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摘要：随着我国钢结构的快速发展，确保钢结构在焊接过程中质量和方法上的安全性和可靠性也显得尤为重要。裂纹是焊接过程中常见且非常严重的缺陷，在焊接应力和其他致脆性因素的共同作用下，使得在焊接接头的局部区域某些金属原子的结合力被破坏，从而再焊接表面出现开裂的现象。产生裂纹的原因是焊接后和焊接接头在冷却过程中的热应力超过材料强度。根据裂纹产生的影响因素可以有很多分类:比如根据焊接时的温度可分为热裂纹，冷裂纹，再热裂纹；根据裂纹的位置可分为纵裂纹，横裂纹，根裂纹，拱坑裂纹，熔线裂纹等。本文就本着多年的研究和实际探索，重点讨论热裂纹的成因和预防措施。
关键字：建筑；钢结构焊接；热裂纹；预防
裂纹是焊接中最常见的严重缺陷之一。 金属在焊接过程中主要存在两大类的问题：一是，由焊接引起的材料性能的劣化，导致焊件失去其原始特性，例如不锈钢焊接后的耐腐蚀性损失；二是在焊接过程中在焊接接头或者母材内产生裂纹和气孔等问题。裂纹影响焊接部件的安全使用，并且是非常危险的工艺问题。焊接裂纹不仅在焊接过程中发生，而且还会有一定的潜伏时间，还有些会在焊接后的再加热过程中发生。根据焊接裂纹的位置，尺寸，形成原因和机理，焊接裂纹可以有不同的分类方法。根据温度条件，可分为热裂纹，冷裂纹，再热裂纹和层状撕裂纹。
一、对热裂纹的认识
热裂纹大多产生于接近固相线高温的情况下，具有沿晶界的分布特征，但也有在低于固相线的温度下产生的热裂纹，此时沿“多边形化边界”形成。热裂纹会在焊接的金属内、焊接的熔合线区域及被焊接的金属内部中产生。根据热裂纹产生的过程特点，有以下分类：
（一）结晶裂纹
在焊接金属结晶过程末期时的“脆性温度”区间产生结晶裂纹， 此时，晶粒之间存在薄层液体，因此金属塑性极低，并且由冷却收缩不均匀引起的拉伸变形超过允许值，即沿着晶界液体层开裂。
（二）液化裂纹
多数情况下在焊接的熔合线附近区域产生液化裂纹，少数也会在多层焊的首焊层的焊道内产生。液化裂纹的形成原因是在焊接时，焊接的熔合线的外部金属在焊接的高温条件下产生沿晶界的局部熔化，焊接结束之后，由于冷却收缩的原理使得沿晶界液化层裂开。一般造成这种裂纹产生的原因有两个：一是在所焊接的金属的晶界边界存在很多低熔点的物质，在高温极易熔化，更容易造成冷却收缩；二是焊接时的温度迅速升高，由于温度迅速升高。使得一些金属化合物迅速分解，但没有足够的时间进行扩散，导致在部分晶界出现大量合金元素的富集，更严重的是达到共晶成分。
（三）多边化裂纹
热裂纹大多产生于接近固相线高温的情况下，少数在低于固相线的温度下产生，而多边化裂纹就是属于在低于固相线的温度下产生的热裂纹。多边化裂纹的形成原因是：由于焊接时的过高的高温和不平衡的结晶条件，极易在晶体中形成大量的空隙和位错，并在温度和应作用力的影响下形成亚晶界即多边形晶界，当这个晶界与有害杂质的区域重合时，就会形成微裂纹。由此看来，多边化裂纹具有沿“多边形化边界”的分布特征。
二、热裂纹产生的原因
在碳钢，低合金钢，奥氏体钢，铝和镍基合金中常出现裂纹，因此现在认为晶体裂纹是热裂纹的典型特征进行分析。形成晶体裂纹的原因：实质上焊缝是固化的焊接熔池，我们认为熔池内的金属冷却过程就是晶体生长和成长的过程。当熔池金属开始结晶时，晶核总是由靠近熔合线的母体材料的晶粒表面形成，并以柱状的形态沿着熔池的周边向焊缝的中心成长。最开始结晶的金属更纯，后来的结晶金属含有更多的杂质，从熔池外围生长并富集在晶界处。由这些具有较多杂质组成低熔点的共晶体，当焊接金属不断凝固和结晶时，低熔点共晶被不断生长的柱体晶体中挤压到他们交界的地方。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆低熔点共晶仍处于液态，我们称之为“液态薄膜”，属于焊缝中最为薄弱的部分，一旦受到拉伸应力，液态薄膜就会发生断裂。
