从“鸟巢”钢结构焊接工程看钢结构焊接技术发展趋势

1、从“鸟巢”钢结构焊接工程看钢结构焊接技术发展趋势 前言从“鸟巢”钢结构焊接工程看钢结构焊接技术发展趋势戴为志 建筑钢结构具有自重轻、建设周期短、适应性强、外形丰富、维护方便等优点，其应用越来越广泛。从 20 世纪 80 年代以来，中国建筑钢结构得到了空前的发展，2005年，我国已成为世界上最大的产钢国和用钢国，年钢铁消耗量已突破 3 亿吨，而其中钢结构的产量高达 1.4 亿吨，包括了能源、交通及基础设施建设等的钢结构产业已成为国民经济建设的支柱。建国以来，我国钢结构经历了困难期、低潮期、发展期、成熟期四个阶段。目前、我国的钢结构进入了成熟期。进入成熟期的主要标志就是“鸟巢”钢结构焊接工程顺利竣

2、工，这一项世纪工程的顺利建成，极大地推动了我国的施工技术和钢铁产业的飞速发展，标志我国的施工技术和钢铁产业进入世界先进行业。与此同时一大批设计新颖、用料考究的钢结构工程应运而生。使我国钢结构产业出现了欣欣向荣、蓬勃发展的大好局面。本文以“鸟巢”钢结构焊接工程中焊接技术为主要线索，来阐述钢结构工程的发展趋势，供参考。一、我国建筑钢结构焊接工程中的典型工程到目前为止，我国已建成 60 多幢高层焊接钢结构建筑；大跨度空间钢结构已在各种体育馆、展览中心、大剧院、候机楼、飞机库和一些工业厂房中应用；桥梁钢结构方兴未艾；钢结构住宅在我国经过近几年的深入研究和开发后，也已进入一个新的发展阶段。图一、2006

3、 年 6 月“鸟巢”全景植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站图二、中央电视台大楼图三、香港昂船洲大桥植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站图四、上海环球金融中心植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站图五、北京首都机场新航站楼建筑钢结构设计愈来愈先进、施工技术愈来愈成熟，使建筑钢结构形成了以下特点：外观上，结构形状新颖独特，标新立异，不与人雷同，体现了这个时代个性张扬的特点；材料的选用上，趋向于越来越多的使用高强度、大厚度钢材，而且随着材料制造工

4、艺水平的不断提高，铸钢、奥氏体不锈钢、复合钢板也得到越来越多的应用。规模上，越来越多的超高层、大跨度世界级超大规模建筑在国内诞生；表一、表二、表三介绍了部分典型的建筑钢结构焊接工程，充分说明了建筑钢结构已经步入了兴旺发达的成熟期。植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站表一、高层钢结构工程序号工程名称地点高度/m 层数用钢量/万 t 结构简介中央电视台新台址工程主楼由两座塔楼、裙房、及基座组成，两层塔楼呈倾斜状，分别为 51层、44层，总建筑面积40 万1 中央新台址大楼北京上2 环球金融中心海3 北京电视中心综北236 51 492 101 1

5、1-12 5.8 m2，顶部通过 14 层高的悬臂结构连为一体，悬挑70m，从侧面看呈扭曲的 z 字形，为世界上单体钢结构用钢量最大的建筑物。本工程主楼高 492m，地上 101层，为世界第二高楼，总建筑面积 377300m2，钢结构总用量57744t。主体结构为钢骨及钢筋混凝土混合结构。位与周边的巨型结构和中心核心筒是塔楼受力体系的核心部分。该工程0.00以上部分结构采用钢结构框架-支撑结构体系，是 一 个 截 面 尺 寸 为67.0m 61.0m，高约 227m 的立型巨型框架结构。整个结构是在建筑合业务楼京236 42 4 的四角布置 4 个巨型“l”复合巨型柱，巨型柱之间用巨型钢桁架相

