钢结构缺陷的类型及原因

钢结构缺陷的类型及原因
钢结构是由钢材组成的一种承重结构。它的完成通常要经过设计、加工、制作和安装等阶段。由于技术和人为的原因，钢结构缺陷在所难免，其类型及原因如下：
钢材的先天性缺陷钢树的种类累多，但在建筑钢结构中，常用的有两类钢材，即低碳钢和低合金钢。
例如，Q235、16Mn、15Mnv等。钢材的种类不同，缺陷自然也不同。钢材的质量主要取决于冶炼、浇铸和筑制过程中的质量控制c常见的先天性缺陷如下：
．化学成分缺陷化学成分对钢材的性能有重要影响。从有害影响的角度来讲，化学成分将产牛一种先天性缺陷。
就Q235钢材而言，其中FP约占99％*其余的1％为C．、Mn、Si、5、P、0、N、H。
它们虽然仅占1％，但其影响极大碳(c)。碳素钢主要是铁和碳的台金*除铁之外，碳是最主要的几家。钢材因含碳量不同而区分为低碳钢(c 锰(Mn)。锰作为一种钢液的弱脱氧剂，是一种有益的元素*它既可以改善钢材的冷脆倾向而又不明显降低钢材的塑性和冲击韧件；但是，锰的含量过高对可焊性不利，故需加以限制。普通碳素钢中锰的含星约为o．3％—o．8％，16Mn钢中含量则达到％—1．6％。
硅(s5)。硅作为一种钢液的强脱氧剂，也是一种有益的元素．以制成质量优质的镇静钢。适量的硅可提高钢的强度*而对其他性能影响较小，伊含量过高则对钢的塑性、韧性、抗锈蚀能力以及可焊性有降低作用。一般低碳钢中硅的含量为．L2％—0．30％，低合金钢中应为0．20％—055％。
琉(s)。硫是钢材的一种有害杂质。硫与铁的化合物硫化铁(Fes)，散布在纯铁休的间层中，在删—1200记时熔化而使钢材出现裂纹，称为“热脆”现象。另外，含硫量增大，会降低钢材的塑性、冲击韧性、疲劳强度。抗锈蚀性和可焊性。故应严格控制其含量，一般不应超过o．035％—o．050％。
磷(P)。磷是钢材的一种有害杂质。磷虽然可以提高钢的强度和抗锈蚀能力，但会降低钢的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性，尤其是磷使钢在低温时韧性降低而产生脆性破坏，称为“冷脆”现象。故对磷的含量要严格控制，一般不超过o．035％—．045％氧(o)。氧是钢材的一种有害杂质。氧通常是在钢熔融时由空气

或水分分解而进入钢液，冷却后残留下来。氧的有害影响同硫．巳更甚，使钢材“热脆”．一般合量应低于0.05％。
氯(N)。氮作为有害杂质．可能从空气进入高温的钢液中。氯的影响勺磷相似．会使钢材“冷脆”，一般氯的含量应低于0.08％。
氢(H)。氢作为有害杂质、通常也是由空气或水分分解而进入钢液氢在低温时易使钢材呈脆性破坏，产生所谓的“氢脆”破坏现象。
综上所述．普通低碳钢的八种化学成分均对钢制的性能有不利影响，其中的、s1是有益元京，但不可过量；s、P、o、N、H纯属有害杂质。因此，我们将其影响视为先天性缺陷，并加以严格控制。希望引起工程技术人员的高度重视。
钢构件的加工制作缺陷钢结构的加工制作主要是钢构件(柱、梁、支撑)的制作。钢结构制作的基本元件大多系热轧型材和板材。完整的钢结构产品，需要通过将基本元件使用机械设备和成熟的工艺方法，进行各种操作处理，达到规定产品的顶定要求日标。现代化的钢结构厂应具有进行剪、冲、切、折、割、钻、铆、焊、喷、压、滚、弯、刨、铣、磨、锈、涂、抛、热处理、无损检测等加工能力的设备，并辅以各种专用胎具、模员、文具、吊具等工艺设备。由此可见，钢结构的加工制作过程将由一系列的工序而组成，每一工序都有可能产生缺陷。
仔细分析，归纳起来，钢结构加工制作可能出现的缺陷如下选材不合格；原材料矫正引起冷作硬化；放样、号料尺寸超公差；切割边末加工或达不到要求；孔径误差；冲孔未作加工，存在硬化区和微裂纹；构件冷加工引起钢材硬化和微裂纹构件热加工引起的残余应力；表面清洗防锈不合格；钢构件外型尺寸超公差钢结构的连接缺陷钢结构的连接方法通常有铆接、栓技和焊接＝种。目前大部分为栓焊混合连接为主。一般工厂制作以焊接居多．现场制作以螺栓连接居多或者部分相万‘交叉使用；一、铆接缺陷铆接是将一端带有预制钉头的铆钉，经加热后插入连接构件的钉孔中，冉用铆钉枪将另一端打铆成钉头，以使连接达到紧因。铆接有热铆和冷铆两种方法 铆接传力可靠，塑性、韧性均较好，在20 世纪上半叫以前曾是钢结构的主要连接方法。由于铆接是现场热作业．目前只在桥梁结构和吊车梁构件中偶尔使用。
铆接工艺带来的缺陷归纳如下：
铆钉本身不合格；铆钉孔引起构件截面削弱；铆钉松动．铆合质量差；铆合温度过高，引起局部钢材硬化板件之间紧密度不够。
二、栓接缺陷栓接包括普通螺接连接和高强螺桂连接两大类。
普通螺栓一般为六角头螺栓，材

