建筑鋼結構焊接裂紋的產生機理及防止措施

李選華

摘? ? 要：由于經濟建設的快速發展，使得建筑鋼鐵工業在社會建構中的地位逐步提高。建筑鋼結構的焊接也從小的鋼結構逐步向大型、大容量鋼結構進行發展。如果建筑鋼結構在焊接的過程中產生裂紋不僅會對建筑的質量，還會帶來很大的經濟損失。本篇文章主要是對建筑鋼結構焊接過程中裂紋產生的距離進行了分析研究，并針對建筑鋼結構焊接過程中裂紋產生的機理提出了防止措施。

關鍵詞：建筑鋼結構焊接;裂紋產生機理;防治措施

1? 引言

科學技術和經濟建設的快速發展，使得建筑鋼結構的焊接得到了廣泛的應用。目前，我國建筑鋼結構的形勢逐步變得復雜，所以對鋼材料質量的選擇的要求也逐步提高。但是如果將高質量的鋼材用到建筑鋼結構中，就會給建筑鋼結構的焊接帶來很大的挑戰，從而就會使得建筑鋼結構在焊接的過程中產生缺陷。

2? 建筑鋼結構焊接過程中的難點

因為空間結構復雜的建筑鋼對鋼材料的選擇標準非常高，所以一般會選擇強度大、硬度大的低合金高強鋼。但是由于建筑鋼在焊接的過程中總是會出現鋼結構連接點的形狀復雜、焊接密集的現象，所以使得焊接點無法自由地進行收縮，并且在焊接的過程中也有可能會因為焊接工人的施工不合理會導致建筑鋼受很多力，可能剛開始在焊接的過程中間建筑鋼結構的焊接點所承受的力不大，但是會隨著焊接過程時間的延長而使得承受的力逐步增大，自然而然的就會使很多的力合成一個很強的合力，從而使得建筑鋼結構在焊接的過程中產生裂紋。除此之外，因為空間結構復雜的建筑鋼材料選擇的是低合金高強度的鋼，并且低合金高強度的碳含量較高，所以使得低合金高強度的剛雖然強度高，但是很難焊接，從而使得建筑鋼結構在焊接的過程中會出現延遲性的裂紋，并且還應會因為建筑鋼結構的施工高度的升高而導致建筑鋼結構的焊接任務變得更加困難。

3? 建筑鋼結構焊接裂紋產生的原因以及種類

3.1? 冷裂紋

冷裂紋指的是建筑鋼結構在焊接的過程后冷卻一段時間才會出現的裂紋。有些冷裂紋會在建筑鋼結構焊接完成之后馬上出現，而也有一部分冷裂紋會在建筑鋼結構焊接完成很長一段時間才會出現。大多數的冷裂紋一般都屬于延遲性的裂紋，很多時候都會出現在建筑鋼結構焊接的熱影響區，但也有少部分的冷裂紋會出現在建筑鋼結構的焊接點出。經過一系列的研究發現冷裂紋出現的主要因素主要有以下三點。

（1）鋼材的淬硬傾向。這合金高強度的鋼材的淬硬傾向與其化學成分、焊接采用的方式、冷卻條件等因素密切相關。鋼材的淬硬傾向于產生裂紋的幾率呈正相關。因為鋼材焊接的過程中是一個加熱與冷卻的過程，所以鋼結構在加熱之后在冷卻之后就會變得硬、脆性高，從而使得焊接過后的鋼材更容易產生裂紋。

（2）鋼材結構焊接處的氫含量。在焊接的過程中，大部分的鋼材整個都會處于高溫的環境下，但是當焊接工作完成之后鋼材會馬上進入冷卻的環節。冷卻的過程就會使鋼材結構焊接處的鋼材中的氫氣馬上溢出，但是有時候會因為焊接工作完成之后的冷卻過程速度過快，就會導致鋼材結構中的氫氣不能夠快速溢出，從而使得鋼材結構中含有大量的氫氣而出現空洞的現象，這就會使得鋼材結構變得易脆。

（3）鋼材結構在焊接過程中無法避免的三種力。鋼材結構在焊接的過程中會出現三種力，而這三種力是焊接過程中無法避免的：焊接結構在加熱的過程中會出現受熱不均勻就會導致在冷卻的過程中產生熱應力;金屬受到高溫和低溫就會發生變形，從而使得金屬分子之間就會產生組織力;鋼結構在焊接的過程中會因為自身的拘束而產生拘束力。因為鋼結構的焊接過程是一個加熱與冷卻的過程，而加熱與冷卻的過程會使得鋼材結構中的分子排列發生一定程度的改變，就會為鋼材結構出現裂縫打下基礎，接著會因為鋼材結構在焊接過程中產生三種無法避免的力就會出現裂縫。

