浅议钢结构焊接接头断裂破坏的影响因素及控制措施

摘要：随着焊接钢结构在国民经济中各行业的广泛应用。对其结构的完整性、可靠性、安全性提出了更高的要求。尽管随焊接技术的发展，特别是材料科学的发展，焊接结构发生脆断破坏的事故日益减少，但仍未杜绝。因此，工程技术人员必须掌握控制焊接接头断裂破坏的措施，以确保钢结构的使用安全。

关键词：相关介绍；钢结构；控制措施

前言

钢结构因具有自重小、刚度大、强度高、稳定性好、抗震能力好等优点，受到了业界人士的广泛关注，并将其应用在建筑工程、桥梁工程、电子工程等领域当中。在实际应用过程中，钢结构需要在生产厂进行加工与制作，焊接是钢结构制作过程中的关键环节，其质量对于钢结构的强度与可靠性都有非常大的影响。但是我们也需要清楚的知道，钢结构在焊接过程中，往往会由于各种因素的影响导致焊接接头出现断裂破坏的现象，甚至会出现安全事故。这就需要我们对其加以认识，采取有效的控制措施，避免各种事故的发生。

1断裂的相关介绍

在钢结构焊接过程中，断裂指的是在对其施加外力作用的影响下导致材料裂纹以至断开的现象，导致钢材料失效。根据钢结构断裂的实际情况分析，其主要分为以下两种：

1.1脆性断裂

即是技术人员在对钢结构进行焊接过程中并没有产生或产生过小的塑性变形，其所吸收的能量相对较少，因此导致其在加工过程中出现脆性断裂。

1.1.1脆性断裂的过程：在对钢材料进行焊接的过程中，接头处由于集中着较大的应力，致使其表面存在着裂纹，而这些裂纹若长期处于低工作应力的影响，那么就会不断扩展，最终导致材料出现断裂的现象。

1.1.2脆性断裂的特点：（1）脆性断裂的表面相对比较平滑，且裂纹的形状呈人字状或放射状；（2）产生脆性断裂的原因是其焊接的应力超过了材料本身的强度；（3）脆性断裂的发生对温度要求较低，往往在低温英下下，脆性断裂更易发生；（4）无规律可言。

1.2延性断裂

这种类型的断裂也就是在材料断裂之前产生了较大的塑性变形情况。

1.2.1延性斷裂的过程：钢材料在焊接过程中，受到外界荷载作用的影响，材料必然会产生弹性变形，当外界荷载作用不断加大，那么材料的屈服强度也就相对减弱，最终导致材料产生塑性变形应力。当我们再加大这一荷载作用，那么材料的变形量也就更大，最终因材料的屈服强度不足而出现裂纹。此后，这些裂纹会不断发展，最终导致材料出现断裂现象。

1.2.2延性断裂的特征：（1）裂纹产生后呈纤维状，色泽灰暗；（2）产生延性断裂的原因是由于材料的屈服强度承载不了结构在加工过程中产生的工作应力；（3）这种断裂现象具有一定的规律性。

2造成钢结构在焊接过程中产生断裂的原因

2.1材料的本身特性。技术人员对钢结构进行焊接的主要目的是为了将其变成一个整体，从而提高强度与刚度。但是也正因为如此，在实际工作中会产生较大的应力，导致整个结构的抗断裂能力明显降低。当钢结构表面出现裂纹之后，应力会对其继续作用，最终不断扩展而导致结构出现断裂现象。

2.2焊接时的残余应力。在对钢结构进行焊接的过程中，往往会对局部进行加热与冷却，这种现象极容易导致焊接接头上具有残余应力，当这种应力与工作产生的应力相互作用，这就导致结构在实际工作中出现断裂现象。

2.3焊接缺陷。一般来说，在对钢结构进行焊接的过程中，往往受到各种因素的影响，导致其出现气孔、夹渣、裂纹等各种现象，这些不良现象若不引起工作人员的高度重视，那么必然会产生较大的应力，最终导致结构出现断裂现象。

2.4焊接接头化学成分与金相组织的影响。C，N，0，H，S，P等元素会增加钢的脆性，如果焊接过程中使这些元素含量增加，则结构发生脆断可能性增大。焊缝及近缝区的金相组织对接头的脆断有较大影响。过大的焊接热输入会使焊缝热影响区晶粒粗大和脆化，过小的焊接热输入又易造成淬硬组织，二者均降低焊接接头的韧性.增加脆断的可能性。

3焊接结构断裂的控制措施

焊接结构的断裂包括裂纹的萌生、稳态扩展和失稳断裂过程，控制焊接结构的裂纹的基本方法与此相对应，即控制裂纹的起裂和裂纹的扩展。焊接结构的断裂破坏受设计、选材、制造工艺、使用环境等多方面的因素影响，其断裂控制措施主要从材料选择、结构设计和制造工艺三方面考虑。

