焊接縫的塑性，進而減少或分散焊接過程中的分散程度，有效控制危害；（4）使用堿性焊條或焊劑，堿性的焊材能夠有效控制雜質含量，改善結晶過程中的偏析程度。

2.3 再熱裂紋

2.3.1 出現的原因

在鋼結構焊接過程中，一些關鍵構件需要對殘余應力進行消除，并且高溫回火是最常用一種方式。通過回火或者由于長期處于高溫狀態而產生的裂紋被稱作再熱裂紋。造成這種情況的主要原因是：①鋼構件中的過飽和固熔碳化物經過再次加熱時會析出，使得鋼結構境內強化；②在焊接過程中導致的殘余應力在鋼結構某一處過度集中。

2.3.2 預防方法

①選取鋼材時避免碳化物的沉淀析出；②對鋼構件進行再熱處理時盡可能避開容易出現再熱裂紋的地方；③盡量減少殘余應力的出現，并避免過于集中；④選取焊條時要選用符合規定設計強度等級比較低的焊條。

3 結束語

綜上所述，在對鋼結構進行焊接時一定要注意焊接裂紋這一危害，焊接工程師必須嚴格按照操作規定進行焊接，防止焊接裂紋的出現。

參考文獻

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（作者單位：河北德鵬機械設備有限公司）