6、连，组成巨型桁架-支撑体系。该工程总用钢量约为4万 t。北京新保利大厦为钢框架 -混凝土筒体混合结构，其悬挂式刚结构吊楼和点式双向柔索玻璃幕墙全部采用预应力钢缆固定，钢缆直径近 260mm，为民4 北京新保利大厦北京105 24 1 用建筑中首次应用。钢结构采用 卢 森 堡 阿 赛 罗 公 司 生 产 的astm a913 gr60 （ 相 当 于q420 钢）h 型钢结构件（翼板板 厚125mm ， 腹 板 板 厚78mm），这也是高强钢在国内建筑钢结构中的首次应用。植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长序号中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站表二大跨度空间钢结构工程平面尺寸工

7、程项目结构简介/mm 北京国家体育场（“鸟巢”）是北京“2008”奥运会主会场，其地面以上的平面呈椭圆形，长轴最大尺寸 323.3m、短轴最大尺寸 296.4m；建筑屋盖顶面为双向圆弧构成的鞍形曲面，最高点高度为 68.5m，最低点为 42.8m；屋盖中部的洞口长度为 190m，宽度为 124m，宽度为 124m；其放射状混凝土框架结构与环绕1 2 3 北京国家体育场北京国家大剧院北京国家游泳中心332296 212143 176176 他们并形成主屋盖的空间钢结构完全分离。空间钢结构由 24 榀门式桁架围饶着体育场内部碗状看台区旋转而成，与顶面和立面交织形成体育场整体的“鸟巢”造型，可容纳观

8、众 9.1 万人，用钢 4.19 万 t，国家体育场钢结构工程中采用 q460e-z35 厚板为舞阳钢厂生产的产品，厚度可以达到 110mm，在国内建筑钢结构工程应用，尚属首例。北京国家大剧场主体建筑由外部围护结构和内部歌剧院、音乐厅、戏剧院和公共大厅和配套用房组成。外部围护结构为钢结构壳体，呈半椭球形，其东西长轴为 212.20m，南北短轴为 143.64m。建筑总高度为 46.285m，地下最深处为-32.50m，用钢6950t，总建筑面积约为 16.5 万 m2，是世界上最大的穹顶建筑。椭球形屋面主要采用钛金属板，中部为渐开式玻璃幕墙，网壳面积为 3.5 万 m2，没有立柱，全靠148根

9、弧形钢量承重，主桁架由60mm 厚钢板组焊而成。北京国家游泳中心（“水立方”），建筑总体布置 为 正 方 型 ， 平 面 尺 寸 为176.5389m 176.5389m，建筑外立面由新型多面体空间钢结构和etfe冲气膜组成，就象一个经营剔透的水晶体，建筑高度约31m，钢屋盖最大跨度为 130m，可容纳观众 1.7 座。该工程结构相当复杂，杆件、节点种类数量繁多，全部 采用 焊接 连接 ，钢 材材 质为q345c和q420c，总用钢量约 7200t。北京首都机场新航站站楼；扩建后的年旅客吞吐量可达 6000 万人次，创造北京：“国门”4 北京首都机场新航站楼的新形象，扩建后的功能面积达 67

10、万 m2，总投资约 250 亿元植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站表三大跨度代表性钢桥序号1 2 3 桥名上海卢浦大桥南京长江三桥苏通长江大桥主跨长/m 550 648 1088 建造年代2003 2005 在建结构简介钢拱桥国内第一做钢塔钢箱梁双索面五跨连续斜拉桥，主桥采用半漂浮体系结构，其跨径布置为 63+257+648+257+63 1288m。本桥主要材质为 q345d 和 q370qd 钢双塔双索面斜拉桥，总长8206m，主跨度1088m，为世界第一大跨度斜拉桥，两边跨分 别 设 置 三 个 桥 墩 ， 其 跨 径 为100+10

11、0+300+1088+300+100+100 2088m 。本桥主要材质为 q345dq和 q370qd 钢，总重为 5 万 t。4 舟山西堠门大桥1650 5 武汉天兴洲长江504 在建世界第二大跨度钢悬索桥钢桁梁斜拉桥，为世界最大公铁桥用桥，下在建大桥层为可并行四列火车的铁道。本桥为特大钢箱梁（双箱分离式）斜拉桥（双三车道双索面），全长 1600m，主跨 1018m，6 香港昂船洲大桥1018 在建是目前世界跨度第二大斜拉桥，钢结构总重3.5 万 t，钢板主要材质为 s420m 和 s420ml高强度结构钢焊接，作为构建钢结构的一种主要的连接方法，在建筑钢结构中发挥了重要的作用。据统计，约

