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摘要：随着社会经济的发展，在机械加工和建筑施工行业，钢结构焊接越来越凸显它的广泛性和优越性。在钢结构焊接过程中，由于外形尺寸、焊接位置、焊接工艺等诸多因素的影响，会出现焊接变形、焊接缺陷等问题，这些问题严重影响了焊件的质量。本文主要针对在钢结构焊接中影响焊接质量的原因、影响焊接变形的因素，总结工作中的实践经验提出相应的预防措施和处理方法。为企业在钢结构生产中提高焊接质量提供了一些方法和依据。
关键词：钢结构焊接；问题；影响因素；预防措施；控制方法
Abstract: with the development of social economy, the construction industry, machinery processing and welding steel structure is more and more highlights its universality and superiority. In steel structure welding process, the overall dimensions, welding position, welding technology, and many other factors, there will be a problem such as welding deformation, welding defects, these problems seriously affect the quality of the weldment. This article mainly aimed at the reasons affecting the quality of welding in the welding steel structure and the influencing factors of welding deformation, summing up the experience of working in put forward the corresponding prevention measures and treatment methods. To the production of steel structure for the enterprise provides some methods and basis for improve the welding quality.
Key words: steel structure welding; The problem; Influencing factors; Preventive measures; Control method
中图分类号：P755.1文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
概述：钢结构一般由钢板、型钢经气割、组装、焊接等工序来完成。有的钢结构焊缝长达几米或十几米，焊缝要求焊透，射线或超声波检查质量，平、立、横、仰各种位置的焊接都有，结构件出现挠曲变形、板件的波浪变形等，因此了解和掌握焊接原理及引起焊接变形的原因以便及时采取相应的措施将变形降到最低以保证焊接工件或结构的质量。
焊接方法的分类：熔化焊接、固相焊接、纤焊。钢结构生产加工企业主要采用熔化焊接电弧焊焊接方式：手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊、埋弧焊等。
焊接缺陷的分类及其预防措施：
2.1焊接缺陷主要分内部缺陷和外部缺陷兩种。
2.2外部缺陷主要是从外观上来判定焊缝的缺陷种类，主要有咬边、焊瘤、凹陷、电弧擦伤、裂纹。
2.2.1咬边
咬边是在焊缝两侧发生将母材部分溶化，造成沿焊趾的沟槽或凹陷。产生咬边的原因是焊接不规范，操作手法不当，如焊接电流太大、电弧过长、运条角度不当、停留时间不当、焊机轨道不平等均可产生咬边。咬边处会造成应力集中，降低结构承受动荷的能力和降
低疲劳强度。
防治措施
正确选择焊接电流，要注意焊接速度不宜过高；掌握正确运条手法，随时控制焊条角度和电弧长度；焊机轨道要平整，焊条角度适当等，可有效预防咬边。
2.2.2气孔
气孔是指在焊接时, 焊缝表面和内部因熔池中的气泡未逸出而形成的圆形或洞形空穴。焊接气孔的成因主要有焊件未清洁表面的油、污、锈、垢及氧化膜；焊条受潮或质量不好；焊接现场环境恶劣；电弧太长，电弧保护失效；保护气体不纯；焊丝和母材的化学成分不匹配等原因，使焊接后吸附或自产生的气体来不及排出而形成气孔。
