钢结构桥梁的焊接材料选择

钢结构桥梁的焊接材料选择

丁蕾

中交世通（重庆）重工有限公司重庆  402160

摘要：当下，钢结构桥梁已经在市政工程中得到了广泛应用。但是实际应用过程中依然存在适配性不强或其他方面的问题。基于此，本文对钢结构桥梁的焊接材料选择进行了讨论，首先明确了材料选择相关内容，随后以实心焊丝和药芯焊丝为例展开了试验，并针对试验结果进行了分析，最后进行了总结，以供参考。

关键词：钢结构桥梁；焊接；材料选择

1.材料选择

对于钢结构桥梁而言，焊接材料选择十分关键。当前随着我国钢材冶炼水平不断提升，焊接材料发展正面临严峻考验。通常情况下，选择高性能钢材时应当站在低碳的基础上进一步提高纯净度，对S、P的含量进行有效控制。同时，钢材本身应当包含少量微合金化元素，并对关键元素（比如Ni）的含量进行控制，从而强化焊接接头，确保焊接接头能够满足低温冲击韧性需求[1]。

常用结构钢材料中，材质包含Q345、Q370、Q390、Q420等。

其中，Q345、Q370、Q390的焊条电弧焊型号主要包括E5015和E5015-G，牌号则包含J507、J507NI。在气体保护焊中，实芯焊丝材料主要包括ER50-6、ER50-G、药芯焊丝材料包括E501T-1、E501T-1L。保护气为二氧化碳。在埋弧焊中，主要包括薄板不开坡口对接焊缝H08MnA或者H10Mn2、接焊缝H10Mn2或者H08Mn2E、角焊缝H08MnA，焊剂分别是SJ101q、SJ101q、SJ105q、SJ103M、SJ101q等。而Q420级中，焊条电弧焊以E5515、E5515-G为主，牌号为J557和J557Ni。气体保护焊中，实芯焊丝包括ER50-6和ER55-G，药芯焊丝包括E501T-1、E501T-1L、E551T-1L[2]。

Q420级和其他材质相同，保护气同样为二氧化碳。埋弧焊的焊丝为对接焊缝H60Q和角焊缝H08Mn2E，焊机可以用SJ101q和SJ105q。

对于上述材质而言，气体保护焊的保护气还包括机器人二氧化碳气体保护焊，此时焊条材质以药芯E500T-1为主。

2.材料试验

2.1母材和焊材选用

选择母材时，多选择低合金结构的钢Q345E，主要化学成本包含C、S、Si、Ti等，其中，C的含量不超过0.17%，S的含量不超过0.015%，Ti的含量不超过0.02%，Mn的含量处于1.2%到1.6%之间，P的含量不超过0.02%，Ni的含量不超过0.3%，V的含量不超过0.08%，Cr的含量不超过0.3%，Si的含量不超过0.5%，Nb的含量不超过0.04%。

而Q345E钢的力学性能主要体现在屈服强度、抗拉强度、伸长率三个方面，其中屈服强度为345兆帕，抗拉强度在470兆帕到630兆帕之间，伸长率为21%。

在试验过程中，焊接材料采用实心焊丝E5R0-6，其牌号为JQ.MG50-6，国际牌号为ER50-6，美标牌号为ER70S-6，规格为1.2，执行标准为GB/T 8110-2020、AWSA5.18、ISO 14341-A-G424C13Sil。

另一种材料则为药芯焊丝E501T-1L，具体规格和参数中，牌号为JQ.YJ501，国际牌号为E501T-1L，美标牌号为E71T-1C，规格为1.2，执行标准为GB/T 10045-2018、AWSA5.20。

2.2焊接工艺参数

在试验中，无论是实心焊丝还是药芯焊丝，规格都为1.2，保护气体也都为CO2，将保护气体的流量设置为每分钟15升到20升后，焊接工艺参数中，需要按照序号对焊丝进行实验。其中，实心焊丝E5R0-6的1号焊丝电弧电压处于30伏到32伏之间，焊接电流处于220安到240安，焊接速度为25到30（cm·min－1)；2号焊丝电弧电压处于32伏到34伏之间，焊接电流处于240安到260安，焊接速度为30到40（cm·min－1)；3号焊丝电弧电压处于32伏到34伏之间，焊接电流处于240安到260安，焊接速度为30到35（cm·min－1)；4号焊丝电弧电压处于32伏到34伏之间，焊接电流处于260安到290安，焊接速度为25到30（cm·min－1)；5号焊丝电弧电压处于34伏到36伏之间，焊接电流处于290安到300安，焊接速度为25到30（cm·min－1)；6号焊丝电弧电压处于30伏到32伏之间，焊接电流处于220安到240安，焊接速度为25到30（cm·min－1)。

