第五節(jié)　鋼材的熱處理與焊接

熱處理的目的是提高鋼的力學(xué)性能，發(fā)揮鋼材的潛力，提高工件的使用性能和壽命。

一、鋼材的熱處理

熱處理是指按照一定的制度，將鋼在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織，獲得所需性能的一種工藝方法。

鋼材的熱處理種類很多，根據(jù)加熱和冷卻方法不同，可進(jìn)行如下分類：

1.普通熱處理

（1）退火。退火是指將鋼材加熱至臨界溫度以上30～60℃，保溫一定時(shí)間后，在退火爐中緩慢冷卻至一定溫度后空冷。退火能細(xì)化晶粒，均勻組織，使鋼材硬度降低，塑性和韌性提高，消除鋼材中的內(nèi)應(yīng)力，防止加工后的變形。鋼筋經(jīng)數(shù)次冷拔后，變得很脆，再繼續(xù)拉拔易被拉斷，這時(shí)必須將鋼筋進(jìn)行退火處理，提高其塑性和韌性后再次進(jìn)行冷拔。

（2）正火。是將鋼材加熱至臨界溫度以上40～60℃，并保持一定時(shí)間，進(jìn)行完全奧氏體化，然后在空氣中緩慢冷卻。與退火相比，正火的差別在于冷卻速度快，時(shí)間短，效率高。通過正火，也可細(xì)化晶粒，均勻組織，提高鋼件的機(jī)械性能，消除內(nèi)應(yīng)力。鋼材正火后強(qiáng)度和硬度提高，塑性較退火為小，常用于碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的熱處理代替退火。

（3）淬火。將鋼材加熱至臨界溫度以上（一般為900℃），并保持一定時(shí)間后，迅速置于水中或機(jī)油中冷卻。鋼材經(jīng)淬火后，強(qiáng)度和硬度提高，脆性增大，塑性和韌性明顯降低，需要進(jìn)行回火處理，以獲得良好的綜合力學(xué)性能。

（4）回火。將淬火后的鋼材重新加熱到臨界溫度以下某一溫度范圍，保溫一定時(shí)間后在空氣或油中冷卻至室溫?；鼗鹂上摬拇慊饡r(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使其硬度降低，恢復(fù)塑性和韌性。按回火溫度不同，又可分為高溫回火（500～650℃）、中溫回火（300～500℃）和低溫回火（150～300℃）三種。回火溫度愈高，鋼材硬度下降愈多，塑性和韌性恢復(fù)愈好。

若鋼材淬火后隨即進(jìn)行高溫回火處理，則稱調(diào)質(zhì)處理，其目的是使鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性等性能均得以改善，為進(jìn)一步精加工做準(zhǔn)備。

2.表面熱處理

（1）表面淬火。通過快速加熱使鋼表層奧氏體化，不等熱量傳至中心，立即進(jìn)行淬火冷卻，僅使表層獲得硬而耐磨的馬氏體組織。

（2）化學(xué)熱處理。將鋼材放到含有某些活性原子的化學(xué)介質(zhì)中，借助高溫時(shí)原子擴(kuò)散的能力，使原子滲入鋼材表層，從而改變其表層的化學(xué)成分，使鋼材表面具有特殊的性能。其目的是提高鋼材表面的硬度、耐磨性、耐蝕性和耐熱性等。常用的方法有滲碳法、氮化法、氰化法等幾種。

二、鋼材的焊接

在工業(yè)與民用建筑的鋼結(jié)構(gòu)中，焊接結(jié)構(gòu)要占90%以上。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中，大量的鋼筋接頭、鋼筋網(wǎng)片、鋼筋骨架、預(yù)埋鐵件以及裝配式鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件的安裝等，都需要采用焊接。

（一）鋼材焊接基本方法

鋼材的焊接主要采用以下幾種基本方法：

1.電弧焊。電弧焊是由電弧提供熱源，將金屬焊條熔融成鋼水，滴在紅熱的被焊鋼件接縫處，使兩部分的鋼材熔合連成一體。電弧焊多用于鋼結(jié)構(gòu)的焊接和混凝土預(yù)埋鐵件的焊接。

2.電渣焊。電渣焊是電弧焊的一種，常用于高層建筑等鋼結(jié)構(gòu)中箱形柱或構(gòu)件的內(nèi)部橫隔板與柱的焊接。

3.電阻焊。電阻焊利用電流產(chǎn)生的熱量來熔化金屬，再通過壓力使其焊合。

4.氣焊。利用乙炔在氧氣中燃燒來熔化焊條，適用于薄鋼板或小型結(jié)構(gòu)中。

5.接觸對焊。通過電流把兩根被焊鋼筋的接頭端面加熱到熔融狀后，立即將其對接加壓而合成一體，稱為接觸對焊，多用于鋼筋對接。

（二）影響鋼材焊接質(zhì)量的主要因素

1.鋼材的化學(xué)成分。在磷、硫含量均小于0.05%情況下，鋼材的可焊性主要決定于其含碳量（C）和碳當(dāng)量（C_H）。我國規(guī)定Ⅲ級鋼筋C_H＜0.57%、含C＜0.3%，允許進(jìn)行接觸對焊和電弧焊；Ⅳ級鋼筋CH＝0.7%左右，只允許接觸對焊，但焊接質(zhì)量不夠穩(wěn)定。

2.焊接工藝。鋼材焊接由于是局部金屬在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到高溫熔融，焊接后又急速冷卻，故必將伴隨產(chǎn)生急劇的膨脹、收縮、內(nèi)應(yīng)力及組織變化，引起鋼材性能的改變。所以，必須正確地掌握焊接方法，選擇適宜的工藝參數(shù)，尤其要重視重要結(jié)構(gòu)的焊接。

3.焊條材料。根據(jù)不同材質(zhì)的被焊件，選用適宜的焊條材料，可查閱有關(guān)手冊，但焊條的強(qiáng)度必須大于被焊接件的強(qiáng)度。

鋼材焊接后必須取樣進(jìn)行焊接外部缺陷和內(nèi)部缺陷檢驗(yàn)，外部缺陷包括余高尺寸不合要求、焊瘤、咬邊、弧坑、表面氣孔與裂紋、焊接變形等，內(nèi)部包括裂紋、未焊透、未熔合、夾渣和氣孔等。焊接缺陷的檢測可通過破壞性檢驗(yàn)和非破壞性檢驗(yàn)（無損檢驗(yàn)），以查清缺陷的性質(zhì)、大小和位置。破壞性檢驗(yàn)有機(jī)械性能試驗(yàn)、化學(xué)分析和金相試驗(yàn)等。無損檢驗(yàn)包括外觀檢查、致密性檢驗(yàn)、滲透性檢驗(yàn)、射線檢驗(yàn)、磁力／超聲波／中子／聲發(fā)射探傷和物理性能測定等。