焊接電流對低密度鋼性能的影響

于長彪

摘? 要：現(xiàn)如今，我國的經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，社會在不斷進(jìn)步，為研究不同焊接對低密度鋼的金相組織、顯微硬度、切應(yīng)力及拉伸性能的影響，用200、190、185A3種電流焊接低密度鋼。結(jié)果表明：焊接越小，晶粒越細(xì)，對組織影響越大，熱影響區(qū)晶粒增大;顯微硬度最高處為熔合區(qū)，最低處為焊縫區(qū);顯微硬度隨焊接增大先增大后減小;焊接為190A時，切應(yīng)力最大，為120N，隨結(jié)合寬度增大，切應(yīng)力增大;焊接為190A時焊后力學(xué)性能最好。

關(guān)鍵詞：焊接;低密度鋼;金相組織;顯微硬度

引言

建筑行業(yè)飛速發(fā)展，在一定程度上帶動了低密度鋼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，低密度鋼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也促進(jìn)了低密度鋼焊接工藝的發(fā)展。但是在實際中如果鋼材本身就具有一定的脆性與焊接技術(shù)問題，那么低密度鋼焊接必然會存在一定的缺陷，并且低密度鋼焊接存在缺陷必然會對建筑施工質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，有必要分析研究低密度鋼焊接缺陷對施工質(zhì)量的影響。

1低密度鋼焊接工程與焊接技術(shù)的現(xiàn)狀

建筑低密度鋼現(xiàn)場焊接方式通常有以下幾種：SMAW（手工電弧焊），用于低密度鋼制作中輔助焊縫的焊接和安裝現(xiàn)場焊縫;GMAW（CO2實焊絲氣體保護(hù)焊），用于現(xiàn)場安裝水平焊縫的焊接;SW（栓釘焊），用于勁性構(gòu)件的栓焊和樓承板的穿透焊。

2焊接對低密度鋼性能的影響

2.1焊接缺陷會對結(jié)構(gòu)非脆性破壞造成一定的影響

對于焊接氣孔與夾渣以及不連續(xù)的缺陷，都能造成焊接缺陷的非脆弱性破壞，而且也是比較重要的原因。氣孔缺陷會造成焊接縫的牢固性降低，因此會對焊接結(jié)構(gòu)件的承載能力造成一定影響，出現(xiàn)相應(yīng)的非脆弱性破壞現(xiàn)象。另外，低密度鋼焊接缺陷中的夾渣，也會對工程的使用壽命造成不良影響，如垂直排列的夾渣會影響抗拉強(qiáng)度，而且焊接工作的抗拉強(qiáng)度也會造成焊接工作使用性能的變化。另外還會受到不規(guī)則幾何形狀接縫的影響，使焊接構(gòu)件的承載力得以降低，比如咬邊缺陷。

2.2編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書（WWI）

焊接作業(yè)指導(dǎo)書（WWI）是指導(dǎo)焊工正確地施焊，體現(xiàn)焊接質(zhì)量再現(xiàn)性的文件。其內(nèi)容不僅包括焊接工藝，還包括相關(guān)的加工和操作方法等內(nèi)容。不僅要針對具體產(chǎn)品的具體焊接接頭，還要考慮勞動生產(chǎn)率、勞動保護(hù)和焊工操作方便程度，以及焊接殘余應(yīng)力與變形和焊接缺陷等因素。只有焊接作業(yè)指導(dǎo)書（WWI）才能直接指導(dǎo)施工。（1）編制焊接作業(yè)指導(dǎo)書（WWI）的直接依據(jù)是焊接工藝規(guī)程（WPS），而非焊評報告（PQR），更不是預(yù)焊接工藝規(guī)程（pWPS）。在編制產(chǎn)品焊接工藝規(guī)程時，應(yīng)十分注意焊接線能量的控制，盡量選擇較小的焊接線能量，每個焊接接頭的每個焊道（層）的線能量都不能超過焊接工藝規(guī)程（WPS）中的最大值。（2）充分利用已有的焊評項目用于兩種或兩種以上焊接方法（或焊接工藝）焊接同一焊縫。

2.3試驗方法

試驗前打磨低密度鋼，并用丙酮清洗，去除低密度鋼試驗板表層氧化物與污垢。在3種焊接（200、190、185A）下，用TIG-200型TIG焊機(jī)進(jìn)行半自動TIG焊，用純Ar為保護(hù)氣體（流速為15～20L/min），焊接電壓為25V，焊接速度為120～180mm/min。將試件切割成若干小樣，預(yù)處理后制成金相樣，通過金相顯微鏡進(jìn)行組織觀察。測試硬度，記錄并進(jìn)行比較。測試不同焊接下低密度鋼的最大切應(yīng)力，切應(yīng)力公式：/FD式中F、D分別為最大切應(yīng)力與剪切面積。并對試樣進(jìn)行拉伸試驗。

