钢结构裂纹成因分析及防范措施

钢结构裂纹成因分析及防范措施

摘要：根据工程实践经验，对钢结构裂纹产生的内在原因和外在原因进行了分析，提出了有针对性的解决措施，取得了较好的效果。

关键词：钢结构；裂纹；安装；防治措施

abstract: according to the practical engineering experience, the steel structure crack the internal cause and external causes are analyzed, and the corresponding solutions, and good results have been achieved.

keywords: steel structure; crack; installation; prevention and control measures

中图分类号：tu391文献标识码：a 文章编号：

引言：焊接裂纹是钢结构制作过程中经常发生且危害较大的质

量通病。近儿年来，安钢集团1 2 0 t转炉及1 5 0 t转炉一1 7 8 0 mm 热连轧主厂房均为钢结构，厂房柱子为焊接h型钢，公辅外网管道为卷焊管，总制作量多达一万多吨，在初期制作过程中，不时发现焊接裂纹，如某分公司管道制作过程中出现纵向裂纹，降低焊接接头的承载能力，最终导致焊接结构的破坏，缩短结构寿命，间接延误工程工期，增加工程施工成本。焊接裂纹是钢结构

制作过程中危害最大的缺陷，一旦发现必须进行返修焊接。下面

结合工程实践，对钢结构制作过程中裂纹产生的原因及防治措施进行简要分析。

1、裂纹产生

某工程钢结构加工任务由我司承制，工地由某地施工单位安装，2012 年1月18日，施工人员在安装现场巡检中，发现工程23m标高处外取热器下支座梁与框架梁连接节点腹板处出现裂纹，接报后，承制与安装双方进行了现场调查，平台钢结构主次梁焊接接头部位存在裂纹缺陷，拿出补修方案并100%探伤，并委托专业单位对裂纹梁主材进行硬度检测和现场取样分析。此次复检共检查类同梁18根，发现裂纹仅此1条，裂纹产生的位置在主梁腹板与次梁腹板连接焊缝位置（主梁hn800×350×13×25，次梁hn800 ×300×14×32）。焊接接头部位存在的裂纹为个别现象，裂纹在接头的热影响区围绕接头呈半弧形。裂纹梁的位置见图1平台梁平面布置图，裂纹形态见图2梁立面截面图。

2、裂纹产生的原因分析

一般焊接裂纹按其产生的温度和时间可分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹。

2.1热裂纹

热裂纹是指高温下产生的裂纹，义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问层形式存在从而形成偏析，凝

固以后强度较低，当焊接应力足够大时就会将液态间层或刚凝同不久的固态金属拉开形成裂纹。此外如果母材的晶界上存在低熔点共晶和杂质，当焊接拉应力足够大时，会被拉开形成裂纹。总之，热裂纹的产生是冶金冈素和力学因素共同作用的结果。预防热裂纹产生的措施如下： 1 ) 限制母材及焊接材料 (包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体 ) 中易偏析元素及有害杂质的含量，特别应控制硫、磷的含量和降低含碳量。焊接时因硫与铁生成低熔点的硫化铁会导致焊缝热裂和在热影响区出现液化裂缝，使焊接性能变坏，时硫以薄膜形式存在晶界，使钢的塑性和韧性下降。磷也会使钢的塑性和韧性下降，提高钢的脆性转变温度，并使焊缝和热影响区产生裂纹。焊接钢材中硫的含量一般不应大于 0.045％，磷不应大于0 .055％。钢材含碳量越高，焊接性能越差，焊缝中碳含量控制在 0.1 ％以下时，热裂纹敏感性可大大降低；2 ) 调整焊缝金属的化学成分，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，以提高其塑性，减少或分散偏析程度，控制低熔点共晶的有害影响； 3）采用碱性焊条或焊剂，降低焊缝中的杂质含量，改善结晶时的偏析程度；

4 ) 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，可防止中心线裂纹。因焊缝形状系数过小时，焊缝窄而深，低熔点杂质聚集在焊缝中心，产生热裂纹的可能性大大增加；焊缝的形状系数较大时，焊缝宽而浅，低熔点共晶和杂质聚集在焊缝近表面区，大大降低中心线裂纹产生的倾向。

5 ) 降低焊接应力，如采用合理的焊接顺序和方向，采用较小的焊接线能量，整体预热

和锤击法，收弧时填满弧坑等。

2.2冷裂纹

冷裂纹是焊缝在冷却过程中温度降到马氏体转变温度范围内(300℃以下 )产生的，可在焊接后立即出现，也可在焊接后较长时间发生，也称延迟裂纹。其形成的基本条件是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。其预防措施主要有：选择合理的焊接和线能量，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：采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的扩散氢含量：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~ c保温1h，酸性焊条100 —15o℃保温1h，焊剂200～250~ c 保温2h)；认真清理坡1：3和焊丝，去除油污、水分和锈斑等脏物。以减少氢的来源；焊后及时进行热处理：进行退火处理消除内应力，使淬火组织回火改善韧性：进行消氢处理，使氢从焊接接头中充分逸出；提高钢材质量，减少钢材中的层状夹杂物：采取可降低焊接应力的措施(同热裂纹) 。

2.3再热裂纹

再热裂纹起源于焊接热影区的粗晶区具有晶界断裂的特征，大多发生在应力集中部位，一般在焊缝区域再次受到加热时才会形成。其产生原因一般认为是再加热时，在第一次热过程中过饱和固溶的碳化物再次析出，造成晶内强化使滑移应变集中于原先的奥氏体晶界，当晶界的塑性应变能力不足以承受松弛应力过程中所产生

的应变时，就会形成再热裂纹。其预防措施主要有：减小残余应力和应力集中，如提高预热温度、焊后缓冷、使焊缝与母材平滑过度等，在满足设计要求的前提下，选择适当的焊接材料，使焊缝的高温强度稍低于母材，让应力在焊缝中松弛。在保证室温接头强度的情况下，提高消除应力的退火温度，析出较大碳化物粒子，以改善高温延性。

3、本工程产生的裂纹原因如下：

平台钢结构所用钢材为q345b 低合金钢，进厂原材料经过严格的各项复检，化学成分和力学性能均满足gb/t 15911994《低合金高强度结构钢》的要求。经现场硬度检测和现场取样分析，化学成分和力学性能均符合国标要求，见表1和表2。

在正常情况下该钢种可焊性良好, 不易产生焊接裂纹。安装现场发现的裂纹分布于焊接接头的热影响区，具有延迟性，由此可以断定此种裂纹为焊接冷裂纹中的延迟裂纹。裂纹产生的主要原因分析如下。

3.1施工人员自作主张，在插入接头位增加焊接补强板

在梁结构设计过程中设计并没有增加筋板和补强板，施工人员在安装前擅自在腹板侧增加一块补强板，工序上先进行了补强焊接，然后将次梁插入，随后安装梁，将梁腹板紧贴补强在主梁腹板处进行二次焊接, 造成局部区域焊缝密度过大，使得焊接时这些部位的拘束应力过大，而拘束应力大是产生冷裂纹的重要原因之一，