钢结构焊接裂纹的原因及预防策略研究

钢结构焊接裂纹的原因及预防策略研究

李刚，张作仁，徐彦伟

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266000

摘要：钢结构应用范围广泛，推动了相关领域的建设与发展进程，针对钢结构焊接中常见的焊接裂纹问题，需要结合引起钢结构焊接裂纹的原因，加强有效的防范措施，提高焊接件的质量性能。本文对钢结构焊接裂纹的原因进行了探讨，结合钢结构焊接裂纹的预防策略，分析了钢结构焊接质量的优化措施。

关键词：钢结构；焊接；裂纹；原因；预防

前言：钢结构焊接中常见的裂纹问题对于焊接件的正常使用会形成直接的影响和干扰，焊接钢结构的过程中，焊接裂纹是严重的工艺缺陷问题，可发生在焊接过程中，同时还可发生在其他时期，体现了一定的潜伏性特点，甚至在焊接之后再次加热的过程中出现，以常见的冷裂纹、热裂纹、再热裂纹、层状撕裂为主。

一、钢结构焊接裂纹的原因分析

（一）冷裂纹

冷裂纹在钢结构焊接裂纹中，主要是出现在焊缝加热后的冷却环节，常发生在温度降到马氏体转变温度范围时，也可以立即出现在焊接之后，当结束焊接作业之后，若是经过很长时间之后出现的裂纹，则被称为延迟裂纹。引起延迟裂纹的原因有很多，例如工件的焊接拉伸力大，焊接的地方出现了淬硬组织，或是在裂缝位置存在大量扩散氢聚集的情况，均可能导致冷裂纹的发生。

（二）热裂纹

热裂纹的发生容易出现在温度接近固相线时，其分布主要是沿晶届明显分布，热裂纹也可能出现在温度低于固相线的情况中，呈现出沿多边形化的分布特点，热裂纹在焊缝金属内发生风险高，极少出现于焊缝附近的金属内。引起热裂缝的原因是由于结晶焊接的过程中焊接熔池发生了偏析的现象，结晶过程中由于受到了杂质或是存在低熔点共晶问题的影响，形成了液态间层层，导致偏析情况的出现。钢结构的强度会受到液体凝固的影响而有所降低，若是焊接过程中焊接应力大，就会形成液态间层和凝固焊接缝之间的裂缝问题。在焊接过程中多方面因素和应力综合结构的影响下，热裂缝问题的发生几率高，应重点防范^[1]。

（三）再热裂纹

钢结构焊接过程中会形成再热裂纹焊接裂纹问题，因为在焊接钢结构时，一些关键的构件需要消除残余应力，最常用的方式是以高温回火为主，通过回火或是长期处于高温状态下形成的裂纹，就被称为是再热裂纹。引起再热裂纹的原因是由于焊接过程中残余应力过度集中在钢结构的某一位置导致的，或是钢构件中过饱和固熔碳化物在再次加热的过程中析出，形成了钢结构境内强化的情况，引起再热裂纹。

（四）层状撕裂

钢结构焊接裂纹中层状撕裂具有显著的位置形态特点，首先是层状撕裂会沿着焊接热影响区域位置分布，这是因为在焊接热影响区域内拉伸应力较长，随着非金属夹杂物分布的扩散，形成了层状撕裂。起裂点特点明显，通常会出现在焊缝的焊趾处或焊缝根部位置，形成的裂缝问题会与钢板表面平行，呈现出阶梯状^[2]。

二、钢结构焊接裂纹的预防策略

（一）冷裂纹预防

预防冷裂纹需要结合冷裂纹产生的原因，采取有效的预防方式，在选取钢材时要选择质量可靠的钢材，因为质量好的钢材中存在的杂质含量低，不容易出现收缩不均匀的情况。在焊接过程中要结合钢构件的情况，尽最大限度地降低焊接应力可能会对钢构件产生的影响，在焊接作业中要严格按照焊接的操作规范要求，保证焊接步骤的规范性和操作的可靠质量，强调焊条和焊剂干燥、无污染，使用碱性焊条和焊机，防止冷裂纹问题的发生。

