（山钢集团日照有限公司，山东，日照，276827）
【摘 要】当前我国建筑普遍使用的都是钢结构，其焊接质量将会直接决定建筑的整体质量。钢结构焊接裂纹的出现不仅极大程度的提高建筑安全隐患，还很大程度增加建筑工程施工量。对此，本文首先分析建筑钢结构焊接裂纹的产生机理，并针对产生机理提出3点行之有效的防止措施。
【关键词】建筑钢结构；裂纹；产生机理；防止措施
引言
建筑钢结构是建筑当中的主要承重结构，其因为综合经济效益、施工周期短、抗震性能强、强度高、重量轻等特点在高层建筑、工业厂房、立交桥等方面受到广泛的应用。随着建筑钢结构施工理念的创新与发展，钢结构的施工结构跨度越来越大，空间形象更加复杂，造型更加新型。但是，这一发展必然会导致钢结构焊接的难度逐渐提升，导致焊接出现缺陷，例如产生热裂纹、冷裂纹以及层状撕裂等。
1．建筑钢结构焊接裂纹的产生机理
1.1热裂纹的产生机理
热裂纹的产生机理主要是因为低合金高强钢当中的P、S杂质含量过高，导致其在焊接结晶的过程中发生形变，从而形成低熔点共晶物[1]。在焊接金属之后，其低熔点共晶物会被排挤在柱状晶相遇的中心部位，从而形成业态薄膜，导致焊接凝固收缩时产生拉伸的应力，当所产生的这一应力应变力高于金属本身的塑性力时，便会导致业态薄膜发生开裂，最终形成热裂纹。
1.2冷裂纹的产生机理
冷裂纹主要是因为低合金高强钢的淬硬倾向过大[2]。焊接过程中，冷却与加热的面积不均匀，其受热区域的温度会非常高，导致奥氏体晶粒出现大程度增长，在冷却时，产生体积较大的马氏体组织，这一组织的脆性与硬度都非常高。如果多次加热、冷却均发生不均匀，则会导致马氏体组织增多，最终使钢结构焊接焊缝脆性变得非常高，最终发生裂缝，形成冷裂缝。
1.3层状撕裂的产生机理
层状撕裂产生的激励主要是因为刚才在炸制过程中，将钢内的一定含量的杂质碾平成平行于轧向的夹杂物[3]。因为这一夹杂物的力学性能并不能与钢材相比，其厚度方向的延伸效应与钢结构相比相差甚远，在钢结构进行焊接的过程中，尤其是十字街头、角接接头、T型接头以及厚板时，在刚性约束的情况之下，焊接收缩效果会导致竖直方向形成非常大的应变力与拉伸应力，此时的应变力与拉伸应力将会直接导致金属材料当中的夹杂物发生塑性变形，导致金属基体与夹杂物之间发生开裂，最终形成层状撕裂。
2．建筑钢结构焊接裂纹的防止措施
2.1防止热裂纹的措施
当前建筑钢结构普遍是采用低合金高强钢的钢结构，其C含量较低，Mn含量较高，其目的是为了让Mn/S的比值达到要求，使其具备良好的抗热裂纹性能。在实际的施工当中，这一类材料并不会产生热裂纹[4]。但是，如果母材当中的P或S的含量较高或者含量比值不合理，又或者焊接操作不恰当，均会导致焊接过程中出现热裂纹。对此，笔者以下三点防止热裂纹的措施：1、提升焊接焊缝的形状系数，主要是按照实际情况调整呢过焊缝深与焊缝宽的比值，保障其焊接方式合理；2、按照实际情况，适当的提升预热温度以及焊接线能量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过这样的方式能够有效地降低焊接过程中焊接金属的应变性，保障金属不会发生形变，降低热裂纹发生的可能性；3、严格控制焊接过程中材料的C、P、S等杂质的含量，采用P以及S含量较小的焊接材料以及母材，保障这些含量均低于总含量的0.05%。在条件允许的情况之下，可以采用含有一定细化晶粒的维和金属元素作为焊材，最合理的有Nb、Ti、Mo、V等。在对建筑结构中较为重要部位进行焊接时，最好采用含高碱性的焊剂与焊条，保障其不会发生形变。
2.2防止冷裂纹的措施