防治措施
为有效预防气孔产生：①要控制气体来源。如焊条除潮，清理焊件表面的油、污、锈、垢及氧化膜；②加强防护，如防风防雨；③正确选用符合国家标准的焊条，和母材相匹配；④选择低氢焊条时采用直流反接法进行焊接；⑤严格按焊接工艺规程和运条方式。
2.2.3夹渣
夹渣是残留在焊缝中的熔渣或其他非金属夹杂物，其形状多数呈不规则状，易产生在坡口边缘、焊道形状突变等处。夹渣的成因主要有运条不当，熔池内各组分分不清；焊件上或坡口内油、污、锈等未清理干净，特别是在多层焊时；熔池温度低，焊速太快；电弧过长或极性不正确；埋弧焊封底时,焊丝位置偏离。
防治措施
防止夹渣应选择合理的焊接规范及坡口尺寸；适当增大焊接电流，必要时把电弧缩短，同时增加停留时间，对融化金属盒熔渣加热充分；视情况调整焊条角度和运条方法；彻底清理坡口及焊层间的熔渣，将凹凸处铲平；正确选择母材和焊条，降低焊渣的熔点和粘度。
2.2.4未焊透
未焊透指焊接时母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象，常出现在单面焊的坡口根部及双面焊的坡口钝边，多呈不规则形状。未焊透减少了焊缝的有效面积，使接头强度下降，严重降低焊缝的疲劳强度；另外，未焊透引起的应力集中所造成的危害，往往比强度下降的危害大的多；未焊透可能成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原因。未焊透的成因主要有焊接规范选择不当，焊接速度过快，金属来不及熔化，破口角度过小，钝边过大或对口间隙过小，手工焊接时电流太小，运条速度太快，使熔深减小，造成未焊透。
防治措施
使用较大电流来焊接是防止未焊透的基本方法。当焊角焊缝时，用交流代替直流以防止磁偏吹，合理设计坡口并加强清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的产生。超过标准的未焊透缺陷应采用碳弧气刨去有缺陷的焊缝，用手工焊进行补焊消除。
2.2.5 焊接裂纹
焊接裂纹是焊接后焊口在冷却过程产生的热应力超过材料强度所导致的裂纹，是焊接件中最常见的一种严重缺陷。焊接裂纹不仅发生于焊接过程中，有的还有一定潜伏期，或者产生于焊后的再次加热过程中。焊接裂纹根据其部位、尺寸、成因和机理等，可以有多种分类。按裂纹形成的条件，可分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹。其产生的主要原因有①焊件及焊条内硫、磷等杂质超标；②焊接熔池中存在低熔点杂质，由于这些杂质熔点低，结晶凝固最晚，凝固后的塑性和强度又极低；③收弧过于突然；④焊钢的淬硬性；⑤焊缝根部塑性的影响；⑥应力的影响等。
防治措施
合理选用焊接规范，严格控制焊接工艺参数；选择适当的焊接电压、焊接电流；限制或减小硫、磷等有害元素的含量；选用焊接工艺性好、符合标准要求的焊条；保持焊接材料的干燥和清洁；焊前预热和焊后热处理；合理的焊缝设计及次序；适当提高焊缝形状系数，尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹。
2.2.6焊瘤
焊瘤是指在焊接过程中金属流溢到加热不足的母材或焊缝上，未能和母材或前道焊缝熔合在一起而堆积的金属。这种缺陷使焊缝成型不美观，立焊时有焊瘤的部位往往有灰渣和末焊透。管子内部的焊瘤除降低强度外，还减少管内的有效截面。焊瘤产生原因主要熔池温度过高，凝固较慢，在铁水自重作用下下坠形成焊瘤；坡口立焊、搭接立焊中，如焊接电流过大，焊条角度不对或操作手势不当；焊丝和母材的化学成分不匹配等易产生这种缺陷。
防治措施
焊瘤不但影响成形美观，而且容易引起应力集中，焊瘤处易夹渣、未熔合，导致裂纹的产生。一般 熔池下部出现“小鼓肚”时，可利用焊条左右摆动和挑弧动作加以控制；在搭接或帮条接头立焊时，焊接电流应比平焊适当减小，焊条左右摆动时在中间部位走快些，两边稍慢些。焊接坡口立焊接头加强焊缝时，可选用小直径的焊条，并应适当减小焊接电流。
焊接材料选择 和焊接工艺的控制
3.1钢结构焊接工程中所用的焊条、焊丝、焊剂、电渣焊熔嘴、焊钉、焊接瓷环和施焊用的保护气体等必须有出厂质量合格证（质量证明书）等质量证明文件。焊条应符合国标《碳钢焊条》GB/T5117或《低合金钢焊条》GB/T5118的规定和设计要求。
3.2钢结构焊接材料的出厂质量证明书和复试报告的品种、型号、规格及质量、性能及质量应符合设计和国家现行产品标准的规定。
3.3对首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊后热处理等，应进行焊接工艺评定，其结果应符合设计和国家现行产品标准的规定，并根据符合要求的评定报告确定焊接工艺后方可采用。
