氩弧焊参数优化与双曲钢板承载能力关联性实验研究

在钢结构工程领域，氩弧焊工艺参数与构件承载性能的关联性研究具有重要意义。本文以双曲钢板为研究对象，通过系统实验探讨焊接电流、电弧电压、保护气体流量等核心参数对焊缝成形质量及最终承载能力的影响机制，为异形钢结构加工提供理论依据与实践指导。
实验采用厚度8mm的Q345B双曲钢板，其曲率半径设计为1.5m×2.1m以模拟实际工程中的复杂受力状态。通过正交试验设计，将焊接电流控制在160-220A区间，电弧电压调节于22-28V范围，氩气保护气体流量设定为12-18L/min梯度。每组参数组合下制备的试件均进行宏观金相检测、X射线探伤及万能试验机加载测试，确保数据采集的全面性。

研究发现，当焊接电流提升至200A时，熔深由初始的3.2mm增至4.8mm，但电流超过210A后出现咬边倾向。电弧电压与焊缝宽度的正相关性显著，26V工况下焊缝宽度达6.5mm，较22V时增宽32%。值得注意的是，保护气体流量存在最优阈值——15L/min时焊缝气孔率最低（0.8%），流量增至18L/min反而因紊流效应导致保护效果下降。
在承载性能测试中，经参数优化的试件表现出显著的力学优势。200A/26V/15L/min组合试件的屈服荷载达到487kN，较基准组提高19.3%。有限元分析显示，优化焊缝使应力集中系数从2.7降至1.9，双曲钢板的屈曲模态由局部凹陷转变为整体协调变形。金相观测证实，适中的热输入量促使焊缝区形成细小的针状铁素体组织，其维氏硬度（HV265）与母材（HV210）达成良好匹配。

本研究的创新点在于建立了多参数耦合作用模型，揭示了保护气体流量对电弧稳定性的非线性影响规律。实践表明，双曲钢板焊接时需特别控制层间温度不超过150℃，避免多次热循环造成的晶粒粗化。工程应用案例证实，采用优化参数的焊接节点疲劳寿命达到12万次循环，满足重载交通桥梁的服役要求。
后续研究可进一步探索脉冲氩弧焊在双曲构件中的应用潜力，以及稀土元素对焊缝低温韧性的改善作用。建议在实际施工中配置实时监测系统，动态调整焊接参数以补偿环境因素波动，这对提升大跨度空间结构的建造质量具有重要价值。