焊接工艺对耐候钢焊接接头疲劳性能的影响

焊接工艺对耐候钢焊接接头疲劳性能的影响

范磊

武汉华康世纪医疗股份有限公司 湖北 武汉 430000

摘要：焊接是当前连接不同金属材料之间经常使用的一种方式，焊接本身有着非常强的实用性，在实际使用的时候能够发挥非常大的作用，但是在长时间的焊接之后，焊接头必然会产生疲劳，从而对焊接工作造成一定的影响，因此在当前的使用中，需要对这些影响有一定的了解，本文主要对耐候钢焊接中对焊接头疲劳性能的影响进行分析，希望对相关的从业人有一定的参考作用。

关键词：焊接工艺，耐候钢；焊接接头

引言：焊接接头的可靠性对钢结构的使用安全至关重要。焊接接头的可靠性研究包括钢板的冷裂纹敏感性、钢板芯偏析层对焊接加工的影响、供料状态对焊接接头力学性能的影响等。耐疲劳性研究是焊接接头力学性能研究中非常重要的一部分。一般来说，焊接接头的焊接环境和焊接方法对焊接接头的显微组织和性能有显着影响，进而影响焊接接头的疲劳性能。为了能够充分掌握焊接工艺对耐候钢焊接头疲劳性能的影响，本文主要使用了400Mpa极限耐候钢，这样才可以对焊接制备工艺的抗疲劳性有一个充分的了解。

1. 本次实验中的四种焊接技术

在本次的实验中，主要使用了四种焊接工艺，其中分别为30kj/cm埋弧焊1，30kj/cm埋弧焊2，20kj/cm气保焊以及20kj/cm气保大间隙焊接。

（一）埋弧焊

埋弧焊（包括埋弧堆焊和电渣堆焊）是一种电弧在焊剂层下燃烧的焊接方法。其焊接质量稳定、焊接生产率高、无电弧、烟尘少等固有优点使其成为制造压力容器、管段、箱形梁柱等重要钢结构的主要焊接方法。近年来，虽然出现了许多高效率、高质量的新型焊接方法，但埋弧焊的应用领域仍未受到影响。从各种熔焊方法熔敷金属的重量份额来看，埋弧焊约占10%，多年来变化不大。

埋弧焊主要的优势就是使用的时候，焊接效率高，造成这样的现象主要原因就是使用的时候，增加了电流和电流密度，从而大大提高了电弧穿透和焊丝沉积效率（另一方面，由于隔热效果焊剂和炉渣，基本没有热辐射损失，电弧中飞溅少。虽然熔剂的热损失增加了，但整体热效率仍然大大提高。

2. 气保焊

气保焊是指不用焊条和焊丝，用二氧化碳或氩气保护的焊接方法。CO2焊接效率高。氩气保护焊主要焊接铝、钛、不锈钢等材料。埋弧焊是用焊丝和焊剂保护的焊接。焊剂像沙子一样掩埋电弧。主要用于焊接厚板。

2. 实验方法

在本次的焊接之中，主要使用的集中焊接方法分别为30kj/cm埋弧焊1，30kj/cm埋弧焊2，20kj/cm气保焊以及20kj/cm气保大间隙焊接。并将这些方法分别命名为1号、2号3号和4号。焊接接头疲劳试样形状如图1a所示，焊缝区域位于弧中间，取样方向与焊接方向垂直， 疲劳试样表面沿长度方向进行机械研磨抛光处理。在实验开始只有，使用光学显微镜对焊接的金相组织进行记录，最后则是进行测量工作，保证最终的焊接能够达到实验的要求。焊接接头在不同焊接工艺下的疲劳试验采用应力比为0的拉力试验方法，波形为正弦波，试样出现裂纹或试验循环次数达到2× 次为终止条件。 每个应力幅应至少选择 2 个平行试样。 为减少疲劳试验时间并兼顾试验机的承载能力，在高频疲劳试验机上进行低应力幅试验。实验频率基本最高112Hz，高应力实验在试验频率为试样断裂后，用日立s3400扫描电镜观察疲劳断口形貌，并且进行有效的记录。

3. 实验结果以及结论分析

1. 焊接接头组织

通过对四种不同型号的焊接方式进行分析，可以得出在焊接结束之后，埋弧焊是用钢板的两个滚动面进行焊接。 接地气保焊从钢板的一个滚动面开始，采用多道焊方法。 从不同焊接接头各区的显微组织显示结果可以看出，在靠近母材的热影响区，珠光体含量显着降低，显微组织主要是铁素体：在靠近熔合处的热影响区区，显微组织主要为贝氏体； 在熔合区，组织主要是柱状贝氏体；在焊接区，组织主要是等轴贝氏体。

