低温条件下钢箱梁焊接技术研究

导语：低温条件下钢箱梁焊接技术研究一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

摘要：为了更好地解决钢结构冬季低温焊接技术难题，本文对北部地区某大桥钢箱梁进行了研究分析，并通过一系列的实验得出了更适合低温条件的焊接措施，有效保障了低温条件下的钢箱梁焊接质量，同时为北方地区同类型焊接操作提供了参考。

关键词：钢箱梁；低温条件；焊接工艺

一、概述

低温焊接是我国北方地区开展钢结构施工无法回避的问题。在温度较低的环境下进行焊接作业，焊接接头容易产生淬硬组织，焊缝内部的扩散氢也容易滞留，继而使钢结构产生冷裂纹，影响焊接施工的整体质量。目前，国内外规范对焊接施工临界温度并没有统一的标准，作业时只能根据实际情况做出符合客观情况的正确决策。本文对北部地区某大桥钢箱梁进行了研究分析，该大桥采用的是Q345E型钢材，研究中通过设计制作不同温度条件下的实验板材，再对实验板材焊接接头的化学成分以及硬度、低温冲击等力学性能进行分析，最后通过对比实验结论得出更适合低温条件的焊接措施，有效保障了低温条件下的钢箱梁焊接质量，同时为北方地区同类型焊接操作提供了参考。

二、实验方法

本研究的实验材料为Q345E型钢材，厚度分别为12毫米、14毫米、16毫米、20毫米和30毫米，实验温度条件分三个区间：-15℃至-5℃、-5℃至5℃、5℃以上。本次实验选取的42组板材厚度均控制在20厘米，长度均为60厘米，以确保焊接接头冷却的速度不受影响。实验采用无拘束对接焊的方式，各板材的焊接坡口形式、施焊位置等如表1所示。

三、实验结果

对42组实验板材进行检查发现，板材表面均未出现裂纹，焊接接头的熔合情况符合理想效果。随后，分析42组实验板材的硬度、低温冲击等力学性能，总结不同温度条件及保护措施对上述参数的影响。（一）化学成分分析。实验板材全部采用二氧化碳气体保护焊和埋弧自动焊盖面结合的方法焊接，表2为不同焊接方法的焊接材料及各项参数对比。在实验开始前，对钢材料进行出厂品质校验，GFL-71Ni型钢材采用二氧化碳气体保护焊的方法焊接，CJQ-1+SJ103M型钢材采用埋弧焊盖面的方法焊接。表3为不同焊材料的化学成分出厂参数报告。对比42组实验板材与不同金属焊接后的元素含量发现，不同实验板材中的金属元素含量都较为稳定，实验板材焊缝金属碳、锰、硅、硫、磷、镍的含量依次为：0.06%、0.49%、1.46%、0.014%、0.005%、0.34%，各元素的含量与规范要求差异较小。（二）表面硬度。除30毫米厚的实验板材外，分别在12毫米、14毫米、16毫米、20毫米的实验板材接头横断面的上下缘以及从焊缝区至热影响区的不同部分挑选38个点进行表面维氏硬度的测量。实验板材上缘至下缘的硬度测量数值在分布上是相同的，但焊缝区、熔合区的硬度值则要略高于热影响区。通过对比不同组别的实验板材硬度值分布后发现，从整体上看，其分布规律是一致的，但如果处于不同的温度条件，则会出现差异。预热温度对板材表面硬度的最小值与平均值影响较小，但在预热温度逐步提升后，板材的表面硬度最大值会呈现下降趋势，这说明提高预热温度能有效降低低温条件下焊接接头的淬硬度。（三）力学性能。结合国内的相关钢结构焊接规范，本文对不同组别的实验板材分别进行了接头及焊缝金属的力学性能检验，主要包括拉伸、侧弯以及低温冲击等实验。实验结果表明，42组实验板材的接头在抗拉强度、侧弯方面的指标都可以达到相关标准的要求。焊缝金属在屈服强度、抗拉强度和断后伸长率等方面的表现强于Q345E型钢材的力学性能。焊缝区域和热影响区域在冲击吸收能量的数值方面均能够达标，但热影响区域中有极少数数据值是偏低的，不排除该区域有局部焊接不达标的可能性。

四、低温焊接工艺措施

本文通过实验研究，得出了几点提升低温条件下钢箱梁焊接技术工艺的策略。（一）搭设防风保温棚。在焊接作业的各区域搭建具有防风保温功能的棚帐，即在钢箱梁下部搭设木跳板或者脚手架，并在两侧和底部包裹10厘米厚的岩棉毡，以起到保温作用。（二）采用电加热设备预热。在正式焊接前，用电加热设备进行预热处理，条件不允许的情况下，也可以用火焰加热，防止处于低温环境下的钢材焊接接头因淬硬度降低而出现裂纹。（三）合理控制层间温度。一般情况下，可将层间温度维持在20～150℃，要求预热温度高于层间温度，并以250℃为温度上限。尽量一次性完成接头的焊接工作，然后再重新加热焊缝，此时的加热温度应比焊接前的预热温度提高20～30℃左右。待焊接作业完成后，要立刻用岩棉将焊接接头包裹好做保温处理。（四）合理规划施工场地。合理规划施工场地，避免各类材料乱堆乱放。在拼接结构部件时，避免强硬操作。在组装结构部件时，要对所有焊缝的组装公差进行合理调整，使其分布均匀。除此以外，还需要施工人员严格按照焊接要求规范操作，以保障焊接的整体质量。

五、结语

本文对不同厚度的板材在不同温度下的接试情况进行了实验对比，还对低温焊接下板材的各项力学性能进行了梳理总结，为改善低温条件下钢箱梁的焊接工艺提供了有效数据支撑。此外，还分享了低温条件下开展钢箱梁焊接施工的要点，为同类型施工提供了参考借鉴。

作者:吕鑫 谢伟江 单位:中交四公局第一工程有限公司