3.4钢结构焊接工程中，一般采用焊缝金属与母材等强度的原则选用焊条、焊丝、焊剂等焊接材料。
3.5焊条烘焙：焊条、焊剂、药芯焊丝电渣焊渣嘴和焊钉焊用的瓷环等在使用前必须按照产品说明书及有关焊接工艺文件的规定进行烘焙，如说明书无特殊规定时，对酸性焊条根據受潮情况，在温度75～150℃中烘焙1～2h，对碱性低氢型焊条应在温度350～400℃中烘焙1～2h，并方在保温箱内，随用随取。焊条最多烘干2次，禁止反复烘培。
3.6焊条药皮与焊剂的防潮：焊条受潮后易形成焊芯锈蚀及药皮酥松脱落，焊剂易受潮结块，为此焊条、焊丝和焊剂必须有防潮的措施。
3.7焊丝的表面质量：焊丝的直泾、表面均匀性、油污、锈蚀等表面质量，会直接影响焊缝质量，因此对表面质量要严格控制。
3.8焊剂防污染：焊剂被锈垢、氧化铁皮和油脂等污染，会影响焊缝，应采取措施防止焊剂被污染。
3.9保护气体的纯度：焊接用的保护气体CO2应有较高的纯度，其中CO2≥99.5%；O2＜0.1%；H 2 O＜1.22g/m3。
3.10组装质量和焊缝区复查：施焊前焊工应复查钢结构的组装质量和焊缝区的处理情况如不符合要求，应修整合格后方能施焊。
3.11施焊前要清除焊缝边缘的铁锈、氧化皮、油污等和去除由于机械切割，熔化切割所产生的毛刺、熔渣、飞溅等。目的是为了保证焊接接头的质量。
3.12焊前预热和焊后热处理：对于需要进行焊前预热或者焊后热处理的焊缝，其预热温度或后热温度应符合国家现行有关标准的规定或通过工艺试验确定，预热区在焊道两侧，每侧宽度均应大于焊件厚度的1.5倍以上，应不小于100mm；后热处理应在焊后立即进行，保温时间根据板厚，按每25mm板厚1h确定。
3.13多层焊接：多层焊接应连续施焊，其中每一道焊道焊完后应及时清理，如发现有影响质量的缺陷，必须清除后再焊。
3.14焊缝裂纹：焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应申报焊接技术负责人查清原因，订出修补措施后，方可施焊。
3.15焊接引弧：严禁在焊缝区以外的母材上打火引弧，在坡口内引起弧的局部面积应熔焊一次，不得留下弧坑。
3.16无损检测间隔时间：碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度、低合金钢应在完成焊接24h后进行焊接无损检测检验。
结束语
通过对钢结构焊接质量缺陷产生的原因的分析，联系多年的实践项目，归纳出部分实践性防止措施，以期为提高钢结构的焊接质量提供一定的借鉴。
关键词：钢结构焊接；问题；影响因素；预防措施；控制方法
Abstract: with the development of social economy, the construction industry, machinery processing and welding steel structure is more and more highlights its universality and superiority. In steel structure welding process, the overall dimensions, welding position, welding technology, and many other factors, there will be a problem such as welding deformation, welding defects, these problems seriously affect the quality of the weldment. This article mainly aimed at the reasons affecting the quality of welding in the welding steel structure and the influencing factors of welding deformation, summing up the experience of working in put forward the corresponding prevention measures and treatment methods. To the production of steel structure for the enterprise provides some methods and basis for improve the welding quality.
