現場焊接、火焰切割對鋼材進行焊接會造成以下三種后果：

（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生組織變化。

（3）局部性的高溫使鋼材發生塑性變形，冷卻后存在殘余應力。

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、氣泡和雜質較多，如果延長冷卻過程，可以降低氧的含量，此外采用短弧焊、埋弧焊和氣體保護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.過熱區；2.正火區；3.部分重結晶區

圖 1.1 焊接熱影響區

焊縫金屬氫含量高，當冷卻快時，氫能使焊縫內部出現微觀裂紋（圖1.2），因此受潮的焊條需要烘干，重要的結構還要用低氫型焊條E4315、E4316以及E5015、E5016，以避免出現裂紋。而預熱可使冷卻過程延長，有效減少氧、氫含量，改善焊接性能。《鋼結構焊接技術規范》（GB50661）規定，厚度大于40mm的Q235鋼和厚度大于20mm的Q345鋼，在焊接時需要預熱，并對最低預熱溫度有所規定。

焊弧的熱量使主體金屬有一小部分熔化。鄰近熔化區受到高溫影響的部分叫做熱影響區，如圖1.1所示。過熱區的溫度達到1100℃以上，它的晶粒粗大，強度和硬度提高，塑性和韌性降低，有時會出現韌性很低的針狀組織。正火區是溫度達到900~1000℃的區域，這一區域的力學性能很好，強度、塑性、韌性都比較高。部分重結晶區是溫度達到700~900℃的區域，這一區內晶粒粗細不勻，因此力學性能不太好。采用電弧焊時，熱影響區的寬度并不大，總共不過幾個毫米，一般手工焊時約為6mm，而自動焊時只有2.5~3mm。

不過該區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，有可能出現淬硬現象導致裂紋。所謂淬硬現象就是淬火使鋼材強度提高的同時使得塑性和韌性降低。鋼材的淬硬性取決于它的碳當量CEV。一般來說，鋼材的強度等級越高，碳當量也越高；碳當量越高，越難焊接（如表1.1所示）。當碳當量超過0.38%，尤其是超過0.45%時，必須按照《鋼結構焊接規范》對焊件進行預熱。按照焊接規范要求施焊的結構在熱影響區開裂的情況并不多。

表1.1 鋼結構工程焊接難度等級

由于鋼材焊接時構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力很高，經常達到材料的屈服點，并伴隨著一些殘余變形。在整個截面上拉壓兩部分殘余應力自相平衡。由于構件內力重分布的影響，殘余應力的存在對受拉構件承載力幾乎沒有影響，但是會影響構件的剛度，進而影響構件的穩定承載力。因此焊接殘余變形如果超過《鋼結構工程施工質量驗收標準》的規定時（圖1.3所示），則必須加以矯正，以免影響構件的穩定承載力，甚至讓結構的二階效應變大。

圖 1.3 焊接熱變形引起的構件彎曲

減少焊接殘余應力和焊接殘余變形的措施除了合理的設計焊縫之外，還應采取一定的工藝措施：

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

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

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

鋼板時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造成殘余應力和變形。在此不再贅述。

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