工程结构钢与焊接：现代工业的关键工艺及其质量标准

当今时代，无数宏伟的建筑都是用工程结构建造的，而工程结构钢是主要建筑材料之一。工程结构钢是指专门用来制造各种工程结构的钢材，如桥梁、船体、轨道、建筑物等。工程结构钢等。在钢铁总产量中，工程结构钢约占90%。这样就产生了现代工业中的关键工艺——焊接。

以船舶建造业为例，船体结构的焊接时间占船舶总建造时间的30%以上，因此焊接的重要性在现代化建造过程中起着决定性的作用，同时焊接质量的控制也是控制工程质量的标准之一，因此无论在国内外，都对焊接及其材料制定了严格、专业的质量标准，这些标准渗透到工程的每一个环节，无论是原材料、操作规范，还是作业完成后的成品等，都有明确的指示。

1.检验方法及标准规定

这些规定主要是作为专业检测人员在进行现场检测时进行判断的依据，当然检测标准也会随着检测项目的不同而变化。

其内容包括

1.尺寸、外形、重量及允许偏差

钢板的尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T709的规定，钢带及其剪切钢板的尺寸、外形、重量及允许偏差应符合GB/T709的规定，其偏差应符合GB/T706和GB/T11263的规定。

2.品牌及化学成分

不同交货状态的钢材的牌号、化学成分（熔炼分析）应符合GB/T714中表1～表5的规定。各牌号钢材的碳当量（CEV）应符合GB/T714中表6的规定。对于钢材以外的钢种，当碳含量不大于0.12%时，用焊接裂纹敏感性指数代替碳当量来评定钢材的焊接性。成品钢材化学成分允许偏差应符合GB/T222的规定。

3.冶炼方法

钢在转炉或电炉中冶炼，需在炉外精炼。

4. 机械性能

5.表面质量

6.无损检测

现代检测主要有目视检测、泄漏检测、X射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测、声发射、激光检测等等，当然还有其他的，检测方法和检测标准多种多样，检测事项也比较复杂。

2. 杂质元素

在这些衡量标准中，钢铁材料中的元素对钢铁的性能起着关键作用，对于钢种的元素也有分类，根据元素是否有意添加，分为有意添加元素和非有意添加元素（又称非有意添加元素），非有意添加元素在钢铁的生产制造过程中尤为重要，因为它们是无意添加导致可控范围较小。

1.Mn（锰）

以不锈钢为例，锰作为杂质元素存在于不锈钢中时，其质量分数一般小于0.8%，但在制造加工过程中可能高达1.2%。至于这些锰元素，其实它们的来源就是炼钢的原料生铁和脱氧剂（锰铁）。而这种锰元素在炼钢过程中是一种很好的脱氧剂和脱硫剂，由于有少部分残留在钢中，起到了固溶和强化的作用。因此，作为一种长效元素，它在钢中少量存在，对钢的性能影响并不大。

2.Si（硅）

当然，以上都是钢的有益元素，在钢锻造过程中还存在着非有益元素。

例如元素硫（S）也是由生铁和燃料带入钢中的杂质，在固体条件下在铁中的溶解度较低。

它在钢中主要以FeS形式存在，由于FeS的塑性差，含硫量高的钢脆性较大，同时FeS与Fe能形成低熔点985℃共晶（FeS+Fe），这些均分布在奥氏体中。当钢加热到1000-1200摄氏度进行热压力加工时，低熔点共晶已经熔化，晶粒间的结合结构被破坏，导致钢在加工时沿晶界开裂，这种现象通常称为钢的热脆性。一般来说，硫是一种有害元素，其在钢中的含量必须严格限制，通常要求硫的质量分数小于0.05%。但含硫量高的钢中能形成较多的MnS，在切削时能使切屑断裂，改善钢的切削加工性，这也是硫的一个有益的方面。

3.O（氧气）

钢在冶炼过程中与空气接触并吸收空气时也会形成氧，对钢的质量也有不利的影响，氧在钢中主要以氧化物夹杂物的形式存在，这些夹杂物与基体的结合力弱，不易变形，容易成为疲劳裂纹的根源。

4.H（氢）

氢也是钢在冶炼过程中与空气接触、吸收时产生的，它对钢的质量影响较大，危害较大，主要表现为氢脆。常温下氢在钢中的溶解度很低，原子态过饱和的氢会降低钢的韧性，引起氢脆。氢存在时，以分子状态析出在缺陷处，产生较高的内压，形成微裂纹，严重影响钢的力学性能，易脆性断裂，是不允许的。这种裂纹在横截面宏观磨盘上，腐蚀后表现为毛细裂纹，故称发丝裂纹。在纵切面上，裂纹表现为近似圆形或椭圆形的银白色裂纹，白色斑点也称白点。因此，防止氢脆至关重要。

因此夹杂物的数量与分布是评价钢材质量的重要指标，也是优质钢、高等级优质钢出厂前的例行检验项目之一，是选用材料时必须考虑的因素之一。