焊接电流对低密度钢性能的影响

于长彪

摘  要：现如今，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，为研究不同焊接对低密度钢的金相组织、显微硬度、切应力及拉伸性能的影响，用200、190、185A3种电流焊接低密度钢。结果表明：焊接越小，晶粒越细，对组织影响越大，热影响区晶粒增大;显微硬度最高处为熔合区，最低处为焊缝区;显微硬度随焊接增大先增大后减小;焊接为190A时，切应力最大，为120N，随结合宽度增大，切应力增大;焊接为190A时焊后力学性能最好。

关键词：焊接;低密度钢;金相组织;显微硬度

引言

建筑行业飞速发展，在一定程度上带动了低密度钢产业的发展，低密度钢产业的发展也促进了低密度钢焊接工艺的发展。但是在实际中如果钢材本身就具有一定的脆性与焊接技术问题，那么低密度钢焊接必然会存在一定的缺陷，并且低密度钢焊接存在缺陷必然会对建筑施工质量产生影响。因此，有必要分析研究低密度钢焊接缺陷对施工质量的影响。

1低密度钢焊接工程与焊接技术的现状

建筑低密度钢现场焊接方式通常有以下几种：SMAW（手工电弧焊），用于低密度钢制作中辅助焊缝的焊接和安装现场焊缝;GMAW（CO2实焊丝气体保护焊），用于现场安装水平焊缝的焊接;SW（栓钉焊），用于劲性构件的栓焊和楼承板的穿透焊。

2焊接对低密度钢性能的影响

2.1焊接缺陷会对结构非脆性破坏造成一定的影响

对于焊接气孔与夹渣以及不连续的缺陷，都能造成焊接缺陷的非脆弱性破坏，而且也是比较重要的原因。气孔缺陷会造成焊接缝的牢固性降低，因此会对焊接结构件的承载能力造成一定影响，出现相应的非脆弱性破坏现象。另外，低密度钢焊接缺陷中的夹渣，也会对工程的使用寿命造成不良影响，如垂直排列的夹渣会影响抗拉强度，而且焊接工作的抗拉强度也会造成焊接工作使用性能的变化。另外还会受到不规则几何形状接缝的影响，使焊接构件的承载力得以降低，比如咬边缺陷。

2.2编制焊接作业指导书（WWI）

焊接作业指导书（WWI）是指导焊工正确地施焊，体现焊接质量再现性的文件。其内容不仅包括焊接工艺，还包括相关的加工和操作方法等内容。不仅要针对具体产品的具体焊接接头，还要考虑劳动生产率、劳动保护和焊工操作方便程度，以及焊接残余应力与变形和焊接缺陷等因素。只有焊接作业指导书（WWI）才能直接指导施工。（1）编制焊接作业指导书（WWI）的直接依据是焊接工艺规程（WPS），而非焊评报告（PQR），更不是预焊接工艺规程（pWPS）。在编制产品焊接工艺规程时，应十分注意焊接线能量的控制，尽量选择较小的焊接线能量，每个焊接接头的每个焊道（层）的线能量都不能超过焊接工艺规程（WPS）中的最大值。（2）充分利用已有的焊评项目用于两种或两种以上焊接方法（或焊接工艺）焊接同一焊缝。

2.3试验方法

试验前打磨低密度钢，并用丙酮清洗，去除低密度钢试验板表层氧化物与污垢。在3种焊接（200、190、185A）下，用TIG-200型TIG焊机进行半自动TIG焊，用纯Ar为保护气体（流速为15～20L/min），焊接电压为25V，焊接速度为120～180mm/min。将试件切割成若干小样，预处理后制成金相样，通过金相显微镜进行组织观察。测试硬度，记录并进行比较。测试不同焊接下低密度钢的最大切应力，切应力公式：/FD式中F、D分别为最大切应力与剪切面积。并对试样进行拉伸试验。

