焊接结构用q235a行不行

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1、焊接结构用焊接结构用 Q235A 行不行？行不行？发布日期：2005-11-26 20:38:09 作者：庄泉 出处：摘要： 钢结构在土木工程中的应用日趋广泛，这就要求设计人员必须掌握与此相关的各种 知识。本文论述的几个问题几乎是任何一项钢结构设计都要遇到的基本问题。从表面上看 这几个问题非常简单，它不涉及高深的理论，也不需要繁琐的运算，然而不少设计人员在 处理这几个问题时却把握不准。究其原因，在于这几个问题看起来简单，其内涵却非常丰 富，涉及到很多非结构专业的问题。此外一些教科书和设计手册对这几个基本问题也少有 全面的便于设计人员实际运用的阐述(还有的是论述本身就有失误)。 关键词： 焊接结

2、构 Q235A 建筑材料 l 钢材的选型 很多设计人员在设计总说明关于钢材的选型中往往写道：“钢材选用 Q235-B，其抗拉强度， 屈服点，伸长率，碳、硫、磷极限含量，应符合有关规定，且保证其可焊性。 ”这种说法是不 正确的。其错误的原因是对我国现行的钢产品标准不熟悉，与老标准相混淆。 目前我国建筑钢材一般只用两种，即素结构钢和低合金高强度结构钢，其相应的国家标 准为碳素结构钢(GB70088)和(低合金高强度结构钢(GBT159l-94)。以前常说的三 号钢和 16Mn 钢就分别属于碳素结构钢和低合金高强度结构钢。按(GB70088)碳素结构钢 分为 Q195、Q215、0225、Q235、

3、Q275，Q235 又分为 A、B、C、D 四个质量等级，即 Q235-AD。A 级钢不做冲击试验而 B、C、D 级则分别保证在 20、0、一 20时 V 型冲 击功不小于 27J。冲击功的大小反映了材料的韧性，在研究船舶脆断的试验中发现 V 型冲 击功在最低使用温度下不小于 13.7J 时，船舶脆断事故很少发生1。因此，当设计承受动力 荷载的结构时要根据环境温度的不同情况，选用不同级别的钢材。如果我们选用了 Q235- B，那么只要它是符合标准的产品，则钢材的屈服点，抗拉强度，伸长率，碳、硫、磷等化 学成分，冷弯试验值，V 型冲击功试验值都是有保证的(即以前所说的五项保证)，不必另行 强调。

4、因此正确的说法应该是：“钢材选用 Q235-B，其性能应符合国家标准(GB70088)的 规定。 ”要特别提到的是：在国家标准(GB70088)中第 5.1.1.5 条注明：“在保证钢材力学性 能符合本标准规定情况下，各牌号 A 级钢的碳、锰、硅含量和各牌号其他等级钢碳、锰含 量下限可以不作为交货条件，但其含量(熔炼分析)应在质量证明书中注明。 ”这就表明 A 级钢 的碳、锰、硅含量是不保证的。在国家标准(GB70088)中第 5.4.1.3 条注明：“各牌号 A 级 钢的冷弯试验，在需方有要求时才进行。当冷弯试验合格时，抗拉强度上限可以不作为交 货条件。 ” 由于碳含量对钢材的可焊性影响很大

5、，从表面上看，既然 A 级钢的碳、锰、硅含量不保 证，那么 Q235-A 是不能用于焊接结构的。目前的教科书以及钢结构设计手册大都持此观点。 似乎 Q235-A 是一种质量很差的钢材，除平台板和支撑构件外，几乎很少场合可以用 0235- A。事实并非如此。压力容器应该是典型的焊接结构，对其性能的要求也比普通的建筑钢结 构要严格。然而我国的最新压力容器标准( 钢制压力容器)(GBl501998) 却明文规定在压力 1.OMPa温度 0350，壳体厚度16mm 时，除极度危害介质的压力容器外，可以使用 Q235.A(见该标准第 4.2.2.4.2.3 条)。这就表明 Q235-A 是可以用于焊接结