质为0235，性能等级为4．6级(4．6s)。根据产品质邑和加工要求分为A、B、c二级。其中A级为精制螺栓，B级为午精制螺栓c精制螺栓和半精制螺栓采用I类孔，孔径比螺拴杆径大o．3—o 5mm。C级为粗制螺拴，一般采用E类孔，7L径比螺栓杆径大1．o—1．5mm o普通螺栓由于紧因力小，且栓杆与扎径问空隙较大(主要指粗制螺栓)，故受剪性能羌，但受拉连接性能好．月装卸方便，故通常应用于安装连接和需拆装的结构。
高强螺栓是继铆接连接之后发展起来的一种新型钢结构连接形式，它已成为当今钠结构连接的主要手段之一。高强螺栓常用性能等级为8．8级和10 9级：8．8级采用的是号和35号或40B310．9级采用的钢号为合金钢20MnTiB、40B 35VB。高强螺栓通常包括摩擦型和承压型两种，而以前者应用最多。摩擦型高强螺栓的孔径比螺栓公称直径大1．o—1．5mm。高强螺栓连接具有安装简便、迅速、能装能拆和受力性能好、安全可靠等优点，深受用户欢迎。
螺栓连接给钢结构带来的主要缺陷有炽栓孔引起构件截面削弱；普通螺栓连接在长期动载作用下的螺栓松动高强螺栓连接预应力松弛引起的滑移变形；螺栓及附件钢树质量不合格；孔径及孔位偏差；摩擦面处理达不到设计要求，尤其是摩擦系数达不到要求。
三、焊接缺陷焊接是钢结构连接最重要的手段。焊接方法种类很多，拉焊接的自动化程度一般分为手工焊接、半自动焊接及自动化焊接。焊接连接的优点是不削弱截面、节省材料、构造简单、连接方便、连接刚度大、密闭性好，尤其是可以保证等强连接或刚性连接。
焊接也可能带来以下缺陷：
．焊接材料不合格。手工焊采用的是焊条，自动焊采用的是焊丝和焊剂。实际工程中通常容易出现三个问题：一是焊接材料本身质量有问题；二是焊接材料与母材不匹配：三是不注意焊接材料的烘焙工作。
．焊接引起焊缝热影响区母材的塑性和韧性降低．使钢材硬化、变脆和开裂。
．因焊接产生较大的焊接残余变形。
．因焊接产生严重的残余应力或应力集中．焊缝存在的各种缺陷。如裂纹、焊瘤、等等。
焊缝成形不良焊缝成形不良表现在焊喉不足、余高过大、焊角尺寸不足或过大修补措施如下；①采用车削、打磨、铲或碳弧气刨等方法消除多余焊缝金属或部分母材咬边；②修补焊缝前，应先将所焊区域清理干净；③修补焊接时所用焊条直径要小，一般不宜大于4mm；④选择合适的焊接规范。
气孔气孔是指焊缝表面或内部存在的近似圆球形或洞形的空穴。
产生气孔的原因是：
①碱性焊条受潮；②酸性焊

