钢结构焊热裂纹和冷裂纹预防措施

钢结构焊热裂纹和冷裂纹预防措施建筑设计钢结构工件由于存在外形尺寸较大、形状多样、焊缝多、焊接位置不对称等因素，在加工过程中，常出现多种焊接问题，影响产品的质量，如局部变形和产生焊接裂纹等。焊接中的局部变形产生的原因很多，如加工件的刚性小或不均匀，焊后收缩，变性不一致；或加工件本身焊缝布置不均，导致收缩不均匀，焊缝多的部位收缩大、变形也大。另外，加工人员操作不当，未对称分层、分段、间断施焊，焊接电流、速度、方向不一致，会造成加工件变形的不一致。焊接时“咬肉”过大，会引起焊接应力集中和过量变形，而焊接放置不平，应力集中释放时也会引起变形。焊接局部变形的预防措施，在程序控制方面:一是设计时尽量使工件各部分刚度和焊缝均匀布置，对称设置焊缝减少交叉和密集焊缝；二是要制定合理的焊接顺序，以减少变形。如先焊主焊缝后焊次要焊缝，先焊对称部位的焊缝后焊非对称焊缝，先焊收缩量大的焊缝后焊收缩量小的焊缝，先焊对接焊缝后焊角焊缝。对尺寸大焊缝多的工件，采用分段、分层、间断施焊，并控制电流、速度、方向一致。手工焊接较长焊缝时，应采用分段进行间断焊接法，由工件的中间向两头退焊，焊接时人员应对称分散布置，避免由于热量集中引起变形。大型工件如形状不对称，应将小部件组焊矫正完变形后，再进行装配焊接，以减少整体变形。在作业实施中，工件焊接时应经常翻动，使变形互相抵消。对于焊后易产生角变形的零部件，应在焊前进行预变形处理，如钢板v形坡口对接，在焊接前应将接口适当垫高，这样可使焊后变平。另外，还可通过外焊加固件，增大工件的刚性来限制焊接变形，这时，加固件的位置应设在收缩应力的反面。对已经变形的工件处理办法，如变形不大，可采用火烤矫正。如变形较大，采用边烤边用千斤顶顶的方法矫正。钢结构焊接常出现的另一质量问题是产生焊接裂纹。分为热裂纹和冷裂纹两类。热裂纹是指高温下所产生的裂纹，又称高温裂纹或结晶裂纹，通常产生在焊缝内部，有时也可能出现在热影响区，表现形式有：纵向裂纹、横向裂纹、根部裂纹弧坑裂纹和热影响区裂纹。其产生原因是由于焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象，低熔点共晶和杂质在结晶过程中以液态间层形式存在从而形成偏析，凝固以后强度也较低。当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开，形成裂纹。此外，如果母材的晶界上也存在有低熔点共晶和杂质，当焊接拉应力足够大时，也会被拉开。总之，热裂纹的产生是冶金因素和力学因素共同作用的结果。针对其产生原因，其预防措施如下：限制母材及焊接材料(包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体)中易偏析元素和有害杂质的含量，特别应控制硫、磷的含量和降低含碳，一般用于焊接的钢材中硫的含量不应大于0.045%，磷的含量不应大于0.055%；另外钢材含碳量越离，焊接性能越差，一般焊缝中碳的含量控制在0.10%以下时，热裂纹敏感性可大大降低。二是调整焊缝金属的化学成分，改善焊缝组织，细化焊缝品粒，以提高其塑性，减少或分散偏析程度，控制低熔点共品的有害影响。三是采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的杂质含摄，改善结晶时的偏析程度。适当提高焊缝的形状系数，采用多层多道焊接方法，避免中心线偏析，也可防止中心线裂纹。另外在操作时采用合理的焊接顺序和方向，采用较小的焊接线能超，整体预热和锤击法，收弧时填满弧坑等工艺措施，也能预防热裂纹的产生。冷裂纹一般是指焊缝在冷却过程中温度降到马氏体转变温度范围内(300～200℃以下)产生的裂纹。可以在焊接后立即出现，也可以在焊接以后的较长时间才发生，故也称为延迟裂纹。其形成的基本条件有3个：焊接接头形成淬硬组织；扩散氢的存在和浓集；存在着较大的焊接拉伸应力。冷裂纹的预防措施主要有几方面：一是选择合理的焊接规范和线能，改善焊缝及热影响区组织状态，如焊前预热、控制层间温度、焊后缓冷或后热等以加快氢分子逸出；二是采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的扩散氧含量。三是焊条和焊剂在使用前应严格按照规定的要求进行烘干(低氢焊条300℃～350℃保温lh；酸性焊条l00℃～l50℃保温lh；焊剂200℃～250°保温2h)，认真清理坡口和焊丝，汰除油污、水分和锈斑等脏物，以减少氢的来源。四是焊后及时进行热处理。一种是进行退火处理，以消除内应力，使淬火组织回火，改善其韧性；二是进行消氢处理，使氢从焊接接头中充分逸出。除此之外，选材上提高钢材质量，减少钢材中的层状夹杂物，工艺上采取可降低焊接应力的各种措施，也都是必要的。