1、建筑钢结构焊接裂纹原因及对策分析1.身份证号码：372922198708154531；2 身份证号码：450111198104062738摘要：焊接裂纹是钢结构制作过程中经常发牛且危害较大的质量通病，木文通过 对行业中常见的建筑钢结构焊接裂纹的产牛理论的相关分析，结合工程实践经验, 同时针对建筑钢结构焊接裂纹的产牛原因，提出了相应的防治措施。关键词：焊接裂纹；热裂纹；冷裂纹；层状撕裂建筑钢结构作为一种承重结构体系，凭借着优良的性能，被广泛应用在 高层建筑、工业厂房、高架立交桥等各类建筑中。随着科学技术的进步与设计理 念的创新，建筑钢结构和选材方面都会朝着更深、更广、更宽的领域发展，然而 这些发2、展必然会造成建筑钢结构焊接的难度增大，产牛焊接缺陷的可能性增加。 木文主要针对新时期建钢结构的特点，分析钢结构焊接裂纹的产生原因和对策。1建筑钢结构的焊接难点在材质方面，多釆用低合金高强钢作原材料。(1) 构件间连接节点形状复杂、板厚大、焊缝密集，所以焊接接头刚 性约束大，使焊缝由收缩困难，导致产生双向、三向应力，增加了焊接接头产生 裂纹、层状撕裂的可能性。(2) 低合金高强钢的碳当量比较高，焊接性较差，钢材淬硬倾向大， 对裂纹和氢脆的敏感性大，焊缝容易出现延迟裂纹。(3) 构件现场组焊多为高空全位置焊接，操作难度加大。2裂纹的判定特征及产牛机理建筑钢结构焊接工程中，焊接裂纹的产牛主要有3种形3、式：复杂钢结构 体系中的热裂纹、冷裂纹和厚板工程中的层状撕裂。2.1热裂纹2.1.1热裂纹的判定特征热裂纹是在焊缝结晶后期温度较高时产生的。热裂纹产生在焊缝上，一 般沿焊缝中心线纵向分布，多数裂纹是在焊接过程中产生的，在发生裂纹的焊缝 断面上可以看到有氧化的色彩。2.1.2热裂纹的产生机理如果在低合金高强钢中S、P杂质含量超标，在焊缝结晶过程中存在偏 析，形成低熔点共晶物。在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在柱 状晶交遇的中心部位，形成液态薄膜，而此吋由于焊缝凝固收缩产生拉伸应力, 当拉伸应力所产生的应变大于焊缝金属所具有的塑性时，则在液态薄膜处就会开 裂而形成裂纹。2.2冷裂纹2.4、2.1冷裂纹的判定特征冷裂纹一般在焊后冷却过程中产生，焊后立即出现，而要经过一段吋间 才出现的裂纹称为延迟裂纹，由于延迟裂纹不是焊后立即产生，所以具有很大的 隐蔽性，冷裂纹多为延迟裂纹。主要发生在低、中合金高强钢的焊接热影响区, 很少在焊缝上；裂纹走向分为沿晶扩展和穿晶前进。2.2.2冷裂纹产生机理研究证明，钢材的淬硬倾向、焊接接头含氢量及接头的约束度是产生冷 裂纹的3个主要因素。(1) 钢材的淬硬倾向。低合金高强钢的淬硬倾向主要取决于化学成分、 板厚、焊接工艺和冷却条件。钢材的淬硬倾向越人，越易产生裂纹。焊接是一个 不均匀加热和冷却的过程，焊接热影响区的加热温度很高，使奥氏体晶粒发生严 重长5、大，当快速冷却时，产生粗大的马氏体组织，这种组织硬度高、脆性大，对 裂纹和氢脆敏感性强。随钢材的合金元素和强度级别的提高，碳当量增人，奥氏 体转变很容易得到马氏体组织，钢材淬硬性增加，越容易产生焊接冷裂纹。(2) 焊接接头含氢量。氢是造成高强钢冷裂纹延迟特征的主要因素。 氢的致裂作用与氢在焊接接头中的溶解及扩散有关。焊接接头含氢量越高，冷裂 纹敏感性越大。（3）焊接接头的拘束度。钢结构焊接时，接头不可避免的产生3种应 力：不均匀加热和冷却过程中产生的热应力；金属相变吋产生的组织应力；结构 自身拘束条件所造成的应力。这3种应力的综合作用统称为拘束应力。拘束应力对产生冷裂纹起着决定性的作用。综上所6、述，冷裂纹的产生机理是：金属内部的缺陷提供了潜在裂源，在 应力作用下，这些微观缺陷的前沿形成了三向应力区，诱使氢向该处扩散并聚集。 