低含金高强钢材料在焊接过程中，会随着强度、碳含量的提升，导致冷裂纹发生的可能性提升。对此，在焊接过程中，必须针对冷裂纹，采用行之有效的防止措施。对于冷裂纹的措施，主要有以下4点：1、严格控制焊接工艺，特别是焊接后的热处理以及焊接前的预热处理。这一方式主要可以通过设计并实施相关规章制度、责任制制度等实现；2、防止焊接冷裂纹最有效的方式是采用优质材料，主要是采用韧性较好、低氢含量以及低氧含量的焊接材料。通过这样以上三个类型的材料用以提升焊接接口的抗冷裂纹性能，从而有效的降低焊接过程中的冷裂纹发生；3、严格控制焊接操作时的环境质量，在焊接过程中，必须要保障焊接环境的氢元素含量较低，保障环境的湿度低于60%，保障焊接剂与焊接条在接受焊接之前经过正规的烘干操作，保障焊接母材与焊接丝在焊接之前进行过正规的除锈、除污操作。通过这样几项保障工作，能够非常有效的控制钢结构焊接过程中冷裂纹的发生可能性。
2.3防止层状撕裂的措施
层状撕裂主要是焊接材料内部发生的低温开裂，这一开裂现象从表面上无法观察，使用无损检测技术（NDT）也非常难以发现，即使是发现想要修复也会形成非常高的成本。由此可见，层状撕裂相对于前两种裂纹而言危害更大，更难修复。对此，在钢结构焊接过程中，必须采取有效的措施防止层状撕裂的出现，其防止措施主要有以下3个方式：1、在焊接之前，全面考虑焊接工艺的施工方式，必须采取行之有效的加热温度、预热温度以及层间控制温度等施工环境、条件，降低母材热影响区范围之内所有材料的催化效应。同时，需要保障焊接顺序的合理性，严格控制焊接线的焊接能力。使用的多道多层的焊接工艺，如此才能够有效的降低焊接残余应力以及板厚方向的约束力度；2、在结构节点的设计过程中，接头的形式必须合理，必要的时候可以采用坡口形状进行焊接，从而有效的降低焊接接口、接头的Z向约束效力以及焊接残余应力。在受力合理的条件之下，尽可能的降低焊接截面积以及焊接尺寸，尽可能的降低热影响的催化作用，从而防止层状撕裂的出现；3、在焊接施工的设计过程中，需要尽可能满足抗热、冷裂纹条件之外，还需要尽可能的采取抗层状撕裂性能较好的Z向钢制材料。除了应用以上三个措施以外，施工、设计人员还需要依据实际情况，采取针对性的措施防止其发生层状裂纹。
3．结语
建筑项目施工时，发生焊接裂纹的机理非常多，除了以上几点意外可能还会因为施工人员的非规范操作等。对此，就需要对施工人员的施工质量进行一系列要求，从而保障建筑工程项目的钢结构质量满足设计文件、工程合同、质量规范标准。在实际的工程当中，需要全面分析建筑钢结构焊接裂纹的产生因素以及焊接特点，使用有效的方式预防裂纹发生，保障钢结构焊接的高质量、低成本实现。
参考文献：
[1]陈凤华.焊接接头再热裂纹产生原因、预防措施及检验方法的探讨[J].《现代焊接》,2015(05):56-58.
[2]李新伟，徐圣光.某广电枢纽工程H钢结构件焊接裂纹的成因及预防措施[D].全国现代结构工程学术研讨会,2007.
[3]戴为志，古道葵.建筑钢结构焊接工程层状撕裂的产生机理及防止[D].中国钢结构协会钢结构焊接分会成立二十周年大会,2007.
[4]陈柏新，朱德根.有关建筑钢结构焊接工艺评定和裂纹的探讨[J].《中国建筑金属结构》,2010,26(07):48-51.
论文作者:赵守林
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年2月供稿
论文发表时间:2016/5/27
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