3.2? 熱裂紋

熱裂紋是指在焊接過程中溫度過高而產生的裂紋。熱裂紋出現在焊接處的機率最高，但有時也會出現在剛才結構的熱影響區，便會沿著焊接縫的中心線均勻分布。鋼材結構出現熱裂紋的表象是鋼材金屬表面會出現鋼材氧化后的顏色。

熱裂紋主要分為四種，分別是凝固裂紋、液化裂紋、多邊化裂紋和塑性裂紋。

（1）凝固裂紋。凝固裂紋又被稱為結晶裂紋。雖然在鋼材焊接和凝固后期焊接金屬會結晶完成，但是結晶粒之間還會存在很多的液體，這時受外界溫度的影響而導致收縮不均勻就會產生裂紋。

（2）液化裂紋。金屬材料晶體周圍會分布很多熔點比較低的物質，高溫加熱使這些熔點較低的物質熔化但來不及擴散，然而又會在焊接溫度的影響下出現局部晶體液化而產生裂紋。

（3）多變化裂紋。多變化裂紋是因為剛才建筑結構鋼材受熱不均勻和不平衡的結晶條件而導致大量的晶體出現錯位而產生的裂紋。

（4）失塑裂紋。因為受焊接高溫的影響而導致建筑結構鋼材金屬的可塑性下降，就會在拉伸力的牽引下而產生二次的裂紋。

4? 建筑鋼材結構焊接裂紋的防治措施

4.1? 冷裂紋的防治措施

由于低合金高強度鋼材結構的含碳量過高，所以導致在高溫加熱的情況下會使得其發生冷裂紋的幾率提高。為了防止降低低合金高強度鋼材結構出現冷裂紋的幾率，就需要采取以下幾點防治措施。

（1）從降低焊接點處鋼材的含氫氣量的角度出發：選擇堿性的焊接條可以降低焊接點處鋼材的含氫氣量，從而可以有效地提高低合金高強度鋼材的可塑性。

（2）減少氫氣的產生：為了能夠有效地降低在焊接過程中氫氣的產生，就需要將鋼材進去烘干，并且還需要保證鋼材焊接接頭出處于無水無油的狀態。

（3）避免鋼材的淬硬組織：為了能夠有效地減少鋼材的淬硬組織產生，在焊接工作開始之前可以對焊接處的鋼材進行預熱，并且也需要緩慢地對焊接處的鋼材進行冷卻。

（4）采用合理的焊接步驟：為了避免建筑鋼材結構在施工的過程中承受一些不必要的力，就需要焊接工人能夠嚴格的按照操作步驟去進行焊接。

（5）減少氫氣含量：為了能夠有效地降低建筑鋼材焊接處的氫氣含量，就需要在建筑鋼材結構焊接完成之后將焊接處加熱到250℃，保溫六到八小時，使得建筑鋼材結構里邊的氫氣逐步溢出。

4.2? 熱裂紋的防治措施

低合金、高強度的建筑鋼材在焊接的過程中很少出現熱裂紋，但是有時會因為低合金高強度的建筑鋼材原材料不合格而產生熱裂紋。為了減少焊接過程中熱裂紋的產生，就需要采取一下幾點防治措施。

（1）提高母材的質量。為了能夠有效提高低合金高強度的建筑鋼材的可塑性，就需要提高母材的質量，降低母材在高溫下的晶體雜質元素含量。

（2）提高鋼材的熱影響區的塑性。提高鋼材在熱影響區的可塑性，然而也可以通過縮小熱影響區的范圍而減少熱裂紋產生的幾率。

（3）精煉母材。可以將母材中的雜質提取出來，通過提高母材的質量而提高低合金高強度鋼材的熱可塑性。

5? 結束語

通過這篇文章我們可以知道，各種裂紋產生的機制各不相同，因此在建筑結構焊接的過程中需要根據建筑結構鋼材的特點和綜合各方面的因素，對建筑物結構鋼材產生裂紋的機制進行分析，從而可以有效地防止建筑物結構鋼材在焊接的過程中出現裂紋，滿足經濟建設和社會發展對建筑結構鋼材的需求。

參考文獻：

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