建筑钢结构焊接裂纹产生原因及防止策略

摘要：文章主要针对建筑钢结构焊接裂纹产生原因及防止策略进行分析，结合建筑钢结构焊接现象，从热裂纹产生原因与防止措施、冷裂纹产生原因与防止措施等方面进行深入研究与探索，更好的确保建筑钢结构焊接质量快速提升，进而为钢结构行业发展奠定坚实基础。

关键词：钢结构;焊接裂纹;防止策略

在建筑工程实际施工期间，建筑钢有着较强的承重能力，同时在经济性强、强度高以及抗震性能完善等优势下，也使得建筑钢结构在建筑与桥梁等施工中有着较为广泛的应用。而在现代技术不断发展作用下，建筑钢行业也逐渐具有了难度较高、复杂性强等特征，这就使得建筑钢结构焊接难度相对较大。这时针对建筑钢结构焊接裂纹产生原因及防止措施进行分析则有着重要意义。

一、热裂纹产生原因与防止措施

（一）热裂纹判定条件

建筑钢结构在焊接后，焊缝结晶受到后期温度较高因素影响就会出现热裂纹问题。其中热裂纹主要形成在钢结构焊缝中，并根据焊缝中心性呈现出纵向分布特征叫。而大多数裂纹通常形成建筑钢焊接期间，观察裂纹的焊缝截面可发现存在氧化现象。

（二）热裂纹形成原因

若高强钢中硫与磷的含量相对较高，就会在焊缝结晶期间出现偏析现象，进而出现低熔点共晶物质。当焊缝金属出现凝固现象后，会将低熔点共晶物质不断挤压至柱状晶接触的中心位置，这时就会出现液态薄膜。同时受到焊缝凝固收缩因素影响会出现拉伸力，若拉伸力应变高于焊缝金属塑性时，液态薄膜位置就会出现裂纹。

（三）防止措施

通常，建筑钢结构中高强钢的含碳量较低、锰含量较高，而锰与硫之间的比例也符合相关标准需求，有着较强的抗热裂能力，使得焊接期间热裂纹形成的几率相对较低，也就是在普遍状态下不会出现热裂纹问题。而材料中磷、硫含量较高，或具有偏析现象时以及焊接技术有待完善等条件下，就会导致热裂纹现象的出现，这就需要从三方面出发，防止這一问题的出现：首先，针对焊缝中的碳、硫、磷含量进行科学控制，其中确保焊接材料与母材中的磷与硫含量在0.03%至0.04%之间。也可使用具有钒、锰、铌等细化晶粒的微合金元素焊接材料。针对较为重要的钢结构则需要充分使用焊剂与碱性焊条。其次，结合实际需求科学提高焊接线能量与预热温度，也可降低焊缝金属的应变效率，进而防止热裂纹问题的出现。最后，不断强化焊缝形状系数，也就是焊缝宽度与深度之间的比例。

二、冷裂纹产生原因与防止措施

（一）形成原因

通过大量实际分析可以发现，建筑钢结构的焊接头含氢量以及约束程度等时导致焊缝出现冷裂纹问题的主要原因。首先，建筑钢结构中的高强钢淬硬处理主要受到焊接技术、冷却情况、化学成分以及板厚等因素影响。当钢结构淬硬程度不断提升时，裂纹形成几率也就相对较大2。焊接工作就是冷却与受热缺乏均匀性的流程，焊接热影响预期中的温度不断提升时，会就导致奥氏体晶粒快速生长，而进行冷却期间，还会出现较大的马氏体组织，其有着较强的脆性与硬度，对于氢脆与裂纹有着较强敏感性。结合相关实验检测数据可以发现，当融合区域焊接后800C的冷却时间与铁素体临界冷却时间相比较小时就会出现裂纹问题。其中，铁素体临界冷却时间计算公式为LgC，=5.8Ceq-0.83。在钢结构强度与合金元素等级不断提升期间，碳当量会不断提升，这就使得CCT曲线逐渐向右侧开始移动，而奥氏体晶粒将快速转为马氏体，因此，当钢结构淬硬程度提升时，冷裂纹出现几率也就相对较大。

其次，高强钢冷裂纹具有延迟特征的主要原因就是焊接头的含氢量，而由于氢形成的裂纹与焊接头中氢的扩散及溶解有着较为密切的关系。奥氏体晶粒中氢的溶解速度大于铁素体中氢的溶解速度。当焊接温度较高时，氢会在池中出现溶解现象，而在凝固与冷却中，受到溶解度降低的影响，氢会出现逸出现象，这时由于冷却速度相对较快，导致氢在逸出中存储在焊缝中，当其逐渐处于饱和状态时，氢就会出现扩散现象同。钢结构焊接期间，焊缝中的碳含量小于钢结构材料，这就使得钢结构热影响区中的奥氏体的变相慢于焊接缝金属奥氏体变相，若焊缝奥氏体转变为铁素体时，会使不断降低氢的溶解速度，而溢出的氢则会不断扩散至未转变的焊缝热影响区中存在的奥氏体中，同时其扩散速度将快速降低，使得热影响区中氢含量相对较大，当热影响区奥氏体逐渐转变为马氏体时，其氢含量则呈现为饱和状态，进而这一区域就具有较强脆化性，同时裂纹敏感度也相对较高。而焊接头氢含量较高时，其冷裂纹出现几率也就越大。

（二）防止措施

当高强钢强度与碳含量相对加高时，冷裂纹出现几率也就相对较大，这就需要在焊接期间防止出现冷裂纹，其主要方法可分为四个方面：首先，确保选用钢材碳当量较小。其次，选择焊接材料时，需要确保其具有韧性强、氢含量较少等特征，进而促进焊接头抗冷裂纹能力快速提升。再次，针对氢气的源头进行科学控制，确保环境湿度符合相关标准。使用焊条与焊剂时应进行烘干处理。而在焊接前需要针对焊丝与母材进行去锈处理。最后，制定完善的焊接技术方案。

三、层状撕裂焊接裂纹防止措施

所谓层状撕裂也就是内部的低温撕裂现象，其无法从表面进行观测，而使用无损检测技术也无法较好发现这一问题，同时其修复工作也有着较高难度。这就导致层状撕裂现象在钢结构焊接工作中有着较大危险性，.而想要防止这一问题的出现，需要从三个方面进行分析与考虑。首先，选材时不仅需要符合抗冷裂纹需求，还应确保选择的Z向钢材料具有较强抗层状撕裂能力。其次，钢结构节点设计期间，焊接头形状与坡口形状的选择应具有较强科学性，因此保证焊接头的Z向约束力与其它应力不断降低。当其符合受力需求的同时，也需要降低焊缝截面面积与焊缝规模，这可防止热影响区出现脆化现象。最后，使用的焊接技术需要符合层间温度、加热温度与预热温度控制需求，避免钢结构热影响区域出现脆化现象。同时还需要确保焊接流程较为合理，并对焊接线能量进行科学控制。

四、结束语

综上所述，由于各种焊纹的形成原因具有较大差异，所以在钢结构焊接中需要针对焊接点与形成焊接缝纹的各种因素进行综合性分析，并以此为基础制定完善的应对措施，进而促进行建筑钢结构质量快速提升。

参考文献：

[1]胡美玉.建筑钢结构焊接裂纹的产生机理及防治措施[J].四川水泥，2016（08）：284.

[2]刘志辉.建筑钢结构焊接裂纹产生原因及防止措施探究[J].建材与装饰，2016（09）：55-56.

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