浅谈钢结构焊接裂纹产生及预防

【摘要】指出钢结构施工中焊接接头含氢量，材质的淬硬倾向和约束力的影响是焊接裂纹特别是冷裂纹产生的主要原因。提出通过采用预热和后热、保持焊条的干燥和清洁、合理的焊接设计和焊接工艺方法来预防裂纹的产生。

【关键词】冷、热裂纹 ； 产生原因 ； 预防措施

[Abstract] pointed out that the construction of the steel structure of hydrogen in welded joints, the effects of material hardening tendency and binding is the welding crack special is the main cause of cold crack. The generated through the use of preheat and postheat, maintaining electrode clean and dry, the reasonable welding design and welding methods to prevent crack.

[keyword] cold, hot crack; causes; preventive measures

中图分类号：TU391 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

随着我国钢结构的飞速发展，在一些钢结构焊接施工中的质量和方法上，对保障钢结构的安全可靠性非常重要。裂缝是焊接施工中是比较普遍的而且又是十分严重的缺陷，它是在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部区域的金属原子结合力遭到破坏而使焊接面产生裂纹。实质上就是焊接后和焊口在冷却过程中产生的热应力超过材料强度所导致的裂纹。裂纹的分类；裂纹的分法多，按其产生温度可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹。按部位可以分为纵裂纹、横裂纹、根部裂纹、弧坑裂纹、熔合线裂纹等等。下面根据学习与多年实际探索着重谈一下冷裂纹和热裂纹的产生原因和预防措施。

1、冷裂纹的产生原因与预防措施

1．1、冷裂纹的产生原因

冷裂纹主要产生在中碳钢、高碳钢、低合金钢和中合金高强度钢中。产生冷裂的原因主要有三个方面：钢的淬硬倾向，焊接应力，较多的氢的存在和聚集。许多情况下，氢是诱发冷裂纹最活跃因素之一。当焊缝中淬硬倾向和焊接应力过大，使热影响区存在显微缺陷时，氢会在这些缺陷聚集，并并由原子态转为分子态，加上焊接应力的作用，使显微缺陷扩大，从而形成冷裂纹。

1．2、冷裂纹特征

1．2．1、冷裂纹断面表面没有氧化色彩。它是较低温产生的，（200～300度以下）一般用肉眼是看不到的，要要做着色才可以看到；

1．2．2、冷裂纹一般产生在热影响区或焊缝与热影响区的熔合线上，也有极少数产生焊缝上；

1．2．3、冷裂纹一般为穿晶裂纹，少数也有可能沿晶界发生；

1．2．4、冷裂纹一般在焊后并不立即出现，而是在焊后几小时、几天甚至更长时间才出现。

1．3、冷裂纹的预防治措施

1．3．1、选用碱性低氢焊条，减少焊缝中扩散氢的含量；

1．3．2、严格遵守焊接材料焊条、焊剂的保管、烘培、使用制度焊条和焊剂应该按照规定烘干，随用随取，谨防潮湿；

1．3．3、保护气体要控制其纯度，严格清理焊条、焊件的油绣水份并控制焊接环境的湿度来减少氢的来源；

1．3．4、改善焊缝的金属性能。如加入一些合金元素可以提高焊缝中的塑性；

1．3．5、根据材料等级、碳当量、构件厚度施焊环境等，正确的选择焊接工艺参数和线能量。例如：采用焊前预热，焊后缓冷，采取多层多道焊接，控制一定的层间温度等，改善焊缝热影响区的组织，达到去氢和消除焊接应力；

1．3．6、焊后紧急热处理，以去氢、消除内应力和淬硬组织回火，改善接头韧性；

1．3．7、采用合理的施焊程序和采用分段退焊方法等，尽量减少焊接变形和焊接应力。

2热裂纹的产生原因与预防措施

2．1、热裂纹产生的原因

因为焊件及焊条内含硫、铜等低熔点杂质或多或少的存在，使得结晶凝固晚，凝固后的塑性和强度又极低。因此在焊接熔池结晶过程中存在偏析现象，偏析出的这些低熔点共晶和杂质，由于低熔点共晶熔点低，往往是最后结晶，在晶界以液态体夹层的方式存在。这时当外界结构约束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下，熔池中低熔点杂质在凝固过程中被拉开，造成开裂，这就是热裂纹产生的机理。

2．2、热裂纹的特征

2．2．1、热裂纹多贯穿在焊缝表面，裂口多贯穿表面，并断口被氧化色彩，裂纹末端略呈圆形；

2．2．2、热裂纹多在焊缝中心位置，沿焊缝长度方向分布，极少数也产生在热裂纹影响区；

2．2．3、微观特征一般是沿晶界开裂，故又称之为晶间裂纹；

2．2．4、并在焊后立即可见，多可以用肉眼看见。

2．3、热裂纹的预防措施

2．3．1、限制或减小硫、磷等有害元素的含量，用含碳量较低的焊条焊接；

2．3．2、改善熔池的一次结晶，由于细化晶粒可以提高焊缝之中的抗裂性能，所以广泛采用向焊缝中加入细化晶粒的元素，如钛、铝、铅、锆、硼或稀土金属铈等；

2．3．3、控制焊接工艺参数，适当提高焊缝成形系数，如采用多层多道焊，避免偏析的产生等；

2．3．4、采用适当的断弧方式，由于碱性焊条脱硫、磷效果好，抗热裂纹的效果好，一般对于热裂纹倾向较大的构件，一般都采用碱性焊条进行焊接；

2．3．5、采用适当的断弧方式，如埋弧焊采用断弧板，焊条电弧焊采用断弧焊或填满弧坑的方法来防止热裂纹的产生；

2．3．6、合理选用焊接方法，严格控制焊接工艺参数，并且采用预热和后热，减慢冷却速度，适当提高焊缝形状系数，尽可能采用小电流多层多道焊，这样避免焊缝中心产生裂纹；

2．3．7、采用熔深较浅的焊缝，改善散热条件使低熔点物质上浮在焊缝表面而不存在于焊缝中；

2．3．8、采用合理的装配次序，减小焊接应力降低残余应力，避免应力集中。

3、结束语

综上所述：钢结构焊接施工中，裂纹缺陷会导致焊缝出现应力集中，缩短使用寿命，造成脆裂，降低结构断面尺寸，影响焊缝的力学性能，危及安全。因此

，在重要乃至关键部位的钢结构制作安装中，必须加强焊接工作中裂纹缺陷的数量控制，遵守焊接规范，严格按照施工工艺，避免质量事故造成的危及结构稳定和人民生命财产的事故发生。

参考文献：

1、《焊接工艺学》 机械工业出版社

2、《建筑钢结构焊接规程》（JGJ81—91）

3、《钢结构工程施工及验收规范》(GB5020—2001)