12、50以上的钢材在投入使用前需要经过焊接加工处理。因此，焊接水平的提高是实现钢结构技术快速发展的关键所在。二、从“鸟巢”钢结构焊接工程看建筑钢结构焊接技术的发展方向建筑钢结构焊接方式通常有以下几种：1、smaw（焊条电弧焊），主要用于钢结构制作中辅助焊缝的焊接；2、saw（埋弧焊），主要用于钢结构制作中主焊缝的焊接工作；3、gmaw（co2实焊丝气体保护焊），主要用于现场安装工程、制作工程的主、次焊缝的焊接；4、fcaw-g（co2药芯焊丝气体保护焊），主要用于现场安装工程、制作工程主,次焊缝的焊接；5、电渣焊（esw），主要用于 box 构件筋板的焊接；6、栓钉焊（sw），主要用于劲性构件的栓

13、焊和楼层板的穿透焊。“鸟巢”钢结构焊接工程中全部采用了上述方式，在现场的安装工程中主要采用了以下 14 种技术：植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站1q460-z35 焊接性试验研究新技术2 大规模采用电加热预（后）热技术；3、厚板采用 smaw-gmaw-fcaw-g 复合新工艺技术；4、大面积采用仰焊技术；5、gmaw、fcaw-g 大流量防风技术；6、钢结构低温焊接技术； 7、铸钢及其异种钢焊接技术；8、防止冷、热裂纹技术； 9、层状撕裂防止和处理技术； 10. 特殊焊缝处理技术11、焊接机器人（fcaw-ss）焊接技术的应用12、 钢

14、筋 t 型焊接接头压力埋弧焊新工艺13、复杂钢结构应力应变控制技术。14、特殊钢结构合拢技术；“鸟巢”钢结构焊接工程所用的 14 项焊接技术是十分典型的，基本代表了建筑钢结构焊接技术的发展方向，以此为线索，来阐述建筑钢结构焊接技术的发展，找出其中带方向性和规律性的东西，供工作中参考。（一）、新钢种焊接性试验将是建筑钢结构焊接工程中的重点和难点2004 年，低合金高强钢 astm a913 gr60 相当于 q420 在北京新保利大厦工程成功使用，经过两年的发展，目前，国内已有数个钢结构工程使用高强钢，如国家体育场（鸟巢）使用国产 q460e-z35 钢，最大板厚 110mm，国家游泳中心（水立

15、方）工程使用国产 q420c 钢，中央电视台新台址工程更是使用了 q390d、q420d-z25、q460e-z35 级别钢，高强钢在建筑钢结构中的广泛应用，带动了高强钢焊接技术的发展。1、q460-z35 钢焊接性试验研究的技术路线据查：q460-z35 钢在我国第一次大规模生产和应用，也是世界首次使用厚度为 110mm，总重为 750t 的工程；因此焊接性试验方法具有极大的推广应用价值，特别是在我国新钢种不断出现的今天，应当引起我们的高度重视。图六所示：q460-z35 钢焊接性试验的技术路线，分别进行了间接焊接性试验，直接焊接性试验。该技术路线为新钢种焊接性试验提供了有益的经验。植根行业

16、，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站q460ez35 焊接性试验技术路线的确定间接试验法shcct ceg pcm y 分析归纳整理y 图 4 q460ez35 焊接工艺规程直接试验法1、 热切割2、 热矫正3、 斜 y 试验（常、低温）4、 最高硬度 hv 试验5、 插销试验焊接刚性试验（含焊接工艺评定）n 图六、q460-z35 钢焊接性试验的技术路线根据国际惯例，新钢种焊接性试验研究应当由生产厂家和研究机关来承担，而在我国没有明确的规定。因此 q460-z35 钢的焊接性试验研究工作由施工单位承担，这是首例，根据我国国情，这种现象恐怕要延长很长