当氢的浓度达到一定程度吋，一方面产生较人的应力，另一方面阻碍位错移动而 使该处变脆，当应力进一步加大时，促使缺陷扩展而形成裂纹。2.3层状撕裂层状撕裂是一种低温开裂，用无损探伤方法也不易检验出，使用中易造 成危害事故，在刚性约束的条件下焊接，则可能沿板材轧制方向出现具有阶梯状 的裂纹。2.3.1层状撕裂的判定特征层状撕裂产生的位置和形态大致的特点有三个，如下：一般，起裂点 会发生在焊缝根部或焊趾处，之后向母材扩展，形成几乎与钢板表面平行的裂缝, 呈层状阶梯形断续裂7、缝。沿焊接热影响区分布。这是由于焊缝收缩在此造成较 强的拉伸应力，从而在热影响区非金属夹杂物分布处扩展所致。在远离热影响 区的母材中心发生。2.3.2层状撕裂的产生机理钢材在轧制过程中，把钢内的一些杂质轧成平行于轧向的带状夹杂物, 造成钢材力学性能的各向异性，沿厚度方向（即Z向）的延伸率远低于沿轧制方 向（即L向）。钢结构焊接吋，特别是厚板、T型接头、十字接头或角接接头， 在刚性拘束的条件下，焊缝收缩会在Z向产生很大的拉伸应力和应变，当应变超 过母材金属厚度方向的塑性变形能力时，夹杂物与金属基体之间就会分离而产生 微裂，并随之连通，而形成层状阶梯裂缝。3钢结构焊接裂纹的防治措施3.1热裂纹的防8、治措施正常情况下，钢结构用的低合金高强钢含碳量低、含镒量高，如果钢结 构用的低合金高强钢比例能够达到规定要求，具有较好的抗热裂性能，焊接过程 中产生热裂纹的倾向较小，在焊缝中是不会产生热裂纹的。但如果母材S、P的 含量不符合要求，偏低或者偏高，又或者是焊接工艺不当，这样在焊缝中是会产 生热裂纹的。防治热裂纹的措施有三点，如下：严格控制材料S、P等杂质的 含量，选用S、P含量适当的母材和焊接材料。选用含有细化晶粒的微合金元素 的焊材，重要结构应采用碱性焊条或焊剂。适当增加焊接线能量和提高预热温 度，这样可以减小焊缝金属的应变率，从而降低热裂纹的倾向。提高焊缝的形 状系数，即焊缝宽与焊缝深之比。39、.2冷裂纹的防治措施低合金高强钢随着含碳量和强度的增加，冷裂纹倾向增大，因此在钢结 构焊接时防治冷裂纹的产生尤其重要，其对策有如下几点：在实际的建筑项目 中，应尽可能选择抗冷裂性能好、碳当量小的钢材，选择优质低氢、超低氢及韧 性好的焊材。严格控制氢的来源，使用焊条焊剂吋应提前烘干，注意周围的环 境、湿度，材料的除锈去污，按规定操作相关步骤。制定正确的焊接工艺，特 别注意焊前预热和焊后热处理措施。3.3层状撕裂的防治措施层状撕裂是一种内部的低温开裂，表面上不易被发现，即使用无损检测 技术发现也难以修复，并口成本很高。因此在钢结构焊接中，层状撕裂是危险性 较大的缺陷，防治措施可考虑以下几点：在设计10、选材吋，符合抗冷裂条件后, 应尽量选择抗层状撕裂性能好的钢材。在设计结构节点吋，合理的选择接头形 式和坡口形状，在满足受力要求的情况下，尽量减小焊缝尺寸及焊缝截面积，降 低热影响的脆化作用。在选择焊接工艺方面，应根据实际情况控制温度，控制 焊接线能量，采用多层多道焊，降低板厚方向的拘束度及焊接残余应力。4结语由于裂纹的种类、产生原因、影响因素以及判定特征各不相同，因此, 在实际的建筑项目中应结合其判定特征，综合分析裂纹的各方面因素，实施适当 的对策防治焊接裂纹，从而保证建筑工程质量，降低成本，提高生产效率。 参考文献：1管克俭，彭少民.我国高层建筑钢结构的应用和存在的问题卩钢结构.2001(06) 居荣初，周鹏洋，张才傲.我国高层建筑钢结构的发展及展望J浙江建筑.2002 (S1)蒋运林，熊猛.高层建筑钢结构的特点及其在我国的发展与展望J.四川建 筑科学研究.2003 (03)4朱国明，康永林，陈伟，马光亭，林积生，万军.降低H型钢残余热应力的 三维有限元仿真分析卩轧钢.2007 (04)