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摘要：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，本文通过对行业中常见的建筑钢结构焊接裂纹的产生理论的相关分析，结合工程实践经验，同时针对建筑钢结构焊接裂纹的产生原因，提出了相应的防治措施。
关键词：焊接裂纹；热裂纹；冷裂纹；层状撕裂
建筑钢结构作为一种承重结构体系，凭借着优良的性能，被广泛应用在高层建筑、工业厂房、高架立交桥等各类建筑中。随着科学技术的进步与设计理念的创新，建筑钢结构和选材方面都会朝着更深、更广、更宽的领域发展，然而这些发展必然会造成建筑钢结构焊接的难度增大，产生焊接缺陷的可能性增加。本文主要针对新时期建钢结构的特点，分析钢结构焊接裂纹的产生原因和对策。
1建筑钢结构的焊接难点
在材质方面，多采用低合金高强钢作原材料。
（1）构件间连接节点形状复杂、板厚大、焊缝密集，所以焊接接头刚性约束大，使焊缝由收缩困难，导致产生双向、三向应力，增加了焊接接头产生裂纹、层状撕裂的可能性。
（2）低合金高强钢的碳当量比较高，焊接性较差，钢材淬硬倾向大，对裂纹和氢脆的敏感性大，焊缝容易出现延迟裂纹。
（3）构件现场组焊多为高空全位置焊接，操作难度加大。
2裂纹的判定特征及产生机理
建筑钢结构焊接工程中，焊接裂纹的产生主要有3种形式：复杂钢结构体系中的热裂纹、冷裂纹和厚板工程中的层状撕裂。
2.1热裂纹
2.1.1热裂纹的判定特征
热裂纹是在焊缝结晶后期温度较高时产生的。热裂纹产生在焊缝上，一般沿焊缝中心线纵向分布，多数裂纹是在焊接过程中产生的，在发生裂纹的焊缝断面上可以看到有氧化的色彩。
2.1.2热裂纹的产生机理
如果在低合金高强钢中S、P杂质含量超标，在焊缝结晶过程中存在偏析，形成低熔点共晶物。在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在柱状晶交遇的中心部位，形成液态薄膜，而此时由于焊缝凝固收缩产生拉伸应力，当拉伸应力所产生的应变大于焊缝金属所具有的塑性时，则在液态薄膜处就会开裂而形成裂纹。
2.2冷裂纹
2.2.1冷裂纹的判定特征
冷裂纹一般在焊后冷却过程中产生，焊后立即出现，而要经过一段时间才出现的裂纹称为延迟裂纹，由于延迟裂纹不是焊后立即产生，所以具有很大的隐蔽性，冷裂纹多为延迟裂纹。主要发生在低、中合金高强钢的焊接热影响区，很少在焊缝上；裂纹走向分为沿晶扩展和穿晶前进。
2.2.2冷裂纹产生机理
研究证明，钢材的淬硬倾向、焊接接头含氢量及接头的约束度是产生冷裂纹的3个主要因素。
（1）钢材的淬硬倾向。低合金高强钢的淬硬倾向主要取决于化学成分、板厚、焊接工艺和冷却条件。钢材的淬硬倾向越大，越易产生裂纹。焊接是一个不均匀加热和冷却的过程，焊接热影响区的加热温度很高，使奥氏体晶粒发生严重长大，当快速冷却时，产生粗大的马氏体组织，这种组织硬度高、脆性大，对裂纹和氢脆敏感性强。随钢材的合金元素和强度级别的提高，碳当量增大，奥氏体转变很容易得到马氏体组织，钢材淬硬性增加，越容易产生焊接冷裂纹。
（2）焊接接头含氢量。氢是造成高强钢冷裂纹延迟特征的主要因素。氢的致裂作用与氢在焊接接头中的溶解及扩散有关。焊接接头含氢量越高，冷裂纹敏感性越大。
（3）焊接接头的拘束度。钢结构焊接时，接头不可避免的产生3种应力：不均匀加热和冷却过程中产生的热应力；金属相变时产生的组织应力；结构自身拘束条件所造成的应力。这3种应力的综合作用统称为拘束应力。拘束应力对产生冷裂纹起着决定性的作用。
