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一、建筑結(jié)構(gòu)用鋼焊接接頭力學(xué)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(qiáng)度和屈服強(qiáng)度是由其本身的碳含量來(lái)決定的，所以，要想獲得抗拉強(qiáng)度好、屈服強(qiáng)度好的鋼材，可以通過(guò)提高碳含量來(lái)得到。但是相應(yīng)的，由于碳含量的增加，鋼材的可塑性便會(huì)下降，這樣必然影響鋼焊接效果。所以，為了提升鋼材的強(qiáng)度，會(huì)在冶煉過(guò)程中適當(dāng)加入微量合金元素，這樣便可以得到相對(duì)高強(qiáng)度的鋼材。其中對(duì)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(guò)對(duì)鋼材進(jìn)行高溫處理，使得鋼材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)元素發(fā)生改變，從而將沉淀物進(jìn)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(dāng)合金元素超出過(guò)多時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的韌性就會(huì)下降。所以，在進(jìn)行熱軋和正火時(shí)，也要考慮到鋼材的韌性和強(qiáng)度，對(duì)其進(jìn)行一定的調(diào)質(zhì)處理，把握好合金含量、碳含量之間的關(guān)系，從而進(jìn)一步把握好鋼材強(qiáng)韌性和焊接性。

（3）熱軋控制技術(shù)熱軋控制技術(shù)可以細(xì)化鋼材晶粒，從而提高了鋼材韌性和抗拉強(qiáng)度。但同樣也改變了鋼材結(jié)構(gòu)，會(huì)使接頭力學(xué)性能發(fā)生改變。

2.鋼材焊接過(guò)程的影響

焊接是將鋼材的兩部分連接到一塊的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中，焊件的母材和接縫金屬經(jīng)過(guò)高溫高壓進(jìn)行連接，從而將鋼材連接起來(lái)。而由于母材和接縫金屬的材質(zhì)不同，加上經(jīng)過(guò)熱壓后使得接縫金屬中的晶粒發(fā)生了變化，所以會(huì)造成鋼焊接接頭力學(xué)性能非勻質(zhì)性。而對(duì)于焊接要求更高的高強(qiáng)度鋼材的焊接接頭，在焊接過(guò)程中熱壓對(duì)其影響更大，因而金屬接縫、焊件母材的化學(xué)成分都會(huì)發(fā)生改變，這就會(huì)在不同程度上表現(xiàn)為力學(xué)性能非勻質(zhì)性。另外，接頭的材質(zhì)也會(huì)對(duì)力學(xué)性能的體現(xiàn)產(chǎn)生影響。在焊接的過(guò)程中，為了防止鋼結(jié)構(gòu)在塑性過(guò)程中發(fā)生變形，常常采用強(qiáng)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(qiáng)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(kuò)展，影響焊接效果。

二、建筑結(jié)構(gòu)用鋼焊接接頭力學(xué)性能非勻質(zhì)性的表現(xiàn)

（1）力學(xué)的勻質(zhì)性是指一種或幾種規(guī)定性能有關(guān)的組織結(jié)構(gòu)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?yàn)椴牧辖Y(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致物體受力不一而產(chǎn)生的狀態(tài)。非勻質(zhì)性的特點(diǎn)首先表現(xiàn)在對(duì)于鋼材焊接接頭硬度的影響。在進(jìn)行焊接過(guò)程中各區(qū)域?qū)Ρ葧r(shí)，可以明顯發(fā)現(xiàn)接縫區(qū)和熱影響區(qū)的硬度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)較高，所以在焊接過(guò)程中碳分子之間的強(qiáng)化作用就較強(qiáng)。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(gè)區(qū)域因?yàn)楸旧碛捕炔钪?，所以在焊接過(guò)后，產(chǎn)生的非勻質(zhì)性表現(xiàn)便會(huì)不同。

（2）鋼焊接接頭的力學(xué)性能非勻質(zhì)性還表現(xiàn)在接頭的拉伸性能上。鋼焊接過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)高溫、高壓處理，在這個(gè)過(guò)程中，溫度的控制會(huì)影響著接頭的拉伸性能。溫度不夠時(shí)，無(wú)法進(jìn)行良好的焊接；而溫度太高時(shí)，又會(huì)使接頭中的殘余物過(guò)度，導(dǎo)致韌性的下降。而在真正的焊接過(guò)程中，無(wú)法利用準(zhǔn)確的方法進(jìn)行火力的控制，這便會(huì)導(dǎo)致接頭受熱不同，所表現(xiàn)的拉伸性能不同，力學(xué)性能體現(xiàn)也就不同。另外，由于焊接接頭材質(zhì)的問(wèn)題不同，也會(huì)導(dǎo)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(jìn)行焊接的時(shí)候就不能要求溫度過(guò)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(shù)的不同，會(huì)導(dǎo)致焊接接口的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而會(huì)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(guò)高溫高壓處理后會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)成分和組織成分的改變，其接口的成分、形貌會(huì)直接對(duì)接頭的性能產(chǎn)生影響。經(jīng)過(guò)不同的熱處理后，雖然接口的成分都會(huì)發(fā)生改變，但是每部分的分子深淺及分布均勻程度都會(huì)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(jié)構(gòu)不同的接口上進(jìn)行焊接，對(duì)接頭產(chǎn)生的力自然就會(huì)有所差別，也就形成了接頭的力學(xué)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(guò)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(jié)構(gòu)，在力的承受方面也就造成了不同，導(dǎo)致鋼焊接接頭體現(xiàn)出力學(xué)性能的非勻質(zhì)性特點(diǎn)。

三、結(jié)語(yǔ)

鋼焊接接頭表現(xiàn)的力學(xué)性能的非勻質(zhì)性是隨機(jī)的，也是不可避免的。因?yàn)殇摬谋旧聿牧洗嬖诘牟町?，在不同條件下的焊接工藝、接頭材質(zhì)、焊接溫度、高壓強(qiáng)度等原因都會(huì)對(duì)焊接接頭的力學(xué)性能產(chǎn)生不同的影響，從而表現(xiàn)出的非勻質(zhì)性特點(diǎn)也不同。本文通過(guò)研究焊接材料、焊接技術(shù)、焊接溫度和焊接強(qiáng)度幾個(gè)方面，對(duì)鋼焊接接頭的力學(xué)性能非勻質(zhì)性特點(diǎn)進(jìn)行了分析。希望通過(guò)簡(jiǎn)要分析，能使在進(jìn)行焊接操作時(shí)，盡可能的減少人為方面對(duì)于鋼焊接接頭的力學(xué)性能的影響，使鋼建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

作者：楊樺單位：遵義光明電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司