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一、建筑結構用鋼焊接接頭力學性能非勻質(zhì)性產(chǎn)生的原因

1.鋼材生產(chǎn)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(nèi)部結構元素發(fā)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(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)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(fā)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(jīng)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(zhì)不同，加上經(jīng)過熱壓后使得接縫金屬中的晶粒發(fā)生了變化，所以會造成鋼焊接接頭力學性能非勻質(zhì)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(fā)生改變，這就會在不同程度上表現(xiàn)為力學性能非勻質(zhì)性。另外，接頭的材質(zhì)也會對力學性能的體現(xiàn)產(chǎn)生影響。在焊接的過程中，為了防止鋼結構在塑性過程中發(fā)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(fā)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(zhì)性的表現(xiàn)

（1）力學的勻質(zhì)性是指一種或幾種規(guī)定性能有關的組織結構或成分呈現(xiàn)出均勻同一的狀態(tài)，從而保證受力作用一樣，維持狀態(tài)穩(wěn)定。而非勻質(zhì)性則是因為材料結構的不同導致物體受力不一而產(chǎn)生的狀態(tài)。非勻質(zhì)性的特點首先表現(xiàn)在對于鋼材焊接接頭硬度的影響。在進行焊接過程中各區(qū)域?qū)Ρ葧r，可以明顯發(fā)現(xiàn)接縫區(qū)和熱影響區(qū)的硬度要遠遠高于母材區(qū)的硬度，而熱影響區(qū)的硬度又要高于接縫區(qū)的。這是由于熱影響區(qū)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(qū)的組織分布也比較均勻，所以硬度要更加平衡。三個區(qū)域因為本身硬度差值，所以在焊接過后，產(chǎn)生的非勻質(zhì)性表現(xiàn)便會不同。

（2）鋼焊接接頭的力學性能非勻質(zhì)性還表現(xiàn)在接頭的拉伸性能上。鋼焊接過程中需要經(jīng)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(xiàn)的拉伸性能不同，力學性能體現(xiàn)也就不同。另外，由于焊接接頭材質(zhì)的問題不同，也會導致非勻質(zhì)性表現(xiàn)。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(xiàn)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(fā)生斷裂。這樣的矛盾表現(xiàn)，也是非勻質(zhì)性表現(xiàn)的一種。

（3）由于焊接技術的不同，會導致焊接接口的結構發(fā)生變化，從而會產(chǎn)生鋼焊接接頭的非勻質(zhì)性表現(xiàn)。焊接接口在經(jīng)過高溫高壓處理后會發(fā)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(chǎn)生影響。經(jīng)過不同的熱處理后，雖然接口的成分都會發(fā)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(fā)生了改變。在本身結構不同的接口上進行焊接，對接頭產(chǎn)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(zhì)性。

（4）焊接接頭大致可以分為熱影響區(qū)、接縫區(qū)和母材區(qū)。這三部分中，接縫區(qū)組織變化最大，而母材區(qū)的組織變化最小，從接縫區(qū)到母材區(qū)的過度便是熱影響區(qū)。由此可以很清楚的了解到，接縫區(qū)是最直接經(jīng)受高溫高壓焊接的部分。所以組織內(nèi)的分子活躍程度較高，成分變化也較大。而母材區(qū)幾乎不受高溫高壓影響，所以組織狀態(tài)仍為其初始狀態(tài)。由于三部分的不同組織形態(tài)、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(xiàn)出力學性能的非勻質(zhì)性特點。

三、結語

鋼焊接接頭表現(xiàn)的力學性能的非勻質(zhì)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(zhì)、焊接溫度、高壓強度等原因都會對焊接接頭的力學性能產(chǎn)生不同的影響，從而表現(xiàn)出的非勻質(zhì)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(zhì)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(wěn)定。

作者：楊樺單位：遵義光明電力設計咨詢有限公司