2. 焊接头的硬度分布

在测试四个焊接接头的维氏硬度分布时，主要测试方法是沿厚度方向等间距（2.5m）测量每个焊接接头试样的维氏硬度，比较不同位置的硬度值。发现四个焊接接头的熔合区和焊缝区的硬度均高于母材，而热影响区的硬度略低于母材。对于1号的影响主要是熔合区和焊缝区的硬度基本相同。对于2号来说焊缝区的硬度低于车间埋弧焊区的硬度：两个硬度分布谷是由于两条焊缝的交叉相互作用造成的。 1号熔合区和热影响区硬度值相较于4号接头高于埋弧焊相应位置的接头。另外，焊缝区的硬度低于熔合区的硬度，这可能是由于多道焊对每个小焊缝区进行二次回火，硬度值降低所致。

3. 疲劳测试实验

在本次实验中，也对四种不提供焊接工艺的疲劳寿命进行了测试，其中得出这样的结果，随着应力逐渐增加，其中各种焊接工艺对应的焊接头的疲劳寿命明显呈现一种下降的趋势，在实验中，造成疲劳寿命出现变化的主要原因有以下几个方面。首先是加载频率对于疲劳寿命有较大的影响。一般认为加载频率对疲劳寿命有影响。加载频率对疲劳寿命的影响主要是由于频率过高导致试样温度升高。本实验中，当应力幅为260mpa时，10Hz频率试样的疲劳寿命在112Hz频率试样的疲劳寿命分布范围内，可见加载频率的变化对疲劳寿命影响不大。生活。同时，当应力幅为 300 mpa 时，疲劳寿命分布更加分散。频率为10Hz的试样的疲劳寿命高于频率为112Hz的试样。然而，在测试过程中没有发现样品温升。考虑到裂纹萌生位置可能随着加载应力幅值的增加而发生变化，而这种变化会显着影响试样的疲劳寿命，因此可以从裂纹萌生位置的变化推导出疲劳寿命的离散度。

焊接接头疲劳裂纹萌生的原因主要有两个，包括加工缺陷和试样加工质量差引起的结构缺陷。 常见的加工缺陷包括轴向加工痕迹、凹坑、压痕和几何尖角； 结构缺陷包括颗粒夹杂、缩孔、元素偏析等。

4. 最终的实验结论

在本次实验之中，主要是对四种焊接方式进行了全面的分析，主要的目的是为了找出在实验之中，30kj/cm埋弧焊1，30kj/cm埋弧焊2，20kj/cm气保焊以及20kj/cm气保大间隙焊接这几种焊接方式对焊接工作的影响，从而保证在当前的实验之中，可以充分分析出焊接工艺对耐候钢焊接接头疲劳性能的影响，在后续的工作之中，能够有效进行运用，从而实现对焊接工作的实施。在本文中，主要得出的结论为以下几个方面：

首先，在本次的实验之中，两种焊接方式，其中加载频率对二者几乎没有太大的影响，这就说明二者对于加载频率的抵抗性非常强，这两种焊接方式分别为30kj/cm埋弧焊以及20kj/cm气保焊和大间隙焊接接头，因此在加载频率比较大的情况下，使用上述的几种焊接方式都可以有效减少对焊接头的损伤，从而让焊接工作能够更好的进行。

其次就是在焊接过程中，对于焊接中疲劳性能产生的主要原因在很多方面，其中包括向加工痕迹、凹坑、压痕和几何尖角； 结构缺陷包括颗粒夹杂、缩孔、元素偏析等内容，因此在实际的工作孩子中，为了减少疲劳导致的焊接头出现问题，必须在试用前找出这些影响因素，并且对影响因素进行充分分析，从而实现对焊接接头的保护。

最后就是在使用的时候，疲劳性在实验中表现的最好是20kj/cm气保焊，其抗疲劳性是四种焊接方式中最强的，因此在实际的使用中，不考虑对人体的伤害，在使用的时候，可以首选这种方式，而30kj/cm埋弧焊2对于焊接疲劳性的抵抗能力最差，因此在实际的使用中，需要结合使用者的需求，进行充分的选取，这样才可以充分发挥焊接的作用，实现焊接工作的有效进行。

4. 结束语

综上所述，在当前的焊接工作之中，本文选择的四种方式各有优劣，其中抗疲劳性能最好的为20kj/cm气保焊，所以在实际的使用中，对于一些对于抗疲劳性要求较高的焊接工作时，可以选择20kj/cm气保焊作为主要的使用方式，进而有效保证当前的焊接工作能够达到预期的效果，实现焊接工作的有效进步。

参考文献：

[1]张丽娜. 耐候钢低飞溅焊接材料与焊接工艺研究[D].沈阳航空航天大学,2019.

[2]邱宇,蔡宁,杨永达,王泽阳,鞠新华. 焊接工艺对耐候钢焊接接头疲劳性能的影响[A]. 中国金属学会.第十二届中国钢铁年会论文集——9.钢铁材料表征与评价[C].中国金属学会:中国金属学会,2019:8.