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摘 要：钢结构在加工制造过程中，因为存在外形尺寸较大、形状多样、结构复杂、焊缝多、焊接位置不对称等因素，常出现多种焊接问题，影响焊接质量，本文对焊接过程中产生的局部变形、裂纹产生的原因进行分析，提出相关预防措施。
关键词：钢结构;常见质量问题;预防措施
1.概述
随着我国工业发展，钢结构工程因其结构性能好、结构组织均匀、强度高、弹性模数高、塑性和韧性好，适合承受冲击和地震载荷、施工速度快、便于机械化生产和工业化程度高等很多优越条件，在水工、建筑等多个领域被广泛应用。但是，也不能否认钢结构还存在着缺陷和隐患。本文将根据实际施工经验，浅析钢结构在焊接过程中产生的焊接变形、裂纹产生的原因进行分析，并提出相关预防措施。
2.焊接中变形产生的原因及控制措施
2.1变形的种类
焊接变形按其对整个结构影响程度不同，可分为整体变形和局部变形;按其特征可分为：收缩变形、角变形、弯曲 变形、波浪变形、扭曲变形和错边变形等。在这些焊接变形中，角变形和波浪变形属于结构局部变形，其它的属于结构整体变形。
2.2产生原因
焊接过程产生变形的原因大体可以分为以下几种：
①加工件的刚性小或不均勻，焊后收缩、变形不一致;焊后焊缝一般都产生纵向和横向收缩，这种收缩受到整个结构的限制而产生“收缩力”。对于刚性大的焊接结构在这种力的作用下产生的变形比较小;而刚性小的焊接结构在这种力的作用下就产生较大的变形。
②加工件本身焊缝布置不均匀，焊缝多的部位收缩大，变形也大，焊缝若沿构件截面分布不对称，则会引起该构件焊接时产生弯曲变形。
③焊接参数：在诸多焊接参数中焊接线能量与焊接变形成正比，焊接线能量越大则焊接时产生的塑性变形区面积越大，焊后的焊接变形越大，反之则越小。决定焊接线能量的因素主要有：焊缝尺寸的大小;焊接的分层方式;焊接的初始温度;焊缝是否连续。
④焊接方法：对于相同焊件、相同焊缝，不同的焊接方法，其焊接变形也不同，埋弧焊的焊接变形最大，其次为手弧焊，最小的焊接变形为CO2气体保护焊。
⑤装配质量和装配顺序：装配顺序和装配质量对焊接变形也会产生影响。例如，装配间隙大，焊缝的横向收缩也大;此外还应考虑焊件的自重和形状，对长形构件，在焊前需恰当地加以支撑。
2.3预防措施
①尽量使工件各部分刚度和焊缝均匀布置，对称设置焊缝，减少交叉和密集焊缝;焊缝位置尽可能对称于构件截面的中性轴，或者尽量靠近中性轴，这对减少梁、柱等一类钢结构的挠曲变形有良好的效果。
②制定合理的焊接顺序，以减少变形。如先焊主焊缝后焊次要焊缝，先焊对称部位的焊缝后焊非对称焊缝，先焊收缩量大的焊缝后焊收缩量小的焊缝，先焊对接焊缝后焊角焊缝。
③采用合理的焊接参数：对尺寸大焊缝多的工件，采用分段、分层、间断施焊，并控制电 流、速度、方向一致;手工焊接较长焊缝时，应采用分段进行间断焊接法，由工件的中间向两头退焊，焊接时人员应对称分散布置，避免由于热量集中引起变形。
④尽量采用热输入较小的焊接方法，如CO2气体保护焊。
⑤采用合理的装配焊接顺序：大型工件如形状不对称，应将小部件组焊矫正完变形后，在进行装配焊接，以减少整体变形。
⑥反变形：焊前将平台钢结构装配成具有与焊接变形方向相反、大小相等的预先反变形，以抵消结构焊后形成的变形。例如，为了防止 H 型钢梁上下翼板焊后产生角变形，可在焊前使用油压机或折边机将其翼板预先反向压弯。
⑦刚性固定：在没有反变形的情况下，利用外加约束来固定构件，限制其焊接变形。例如，采用装焊胎卡具等增加钢结构在焊接时的刚度，以减少变形。
3.钢结构焊接裂纹的原因及预防措施
3.1热裂纹
热裂纹是指高温下所产生的裂纹，又称高温裂纹或结晶裂纹。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间层形式存在从而形成偏析，凝固以后强度也较低，当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹。