Key words: steel structure welding; The problem; Influencing factors; Preventive measures; Control method
中图分类号：P755.1文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
概述：钢结构一般由钢板、型钢经气割、组装、焊接等工序来完成。有的钢结构焊缝长达几米或十几米，焊缝要求焊透，射线或超声波检查质量，平、立、横、仰各种位置的焊接都有，结构件出现挠曲变形、板件的波浪变形等，因此了解和掌握焊接原理及引起焊接变形的原因以便及时采取相应的措施将变形降到最低以保证焊接工件或结构的质量。
焊接方法的分类：熔化焊接、固相焊接、纤焊。钢结构生产加工企业主要采用熔化焊接电弧焊焊接方式：手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊、埋弧焊等。
焊接缺陷的分类及其预防措施：
2.1焊接缺陷主要分内部缺陷和外部缺陷兩种。
2.2外部缺陷主要是从外观上来判定焊缝的缺陷种类，主要有咬边、焊瘤、凹陷、电弧擦伤、裂纹。
2.2.1咬边
咬边是在焊缝两侧发生将母材部分溶化，造成沿焊趾的沟槽或凹陷。产生咬边的原因是焊接不规范，操作手法不当，如焊接电流太大、电弧过长、运条角度不当、停留时间不当、焊机轨道不平等均可产生咬边。咬边处会造成应力集中，降低结构承受动荷的能力和降
低疲劳强度。
防治措施
正确选择焊接电流，要注意焊接速度不宜过高；掌握正确运条手法，随时控制焊条角度和电弧长度；焊机轨道要平整，焊条角度适当等，可有效预防咬边。
2.2.2气孔
气孔是指在焊接时, 焊缝表面和内部因熔池中的气泡未逸出而形成的圆形或洞形空穴。焊接气孔的成因主要有焊件未清洁表面的油、污、锈、垢及氧化膜；焊条受潮或质量不好；焊接现场环境恶劣；电弧太长，电弧保护失效；保护气体不纯；焊丝和母材的化学成分不匹配等原因，使焊接后吸附或自产生的气体来不及排出而形成气孔。
防治措施
为有效预防气孔产生：①要控制气体来源。如焊条除潮，清理焊件表面的油、污、锈、垢及氧化膜；②加强防护，如防风防雨；③正确选用符合国家标准的焊条，和母材相匹配；④选择低氢焊条时采用直流反接法进行焊接；⑤严格按焊接工艺规程和运条方式。
2.2.3夹渣
夹渣是残留在焊缝中的熔渣或其他非金属夹杂物，其形状多数呈不规则状，易产生在坡口边缘、焊道形状突变等处。夹渣的成因主要有运条不当，熔池内各组分分不清；焊件上或坡口内油、污、锈等未清理干净，特别是在多层焊时；熔池温度低，焊速太快；电弧过长或极性不正确；埋弧焊封底时,焊丝位置偏离。
防治措施
防止夹渣应选择合理的焊接规范及坡口尺寸；适当增大焊接电流，必要时把电弧缩短，同时增加停留时间，对融化金属盒熔渣加热充分；视情况调整焊条角度和运条方法；彻底清理坡口及焊层间的熔渣，将凹凸处铲平；正确选择母材和焊条，降低焊渣的熔点和粘度。
2.2.4未焊透
未焊透指焊接时母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象，常出现在单面焊的坡口根部及双面焊的坡口钝边，多呈不规则形状。未焊透减少了焊缝的有效面积，使接头强度下降，严重降低焊缝的疲劳强度；另外，未焊透引起的应力集中所造成的危害，往往比强度下降的危害大的多；未焊透可能成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原因。未焊透的成因主要有焊接规范选择不当，焊接速度过快，金属来不及熔化，破口角度过小，钝边过大或对口间隙过小，手工焊接时电流太小，运条速度太快，使熔深减小，造成未焊透。
防治措施
使用较大电流来焊接是防止未焊透的基本方法。当焊角焊缝时，用交流代替直流以防止磁偏吹，合理设计坡口并加强清理，用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的产生。超过标准的未焊透缺陷应采用碳弧气刨去有缺陷的焊缝，用手工焊进行补焊消除。
2.2.5 焊接裂纹
焊接裂纹是焊接后焊口在冷却过程产生的热应力超过材料强度所导致的裂纹，是焊接件中最常见的一种严重缺陷。焊接裂纹不仅发生于焊接过程中，有的还有一定潜伏期，或者产生于焊后的再次加热过程中。焊接裂纹根据其部位、尺寸、成因和机理等，可以有多种分类。按裂纹形成的条件，可分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹。其产生的主要原因有①焊件及焊条内硫、磷等杂质超标；②焊接熔池中存在低熔点杂质，由于这些杂质熔点低，结晶凝固最晚，凝固后的塑性和强度又极低；③收弧过于突然；④焊钢的淬硬性；⑤焊缝根部塑性的影响；⑥应力的影响等。
