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热轧角钢的焊接工艺研究与应用

摘要: 本文聚焦于热轧角钢的焊接工艺,详细阐述了不同焊接方法在热轧角钢焊接中的应用特点、焊接工艺参数的选择与控制以及焊接接头的质量检测与评定。通过深入研究焊接工艺对热轧角钢焊接接头性能的影响,旨在为建筑、机械制造等行业提供可靠的热轧角钢焊接技术方案,确保焊接结构的安全性与可靠性。


一、引言


热轧角钢在众多工程结构中常需要进行焊接连接,以构建各种复杂的框架、支架和结构体。焊接质量直接决定了这些结构的强度、刚度和稳定性。由于热轧角钢的形状特点和材质特性,其焊接工艺具有一定的特殊性和复杂性。因此,深入研究热轧角钢的焊接工艺对于保证焊接结构的质量至关重要。


二、热轧角钢的常用焊接方法


(一)手工电弧焊
手工电弧焊是一种传统且应用广泛的焊接方法。其原理是利用焊条与焊件之间产生的电弧热,将焊条和焊件金属熔化,形成焊接接头。对于热轧角钢的焊接,手工电弧焊具有操作灵活、设备简单等优点,适用于各种位置和不同规格的角钢焊接。在焊接过程中,可以根据角钢的材质和厚度选择合适的焊条型号。例如,对于普通碳素结构钢热轧角钢,常用的焊条有 E43 系列;对于低合金结构钢角钢,则可选用 E50 系列焊条。焊接电流、电压和焊接速度是手工电弧焊的关键工艺参数。焊接电流过大,容易导致焊缝咬边、烧穿等缺陷;电流过小则会使焊缝成型不良,出现未焊透、夹渣等问题。焊接电压一般根据焊接电流和焊条直径进行适当调整,而焊接速度则需要根据焊缝的尺寸要求和焊接质量进行控制,过快会使焊缝熔深不足,过慢则可能导致焊缝过高、过宽,热影响区增大。


(二)气体保护焊


  1. 二氧化碳气体保护焊
    二氧化碳气体保护焊是以二氧化碳气体作为保护介质,利用焊丝与焊件之间的电弧热进行焊接的方法。在热轧角钢焊接中,二氧化碳气体保护焊具有焊接速度快、熔深大、成本低等优点。其焊接过程中,二氧化碳气体能够有效地隔绝空气,防止焊缝金属氧化。焊丝的选择应根据角钢的材质进行,如对于 Q235 热轧角钢,可选用 ER50 - 6 焊丝。焊接工艺参数包括焊接电流、电压、焊接速度和气体流量等。与手工电弧焊相比,二氧化碳气体保护焊的焊接电流和电压范围相对较窄,需要更加精确地控制。焊接电流过大时,焊缝金属容易产生飞溅,影响焊缝质量和外观;电流过小则会导致熔深不够。气体流量的控制也很关键,流量过大可能会造成紊流,使空气卷入保护气体中,降低保护效果;流量过小则无法有效隔绝空气。

  2. 氩弧焊
    氩弧焊是以氩气作为保护气体的焊接方法,可分为钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。在热轧角钢焊接中,氩弧焊适用于对焊缝质量要求较高、焊接接头性能要求优良的场合,如在一些承受动载荷或对焊缝外观要求严格的结构中。钨极氩弧焊具有焊缝成型美观、焊接质量高、热影响区小等优点,但其焊接速度相对较慢,焊接成本较高。在焊接过程中,钨极的直径、焊接电流、氩气流量等参数需要根据角钢的材质和厚度进行合理选择。熔化极氩弧焊则结合了氩弧焊和二氧化碳气体保护焊的一些优点,焊接速度较快,焊缝质量也较好。其焊丝的选择和工艺参数的控制与二氧化碳气体保护焊类似,但由于氩气的保护效果更好,对焊接工艺参数的控制要求更高。


三、热轧角钢焊接工艺参数的选择与控制


(一)焊接电流
焊接电流是影响焊接质量的关键参数之一。对于不同的焊接方法和角钢材质、厚度,需要选择合适的焊接电流。一般来说,随着焊接电流的增加,焊缝的熔深和熔宽都会增大,但过大的电流会导致焊缝金属过热,产生气孔、裂纹等缺陷,同时也会使焊接热影响区增大,降低角钢的力学性能。在选择焊接电流时,需要考虑角钢的厚度、焊接位置、焊接方法以及焊条或焊丝的直径等因素。例如,在手工电弧焊中,对于厚度为 5mm 的 Q235 热轧角钢,焊接电流一般可控制在 160A - 200A 之间;在二氧化碳气体保护焊中,相同条件下焊接电流可适当降低,约为 120A - 160A。