针对其产生原因，其预防措施如下：
①限制母材及焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量特别应控制硫、磷的含量和降低含碳量。
②采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的杂质含摄，改善结晶时的偏析程度。
③采用多层多道的焊接方法;采用合理的焊接顺序和方向，采用较小的焊接线能量。
④整体预热和锤击法，收弧时填满弧坑等工艺措施。
3.2冷裂纹
冷裂纹一般是指焊缝在冷却过程中温度降到马氏体转变温度范围内（300-200℃以下）产生的，可以在焊接后立即出现，也可以在焊接以后的较长时间才发生，故也称为延迟裂纹。
其形成的基本条件有以下3个：
①焊接接头形成淬硬组织;
②扩散氢的存在和浓集;
③存在着较大的焊接拉伸应力。
针对其产生的原因，其预防措施如下：
①选择合理的焊接规程和线能量，改善焊缝及热影响区组织状态，如焊前预热、控制层问温度、焊后缓冷或后热等以加快氢分子逸出。
②采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的扩散氧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℃保温1h;酸性焊条 100℃～l50℃保温1h;焊剂 200℃～250℃保温2h），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。
③焊后及时进行热处理：一是进行退火处理，以消除内应力，使淬火组织回火，改善其韧性;二是进行消氢处理，使氢从焊接接头中充分逸出。
4.结语
焊接变形和焊接裂纹是施工中常遇到的质量问题，通过对焊接变形、焊接裂纹产生的原因进行分析，结合施工实际情况采取有效预控措施，不仅能提高产品质量，还能有效的降低成本，为企业创造良好的效益。
参考文献
[1]黄文哲.焊接手册.机械工业出版社，1991.
[2]JGJ 81-2002 建筑钢结构焊接技术规程 中华人民共和国建设部
作者简介：
万成梅（1982-）女，工程师，中国水利水电第四工程局有限公司。
关键词：钢结构;常见质量问题;预防措施
1.概述
随着我国工业发展，钢结构工程因其结构性能好、结构组织均匀、强度高、弹性模数高、塑性和韧性好，适合承受冲击和地震载荷、施工速度快、便于机械化生产和工业化程度高等很多优越条件，在水工、建筑等多个领域被广泛应用。但是，也不能否认钢结构还存在着缺陷和隐患。本文将根据实际施工经验，浅析钢结构在焊接过程中产生的焊接变形、裂纹产生的原因进行分析，并提出相关预防措施。
2.焊接中变形产生的原因及控制措施
2.1变形的种类
焊接变形按其对整个结构影响程度不同，可分为整体变形和局部变形;按其特征可分为：收缩变形、角变形、弯曲 变形、波浪变形、扭曲变形和错边变形等。在这些焊接变形中，角变形和波浪变形属于结构局部变形，其它的属于结构整体变形。
2.2产生原因
焊接过程产生变形的原因大体可以分为以下几种：
①加工件的刚性小或不均勻，焊后收缩、变形不一致;焊后焊缝一般都产生纵向和横向收缩，这种收缩受到整个结构的限制而产生“收缩力”。对于刚性大的焊接结构在这种力的作用下产生的变形比较小;而刚性小的焊接结构在这种力的作用下就产生较大的变形。
②加工件本身焊缝布置不均匀，焊缝多的部位收缩大，变形也大，焊缝若沿构件截面分布不对称，则会引起该构件焊接时产生弯曲变形。
③焊接参数：在诸多焊接参数中焊接线能量与焊接变形成正比，焊接线能量越大则焊接时产生的塑性变形区面积越大，焊后的焊接变形越大，反之则越小。决定焊接线能量的因素主要有：焊缝尺寸的大小;焊接的分层方式;焊接的初始温度;焊缝是否连续。
④焊接方法：对于相同焊件、相同焊缝，不同的焊接方法，其焊接变形也不同，埋弧焊的焊接变形最大，其次为手弧焊，最小的焊接变形为CO2气体保护焊。