条烘焙温度太高③焊件不清洁；④电流过大使焊条发红；⑤极性不对：
⑥保护气体不纯且焊丝锈蚀等。
焊缝上的气孔会降低焊缝的机械性能．破坏焊缝的致密性，尤其是连续气孔或镊状气孔的影响远远大于独立气孔，且特别对动载下疲劳性能的影响远大于对静力性能的影响。
气孔的防止措施是：焊前必须将焊缝坡口表面杂质清理干净；合理选择焊接方法；焊接材料必须烘焙；在风速大的环境下施焊应采取防风措施。另外，对超过规定的气儿必须刨去后重新补焊。
夹渣渣的原因是：
夹渣是指残存在焊缝中的熔渣或其他非金属夹杂物。
①焊接材料质量不好，熔渣太稠；②焊件上或坡口内锈蚀或其他杂质未清理干净；②各层熔渣在焊接过程中未彻底清除；④电流太小．焊速太快；⑥焊条不当。
为防止夹渣，在焊前应选择合理的焊接规范及被口尺寸，正确掌握操作工艺及使用工艺性能良好的焊条，坡口两侧要清理干净，在多层施焊时要注意彻底清理每层的熔值，特别是碱性焊条，清渣时应认真仔细。另外，夹渣缺陷的修补一般采用碳弧气刨将其缺陷的焊缝金属除去．手工补焊。
咬肉咬肉也称咬边，是在靠近焊缝表面的母材处产生的缺陷。
生咬边或咬肉的原因是：
①电流太大；②电弧过良或运条角度不当③焊接位置不当。
咬肉或咬边会造成应力集中．尤其对结构动载性能及缺陷的措施为：在施焊时正确的选择焊接电流和焊接速度，合适的焊条角度和电弧长度咬边的修补措施参见焊缝成形不良的处理方法。
焊瘤焊瘤是在焊接的过程中，溶化的金属液滴到焊接缝以外未溶化的母体上所形成的金属瘤 产生焊瘤的原因①焊条质量不好；②运条角度不当；焊接质量及焊接规范不当焊瘤不但影响成形美观，而且易引起应力集中。焊瘤处还易夹边缠产生。防止焊瘤的措施是，尽可能使焊缝处于平焊位置进行焊接，范，正确掌握运条方法。
焊瘤的修补一般采用打磨的方法将其打磨光顺未焊透未熔合，导致裂正确选择焊接规未焊透是指焊缝与母材金属之间或焊缝层间局部未熔合其在焊缝中的位置可分为：根部未焊透、坡口边缘未焊透和焊缝层间末焊透。产生透的原因是：
①焊接电流太小②坡口角度太小②焊条有偏心：
焊接速度太快焊接角度不当④焊件上有锈蚀等未清理干净的杂质。
未焊透缺陷将降低焊缝强度，引起应力集中，导致裂解和结构破坏。其防止措施为，选择合理的焊接规范，正确选用坡口形式、尺寸、角度和沟隙，采用适当的工艺和正确的操作方法。

未焊透的消除方法一般采用碳弧气刨刨去有缺陷的焊缝，用手工焊进行补焊。
边缘未熔合边缘未溶合与焊前钢材表面清理的彻底程度有关，也与焊接电流过小或焊接速度过快以致母材金属未达到熔化状态有关。
消除方法为采用碳弧气刨刨去焊续后重焊。
裂纹裂纹是员为严重的焊缝缺陷，根据裂纹发生的时间，大致可将焊接裂纹分为高温裂纹和底纹裂纹（1）高温裂纹高温裂纹也称为加热裂纹。
主要与钢材的硫、氧含量行关。
焊道下梨状裂纹是常见的一种高温裂纹，主要发生在埋弧焊或二氧化碳气体保护焊中，手工电弧焊则很少发生。此类裂纹产生的原因主要是焊接条件不当，如电压过低、电流过高，在焊缝冷印收缩时使焊道的断面形状呈现梨形。防止措施为：选择适当的焊接电压和电流；焊缝的成形—‘般控制在宽度与高度之比为较适宜。
弧形裂纹也是高温裂纹的一种．其产生原因主要与弧坑处的冷却速度过快，弧坑处的凹形未充分填满所致。防止措施是安装必要的引弧板和灭弧板．在焊接因故中断或在焊缝终端应注意境满弧坑。
⑦低温裂纹低温裂纹也称为冷裂纹，主要与钢材的台磷量、含氮旦及含氢量有关。其中纹是低温裂纹常见的一种形态：低温裂纹产生的原因如下：
焊接金属中含氢量较高。通常氢的来源有多种途径，如焊条中的有机物水及焊接坡口附近的水分、油污等。另外，含磷量及含氢量高也是产生的原因。
焊接接头约束力较大 。
当母材的含碳量较高、冷却速度较快对于根部裂纹的防止措施为：
选用低氢或超低氢或其他焊接材料；对焊条或焊剂等进行必要的烘焙，使用时注意保管；焊前应将焊接披口及其附近的水分、油分。铁锈等杂质清理干净；选择正确的焊接顺序和焊接方向，一般件构件焊接时最好采用由中间向称施焊的方法；进行焊前预热及焊后热处理．降低冷却速度。
焊接裂纹通常采用的修补措施如下：
通过超声波或磁粉探伤检查出裂纹的部位和尺寸。
沿焊接裂纹界限各项焊缝两端延长50mm，将焊缝金属或部分母材用碳弧气刨刨去。
选择正确的焊接规范、焊接材料以及采用预热施进行补焊钢结构运输、安装和使用维护中的缺陷钢结构在工厂制作完成后，运至现场安装，安装完毕进人使用期。
可能遇到以下缺陷：
运输过程中引起结构或构件较大的变形和损伤；吊装过程中引起结构或构件较大的变形和局部失稳；安装过程中没有足够的临时文撑或锚固，导致结构或构件产生较大的变形失稳定性，甚至倾理等；现场

焊接及螺栓连接质量达不到设计要求；使用期间由于地基不均匀沉降 温度应力以及人为因素造成的结构损坏；不能做到定期维护，致使结构腐蚀严重，影响到结构的耐久性
来自：郑州彩钢扣板