电弧喷涂渗铝耐候钢板焊接及其性能研究

1、课题研究的意义及背景

钢铁结构件的腐蚀给社会造成巨大的损失，钢铁构件表面施加防护涂层是防止腐蚀的基本措施之一^[1]。长期以来，人们一直在寻求各种方法减低腐蚀的危害，最常用的防腐方法有涂料、金属镀层、热浸锌或铝涂层以及使用耐腐蚀的金属和非金属材料等。然而要对钢铁构件进行长期保护(几十年甚至上百年)，特别是对那些要求在服役期内不维护或少维护的大型、重要的钢铁构件，传统的防腐方法则存在许多局限性^[2]。热喷涂长效防护金属涂层自热喷涂技术发明以来一直是人们研究的热点之一^[3-4]。

在热喷涂技术的应用中，可能会遇到涂层之间或涂层与另一部分金属基体间的连接问题。例如，在采用热喷涂方法快速制作钢基模具过程中，结构设计需要将热喷涂涂层与钢制模框连接在一起^[5]。热喷涂涂层是由无数熔化的粒子逐层沉积而成，各粒子之间存在着由氧化物构成的界面，这些界面阻碍了热的传递和粒子之间的相互熔合。由于热喷涂涂层的微观结构、物理性能以及力学性能都与原始金属材料有很大的区别，所以为焊接工艺的制定带来了极大的困难^[6]。

表面铝涂层钢焊接主要存在以下缺陷：

①气孔 其产生原因主要是由于坡口边缘不清洁，有水、油、锈等杂质；焊条或焊剂受潮，含有水分；焊条锈蚀或药皮变质、剥落，使用碱性焊条时，焊接速度过快等。气孔会使焊缝的有效截面减小，降低焊接接头的强度，破坏焊缝金属的致密性。

②夹渣 其产生原因主要是焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度过小；焊接电流过小或焊接速度过快；使用碱性焊条时，电弧过长或电源极性不正确。

危害：夹渣会减小焊缝的有效工作截面，造成应力集中，降低焊接接头的强度和致密性。

防止措施：：正确选取坡口尺寸，焊前认真清理坡口边缘，选用合适的焊接电流、焊接速度和电弧长度，运条摆动要适当。另外，使用碱性焊条时，应尽量选用直流焊机，采用反接法。

③未熔合和未焊透 其产生原因主要是焊件坡口表面的氧化膜、油污等杂物未清理干净；焊接时，熔渣妨碍了金属间的熔合；运条手法不当，电弧偏在坡口一侧。未熔合和未焊透减小了焊缝工作截面，造成应力集中，降低了焊接接头强度，并且是焊缝开裂的根源。