综上所述，冷裂纹的产生机理是：金属内部的缺陷提供了潜在裂源，在应力作用下，这些微观缺陷的前沿形成了三向应力区，诱使氢向该处扩散并聚集。当氢的浓度达到一定程度时，一方面产生较大的应力，另一方面阻碍位错移动而使该处变脆，当应力进一步加大时，促使缺陷扩展而形成裂纹。
2.3层状撕裂
层状撕裂是一种低温开裂，用无损探伤方法也不易检验出，使用中易造成危害事故，在刚性约束的条件下焊接，则可能沿板材轧制方向出现具有阶梯状的裂纹。
2.3.1层状撕裂的判定特征
层状撕裂产生的位置和形态大致的特点有三个，如下：①一般，起裂点会发生在焊缝根部或焊趾处，之后向母材扩展，形成几乎与钢板表面平行的裂缝，呈层状阶梯形断续裂缝。②沿焊接热影响区分布。这是由于焊缝收缩在此造成较强的拉伸应力，从而在热影响区非金属夹杂物分布处扩展所致。③在远离热影响区的母材中心发生。
2.3.2层状撕裂的产生机理
钢材在轧制过程中，把钢内的一些杂质轧成平行于轧向的带状夹杂物，造成钢材力学性能的各向异性，沿厚度方向（即Z向）的延伸率远低于沿轧制方向（即L向）。钢结构焊接时，特别是厚板、T型接头、十字接头或角接接头，在刚性拘束的条件下，焊缝收缩会在Z向产生很大的拉伸应力和应变，当应变超过母材金属厚度方向的塑性变形能力时，夹杂物与金属基体之间就会分离而产生微裂，并随之连通，而形成层状阶梯裂缝。
3钢结构焊接裂纹的防治措施
3.1热裂纹的防治措施
正常情况下，钢结构用的低合金高强钢含碳量低、含锰量高，如果钢结构用的低合金高强钢比例能够达到规定要求，具有较好的抗热裂性能，焊接过程中产生热裂纹的倾向较小，在焊缝中是不会产生热裂纹的。但如果母材S、P的含量不符合要求，偏低或者偏高，又或者是焊接工艺不当，这样在焊缝中是会产生热裂纹的。防治热裂纹的措施有三点，如下：①严格控制材料S、P等杂质的含量，选用S、P含量适当的母材和焊接材料。选用含有细化晶粒的微合金元素的焊材，重要结构应采用碱性焊条或焊剂。②适当增加焊接线能量和提高预热温度，这样可以减小焊缝金属的应变率，从而降低热裂纹的倾向。③提高焊缝的形状系数，即焊缝宽与焊缝深之比。
3.2冷裂纹的防治措施
低合金高强钢随着含碳量和强度的增加，冷裂纹倾向增大，因此在钢结构焊接时防治冷裂纹的产生尤其重要，其对策有如下几点：①在实际的建筑项目中，应尽可能选择抗冷裂性能好、碳当量小的钢材，选择优质低氢、超低氢及韧性好的焊材。②严格控制氢的来源，使用焊条焊剂时应提前烘干，注意周围的环境、湿度，材料的除锈去污，按规定操作相关步骤。③制定正确的焊接工艺，特别注意焊前预热和焊后热处理措施。
3.3层状撕裂的防治措施
层状撕裂是一种内部的低温开裂，表面上不易被发现，即使用无损检测技术发现也难以修复，并且成本很高。因此在钢结构焊接中，层状撕裂是危险性较大的缺陷，防治措施可考虑以下几点：①在设计选材时，符合抗冷裂条件后，应尽量选择抗层状撕裂性能好的钢材。②在设计结构节点时，合理的选择接头形式和坡口形状，在满足受力要求的情况下，尽量减小焊缝尺寸及焊缝截面积，降低热影响的脆化作用。③在选择焊接工艺方面，应根据实际情况控制温度，控制焊接线能量，采用多层多道焊，降低板厚方向的拘束度及焊接残余应力。
4结语
由于裂纹的种类、产生原因、影响因素以及判定特征各不相同，因此，在实际的建筑项目中应结合其判定特征，综合分析裂纹的各方面因素，实施适当的对策防治焊接裂纹，从而保证建筑工程质量，降低成本，提高生产效率。
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