钢结构焊接常见问题的讨论

　　摘要：随着经济和科学技术发展，钢材的应用越来越广泛。钢材的广泛应用方式主要是各种钢结构，近几年来钢结构在建筑工程中应用的越来越多，比如国家体育场鸟巢。而钢结构制作除了工厂直接铸造之外，绝大多数采用焊接技术来搭建。由于钢材特殊的物理化学性质，导致了钢结构在焊接过程中容易出现各种不良问题，所以焊接成为搭建钢结构极其重要的一个环节，我们要通过严格控制焊接过程中的操作从而确保钢结构的质量。接下来我们针对钢结构焊接常见问题及其应对方法展开分析与讨论，个人拙见，望批评指正。
　　关键词：焊接；裂纹；变形；应对措施
　　自从焊接技术发明以来，就因为其牢固性和便捷性而得以广泛应用。焊接技术就是高温或高压条件下，使用焊接材料将待焊接的工件连接成一个整体的操作。说来简单，但是由于钢铁的特殊性质，在高温高压下无法精确控制钢材的细微变化，所以会产生焊接缺陷。体现在焊件上就是有有焊接裂纹、咬边、夹渣、变形、烧穿、夹杂等常见的几种形式。接下来我们就其中典型的几种做出详尽分析。
　　一、裂纹
　　焊接裂纹分为热裂纹和冷裂纹两种，都是温度变化造成的。在焊接应力及温度的共同作用下，焊接焊缝区域的原子间相互作用力遭到了破坏而形成了新的界面，宏观上就是就是在焊缝中心或热影响区域出现的纵向或横向的裂纹。
　　（一）热裂纹
　　热裂纹又称为高温裂纹或结晶裂纹，是由于焊接过程中产生的高温所带来的一系列物理化学变化所导致的。其表现形式有发生于焊接接口处的横向裂纹和纵向裂纹，也有发生在焊接热影响区域的热影响区域裂纹。热影响区域是指焊接过程中会在焊接作用点周围产生一定面积的高温区域。焊接区域经过焊接之后温度下降的过程中，低熔点的结晶和杂质结晶在结晶过程中以液态间层形式存在于焊接处，随着金属的凝固，应力不断增大最终可能会造成裂纹。即使最终没有发生裂纹，该处的硬度也比较低，当应力增大大时，就会在该处将液态间层或者刚凝固的固态金属拉开，从而形成裂纹。除此之外，如果在母件上也存在着低熔点共晶和杂质，当结晶后应力大到足够拉开钢材时，就会被拉开形成裂纹。综上所述，热裂纹的产生就是材料的化学性质跟力学共同作用的结果。所以，从这两方面着手来解决这个问题。
　　对于手工电弧焊，采用含氢量低的焊条并要注意焊条存放在干燥环境下；改进焊接工艺，严格执行操作流程；预热母材，焊接后缓慢冷却至室温的过程中进行后热操作；焊接过程中要合理调节焊接电流，控制焊接速度，过快过慢都会增加裂纹出现概率；首道焊接要保证焊接强度，以抵抗收缩应力，防止裂纹出现。对于气体保护焊，首先要调节好电流，并控制好开槽角度，根据电流适当改变开槽角度注意适当开槽角度接着要在焊条跟钢材的选用上提高要求，选用含碳量低的焊条和钢材，钢材含碳量越高，焊接性能越差，如能选用含碳量低的材料则能大大降低裂纹出现概率。有时候也通过改良钢结构的设计结构，改变焊接顺序等，也降低热裂纹的出现的概率。
　　（二）冷裂纹
　　冷裂纹一般认为是指焊缝在冷却过程中温度下降过程中产生的。但其实冷裂纹出现的时间不一，从焊接刚结束到之后的很长一段时间里都可能发生冷裂纹，所以也有人称之为延迟裂纹。主要出现原因有焊接部位形成淬硬组织导致冷却过程中出现裂纹；焊条中氢的存在，结晶时会发生化学变化最终导致裂纹出现。
　　对于冷裂纹的预防措施跟热裂纹基本相同，但还应注意要认真清理坡口和焊丝，去除油污、水分和锈斑等脏物，以减少氢的来源，确保冷却过程中不会因为氢含量过高而发生裂纹；在焊接过程中要及时进行热处理，防止温差变化造成裂纹出现的现象发生，并使用淬火组织回火，改善钢结构韧性，使其能够承受一定强度的应力；还要及时进行消氢处理，使氢元素从焊接接头中充分逸出，确保不会发生化学反应完成裂纹。
　　二、局部变形
　　焊件局部变形的原因有很多种，我们将它分为主观原因和客观原因，以便于提出应对方法。客观原因有焊接件本身接口布置不均匀而导致焊件焊接后收缩不均匀引发局部变形等。主观原因有操作不当，未严格按照操作流程进行，技艺水平不达标等。值得一提的是焊接时焊件放置不平引起的应力集中导致的变形，这与工人的技艺没有任何关系但有极可能造成焊件变形，尤其是大工件加工时。所以一定要注意这些细节。
　　针对客观原因造成的变形应从改良设计下手，设计时尽量使工件焊缝均匀布置，对称均匀设置焊缝以此来降低焊缝不均匀造成焊件变形概率。针对主观人为的因素，则需要制定合理的操作流程并要求工人严格按照操作流程执行焊接。另外针对大尺寸工件，采用分部施焊，最后在进行组装焊接，并调控好电流、焊接速度等，以免因为焊件过大导致应力不均匀形成变形。对于焊缝较长的焊件，推荐使用分段焊接法，并严格控制好焊接速度。焊接时人员应对称均匀分散布置，避免由于热量集中引起变形。如遇到大型工件且形状不对称，应分部焊接后，再进行装配焊接，避免焊件过大导致应力不均产生整体变形的情况发生。大工件在龙门焊上焊接会有的多次翻动，一定程度上也可以靠重力产生的应力自行矫正变形，但要注意翻动方向，避免造成无法矫正的变形。还可以通过加装固定装置来避免焊件在焊接过程中发生变形。
　　对于已经变形的工件，如变形是可矫正的，并且矫正后不影响质量，可采用火烤矫正。如变形较大，要利用矫正装置进行矫正。对于无法矫正的应重新制作，不能以次充好。
　　小结：钢结构焊接是要求极高的焊接工艺，处处注意才能做好成品避免不良，本文就钢结构焊接过程中的几个典型问题做出了分析，但在实际操作中还会有大大小小各种不良问题出现，只有严格控制工艺流程，做好焊接的每一个步骤，才能尽可能避免问题的出现。
　　参考文献：
　　〔1〕杨传永。船体结构焊接变形控制方法研究〔J〕。中国新技术新产品，2013
　　〔2〕郭广凯。论钢结构焊接变形的矫正方法〔J〕。中国建筑金属结构，2013
　　〔3〕席居法。建筑钢结构焊接施工的质量控制〔J〕。建筑，2014，03
　　〔4〕白云。钢结构。《钢结构》编辑部，2003。2