（二）热裂纹预防

热裂纹的预防中，要按照合理、科学的焊接步骤，规范地进行焊接作业，在选取焊接线超能过程中，要做好整体的预热、锤击工作，选择小的焊接线超能，并且在收弧过程中填满弧坑，严格控制母材及焊接材料中的杂质含量，特别是磷元素、硫元素的含量，要将其控制在合理的范围内。调整焊接缝中的化学成分，对焊接缝结构进行改善，强化焊接缝的塑性性能，使焊接过程中的分散程度得到有效控制，尽可能减少或分散焊接过程中的分散性，提高对焊接分散的控制效果，以免形成严重的裂缝后果。使用碱性焊条或焊剂，加强对杂质含量的有效控制，发挥出碱性焊材的性能优势，对结晶过程中的偏析程度进行改善和优化，降低热裂纹的发生风险^[3]。

（三）预防再热裂纹

对于再热裂纹的预防措施要采取有针对性的预防方法，从钢材选取环节作为重要的切入点，选取钢材时就要避免沉淀和析出碳化物，在热处理过程中要对再热裂纹容易出现的位置进行明确，尽量避开该位置。最大限度地降低残余应力问题的发生，避免过度集中残余应力，以免引起焊接裂缝问题，在焊条的选取过程中，要按照规定的设计标准要求，选择等级较低的焊条，降低钢结构焊接再热裂纹的发生几率。

（四）层状撕裂防治

为了防范层状撕裂问题，需要选择恰当的施工工艺和合适质量的钢材进行施工，按照相关的规定标准要求保证焊接接口和坡口的形状合理，对于焊接工艺进行严格的控制，保证良好的焊接质量。选用的焊接材料同样要满足抗层状撕裂和抗冷裂的性能要求，在具体的焊接过程中，对于预设加热的控制温度区间要进行合理控制，防范层状撕裂问题的发生

^[4]。

三、钢结构焊接质量的优化措施

对于钢结构焊接裂缝问题的防治，要加强有效的质量管控措施，明确焊接施工的难点、重点，选择合适的施工工艺进行施工作业，焊接作业人员要对焊接施工中的难点进行分析，明确合适的施工工艺，避免出现焊接点纹等问题。选择合适的焊接电流，校正各项焊接工艺，避免出现焊接位置偏差问题，加强对焊接参数的有效控制，根据对焊接材料的分析，选择合适的施工工艺。值得注意的是，焊接接头的刚性约束力强，在焊接过程中形成三向应力，裂纹问题防范中，要在焊接时加强对施工材料的质量管控，降低裂缝的发生风险。焊接结束后要检查钢结构的焊件质量，第一时间控制和改进焊后开裂的情况，降低冷裂纹的发生几率。对于出现裂纹的工件要及时进行原因分析，并结合其中存在的问题对焊接方案进行修改，及时地进行方案改进和止损工作。加强焊接过程的质量管控，严格要求焊接规范，对于常见的裂纹原因要在焊接中采取有效的防治措施，加强对焊接工艺的管控，防止出现钢结构焊接质量问题。结合不同的钢结构焊接裂纹类型，要分析其原因，加强专业研究，焊接人员要不断提升自我，对于施工重点焊接特点以及影响焊接质量的因素进行严格的把控，致力于防范焊接裂纹问题。强化质量控制意识和责任意识，加强对建筑钢结构焊接质量的保障，提高整体的工程质量^[5]。

结论：综上所述，钢结构焊接中针对钢结构的焊接质量控制，要加强对钢结构焊接裂纹问题发生原因的分析，对引起钢结构焊接裂纹因素进行有效控制，降低焊接裂纹发生的风险，控制焊接裂纹所带来的不良后果和危害。严格按照规范的要求进行钢结构焊接的施工作业，防止出现焊接裂纹，提高焊接件的整体性能质量和应用效果。

参考文献：

[1]白冰.海洋工程钢结构焊接横向裂纹产生原因及控制措施[J].化学工程与装备,2020(11):58-59.

[2]马晋芳.建筑钢结构焊接裂纹的产生机理及防治措施[J].江西建材,2020(08):126+128.

[3]戴为志.钢结构高强钢焊接性及关键技术[J].金属加工(热加工),2020(07):27-32.

[4]王祎.新建扬州万福大桥主塔劲性钢结构焊接特点及关键控制技术分析[J].冶金与材料,2020,40(02):104-105.

[5]张大伟.海洋工程钢结构焊接横向裂纹产生原因及控制措施分析[J].化工管理,2020(10):149-150.