在钢结构焊接工程中热裂纹的产生主要是以下几点：
1.材质引起的热裂纹。焊接的材料和母材其含有的化学成分与焊件的可焊性有联系，如果其硫、磷等有害元素含量和碳的含量过多，在焊缝中就极易产生焊接裂纹；
2.操作引起的热裂纹，即没有严格遵守焊接规范、操作不当。比如在焊接时没有控制好电流的大小，电流太大产生焊穿的情况，太小又焊不透；
3.结构引起热裂纹。焊接的结构在焊接后产生的应力和变形也是影响热裂纹的产生的重要因素。所以，对焊接结构设计不合理、不正确的焊接顺序都会引起热裂纹的产生；
特别要重视的是，热裂纹的产生有的是在焊接过程中立即产生，有的则是过一段时间后才会出现即延迟裂纹，这种裂纹的产生在实际中我们无法去预测，其的危害更大，所以在实际的焊接施工中要足够的重视。
三、热裂纹的预防措施
根据热裂纹的形成原因，总结一下预防措施：
1．选择硫、磷等有害元素含量较低的，含碳量较低的焊条进行焊接；特别的是碱性的焊条具有很好的脱硫、磷特性，所以，对易产生热裂纹的构件，尽量采用碱性焊条；
2．完善熔池的第一次结晶，在焊缝加入细化的晶粒元素，以此提高焊缝的抗裂能力，像钛、铝、铅、锆、硼或稀土金属铈等；
3．改善焊接工艺，可以适当控制焊接的工艺参数，以此提高焊缝的形成系数，可以通过多层焊、避免产生偏析等手段实现；
4．针对不同的焊接工艺选择合适的断弧方式，比如埋弧焊选择断弧板的方式；
5．合理选择焊接方法，控制焊接工艺的参数，并使用预热和再加热来降低冷却速度。合理的控制焊缝的形状系数，并尽可能多地使用小电流多层多道焊接以避免裂缝中心产生裂纹；
6．因熔池中的低熔点物质会在焊缝中由于高温和冷却，使得在裂缝中产生裂纹，为了避免因此产生的裂纹可以选用熔深比较浅的焊缝，还可以通过改善散热条件使得裂缝中的低熔点物质上浮；
7．设计合适的焊接结构，使用合理的装配顺序，降低焊接应力，减少残余应力并避免应力集中；
8．使用正确的焊接顺序。 焊接顺序在焊接中非常重要，因为相同的焊接工艺和焊接材料不同的焊接顺序，具有不同的结晶裂纹。如何选择焊接的顺序遵循的基本原则是在刚度较小的情况下实现焊缝的焊接，使焊缝受到较小的力。
9．钢结构焊接后要及时进行热处理，其目的是消除裂缝中的内应力，保证其的韧性；
10．遵守操作规范，掌握焊接基本操作，培养责任心，要认真对待工作，一旦发生问题，要及时解决。
总之，根据热裂纹的产生原因和影响因素，找到了相应的预防措施，避免在钢结构焊接中产生热裂纹，以此提高工程质量，更好的指导生产。
结束语：由此看来，钢结构在焊接施工中不可避免的会产生热裂纹，并且会导致应力在焊缝集中，影响焊缝的抗裂性能，减少使用寿命，在实际使用中存在安全隐患。所以，在钢结构焊接施工中要严格把控裂纹的产生，把裂纹数量控制在安全标准的范围之内，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。
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论文作者:王文斌
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/25
标签：裂纹论文; 钢结构论文; 熔池论文; 金属论文; 结晶论文; 应力论文; 熔点论文; 《防护工程》2018年第17期论文;