药芯焊丝E501T-1L的1号焊丝电弧电压处于25伏到28伏之间，焊接电流在220安到240安之间，焊接速度为25到30（cm·min－1)；2号焊丝电弧电压处于25伏到30伏之间，焊接电流在220安到240安之间，焊接速度为30到40（cm·min－1)；3号焊丝电弧电压处于25伏到30伏之间，焊接电流在220安到240安之间，焊接速度为30到35（cm·min－1)；4号焊丝电弧电压处于25伏到30伏之间，焊接电流在220安到240安之间，焊接速度为25到30（cm·min

－1)；5号焊丝电弧电压处于25伏到30伏之间，焊接电流在220安到240安之间，焊接速度为30到35（cm·min－1)。

在焊接过程中，首先需要做好焊前清理工作，施工技术人员应当在坡口两侧30毫米的范围内进行打磨工作、除锈工作等，保证焊接位置的清洁性。其次，需要做好层间清理工作，主要针对机械进行清理，将存在的焊渣和药皮清理干净。最后，对背面进行清理时需要采用气刨进行清理。

3.试验结果分析

3.1X射线衍射试验分析

在完成X射线衍射试验后发现，药芯焊丝接头衍射图谱角度处于44度到64度之间，并且存在明显峰值。在经过对比后，发现峰值为铁元素的峰，并在此基础上对试件的经历尺寸进行了测试，得到结果为药芯接头试件平均晶粒尺寸为532纳米。

而实心接头的焊丝衍射图谱同样处于44度到64度之间，也存在明显峰值。对照后发现也为铁元素的峰，最终测试后发现实心接头试件平均晶粒尺寸为499纳米[4]。

3.2力学性能试验

在试验过程中，根据不同编号对试样进行拉伸，随后对数据进行了系统性统计和分析，得到结果。经过分析后发现，编号S1处于母材位置，试样的抗拉强度分别是530兆帕、525兆帕、543兆帕，屈服强度分别是375兆帕、377兆帕、381兆帕，伸长率是24%、25%、25%；

编号S4处于焊缝位置，试样的抗拉强度分别是544兆帕、555兆帕、558兆帕，屈服强度分别是387兆帕、391兆帕、398兆帕，伸长率是25%、28%、25%；

编号S7处于接头位置，试样的抗拉强度分别是511兆帕、530兆帕、520兆帕，屈服强度分别是365兆帕、359兆帕、350兆帕，伸长率是23%、24%、23%；

编号Y1处于母材位置，试样的抗拉强度分别是524兆帕、538兆帕、528兆帕，屈服强度分别是385兆帕、376兆帕、383兆帕，伸长率是26%、25%、25%；

编号Y4处于焊缝位置，试样的抗拉强度分别是585兆帕、581兆帕、574兆帕，屈服强度分别是403兆帕、399兆帕、397兆帕，伸长率是25%、24%、23%；

编号Y7处于接头位置，试样的抗拉强度分别是525兆帕、513兆帕、535兆帕，屈服强度分别是355兆帕、358兆帕、367兆帕，伸长率是23%、23%、24%。

其中，S7和Y7存在断裂情况，并且都处于热影响区域当中。

分析后可以发现母材、焊缝、接头的抗拉强度以及屈服强度都超过345兆帕，并且母材和焊缝的强度和伸长率略高于热影响区域的强度和伸长率，由此可见热影响区域的力学性能较为薄弱，并且焊后冷却时晶粒有明显变化，区域位置的韧性严重下降，引发了断裂的情况。

4.结论

针对实心焊丝和药芯焊丝进行了分析，分别展开了X射线衍射试验和力学性能试验，得到了以下结论。

第一，药芯焊丝的接头组织性能稍微优于实心焊丝接头。

第二，焊缝强度性能中，药芯焊丝强度比实心焊丝高。

第三，两种焊丝力学性能差距较小，实际应用过程中应当站在成本的角度和焊接位置的角度对应用种类进行细致考虑。

参考文献：

[1]李海龙,梁永强.钢结构桥梁焊接施工技术研究[J].企业科技与发展,2022(07):115-117.

[2]张博,赵云龙.钢结构桥梁的焊接材料选择[J].焊接技术,2022,51(05):109-112.