2.4焊接缺陷對結(jié)構(gòu)脆性破壞的影響

在實際中，焊接結(jié)構(gòu)存在缺陷的地方與結(jié)構(gòu)不連續(xù)的位置，會經(jīng)常由于低密度鋼引起嚴(yán)重的脆性斷裂破壞。在低密度鋼焊接的過程中，低密度鋼發(fā)生脆性斷裂的最重要原因就是裂紋的出現(xiàn)。相較于其他的焊接缺陷，裂紋的尖銳性更加的尖銳。焊接工程操作的過程中，即使是非常微小的裂紋沒有達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，在短時間內(nèi)不會出現(xiàn)脆性斷裂，但是時間一長，在使用的時候裂紋就會越來越大，進(jìn)而達(dá)到臨界尺寸，直接發(fā)生脆性斷裂。因此，在使用的過程中就需要定期檢查低密度鋼。在檢查的過程中如果發(fā)現(xiàn)微小的裂紋在接近臨界值的時候，就可以采取補(bǔ)救措施。可見，在低密度鋼焊接的時候，缺陷的出現(xiàn)會破壞脆性，而脆性一旦發(fā)生，將會直接造成嚴(yán)重的后果。

2.5影響低密度鋼焊接質(zhì)量的環(huán)境因素

空氣中的溫度、濕度、風(fēng)力都會影響低密度鋼焊接的質(zhì)量。其中，溫度對低密度鋼焊接的影響最大，也很難控制。焊件坡口附近的干凈程度也是影響低密度鋼焊接質(zhì)量的因素之一。（1）低密度鋼焊接時的熱循環(huán)會受空氣溫度的直接影響，包括焊接熔池冶金化學(xué)反應(yīng)程度、焊縫和熱影響區(qū)金相組織轉(zhuǎn)變、合金元素和應(yīng)力的分布，從而最終影響焊接接頭的質(zhì)量。（2）水分中的氫元素會直接影響焊接接頭的脆性轉(zhuǎn)變和延遲裂紋的情況，從而影響焊接的質(zhì)量，從安全層面上來說風(fēng)險很大。所以，空氣中的空氣濕度對焊接質(zhì)量的影響至關(guān)重要。（3）焊接區(qū)域空氣的流速會影響焊接電弧的形態(tài)和保護(hù)氣體，從而影響焊接工藝的穩(wěn)定性，這是風(fēng)力影響。（4）焊接前坡口附近的雜物包括水分、油漆、鐵銹等，在焊接時受到加熱就會參與冶金反應(yīng)，改變原先設(shè)定好的正常比例的化學(xué)反應(yīng)成分和元素含量，可能使焊接接頭出現(xiàn)缺陷。

2.6對氣孔缺陷的預(yù)防

所謂氣孔缺陷，主要是在焊接過程中，金屬高溫吸收與產(chǎn)生的氣泡，而在凝固過程中，不能完全逸出，并且殘留在焊縫金屬內(nèi)形成的氣孔。作為比較常見的氣孔形式，不但會在焊縫內(nèi)部與根部出現(xiàn)，也會在焊縫表面出現(xiàn)。而對于氣孔缺陷的預(yù)防措施，可以通過對操作技能的提升，可以預(yù)防保護(hù)氣體給送的中斷。在焊接前需要對母材與焊絲表面的油污、鐵銹等進(jìn)行仔細(xì)清理，需要進(jìn)行合理預(yù)熱，使水分得以去除。

2.7形成焊評報告（PQR）

焊評報告（PQR）是記錄驗證試驗數(shù)據(jù)和檢驗結(jié)果并對預(yù)焊接工藝規(guī)程（pWPS）進(jìn)行評價的報告。其數(shù)據(jù)是預(yù)焊接工藝規(guī)程（pWPS）實施過程中所形成的焊接記錄、性能試驗數(shù)據(jù)的真實記錄，不能進(jìn)行任何的放大或縮小，要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求判斷試樣性能指標(biāo)的符合性。如果合格，可將焊評報告（PQR）整理成具有指導(dǎo)意義的焊接工藝規(guī)程（WPS），否則找出原因后從頭開始，直至合格。焊接線能量是由焊接熱源輸入給單位長度焊縫的能量，為補(bǔ)加因素。它的考核是焊評報告（PQR）的核心。應(yīng)按照式（1）計算：q=k×I×U×60/v式中，k為熱效率，焊接方法不同，k值不同;q為線能量，J/cm;U為電弧電壓，V;I為焊接，A;v為焊接速度，cm/s。焊評報告（PQR）應(yīng)按焊接記錄中實際焊接、電弧電壓和焊接速度記載，其中的焊接、電弧電壓是一個較小的范圍值。即使同一焊接方法施焊試件，由于打底焊、填充焊和蓋面焊所用焊條（絲）直徑不同，各道焊接線能量的大小各不相同，計算時，選擇該道（層）焊接、電弧電壓的最大值和焊接速度的最小值計算，該焊接接頭的線能量取各道線能量的最大值，但在沖擊試樣時，應(yīng)使沖擊試樣缺口通過最大線能量的所在的焊道部位。

結(jié)語

1）用200、190、185A3種焊接焊接低密度鋼，焊接越大，其同一特征區(qū)HAZ晶粒越大。2）3種焊接中，低密度鋼各特征區(qū)域的硬度與焊接成反比，焊接越大則顯微硬度越低。3）隨焊接增加，低密度鋼的切應(yīng)力先增加后減小。4）3種焊接中，190A焊接焊接后獲得的抗拉強(qiáng)度與伸長率最大。

參考文獻(xiàn)

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