3.1材料选择。选择具有足够韧性的母材金属和焊缝金属，以提高抗开裂能力和止裂能力。对于以脆性断裂为主要失效形式的焊接结构，断裂韧度与屈服强度的比值是选择材料的主要依据。选材时要综合考虑材料的屈服强度、断裂韧性、焊接性、厚度以及造价成本等方面因素。如果选用强度高脆性大的材料，则在焊接工艺上增加预热、后热和热处理等措施，来解决断裂问题。

3.2结构设计。钢制焊接结构设计要遵循“防止裂纹产生准则”和“止裂准则”，在设计时应注意以下几方面问题：

3.2.1结构和接头部位要尽量减少应力集中；避免构件截面尺寸突变；构件相交处须圆滑过渡设计。

3.2.2在满足结构使用条件下，尽量减小结构的刚度，以降低对应力集中的敏感性和附加应力的影响；尽量不使用过厚截面；可通过开工艺槽或缓和槽来降低结构刚度。

3.2.3设计焊缝位置时要考虑到焊接和检验的可达性，以保证焊接质量。

3.2.4焊缝布置要避免交叉或密集，以防止产生过大的残余应力和多轴应力。

3.2.5对于附件或次要焊缝应和主要承力焊缝同等对待，不可轻视。

3.3制造工艺。除控制选材和结构设计外，钢结构的焊接制造过程也要符合断裂控制原则，应注意以下几方面：

3.3.1合理选择焊接方法、焊接材料和焊接工艺参数。编制焊接工艺规程之前，必须进行焊接工艺评定，以确保焊接质量。

3.3.2严格管理生产。按照工艺规程进行生产，加强质量管理和工艺纪律检查，完善检验制度，避免不必要的返修。

3.3.3充分考虑焊接区局部材料性能的劣化及残余应力，必要时可采用热处理；对于断裂关键件，应通过试验评定.决定是否需要焊后热处理。

3.3.4采取有效的措施防止影响结构使用性能的焊接变形，控制焊接变形的同时注意减少对结构性能的损害。

3.3.5妥善保管放置构件或产品，避免造成附加应力、温度应力等。

4控制平台钢结构焊接变形的工艺措施

4.1焊接顺序应当具有合理性

通过合理的焊接顺序使得钢结构能够尽可能的符合焊接要求，这样能够大大的提高钢结构的焊接刚性，用以降低型变量。例如钢结构中的H型钢梁，想继续整体的装配，在完成后再焊接，通过该种方式得出的上拱弯曲形变量远远小于一边装配一边焊接的弯曲形变量。对于对称焊缝则必须使用对称焊接法。在钢结构件中一些截面形狀相对均匀对称、焊缝的分布较为均匀对称，其施工方式应当使用对称焊接的方式。而在分布不对称焊缝较少的一侧，会由于先焊接缝的刚度较小使得构件结构发生形变。可以适当的调整焊接顺序用以控制焊接形变量，针对长焊缝，在钢结构中，可以适当的进行分段焊接，并对焊接的方向适当的调整，在局部进行焊缝之间的形变抵消，以此消减结构总体的形变量。

4.2反变形

预先将平台钢进行装配，使得其结构能够产生同焊接形变大小相同且方向相反的反变形。通过这种焊前的设置，抵消焊后的形变。例如，在H型钢梁的上下翼板焊接中，容易产生焊后的角变形，那么可以通过在焊前将翼板反向压弯的方式抵消后期的形变。

4.3刚性固定

若是没有预先设定好反变形，那么可以通过外加的固定构件用以约束形变的产生。例如，采用卡具的方式增加钢构建的刚性，通过刚度的加强，减少形变。

5结束语

综上所述，钢结构是一种常见的结构体系的现代化建设。焊接是一个关键环节尤其在钢结构安装和生产过程中，如果在焊接过程中的断裂，这将对钢结构的应用带来严重的影响，不利于钢结构子啊建筑工程中的应用。因此在实际工作中，我们必须要对钢结构焊接接头断裂破坏的影响因素进行全面分析，然后提出相应的控制措施，以确保钢结构的质量，达到理想的应用效果。

参考文献：

[1]郝继升.焊接工艺中焊接缺陷对结构强度的影响[J].黑龙江科技信息，2008（30）

[2]尚盈宇.提高焊接接头疲劳强度途径的探讨[J].商丘职业技术学院学报，2006（10）

[3]黄建.钢结构工程焊接技术重点、难点及控制措施[J].露天采矿技术，2010（1）

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