(二)焊接电压
焊接电压与焊接电流相互配合,共同影响焊缝的成型和质量。在手工电弧焊中,焊接电压一般根据焊接电流和焊条直径进行调整,通常在 20V - 30V 之间。在气体保护焊中,焊接电压的调整范围相对较窄,如二氧化碳气体保护焊的焊接电压一般在 18V - 25V 之间,氩弧焊的焊接电压则根据焊接方法和工艺要求有所不同,钨极氩弧焊的焊接电压一般在 10V - 20V 之间,熔化极氩弧焊的焊接电压约为 20V - 30V。过高的焊接电压会导致电弧不稳定,产生飞溅,焊缝成型不良;过低的焊接电压则会使焊缝熔深不足,容易出现未焊透等缺陷。


(三)焊接速度
焊接速度决定了单位时间内焊缝的长度,对焊缝的熔深、熔宽和成型质量都有影响。焊接速度过快,焊缝的熔深和熔宽会减小,容易出现未焊透、焊缝不连续等问题;焊接速度过慢,则会使焊缝过高、过宽,热影响区增大,同时也会降低生产效率。在实际焊接过程中,需要根据焊接电流、电压以及角钢的材质、厚度和焊接位置等因素综合确定焊接速度。例如,在手工电弧焊中,对于较薄的热轧角钢,焊接速度可适当加快,但一般不宜超过 150mm/min;在气体保护焊中,由于其焊接速度相对较快,如二氧化碳气体保护焊的焊接速度可达到 300mm/min - 600mm/min,但仍需根据具体情况进行合理控制。


(四)保护气体流量
在气体保护焊中,保护气体流量的控制对于保证焊缝质量至关重要。如前所述,二氧化碳气体保护焊和氩弧焊都需要合适的保护气体流量来隔绝空气,防止焊缝金属氧化。对于二氧化碳气体保护焊,气体流量一般在 15L/min - 25L/min 之间;对于氩弧焊,钨极氩弧焊的氩气流量一般在 8L/min - 15L/min 之间,熔化极氩弧焊的氩气流量可适当增加,约为 15L/min - 25L/min。保护气体流量过大或过小都会影响保护效果,导致焊缝金属氧化或产生气孔等缺陷。


四、热轧角钢焊接接头的质量检测与评定


(一)外观检测
外观检测是焊接接头质量检测的最基本方法。主要检查焊缝的成型是否良好,有无咬边、烧穿、未焊透、夹渣、气孔等缺陷。焊缝的表面应光滑,无明显的高低不平和波浪形。咬边深度不得超过规定值,一般对于重要结构,咬边深度应不大于 0.5mm。烧穿是严重的焊接缺陷,必须杜绝。未焊透和夹渣会降低焊接接头的强度,通过外观检查可以发现一些明显的迹象,如焊缝根部未填满、焊缝中有黑色夹杂物等。气孔的存在会影响焊缝的致密性,外观检查时可发现焊缝表面有圆形或椭圆形的孔洞。


(二)无损检测


  1. 射线检测
    射线检测是利用 X 射线或 γ 射线穿透焊接接头,根据焊缝内部不同部位对射线吸收程度的差异,在胶片上形成不同黑度的影像,从而判断焊缝内部是否存在缺陷。对于热轧角钢焊接接头,射线检测能够检测出气孔、夹渣、未焊透、裂纹等内部缺陷,并且可以确定缺陷的位置、大小和形状。射线检测的灵敏度较高,但检测成本也相对较高,检测过程需要一定的防护措施。

  2. 超声波检测
    超声波检测是利用超声波在焊接接头中的传播特性,通过检测超声波的反射、折射和衰减等信号来判断焊缝内部的缺陷情况。超声波检测具有检测速度快、成本低、对人体无害等优点,能够检测出焊缝中的大部分缺陷,但对于一些细小的裂纹和分层缺陷的检测灵敏度相对较低。在热轧角钢焊接接头检测中,常将超声波检测与射线检测相结合,取长补短,提高检测的准确性和可靠性。


(三)力学性能测试
为了评估热轧角钢焊接接头的力学性能,需要进行拉伸试验、弯曲试验和冲击试验等。拉伸试验可以测定焊接接头的抗拉强度、屈服强度和伸长率等指标,判断焊接接头在拉伸载荷作用下的强度和塑性性能。弯曲试验用于检测焊接接头的弯曲性能,观察焊缝是否会在弯曲过程中出现开裂现象。冲击试验则是测定焊接接头在冲击载荷作用下的韧性,对于承受动载荷的焊接结构尤为重要。通过力学性能测试,可以全面了解焊接接头的性能,确保其满足工程结构的设计要求。


五、结论


热轧角钢的焊接工艺是一个复杂而系统的工程,不同的焊接方法具有各自的特点和适用范围。在实际应用中,需要根据角钢的材质、厚度、焊接位置以及工程结构的要求等因素,合理选择焊接方法和工艺参数,并严格控制焊接过程中的各个环节。通过有效的质量检测与评定手段,确保焊接接头的质量符合相关标准和设计要求。随着工业技术的不断发展,热轧角钢焊接工艺也将不断创新和完善,为工程结构的安全可靠提供更加坚实的技术保障。在未来的研究中,还需要进一步探索新的焊接材料、焊接工艺和质量检测技术,以适应更加复杂和多样化的工程需求。


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