钢材的热处理与焊接

第五节　钢材的热处理与焊接

热处理的目的是提高钢的力学性能，发挥钢材的潜力，提高工件的使用性能和寿命。

一、钢材的热处理

热处理是指按照一定的制度，将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，获得所需性能的一种工艺方法。

钢材的热处理种类很多，根据加热和冷却方法不同，可进行如下分类：

1.普通热处理

（1）退火。退火是指将钢材加热至临界温度以上30～60℃，保温一定时间后，在退火炉中缓慢冷却至一定温度后空冷。退火能细化晶粒，均匀组织，使钢材硬度降低，塑性和韧性提高，消除钢材中的内应力，防止加工后的变形。钢筋经数次冷拔后，变得很脆，再继续拉拔易被拉断，这时必须将钢筋进行退火处理，提高其塑性和韧性后再次进行冷拔。

（2）正火。是将钢材加热至临界温度以上40～60℃，并保持一定时间，进行完全奥氏体化，然后在空气中缓慢冷却。与退火相比，正火的差别在于冷却速度快，时间短，效率高。通过正火，也可细化晶粒，均匀组织，提高钢件的机械性能，消除内应力。钢材正火后强度和硬度提高，塑性较退火为小，常用于碳素结构钢和低合金结构钢的热处理代替退火。

（3）淬火。将钢材加热至临界温度以上（一般为900℃），并保持一定时间后，迅速置于水中或机油中冷却。钢材经淬火后，强度和硬度提高，脆性增大，塑性和韧性明显降低，需要进行回火处理，以获得良好的综合力学性能。

（4）回火。将淬火后的钢材重新加热到临界温度以下某一温度范围，保温一定时间后在空气或油中冷却至室温。回火可消除钢材淬火时产生的内应力，使其硬度降低，恢复塑性和韧性。按回火温度不同，又可分为高温回火（500～650℃）、中温回火（300～500℃）和低温回火（150～300℃）三种。回火温度愈高，钢材硬度下降愈多，塑性和韧性恢复愈好。

若钢材淬火后随即进行高温回火处理，则称调质处理，其目的是使钢材的强度、塑性、韧性等性能均得以改善，为进一步精加工做准备。

2.表面热处理

（1）表面淬火。通过快速加热使钢表层奥氏体化，不等热量传至中心，立即进行淬火冷却，仅使表层获得硬而耐磨的马氏体组织。

（2）化学热处理。将钢材放到含有某些活性原子的化学介质中，借助高温时原子扩散的能力，使原子渗入钢材表层，从而改变其表层的化学成分，使钢材表面具有特殊的性能。其目的是提高钢材表面的硬度、耐磨性、耐蚀性和耐热性等。常用的方法有渗碳法、氮化法、氰化法等几种。

二、钢材的焊接

在工业与民用建筑的钢结构中，焊接结构要占90%以上。在钢筋混凝土结构工程中，大量的钢筋接头、钢筋网片、钢筋骨架、预埋铁件以及装配式钢筋混凝土预制构件的安装等，都需要采用焊接。

（一）钢材焊接基本方法

钢材的焊接主要采用以下几种基本方法：

1.电弧焊。电弧焊是由电弧提供热源，将金属焊条熔融成钢水，滴在红热的被焊钢件接缝处，使两部分的钢材熔合连成一体。电弧焊多用于钢结构的焊接和混凝土预埋铁件的焊接。

2.电渣焊。电渣焊是电弧焊的一种，常用于高层建筑等钢结构中箱形柱或构件的内部横隔板与柱的焊接。

3.电阻焊。电阻焊利用电流产生的热量来熔化金属，再通过压力使其焊合。

4.气焊。利用乙炔在氧气中燃烧来熔化焊条，适用于薄钢板或小型结构中。

5.接触对焊。通过电流把两根被焊钢筋的接头端面加热到熔融状后，立即将其对接加压而合成一体，称为接触对焊，多用于钢筋对接。

（二）影响钢材焊接质量的主要因素

1.钢材的化学成分。在磷、硫含量均小于0.05%情况下，钢材的可焊性主要决定于其含碳量（C）和碳当量（C_H）。我国规定Ⅲ级钢筋C_H＜0.57%、含C＜0.3%，允许进行接触对焊和电弧焊；Ⅳ级钢筋CH＝0.7%左右，只允许接触对焊，但焊接质量不够稳定。

2.焊接工艺。钢材焊接由于是局部金属在短时间内达到高温熔融，焊接后又急速冷却，故必将伴随产生急剧的膨胀、收缩、内应力及组织变化，引起钢材性能的改变。所以，必须正确地掌握焊接方法，选择适宜的工艺参数，尤其要重视重要结构的焊接。

3.焊条材料。根据不同材质的被焊件，选用适宜的焊条材料，可查阅有关手册，但焊条的强度必须大于被焊接件的强度。

钢材焊接后必须取样进行焊接外部缺陷和内部缺陷检验，外部缺陷包括余高尺寸不合要求、焊瘤、咬边、弧坑、表面气孔与裂纹、焊接变形等，内部包括裂纹、未焊透、未熔合、夹渣和气孔等。焊接缺陷的检测可通过破坏性检验和非破坏性检验（无损检验），以查清缺陷的性质、大小和位置。破坏性检验有机械性能试验、化学分析和金相试验等。无损检验包括外观检查、致密性检验、渗透性检验、射线检验、磁力／超声波／中子／声发射探伤和物理性能测定等。