17、时间，所以说：新钢种焊接性试验研究可能会成为建筑钢结构焊接工程中的重点和难点。植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站2、新一代高强钢种焊接性试验研究工作将成为工程必须进行的技术工作由于钢结构体系设计的需要，采用了新一代高强钢种，这些钢种同传统钢种同传统钢种有很大的区别，掌握和研究新钢种的焊接性是一件十分重要和困难的工作，因此采用新工艺、新的运条手法进行施焊势在必行，否则将绐工程带来损失。建筑钢结构用高强钢性能获得途径;：合金强化；组织强化（如淬火+回火）；控轧控冷工艺 tmcp ；淬火+自回火控制轧制（qst）。1 、 连铸或连铸连轧工艺的应用

18、 目前各大钢厂已全部采用连铸或连铸连轧工艺代替钢锭浇铸，并施加电磁搅拌技术，使得过去钢板的偏析与夹层缺陷已经基本绝迹。.2、冶炼技术得到大幅度的提高铁水预处理、复合吹炼、炉外精炼等先进炼钢技术的应用，使钢水中的 w s、p、o、n、h 等杂质已大幅度降低。.3、控轧控冷（tmcp）技术的应用控轧指在更低的温度下停轧，拟制高温奥氏体晶粒长大；控冷即轧后立即加快冷却速度，既避免晶粒长大，又提高形核率、产生强韧性更高的细小贝氏体或针状铁素体，通过细化晶粒显著改善钢的强韧性。传统的细晶粒钢其晶粒直径 100m，而 tmcp 钢的晶粒可达到 1050 m，超细晶粒钢的晶粒可达 0.110 m。.4、低合

19、金和微合金高强钢的发展目前用于造船、桥梁、钢结构建筑、压力容器、低温钢、耐热钢、管线钢等都在向“纯净化、低碳、超低碳、微合金化和控轧控冷”方向发展。低合金 合金含量 5 和微合金 微合金元素总量 0.2% 高强钢不仅是我国，也是世界钢铁工业的发展方向。具体特点是：降碳，是为了改善塑性、韧性和焊接性。碳是最主要的强化元素，但会强烈的恶化塑韧性和焊接性。因此，新钢种中都严格控制碳含量，有的甚至达到超低碳水平。微合金化技术通过向钢中加入少量合金元素如 ti、v、nb、al、re等提高强度、改变组织、细化晶粒、净化基体，使钢实现强韧化。高洁净化：通过精炼，清除杂质，净化基体，控制 w s、p、o、n、

20、h 的质量 分数 。钢中杂 质s 、 p 、 o 、n 、 h的总质 量分数 从普 通钢的w s+p+o+n+h 0.025%降到经济洁净钢的 w s+p+o+n+h 0.012%。.5、新一代钢铁材料的发展新一代钢铁材料的特色是：超洁净度、超均匀性、超细晶粒，在不增加甚至在降低碳及合金元素的条件下，强度和寿命提高一倍。超洁净度是指钢中w s+p+o+n+h 0.008%；植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站超细晶粒是指晶粒直径在 0.110 m 之间;超均匀性是指成分、组织、性能的均匀一致，并强调组织均匀的主导地位。任何事物都是“一分为二”

21、的，新钢种也不例外： 碳及合金元素的增加往往会给钢的焊接性带来不利的影响。不同钢种所出现的焊接性问题不一。在合金结构钢中，随着碳及合金元素含量增多，势必会引起接头的脆化、软化及裂纹倾向增大。这些焊接性问题的出现，往往会降低焊接结构安全运行的可靠性，造成焊接结构的早期破坏。 .1 焊接裂纹 微合金控轧控冷钢碳及杂质含量低， c、s、p 等元素得到有效控制，因此焊接时液化裂纹和结晶裂纹倾向很小。但由于在成形焊接和安装过程中存在较大的成形应力或附加应力，特别是在采用多丝大线能量埋弧焊时，由于焊缝晶粒过分长大，出现 c、s、p 局部偏析也容易引起结晶裂纹。 随着强度级别的提高，板厚的增大，仍然具有一定