⑤装配质量和装配顺序：装配顺序和装配质量对焊接变形也会产生影响。例如，装配间隙大，焊缝的横向收缩也大;此外还应考虑焊件的自重和形状，对长形构件，在焊前需恰当地加以支撑。
2.3预防措施
①尽量使工件各部分刚度和焊缝均匀布置，对称设置焊缝，减少交叉和密集焊缝;焊缝位置尽可能对称于构件截面的中性轴，或者尽量靠近中性轴，这对减少梁、柱等一类钢结构的挠曲变形有良好的效果。
②制定合理的焊接顺序，以减少变形。如先焊主焊缝后焊次要焊缝，先焊对称部位的焊缝后焊非对称焊缝，先焊收缩量大的焊缝后焊收缩量小的焊缝，先焊对接焊缝后焊角焊缝。
③采用合理的焊接参数：对尺寸大焊缝多的工件，采用分段、分层、间断施焊，并控制电 流、速度、方向一致;手工焊接较长焊缝时，应采用分段进行间断焊接法，由工件的中间向两头退焊，焊接时人员应对称分散布置，避免由于热量集中引起变形。
④尽量采用热输入较小的焊接方法，如CO2气体保护焊。
⑤采用合理的装配焊接顺序：大型工件如形状不对称，应将小部件组焊矫正完变形后，在进行装配焊接，以减少整体变形。
⑥反变形：焊前将平台钢结构装配成具有与焊接变形方向相反、大小相等的预先反变形，以抵消结构焊后形成的变形。例如，为了防止 H 型钢梁上下翼板焊后产生角变形，可在焊前使用油压机或折边机将其翼板预先反向压弯。
⑦刚性固定：在没有反变形的情况下，利用外加约束来固定构件，限制其焊接变形。例如，采用装焊胎卡具等增加钢结构在焊接时的刚度，以减少变形。
3.钢结构焊接裂纹的原因及预防措施
3.1热裂纹
热裂纹是指高温下所产生的裂纹，又称高温裂纹或结晶裂纹。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间层形式存在从而形成偏析，凝固以后强度也较低，当焊接应力足够大时，就会将液态间层或刚凝固不久的固态金属拉开形成裂纹。
针对其产生原因，其预防措施如下：
①限制母材及焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量特别应控制硫、磷的含量和降低含碳量。
②采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的杂质含摄，改善结晶时的偏析程度。
③采用多层多道的焊接方法;采用合理的焊接顺序和方向，采用较小的焊接线能量。
④整体预热和锤击法，收弧时填满弧坑等工艺措施。
3.2冷裂纹
冷裂纹一般是指焊缝在冷却过程中温度降到马氏体转变温度范围内（300-200℃以下）产生的，可以在焊接后立即出现，也可以在焊接以后的较长时间才发生，故也称为延迟裂纹。
其形成的基本条件有以下3个：
①焊接接头形成淬硬组织;
②扩散氢的存在和浓集;
③存在着较大的焊接拉伸应力。
针对其产生的原因，其预防措施如下：
①选择合理的焊接规程和线能量，改善焊缝及热影响区组织状态，如焊前预热、控制层问温度、焊后缓冷或后热等以加快氢分子逸出。
②采用碱性焊条或焊剂，以降低焊缝中的扩散氧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℃保温1h;酸性焊条 100℃～l50℃保温1h;焊剂 200℃～250℃保温2h），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。
③焊后及时进行热处理：一是进行退火处理，以消除内应力，使淬火组织回火，改善其韧性;二是进行消氢处理，使氢从焊接接头中充分逸出。
4.结语
焊接变形和焊接裂纹是施工中常遇到的质量问题，通过对焊接变形、焊接裂纹产生的原因进行分析，结合施工实际情况采取有效预控措施，不仅能提高产品质量，还能有效的降低成本，为企业创造良好的效益。
参考文献
[1]黄文哲.焊接手册.机械工业出版社，1991.
[2]JGJ 81-2002 建筑钢结构焊接技术规程 中华人民共和国建设部
作者简介：
万成梅（1982-）女，工程师，中国水利水电第四工程局有限公司。