建筑結構鋼焊接頭探討

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一、建筑結構用鋼焊接接頭力學性能非勻質性產生的原因

1.鋼材生產工藝的影響

由于鋼材的抗拉強度和屈服強度是由其本身的碳含量來決定的，所以，要想獲得抗拉強度好、屈服強度好的鋼材，可以通過提高碳含量來得到。但是相應的，由于碳含量的增加，鋼材的可塑性便會下降，這樣必然影響鋼焊接效果。所以，為了提升鋼材的強度，會在冶煉過程中適當加入微量合金元素，這樣便可以得到相對高強度的鋼材。其中對于合金鋼材的處理，有以下幾種方法。

（1）熱軋和正火這種方式是通過對鋼材進行高溫處理，使得鋼材的內部結構元素發生改變，從而將沉淀物進行析出，提高鋼材的韌性和可塑性。

（2）調質處理通常情況下，當合金元素超出過多時，鋼結構的韌性就會下降。所以，在進行熱軋和正火時，也要考慮到鋼材的韌性和強度，對其進行一定的調質處理，把握好合金含量、碳含量之間的關系，從而進一步把握好鋼材強韌性和焊接性。

（3）熱軋控制技術熱軋控制技術可以細化鋼材晶粒，從而提高了鋼材韌性和抗拉強度。但同樣也改變了鋼材結構，會使接頭力學性能發生改變。

2.鋼材焊接過程的影響

焊接是將鋼材的兩部分連接到一塊的過程，這個過程中，焊件的母材和接縫金屬經過高溫高壓進行連接，從而將鋼材連接起來。而由于母材和接縫金屬的材質不同，加上經過熱壓后使得接縫金屬中的晶粒發生了變化，所以會造成鋼焊接接頭力學性能非勻質性。而對于焊接要求更高的高強度鋼材的焊接接頭，在焊接過程中熱壓對其影響更大，因而金屬接縫、焊件母材的化學成分都會發生改變，這就會在不同程度上表現為力學性能非勻質性。另外，接頭的材質也會對力學性能的體現產生影響。在焊接的過程中，為了防止鋼結構在塑性過程中發生變形，常常采用強度大于母材的高匹焊接接頭，而低匹接頭則更傾向于使用在高強度的鋼焊中，以保證接頭的韌性，防止焊接部位發生紋裂或擴展，影響焊接效果。

二、建筑結構用鋼焊接接頭力學性能非勻質性的表現

（1）力學的勻質性是指一種或幾種規定性能有關的組織結構或成分呈現出均勻同一的狀態，從而保證受力作用一樣，維持狀態穩定。而非勻質性則是因為材料結構的不同導致物體受力不一而產生的狀態。非勻質性的特點首先表現在對于鋼材焊接接頭硬度的影響。在進行焊接過程中各區域對比時，可以明顯發現接縫區和熱影響區的硬度要遠遠高于母材區的硬度，而熱影響區的硬度又要高于接縫區的。這是由于熱影響區的含碳量相對較高，所以在焊接過程中碳分子之間的強化作用就較強。另外，熱影響區的組織分布也比較均勻，所以硬度要更加平衡。三個區域因為本身硬度差值，所以在焊接過后，產生的非勻質性表現便會不同。

（2）鋼焊接接頭的力學性能非勻質性還表現在接頭的拉伸性能上。鋼焊接過程中需要經過高溫、高壓處理，在這個過程中，溫度的控制會影響著接頭的拉伸性能。溫度不夠時，無法進行良好的焊接；而溫度太高時，又會使接頭中的殘余物過度，導致韌性的下降。而在真正的焊接過程中，無法利用準確的方法進行火力的控制，這便會導致接頭受熱不同，所表現的拉伸性能不同，力學性能體現也就不同。另外，由于焊接接頭材質的問題不同，也會導致非勻質性表現。如果焊接頭為碳合金鋼，其本身含碳量高、鋼硬度大、所需的焊制溫度就高，但這種高含碳量也很容易表現出脆性。那么，在進行焊接的時候就不能要求溫度過高，否則很容易發生斷裂。這樣的矛盾表現，也是非勻質性表現的一種。

（3）由于焊接技術的不同，會導致焊接接口的結構發生變化，從而會產生鋼焊接接頭的非勻質性表現。焊接接口在經過高溫高壓處理后會發生一系列的化學成分和組織成分的改變，其接口的成分、形貌會直接對接頭的性能產生影響。經過不同的熱處理后，雖然接口的成分都會發生改變，但是每部分的分子深淺及分布均勻程度都會不同，這就從根本上使他們的延展性和韌性發生了改變。在本身結構不同的接口上進行焊接，對接頭產生的力自然就會有所差別，也就形成了接頭的力學的非勻質性。

（4）焊接接頭大致可以分為熱影響區、接縫區和母材區。這三部分中，接縫區組織變化最大，而母材區的組織變化最小，從接縫區到母材區的過度便是熱影響區。由此可以很清楚的了解到，接縫區是最直接經受高溫高壓焊接的部分。所以組織內的分子活躍程度較高，成分變化也較大。而母材區幾乎不受高溫高壓影響，所以組織狀態仍為其初始狀態。由于三部分的不同組織形態、結構，在力的承受方面也就造成了不同，導致鋼焊接接頭體現出力學性能的非勻質性特點。

三、結語

鋼焊接接頭表現的力學性能的非勻質性是隨機的，也是不可避免的。因為鋼材本身材料存在的差異，在不同條件下的焊接工藝、接頭材質、焊接溫度、高壓強度等原因都會對焊接接頭的力學性能產生不同的影響，從而表現出的非勻質性特點也不同。本文通過研究焊接材料、焊接技術、焊接溫度和焊接強度幾個方面，對鋼焊接接頭的力學性能非勻質性特點進行了分析。希望通過簡要分析，能使在進行焊接操作時，盡可能的減少人為方面對于鋼焊接接頭的力學性能的影響，使鋼建筑結構更加穩定。

作者：楊樺單位：遵義光明電力設計咨詢有限公司