22、的冷裂纹倾向。线能量小，冷却速度较快，熔敷金属含氢量高，因而会增加冷裂纹的敏感性，强度越高，冷裂问题将越突出。 .2 热影响区的脆化 热影响区的脆化是细晶钢焊接时常常发生的问题，一般所用的线能量越大，脆化倾向越严重。haz 的脆化问题主要有粗晶区（cghaz）脆化、临界热影响区 ichaz 脆化、多层焊时临界粗晶热影响区 ircghaz 脆化、过临界粗晶热影响区脆化 srcghaz 、亚临界粗晶热影响区 scghaz 脆化等。其中，cghaz、ircghaz、和 scghaz 的脆化是微合金钢焊接时最应引起重视的脆化区域。 为防止热影响区的脆化，采用合适的的焊接工艺参数 焊接时通过调整焊接工艺

23、参数，减小高温停留时间，避免奥氏体晶粒长大；采用合适的 t8/5，使 haz获得韧化组织。3.由于新一代钢铁材料晶粒极度细化，焊接时面临的严重问题是焊缝的强韧化、热影响区晶粒长大等问题。焊缝金属的强韧化焊缝金属主要是通过合金化控制焊缝的组织实现强韧化。对 400mpa 级细晶钢，只要通过调整焊缝组织使其获得针状铁素体即可获得理想的强韧性，这对建筑钢结构而言，已经是足够的了。热影响区的晶粒长大倾向对于超细晶粒钢，焊接时均会出现严重的晶粒长大倾向。这不仅会造成 haz的脆化，而且还会导致 haz 的软化。 如前所述，无论在理论和实际工作中，对新一代钢种都有一个认识过程，也就是说施工单位在相当长的时

24、期内，都要进行了解和掌握新一代钢种的相关试验植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站研究工作，特别是同新一代钢种相配套的焊接材料的开发研究以及目前焊接材料的配比，也是有一定工作量、一定难度的工作。所以：新一代钢种焊接性试验研究工作将是一项必须进行的重要技术工作。 （二）、同焊接常见裂纹作斗争是焊接技术的长期工作 美国国家标准 ansi/aashto/awsd1.5-96 对建筑钢结构的裂纹有明确的阐述： 当局部应力超过材料极限时，除疲劳裂纹以外的焊缝和母材、裂纹就会在焊缝和母材中产生。裂纹通常与焊缝和母材中缺陷附近应力增大（有关），或者焊件设计引

25、起的木机械缺口附近的应力增大有关，高的残余应力经常存在，而氢脆常常是促使裂纹生成的重要原因，从本质上讲，与焊接有关的裂纹通常为脆性，裂纹边界处很少出现塑性变形。 裂纹可以分冷裂纹和热裂纹，裂纹产生于高温。它们通常在金属熔点附近的温度当金属凝固时形成。冷裂纹（有时称延迟裂纹或氢至裂纹）可能在焊接完成后的数小时甚至几个月才形成，通常与氢脆有关。冷裂纹既沿晶扩展，又穿晶扩展。根据裂纹的方向，它们又可分为纵向裂纹和横向裂纹。所有裂纹都是由拉应力引起，拉应力可以是残余应力、次级应力和作用应力的合力。裂纹的起始和扩展很大程度上受到有应力集中的缺陷存在的影响。 1、纵向裂纹 当裂纹平行于焊缝轴线时，不管它是

26、沿着焊缝的中心线，还是母材的热影响区内，都称为纵向裂纹。采用白动焊工艺的埋弧焊缝中的纵向裂纹，常常与高的焊接速度有关，有时也会因焊缝金属成分的偏析、或者不显露于焊缝表面的大量气孔而恶化。大厚度材料之间的小焊缝中的纵向裂纹往往是高冷却率和高拘束的结果。 2、横向裂纹 横向裂纹垂直于焊缝的轴线。它们可能位于焊缝金属，母材，或两者都有。横向裂纹可能尺寸有限并完全包容在焊缝之中，也可能从焊缝金属扩展人邻近的热影响区并进一步进入非热影响区的母材中。发源于焊缝金属的横向裂纹通常是纵向收缩应力作用于过分硬（脆）的焊缝金属的结果。发源于热影响区的横向裂纹通常是氢至裂纹。 3、弧坑裂纹 弧坑裂纹是形成于弧坑或凹