6、构的。除了象吊车 梁这样以动荷载为主要荷载的承重结构，一般对冲击韧性没有特殊要求的承重结构都可以选用 Q235-A。下面分两点说明其原因。 一是可焊性，评价一种钢材的可焊性，并非仅仅由含碳量决定，而是由碳当量 Cequ 决定。 建筑钢结构焊接规程(JGJ8191)给出的表达式为： Cequ=C+Mn 6+(Cr+Mo+V) 5+(Ni+Cu)15 (1) 式中，C、Mn、Cr、Mo、v、Ni、Cu 分别为碳、锰、铬、钼、钒、铌、铜的含量，。当 碳当量 equO.6时，要采取更高的预热温度和严格的工艺措 施。 建筑钢结构焊接规程(JGJ8191)则规定碳当量 Cequ 应不大于 O.45。式(1

7、)为国际 焊接学会(IIW)所推荐的公式，比较常用。 目前我国生产的符合标准的 Q235-A，其碳当量不会超过 0.45，其可焊性是有保证的， 是可以用于焊接结构的。 二是力学性能，Q235-A 的屈服强度、抗拉强度、伸长率是有保证的，只是当冷弯试验合 格时，抗拉强度上限不保证，而设计时，一般都把屈服强度作为强度计算和稳定计算的依 据，结构的实际应力值都远低于屈服强度，因此只要材料的屈服强度有保证，则结构的强 度是有保证的。至于结构的刚度只与结构形式和截面尺寸有关，与抗拉强度并无关系。一 般而言，当一种钢材的伸长率和冷弯试验合格时，就表明它具有了一定的韧性。因此，对 于一般承重结构所需要的基本

8、力学性能，Q235-A 是可以保证的。 综上所述，Q235-A 是可以用于焊接承重结构的，但不能用于低温环境和动荷载较大的结 构(即对材料的韧性有较高要求的结构)。这一点已经为大量的工程实践所证明。当然，在选 用 Q235+A 时，要附加冷弯试验合格的保证，并且要根据质保书核算碳当量是否满足要求， 为可靠起见，板材的厚度一般不宜超过 16mm。 目前国内钢材市场上 Q235 系列的型材大都为 Q235-A。如果不分场合，所有的承重结构 都选择 Q235-BD，则不仅工程造价提高，而且也给材料的采购带来麻烦，以至延误工期。温度对冲击韧性有重大影响，当温度降至一定程度时，冲击韧性大幅度下降而使钢材

9、呈 脆性，此现象称为冷脆性。曲线中棕色段代表脆性断裂，蓝色段代表脆性转变范围，黑色 段代表韧性断裂。从上图中可知，低合金钢的脆性转变温度低于，即说明钢材的低温 冲击韧性较好。东北地区冬季气温低，主要考虑低温冲击韧性问题，选用更有利。 影响 钢材的冲击韧性还有许多因素，例如，钢中磷、硫含量较高，存在偏析、非金属夹杂物和 焊接中形成的微裂纹等都会使冲击韧性显著降低。材料的冲击韧性材料的冲击韧性一、一、冲击韧性的定义冲击韧性的定义冲击韧性：当试验机的重摆从一定高度自由落下时，在试样中间开 V 型缺口，试样吸收的能量等于重摆所作的功 W。若试件在缺口处的最小横截面积为 A，则冲击韧性 k 为： 式中

10、k 的单位为 J/cm2 。 冲击实验有两种：V 型和 U 型，一般情况下 V 型冲击功测的数据小于 U型的冲击功值。钢材的冲击韧性越大,钢材抵抗冲击荷载的能力越强。k 值与试验温度有关。有些材料在常温时冲击韧性并不低，破坏时呈现韧性破坏特征。但当试验温度低于某值时，k 突然大幅度下降，材料无明显塑性变形而发生脆性断裂，这种性质称为钢材的冷脆性冲击韧性是一个对材料组织结构相当敏感的量,所以提高材料的冲击韧性的途径有: _改变材料的成分,如加入钒,钛,铝,氮等元素,通过细化晶粒来提高其韧性,尤其是低温韧性; _提高材料的冶金质量,减少偏析,夹渣等。二、缺口冲击试验的应用二、缺口冲击试验的应用缺口