防治措施
合理选用焊接规范，严格控制焊接工艺参数；选择适当的焊接电压、焊接电流；限制或减小硫、磷等有害元素的含量；选用焊接工艺性好、符合标准要求的焊条；保持焊接材料的干燥和清洁；焊前预热和焊后热处理；合理的焊缝设计及次序；适当提高焊缝形状系数，尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹。
2.2.6焊瘤
焊瘤是指在焊接过程中金属流溢到加热不足的母材或焊缝上，未能和母材或前道焊缝熔合在一起而堆积的金属。这种缺陷使焊缝成型不美观，立焊时有焊瘤的部位往往有灰渣和末焊透。管子内部的焊瘤除降低强度外，还减少管内的有效截面。焊瘤产生原因主要熔池温度过高，凝固较慢，在铁水自重作用下下坠形成焊瘤；坡口立焊、搭接立焊中，如焊接电流过大，焊条角度不对或操作手势不当；焊丝和母材的化学成分不匹配等易产生这种缺陷。
防治措施
焊瘤不但影响成形美观，而且容易引起应力集中，焊瘤处易夹渣、未熔合，导致裂纹的产生。一般 熔池下部出现“小鼓肚”时，可利用焊条左右摆动和挑弧动作加以控制；在搭接或帮条接头立焊时，焊接电流应比平焊适当减小，焊条左右摆动时在中间部位走快些，两边稍慢些。焊接坡口立焊接头加强焊缝时，可选用小直径的焊条，并应适当减小焊接电流。
焊接材料选择 和焊接工艺的控制
3.1钢结构焊接工程中所用的焊条、焊丝、焊剂、电渣焊熔嘴、焊钉、焊接瓷环和施焊用的保护气体等必须有出厂质量合格证（质量证明书）等质量证明文件。焊条应符合国标《碳钢焊条》GB/T5117或《低合金钢焊条》GB/T5118的规定和设计要求。
3.2钢结构焊接材料的出厂质量证明书和复试报告的品种、型号、规格及质量、性能及质量应符合设计和国家现行产品标准的规定。
3.3对首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊后热处理等，应进行焊接工艺评定，其结果应符合设计和国家现行产品标准的规定，并根据符合要求的评定报告确定焊接工艺后方可采用。
3.4钢结构焊接工程中，一般采用焊缝金属与母材等强度的原则选用焊条、焊丝、焊剂等焊接材料。
3.5焊条烘焙：焊条、焊剂、药芯焊丝电渣焊渣嘴和焊钉焊用的瓷环等在使用前必须按照产品说明书及有关焊接工艺文件的规定进行烘焙，如说明书无特殊规定时，对酸性焊条根據受潮情况，在温度75～150℃中烘焙1～2h，对碱性低氢型焊条应在温度350～400℃中烘焙1～2h，并方在保温箱内，随用随取。焊条最多烘干2次，禁止反复烘培。
3.6焊条药皮与焊剂的防潮：焊条受潮后易形成焊芯锈蚀及药皮酥松脱落，焊剂易受潮结块，为此焊条、焊丝和焊剂必须有防潮的措施。
3.7焊丝的表面质量：焊丝的直泾、表面均匀性、油污、锈蚀等表面质量，会直接影响焊缝质量，因此对表面质量要严格控制。
3.8焊剂防污染：焊剂被锈垢、氧化铁皮和油脂等污染，会影响焊缝，应采取措施防止焊剂被污染。
3.9保护气体的纯度：焊接用的保护气体CO2应有较高的纯度，其中CO2≥99.5%；O2＜0.1%；H 2 O＜1.22g/m3。
3.10组装质量和焊缝区复查：施焊前焊工应复查钢结构的组装质量和焊缝区的处理情况如不符合要求，应修整合格后方能施焊。
3.11施焊前要清除焊缝边缘的铁锈、氧化皮、油污等和去除由于机械切割，熔化切割所产生的毛刺、熔渣、飞溅等。目的是为了保证焊接接头的质量。
3.12焊前预热和焊后热处理：对于需要进行焊前预热或者焊后热处理的焊缝，其预热温度或后热温度应符合国家现行有关标准的规定或通过工艺试验确定，预热区在焊道两侧，每侧宽度均应大于焊件厚度的1.5倍以上，应不小于100mm；后热处理应在焊后立即进行，保温时间根据板厚，按每25mm板厚1h确定。
3.13多层焊接：多层焊接应连续施焊，其中每一道焊道焊完后应及时清理，如发现有影响质量的缺陷，必须清除后再焊。
3.14焊缝裂纹：焊缝出现裂纹时，焊工不得擅自处理，应申报焊接技术负责人查清原因，订出修补措施后，方可施焊。
3.15焊接引弧：严禁在焊缝区以外的母材上打火引弧，在坡口内引起弧的局部面积应熔焊一次，不得留下弧坑。
3.16无损检测间隔时间：碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度、低合金钢应在完成焊接24h后进行焊接无损检测检验。
结束语
通过对钢结构焊接质量缺陷产生的原因的分析，联系多年的实践项目，归纳出部分实践性防止措施，以期为提高钢结构的焊接质量提供一定的借鉴。