27、陷处的裂纹，是由不恰当的熄弧引起的。弧坑裂纹是浅的热裂纹，虽然它们可能有其他形状，但通常形成多点的，星状的一簇裂纹。 4、沟式裂纹 沟式裂纹是纵向裂纹，通常位于焊道的中心，这些裂纹通常是（但并非都是）热裂纹。 5、焊趾裂纹 焊趾裂纹通常是冷裂纹。这些裂纹从拘束应力最大的焊趾起源和扩展。焊趾裂纹的启动近似垂直于母材表面，但更确切地是垂直于作用于该部位的拉伸应力，并按残余应力和母材粗糙度的不同而在母材中扩展至不同的深度。 6、根部裂纹 棍部裂纹通常为焊缝根部的纵向裂纹，棍部裂纹一般为冷裂纹。 植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站7、焊道下和热影响

28、区裂纹 焊道下和热影响区裂纹几乎总是形成于热影响区的冷裂纹。这些裂纹通常为短裂纹，但可能联接而形成大得多的连续裂纹。焊道下和热影响区裂纹通常与集中了残余应力的焊缝边界连成一线。当有以下三个要素时，焊道下裂纹和所有其他氢至裂纹可以成为一个严重的问题；敏感的微观组织，高残余应力和氢。 8、发纹 发纹这一术语是用来描述沿原粤氏体晶界的小到中等尺寸的间隙。这种缺陷常见电渣焊和气电焊焊缝。发纹也发生在其它焊缝中，但更容易在电渣焊缝中发现，因为它的原粤氏佑晶粒尺寸大得多。当电渣焊缝承受高拘束并有氢存在时，发纹可能变成一个主要的问题。电渣焊和气电焊焊缝中的发纹通常被约束到焊缝的中心部分，该部分承受凝固时产生

29、的高的残余拉伸应力。发纹既可能是热裂纹，也可能是冷裂纹，不过冷裂纹更为常见。微观发纹这一术语适用于那些非常细小、以致必须经放大才能发觉的间隙。当间隙大到足以用肉眼看到，则使闭宏观发纹这一术语。 在建筑钢结构焊接工程中，由于焊接引起的各种裂纹统称焊接裂纹（包括没有提到的层状撕裂）。焊接裂纹在焊缝金属和 haz 中都可能发生，是焊接凝固冶金和固相冶金过程中产生的最危险缺陷。焊缝裂纹既可能在焊接过程中产生，也可能在焊接完成后的相当时间内产生，有极大的隐蔽性和破坏性，是建筑钢结构焊接工程首先要防范的缺陷之首。 根据以上描述和实践经验的总经验的总结， 建筑钢结构焊接工程中，焊接裂纹的产生主要有三种形式：

30、1、复杂钢结构体系中的热裂纹；2、冷裂纹；3、厚板工程中的层状撕裂。 建筑钢结构焊接工程主要的三种裂纹形式、产生机理、判据、防止方法见表四。建筑钢结构焊接工程焊接裂纹的产生原因很多，涉及到焊接工程的全过程， 涉及到管理和技术两大方面，同时也涉及到管理者和操作工。人的认识水平 物的科学与否的状态决定了这一项工作的长期性，所以、建筑钢结构焊接工程 同焊接裂纹作斗争是一项长期技术工作。 表四、建筑钢结构三大裂纹产生机理、判据、防止措施 裂纹种类 热裂纹 产生机理 1、焊 缝 的 成 型 系 数 太 小 b/h 1（b 是焊缝宽度；h 是焊缝深度，为焊缝成型系数） 2、焊缝稀释率偏大，存在显微偏析和区

31、域偏析； 判据 1、裂纹产生在焊缝上，多数是平行于焊缝并分布在焊缝中间； 2、裂纹方向沿晶间开裂； 3、多数裂纹是在焊接过程中发生。 防止措施 1、选用 s、p 含量低，杂质较少的母材，（0.030.04） 2、选用微合金元素的焊材及碱性焊条的焊剂 3、提高预热温度 to 4、提高焊缝的成型系数 b/h植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站冷裂纹 3、焊 缝 存 在 强 大 的 拉 应力场 4、母材的 s、p 含量偏高，杂质较多； 1、钢材的淬硬倾向 2、焊 接 接 头 的 氢 含 量 及其分布 3、焊 接 接 头 的 拘 束 应 力状态 4、