11、冲击韧性试验的应用，主要表现在两方面：1用于控制材料的冶金质量和铸造，锻造，焊接及热处理等热加工工艺的质量。 2用来评定材料的冷脆倾向。而评定脆断倾向的标准常常是和材料的具体服役条件相联系的。在这种情况下所提出的材料冲击韧性值要求，虽然不是一个直接的服役性能，但应理解为和具体服役条件有关的性能指标。材料因温度的降低导致冲击韧性的急剧下降并引起脆性破坏的现象叫作冷冷脆脆。可将材料的冷脆倾向归结为 3 种类型 ，如图如图 2-152-15 所示所示。 三冷脆转化温度的评定三冷脆转化温度的评定工程上希望确定一个材料的冷脆转化温度冷脆转化温度，在此温度以上只要名义应力还处于弹性范围，材料就不会发生脆性

12、破坏。在冷脆转化温度的确定标准一旦建立之后，实际上是按照冷脆转化温度的高低来选择材料。例如，有两种材料 A 和 B，在室温以上 A 的冲击韧性高于 B，但当温度降低时，A 的冲击韧性就急剧下降了，如按冷脆转化温度来选择材料时应选材料 B，见图图 2-162-16。(1)断口形貌特征:在这种类型时，使用得最多的称为断口形貌转化温度FATT，是根据断口上出现 50纤维状的韧性断口和 50结晶状态的脆性断口作标准的。和静拉伸断口一样，冲击试样断口一般也存在三个区域，见冲击试样冲击试样断口形貌图断口形貌图。 (2)能量标准:以某一固定能量来确定脆化温度。 (3)断口的变形特征:将缺口试样冲断时，缺口的

13、一侧收缩，另一侧膨胀，测量两侧面的边长，以边长差值为 0.38作为冷脆转化温度。理论上讲，材料的脆性转变温度可通过实验进行测试，得到该种材料在不同温度下的冲击功，当相邻两冲击功下降到一半时所对应的温度可认为是该种材料的冷脆转化温度。当该种材料的使用环境温度大于冷脆转化温度，我们可认为该材料不会发生冷脆。四、影响材料脆性断裂的冶金因素四、影响材料脆性断裂的冶金因素1 1材料成份材料成份:含碳量对钢的韧-脆转化曲线的影响见图 2-18。随着钢中含碳量的增加，冷脆转化温度几乎呈线性地上升，且最大冲击值也急剧降低。钢的含碳量每增加 0.1，冷脆转化温度升高约为 13.9。钢中含碳量的影响，主要归结为珠

14、光体增加了钢的脆性。2.2.晶粒大小晶粒大小:细化晶粒一直是控制材料韧性避免脆断的主要手段。理论与实验均得出冷脆转化温度与晶粒大小有定量关系。如图图 2-192-19 所示所示。3.3.显微组织显微组织: :在给定强度下，钢的冷脆转化温度决定于转变产物。就钢中各种组织来说，珠光体有最高的脆化温度，按照脆化温度由高到低的依次顺序为：珠光体，上贝氏体，铁素体下贝氏体和回火马氏体。五结论五结论 1.冲击功与温度之间没有近似的关系，不同的材料曲线变化不一致，即使是同种材料由于制作工艺、扎制方法不同曲线也不同，该曲线是通过实验测得，可近似为 S 形，每种材料的转折点各不相同，甚至相差很远。2.理论上讲，

15、材料的脆性转变温度可通过实验进行测试，得到该种材料在不同温度下的冲击功，当相邻两冲击功下降到一半时所对应的温度可认为是该种材料的冷脆转化温度。当该种材料的使用环境温度大于冷脆转化温度，我们可认为该材料不会发生冷脆。3.冲击韧性是一个对材料组织结构相当敏感的量,所以提高材料的冲击韧性的途径有: 1）改变材料的成分,如加入钒,钛,铝,氮等元素,通过细化晶粒来提高其韧性,尤其是低温韧性; 2）提高材料的冶金质量,减少偏析,夹渣等。4.0冲击功不能取代-20冲击功。原因：0冲击功即使定得再高也不能反映该种材料的低温冷脆性。任何一种钢材都有一个转折点，即一个上平台和下平台，当一但达到冷脆转化温度，材料会很快出现断裂。