現(xiàn)場(chǎng)焊接、火焰切割對(duì)鋼材進(jìn)行焊接會(huì)造成以下三種后果：

（1）焊縫金屬具有鑄造組織，不同于軋制鋼材。

（2）焊弧的高溫使臨近焊縫的鋼材發(fā)生組織變化。

（3）局部性的高溫使鋼材發(fā)生塑性變形，冷卻后存在殘余應(yīng)力。

焊縫金屬較鋼材碳含量較低，而氮、氧、氫較高（氮、氧的危害詳1.1），且焊縫金屬冷卻快，因而含氧量、氣泡和雜質(zhì)較多，如果延長(zhǎng)冷卻過(guò)程，可以降低氧的含量，此外采用短弧焊、埋弧焊和氣體保護(hù)焊使熔化金屬和空氣更好的隔離，可以不同程度地降低氮、氧含量。

1.過(guò)熱區(qū)；2.正火區(qū)；3.部分重結(jié)晶區(qū)

圖 1.1 焊接熱影響區(qū)

焊縫金屬氫含量高，當(dāng)冷卻快時(shí)，氫能使焊縫內(nèi)部出現(xiàn)微觀裂紋（圖1.2），因此受潮的焊條需要烘干，重要的結(jié)構(gòu)還要用低氫型焊條E4315、E4316以及E5015、E5016，以避免出現(xiàn)裂紋。而預(yù)熱可使冷卻過(guò)程延長(zhǎng)，有效減少氧、氫含量，改善焊接性能。《鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)范》（GB50661）規(guī)定，厚度大于40mm的Q235鋼和厚度大于20mm的Q345鋼，在焊接時(shí)需要預(yù)熱，并對(duì)最低預(yù)熱溫度有所規(guī)定。

焊弧的熱量使主體金屬有一小部分熔化。鄰近熔化區(qū)受到高溫影響的部分叫做熱影響區(qū)，如圖1.1所示。過(guò)熱區(qū)的溫度達(dá)到1100℃以上，它的晶粒粗大，強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)韌性很低的針狀組織。正火區(qū)是溫度達(dá)到900~1000℃的區(qū)域，這一區(qū)域的力學(xué)性能很好，強(qiáng)度、塑性、韌性都比較高。部分重結(jié)晶區(qū)是溫度達(dá)到700~900℃的區(qū)域，這一區(qū)內(nèi)晶粒粗細(xì)不勻，因此力學(xué)性能不太好。采用電弧焊時(shí)，熱影響區(qū)的寬度并不大，總共不過(guò)幾個(gè)毫米，一般手工焊時(shí)約為6mm，而自動(dòng)焊時(shí)只有2.5~3mm。

不過(guò)該區(qū)屬于焊接連接的薄弱部位。如果輸入熱量不大而冷卻速度很快，有可能出現(xiàn)淬硬現(xiàn)象導(dǎo)致裂紋。所謂淬硬現(xiàn)象就是淬火使鋼材強(qiáng)度提高的同時(shí)使得塑性和韌性降低。鋼材的淬硬性取決于它的碳當(dāng)量CEV。一般來(lái)說(shuō)，鋼材的強(qiáng)度等級(jí)越高，碳當(dāng)量也越高；碳當(dāng)量越高，越難焊接（如表1.1所示）。當(dāng)碳當(dāng)量超過(guò)0.38%，尤其是超過(guò)0.45%時(shí)，必須按照《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》對(duì)焊件進(jìn)行預(yù)熱。按照焊接規(guī)范要求施焊的結(jié)構(gòu)在熱影響區(qū)開(kāi)裂的情況并不多。

表1.1 鋼結(jié)構(gòu)工程焊接難度等級(jí)

由于鋼材焊接時(shí)構(gòu)件截面溫度梯度很大，而且存在局部性的塑性壓縮，冷卻后的焊縫及其近旁的母材殘余拉應(yīng)力很高，經(jīng)常達(dá)到材料的屈服點(diǎn)，并伴隨著一些殘余變形。在整個(gè)截面上拉壓兩部分殘余應(yīng)力自相平衡。由于構(gòu)件內(nèi)力重分布的影響，殘余應(yīng)力的存在對(duì)受拉構(gòu)件承載力幾乎沒(méi)有影響，但是會(huì)影響構(gòu)件的剛度，進(jìn)而影響構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。因此焊接殘余變形如果超過(guò)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定時(shí)（圖1.3所示），則必須加以矯正，以免影響構(gòu)件的穩(wěn)定承載力，甚至讓結(jié)構(gòu)的二階效應(yīng)變大。

圖 1.3 焊接熱變形引起的構(gòu)件彎曲

減少焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的措施除了合理的設(shè)計(jì)焊縫之外，還應(yīng)采取一定的工藝措施：

（1）采用合理的施焊次序。例如，鋼板對(duì)接時(shí)采用分段退焊，厚焊縫采用分層焊，鋼板分塊拼接等。

（2）預(yù)加反變形。在施焊前給構(gòu)件一個(gè)與焊接變形方向相反的預(yù)變形，使之在焊接后與焊接變形相互抵消，從而達(dá)到減小焊接殘余變形的目的。

（3）對(duì)于小尺寸焊件，在施焊前預(yù)熱，或施焊后回火。也可采用機(jī)械方法或氧乙炔局部加熱反彎以消除焊接變形。

鋼板時(shí)常用氧氣切割成需要的寬度，火焰切割的高溫和焊縫一樣會(huì)造成殘余應(yīng)力和變形。在此不再贅述。

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