建筑钢结构焊接裂纹原因及对策分析

作者:马文印;张志诚 刊名:文摘版:工程技术 上传者:史瑞芳

【摘要】本文着重的探究建筑钢结构中的多种裂纹,不仅详细分析了其产生的原因,还具体的、有针对性的提出了解决措施。

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工程技术 技术论坛 2016 年 2 月 第 10 期·259·ꢀ ꢀ 建筑钢结构焊接裂纹原因及对策分析 马文印 张志诚 金环建设集团有限公司,河北 石家庄 050035 摘要:本文着重的探究建筑钢结构中的多种裂纹,不仅详细分析了其产生的原因,还具体的、有针对性的提出了解决措施。 关键词:建筑钢结构;钢材;产生机理;对策 中图分类号:U448.36 文献标识码:A 文章编号:1671-5586(2016)10-0259-01 建筑钢结构是由钢制材料组成的一种建筑结构,具有稳 定性强,承重能力高、经济实惠等诸多优点,因此在当今建 筑中成为一大主要的建筑结构。建筑钢结构也有其缺陷之 处,即是在焊接过程中容易产生裂纹从而影响建筑结构的寿 命。裂纹的产生这是由多方面原因造成的,如果能对其原因 加以分析并找出对策,建筑钢结构将会得到更加长足的发 展。 1 建筑钢结构焊接裂纹产生原因 建筑钢结构的焊接在操作中存在着许多困难。首先是钢 材的材质,在建筑工程中,人们往往采取低合金高强钢作为 钢结构的主要原材料,这一材料由于含碳量较高,在焊接时 十分敏感,因此很容易造成延迟裂纹;其次是钢材构件的连 接节点问题,构件间的连接节点往往过于厚大、形状也十分 复杂,所以为焊接带来较大的困难,加剧了裂缝产生的可能; 再次是工程操作的难题。由于钢结构的构件焊接往往在高空 进行,所以操作难度高,为焊接造成了一些麻烦。 具体来说,在建筑钢结构焊接中主要有三种可能会产生 的裂纹,分别是热裂纹、冷裂纹和层状撕裂,不同的裂纹形 式会产生于不同的钢结构中,例如,热裂纹通常产生于复杂 的钢结构体系之中,又如,层状撕裂往往产生于厚板工程之 中。 1.1 热裂纹 热裂纹产生于焊缝结晶后期,这时的温度通常很高,裂 纹通常表现为沿焊缝中线纵向分布,且显示出被氧化的颜 色。热裂纹产生的原因与钢结构的材质有着密切关系,由于 钢结构中主要原料是低合金高强钢,其中如果含有超标的 硫、磷杂质,就会在焊缝结晶这一过程中发生偏析,从而生 成低熔点共晶物,低熔点共晶物随后被排挤形成液态的薄 膜,在凝固收缩的拉伸力之下开裂,最后形成热烈缝。 1.2 冷裂纹 不同于热裂缝,冷裂缝通常产生于焊接后的冷却期间, 由于其出现往往晚于工程施工期,所以也被称为延迟裂纹。 延迟裂纹往往出现在焊接热影响区,而不是热裂缝易产生的 低合金高强钢的焊接缝隙区,裂纹的表现通常为沿焊接结晶 分布或穿过焊接结晶。 冷裂缝的产生原因更加多元。首先是钢铁的淬硬倾向, 它与原材料的材质、工艺息息相关,在焊接中,淬硬倾向与 裂缝产生几率成正比。究其原因,主要是钢制材料中的奥式 结晶体受温度和钢铁含碳量的影响不断增大,最终转变为易 碎敏感的马氏体组织,从而诱发冷裂纹;其次是焊接接头的 氢元素的含量。由于氢容易导致裂纹的天性,在焊接过程中, 它就会逸出并大量溶解于奥式结晶体中,然后在冷却期间极 速逸出,残留的氢会进一步加大马氏体的敏感度和易碎化; 最后是焊接接头的拘束度即刚性大小,如果接头的拘束度超 过了临界值就会造成裂纹。 1.3 层状撕裂 上文提到,层状撕裂通常产生于厚板结构之中,这是由 于厚板结构独特的接头容易导致裂纹。裂纹的表现是从焊缝 根部开始,沿着板材的轧制方向扩散,形成阶梯状的断续裂 纹,由于它通常表现为层状,故名层状撕裂。层状撕裂需要 引起更多的重视,因为它较前两种裂纹更加隐蔽,且一旦产 生,对建筑结构存在着重大的威胁。 层状裂纹产生的原因主要是钢材内杂质的性能差异,在 轧制过程中,钢材

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