32、较多产生在坡口窄而深的场合 1、ceq 0.45以上 2、铁素体临界冷却实践 c t8/53、焊缝的hhcr（临界氢含量） 4、临界拘束度小于焊缝拘束度r crrf（焊缝拘束度） 5、冷裂纹敏感指数 pc或 pw p cr临界裂纹敏感指数 6、裂纹一般是在 haz 上，很少在焊缝上 7、裂纹走向沿晶或穿晶 1 5、降低焊接接头的拘束度 1、设计上选用抗冷裂纹性能的好的钢材，尽量选用 ceq；pcm小的钢材。 2、施工时选用低氢和超低氢焊条，和韧性好的焊材 3、严格控制热输入量 4、合理选择预热温度 5、采用合理的后热措施 6、采用 tqc 思想，实现全员、全面、全过程管理； 1、钢 板 内 部

33、 有 分 层 的 非1、裂纹一般在焊趾，板的端面，1、设计正确选用 z 向拉伸性能层状撕裂 金属夹杂物（沿轧制方向） 2、焊 接 接 头 存 在 强 大 的拉应力场 3、一般裂纹产生在厚板，薄板也有发生。 和焊缝 haz 应力集中点 2、裂纹多数成台阶状开裂，也有直线开裂 3、裂纹的走向为穿晶和沿晶，以穿晶为多，层状撕裂危险系数 ltr 判据。 的钢材，杜绝钢材内部沿厚度方向夹杂 2、正确设计焊接接头，防止形成强大的拉应力场； 3、采用合理的焊接工艺规范，和抗裂性能好，强韧性的焊接材4、焊接接头设计不合理。 4、ltr1020 采用 z15 钢，ltr2030 采用 z25 钢，ltr 30

34、采用 z35 钢 （三）、建筑钢结构厚板焊接工程要防“层状撕裂”产生料 随着建筑钢结构设计理念的进步，建筑钢结构以大跨度、大厚度、超高强钢材,夸张、新颖别致的结构体系不断出现，这类钢结构体系（比如：国家体育植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站场“鸟巢”钢结构焊接工程）特殊而复杂，不可避免地出现一些特殊的接头形式，由于钢结构体系设计的需要和设计人员经验不足所致，有的形式是不合理的甚至是错误的，比如：十字和丁字焊接接头的出现增大了产生层状撕裂的可能性。同时由于钢结构体系应力应变状况复杂，焊接接头的钢板 z 向受力增加，同样产生层状撕裂的危险性增加

35、。在强大的拉应力场作用下，有些工程中采用有 z 向性能的钢材、甚至在不厚的钢板上也产生了层状撕裂。作为施工单位、感到责任和压力愈来愈大，在实践经验的集累过程中，具有抗层状撕裂能力的 z 向钢材不能完全抵抗层状撕裂的事实，迫使我们对层状撕裂产生的机理重新思考，对层状撕裂裂纹种类重新认识，因此;对施工工艺重新研究也就势在必行。 层状撕裂之所以危险,主要在它的隐蔽性、破坏性。外观上没有任何迹象，现有的 ndt 技术难以发现。即使发现了，修复起来也很困难，且成本很高.层状撕裂在焊接过程中即可形成，也可以在焊接结束后启裂和扩展，甚至还可以延迟至使用期间才见到层状撕裂，具有延迟破坏的性质。更为严重的是，发

36、生层状撕裂的结构多为大型厚壁结构，如海洋石油平台、核反应堆压力容器、潜艇外壳等，在建筑钢结构焊接工程中是保证整个结构安全运营的受力焊接接头。这些焊接接头因层状撕裂造成的事故是灾难性的。日本坂神、美国洛彬基大地震的钢结构倒塌灾难元凶之一就是层状撕裂。血的教训十分惨痛！ 层状撕裂的另外一种危险性是很难处理断根。当结构运营过程中，应力状态发生改变，特别是应力突然变大时仍然可能再次发生层状撕裂。对此：所有焊接技术工作者应当引起高度的重视！ 在长期同“层状撕裂”作斗争的过程中，形成了一整套应用技术理论防止措施，见表五。 植根行业，助人发展，追求卓越，在行业进步中成长中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户