2.4焊接缺陷对结构脆性破坏的影响

在实际中，焊接结构存在缺陷的地方与结构不连续的位置，会经常由于低密度钢引起严重的脆性断裂破坏。在低密度钢焊接的过程中，低密度钢发生脆性断裂的最重要原因就是裂纹的出现。相较于其他的焊接缺陷，裂纹的尖锐性更加的尖锐。焊接工程操作的过程中，即使是非常微小的裂纹没有达到相应的标准，在短时间内不会出现脆性断裂，但是时间一长，在使用的時候裂纹就会越来越大，进而达到临界尺寸，直接发生脆性断裂。因此，在使用的过程中就需要定期检查低密度钢。在检查的过程中如果发现微小的裂纹在接近临界值的时候，就可以采取补救措施。可见，在低密度钢焊接的时候，缺陷的出现会破坏脆性，而脆性一旦发生，将会直接造成严重的后果。

2.5影响低密度钢焊接质量的环境因素

空气中的温度、湿度、风力都会影响低密度钢焊接的质量。其中，温度对低密度钢焊接的影响最大，也很难控制。焊件坡口附近的干净程度也是影响低密度钢焊接质量的因素之一。（1）低密度钢焊接时的热循环会受空气温度的直接影响，包括焊接熔池冶金化学反应程度、焊缝和热影响区金相组织转变、合金元素和应力的分布，从而最终影响焊接接头的质量。（2）水分中的氢元素会直接影响焊接接头的脆性转变和延迟裂纹的情况，从而影响焊接的质量，从安全层面上来说风险很大。所以，空气中的空气湿度对焊接质量的影响至关重要。（3）焊接区域空气的流速会影响焊接电弧的形态和保护气体，从而影响焊接工艺的稳定性，这是风力影响。（4）焊接前坡口附近的杂物包括水分、油漆、铁锈等，在焊接时受到加热就会参与冶金反应，改变原先设定好的正常比例的化学反应成分和元素含量，可能使焊接接头出现缺陷。

2.6对气孔缺陷的预防

所谓气孔缺陷，主要是在焊接过程中，金属高温吸收与产生的气泡，而在凝固过程中，不能完全逸出，并且残留在焊缝金属内形成的气孔。作为比较常见的气孔形式，不但会在焊缝内部与根部出现，也会在焊缝表面出现。而对于气孔缺陷的预防措施，可以通过对操作技能的提升，可以预防保护气体给送的中断。在焊接前需要对母材与焊丝表面的油污、铁锈等进行仔细清理，需要进行合理预热，使水分得以去除。

2.7形成焊评报告（PQR）

焊评报告（PQR）是记录验证试验数据和检验结果并对预焊接工艺规程（pWPS）进行评价的报告。其数据是预焊接工艺规程（pWPS）实施过程中所形成的焊接记录、性能试验数据的真实记录，不能进行任何的放大或缩小，要根据相关标准要求判断试样性能指标的符合性。如果合格，可将焊评报告（PQR）整理成具有指导意义的焊接工艺规程（WPS），否则找出原因后从头开始，直至合格。焊接线能量是由焊接热源输入给单位长度焊缝的能量，为补加因素。它的考核是焊评报告（PQR）的核心。应按照式（1）计算：q=k×I×U×60/v式中，k为热效率，焊接方法不同，k值不同;q为线能量，J/cm;U为电弧电压，V;I为焊接，A;v为焊接速度，cm/s。焊评报告（PQR）应按焊接记录中实际焊接、电弧电压和焊接速度记载，其中的焊接、电弧电压是一个较小的范围值。即使同一焊接方法施焊试件，由于打底焊、填充焊和盖面焊所用焊条（丝）直径不同，各道焊接线能量的大小各不相同，计算时，选择该道（层）焊接、电弧电压的最大值和焊接速度的最小值计算，该焊接接头的线能量取各道线能量的最大值，但在冲击试样时，应使冲击试样缺口通过最大线能量的所在的焊道部位。

结语

1）用200、190、185A3种焊接焊接低密度钢，焊接越大，其同一特征区HAZ晶粒越大。2）3种焊接中，低密度钢各特征区域的硬度与焊接成反比，焊接越大则显微硬度越低。3）随焊接增加，低密度钢的切应力先增加后减小。4）3种焊接中，190A焊接焊接后获得的抗拉强度与伸长率最大。

参考文献

[1] 李宏.建筑低密度钢焊接技术发展趋势研究[J].山西建筑，2015，25：128-129.

[2] 于喜刚，于俊明.体育馆低密度钢工程焊接工艺及质量控制[J].建筑，2015，25（6）：68-72.