淺談鋼結構焊接中常見的問題及預防措施

摘 要：鋼結構在加工制造過程中，因為存在外形尺寸較大、形狀多樣、結構復雜、焊縫多、焊接位置不對稱等因素，常出現多種焊接問題，影響焊接質量，本文對焊接過程中產生的局部變形、裂紋產生的原因進行分析，提出相關預防措施。

關鍵詞：鋼結構;常見質量問題;預防措施

1.概述

隨著我國工業發展，鋼結構工程因其結構性能好、結構組織均勻、強度高、彈性模數高、塑性和韌性好，適合承受沖擊和地震載荷、施工速度快、便于機械化生產和工業化程度高等很多優越條件，在水工、建筑等多個領域被廣泛應用。但是，也不能否認鋼結構還存在著缺陷和隱患。本文將根據實際施工經驗，淺析鋼結構在焊接過程中產生的焊接變形、裂紋產生的原因進行分析，并提出相關預防措施。

2.焊接中變形產生的原因及控制措施

2.1變形的種類

焊接變形按其對整個結構影響程度不同，可分為整體變形和局部變形;按其特征可分為：收縮變形、角變形、彎曲 變形、波浪變形、扭曲變形和錯邊變形等。在這些焊接變形中，角變形和波浪變形屬于結構局部變形，其它的屬于結構整體變形。

2.2產生原因

焊接過程產生變形的原因大體可以分為以下幾種：

①加工件的剛性小或不均勻，焊后收縮、變形不一致;焊后焊縫一般都產生縱向和橫向收縮，這種收縮受到整個結構的限制而產生“收縮力”。對于剛性大的焊接結構在這種力的作用下產生的變形比較小;而剛性小的焊接結構在這種力的作用下就產生較大的變形。

②加工件本身焊縫布置不均勻，焊縫多的部位收縮大，變形也大，焊縫若沿構件截面分布不對稱，則會引起該構件焊接時產生彎曲變形。

③焊接參數：在諸多焊接參數中焊接線能量與焊接變形成正比，焊接線能量越大則焊接時產生的塑性變形區面積越大，焊后的焊接變形越大，反之則越小。決定焊接線能量的因素主要有：焊縫尺寸的大小;焊接的分層方式;焊接的初始溫度;焊縫是否連續。

④焊接方法：對于相同焊件、相同焊縫，不同的焊接方法，其焊接變形也不同，埋弧焊的焊接變形最大，其次為手弧焊，最小的焊接變形為CO2氣體保護焊。

⑤裝配質量和裝配順序：裝配順序和裝配質量對焊接變形也會產生影響。例如，裝配間隙大，焊縫的橫向收縮也大;此外還應考慮焊件的自重和形狀，對長形構件，在焊前需恰當地加以支撐。

2.3預防措施

①盡量使工件各部分剛度和焊縫均勻布置，對稱設置焊縫，減少交叉和密集焊縫;焊縫位置盡可能對稱于構件截面的中性軸，或者盡量靠近中性軸，這對減少梁、柱等一類鋼結構的撓曲變形有良好的效果。

②制定合理的焊接順序，以減少變形。如先焊主焊縫后焊次要焊縫，先焊對稱部位的焊縫后焊非對稱焊縫，先焊收縮量大的焊縫后焊收縮量小的焊縫，先焊對接焊縫后焊角焊縫。

③采用合理的焊接參數：對尺寸大焊縫多的工件，采用分段、分層、間斷施焊，并控制電 流、速度、方向一致;手工焊接較長焊縫時，應采用分段進行間斷焊接法，由工件的中間向兩頭退焊，焊接時人員應對稱分散布置，避免由于熱量集中引起變形。

④盡量采用熱輸入較小的焊接方法，如CO2氣體保護焊。

⑤采用合理的裝配焊接順序：大型工件如形狀不對稱，應將小部件組焊矯正完變形后，在進行裝配焊接，以減少整體變形。

⑥反變形：焊前將平臺鋼結構裝配成具有與焊接變形方向相反、大小相等的預先反變形，以抵消結構焊后形成的變形。例如，為了防止 H 型鋼梁上下翼板焊后產生角變形，可在焊前使用油壓機或折邊機將其翼板預先反向壓彎。

⑦剛性固定：在沒有反變形的情況下，利用外加約束來固定構件，限制其焊接變形。例如，采用裝焊胎卡具等增加鋼結構在焊接時的剛度，以減少變形。

3.鋼結構焊接裂紋的原因及預防措施

3.1熱裂紋

熱裂紋是指高溫下所產生的裂紋，又稱高溫裂紋或結晶裂紋。表現形式有：縱向裂 紋、橫向裂紋、根部裂紋、弧坑裂紋和熱影響區裂紋。其產生原因是由于焊接熔池在結晶過程中存在著偏析現象，低熔點共晶和雜質在結晶過程中以液態間層形式存在從而形成偏析，凝固以后強度也較低，當焊接應力足夠大時，就會將液態間層或剛凝固不久的固態金屬拉開形成裂紋。

針對其產生原因，其預防措施如下：

①限制母材及焊接材料中易偏析元素和有害雜質的含量特別應控制硫、磷的含量和降低含碳量。

②采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的雜質含攝，改善結晶時的偏析程度。

③采用多層多道的焊接方法;采用合理的焊接順序和方向，采用較小的焊接線能量。

④整體預熱和錘擊法，收弧時填滿弧坑等工藝措施。

3.2冷裂紋

冷裂紋一般是指焊縫在冷卻過程中溫度降到馬氏體轉變溫度范圍內（300-200℃以下）產生的，可以在焊接后立即出現，也可以在焊接以后的較長時間才發生，故也稱為延遲裂紋。

其形成的基本條件有以下3個：

①焊接接頭形成淬硬組織;

②擴散氫的存在和濃集;

③存在著較大的焊接拉伸應力。

針對其產生的原因，其預防措施如下：

①選擇合理的焊接規程和線能量，改善焊縫及熱影響區組織狀態，如焊前預熱、控制層問溫度、焊后緩冷或后熱等以加快氫分子逸出。

②采用堿性焊條或焊劑，以降低焊縫中的擴散氧含量焊條和焊劑在使用前應嚴格按照規定的要求進行烘干（低氫焊條300℃～350℃保溫1h;酸性焊條 100℃～l50℃保溫1h;焊劑 200℃～250℃保溫2h），認真清理坡口和焊絲，去除油污、水分和銹 斑等臟物，以減少氫的來源。

③焊后及時進行熱處理：一是進行退火處理，以消除內應力，使淬火組織回火，改善其韌性;二是進行消氫處理，使氫從焊接接頭中充分逸出。

4.結語

焊接變形和焊接裂紋是施工中常遇到的質量問題，通過對焊接變形、焊接裂紋產生的原因進行分析，結合施工實際情況采取有效預控措施，不僅能提高產品質量，還能有效的降低成本，為企業創造良好的效益。

參考文獻

[1]黃文哲.焊接手冊.機械工業出版社，1991.

[2]JGJ 81-2002 建筑鋼結構焊接技術規程? 中華人民共和國建設部

作者簡介：

萬成梅（1982-）女，工程師，中國水利水電第四工程局有限公司。