37、网站表五 层状撕裂启裂源分类及其防止措施 启裂分类 第类 以 焊 根 裂 纹 ,焊趾裂纹为启裂源,沿 hae 发展 的 层 状 撕裂。 第类 以轧制夹层为启裂源,沿 haz发展的层状撕裂。 第类 以轧制夹层为裂 源 , 沿 远 离haz 的 母 材 中成 因 1. 影 响 冷 裂 的因素:pcm、hd、rf； 2.伸长的 mns 夹杂物； 3. 角 变 形 引 起的应变集中。 1.伸长的 mns 夹杂 物 及 硅 酸 盐夹杂物； 2. 拘 束 度 加 大应变时效。 1. 轧 制 的 长 条mns 夹杂物及硅酸盐夹杂物； 措 施 1.同防止冷裂纹的措施； 2.降低钢中的 s的含量,选用 z 向钢

38、； 3.改变接头及坡口 形 式 , 防 止 角变 形 及 应 力 集中。 1.降低钢中的夹杂 物 如 增 加 稀土 ,选用 z 向钢；2.减少拘束度； 3. 采 用 低 氢 焊材； 4.改进接头和坡口形式； 5.堆焊隔离层。 1.选用 z 向钢； 2.减小拘束度； 3.改进接头或坡口形式； 示意图 心发展的层状撕裂。 2.拘束度增加； 4.堆焊隔离层； 3.应变时效。 5.钢板两端机械加工。 （四）、新一代钢种的焊接工艺评定将成为具有否决权的工序 焊接工艺评定是建筑钢结构焊接工程中具有否决权的工序，是建筑钢结构焊接质量保证体系十分重要的工作环节，对保证建筑钢结构焊接工程质量具有十分重要的作用。

39、由于焊接工艺评定的重要性，国内外焊接工程技术管理人员十分重视这一项工作。各国的技术规程、标准，对此作了明确的规定。我国的 jgj81-2002建筑钢结构焊接技术规程第五章对焊接工艺评定作了具体规定，并在建筑钢结构焊接工程中得到认真的贯彻，发挥了极大的作用。不可否认，由于我国建筑钢结构行业发展十分迅速，从事建筑钢结构焊接工中国焊接资讯网中国焊接领域顶级行业门户网站作的队伍愈来愈多，各个队伍的技术水平参差不齐，对焊接工艺评定的认识各有差异，有个别工程焊接工艺评定的工作进行得很不理想，绐工程和单位声誉带来不良的影响。从理论上分析：建筑钢结构焊接工艺评定是以金属焊接性试验的结论为依据。是一项验证性的工

40、作，主要实现两大目的：1、验证所拟定的焊接工艺是否正确这项工作包括通过金属焊接性试验或根据有关焊接性能的技术资料所拟定的工艺，也包括已经评定合格，但由于某种原因需要改变一个或一个以上的焊接工艺参数的工艺。金属焊接性试验制定的工艺也经历了一系列试验，是具有探索性，同时也具有一定的风险性的科研工作，主要任务是研究钢材的焊接性能。由于目的不同、与实际工程相比，焊接条件尚存在一定的差距，需要把实验室的数据变为工程的工艺，因此需要进行检验。2、评价施工单位是否能焊出符合有关要求的焊接接头。焊接工艺评定具有不可输入性，不可以转让。焊接工艺评定必须根据本单位的实际情况来进行。因为焊接质量由“人、机、料、法、环”五大管理要素来决定，单位不同其管理要素也不同，所完成的焊接工艺评定的水平也不同，进而带来的焊接技术也不同。事实上，在进行焊接工艺评定的过程中，有的单位经常有不合格的情况发生，充分证实了这一点。由于新一代钢种同传统钢种有很大的区别，因此：焊接工艺评定就显得格外重要，所以说：“焊接工艺评定”具有否决权。三、焊接机器人（自动焊技术）有可能成为建筑钢结构焊接工程的技术发展的另一个方向 自动焊是一种借助于机械和电气等方法使焊接过程实现自动化、程序化的焊接施工方法。这种自动焊技术对于操作人员的焊接技术水平要求较低，焊接过程中受人为因素的影响小，并且具有焊缝成形美观，焊接过程稳定，焊接效率高