低温作业条件下超厚钢板的焊接技术研究

摘要

随着经济建设快速发展和城市化进程的加快，超高层钢结构建筑及大跨度钢结构建筑大量涌现，厚钢板和超厚钢板得到了大量的使用。厚钢板连接焊缝的可焊程度、焊接参数、焊接应力和焊接变形等易受现场条件、焊接环境与焊接位置影响，存在较多不确定因素。其中，现场环境是影响焊接质量的一个重要因素。特别是在低温环境下，超厚钢板的焊缝质量更易受到影响。因此，对低温作业条件下超厚钢板的焊接技术研究具有重要的工程意义。
　　本文以中铁青岛中心工程为背景，对低温作业下的超厚钢板的焊接技术进行了研究，在焊接方案比较的基础上，在ANSYS中建立这15个模型，环境温度分别为-20℃、20℃、200℃，焊缝分一层、二层、三层、四层、六层施焊，采用生死单元和热-结构耦合技术对焊接温度场、残余应力进行了模拟分析，主要内容如下：
　　(1)针对低温作业条件下超厚钢板的焊接施工，探讨了特定条件下焊条的类型选取、及其焊接施工工艺等因素。
　　(2)利用大型有限元程序ANSYS对焊接温度场和残余应力进行了分析。研究了不同的初始温度以及多道焊缝条件下对构件温度场及焊接残余应力的影响。在高温焊接的过程中，热源的移动及其后的快速降温，使得焊缝的附近区域产生了残余应力。根据焊接施工过程的特点，采用ANSYS中生死单元和热-结构耦合技术，对焊缝过程进行数值分析。
　　(3)在有限元分析的基础上，得到对低温作业条件超厚钢板的焊接，优先采用电预热，多层多道焊接的施工方法。电源加热与火焰加热相比，预热区域受热相对均匀，能有效的防止了局部受热造成的连接处的附加应力；升温速度比较均匀可控，防止母材出现过热等现象，能达到母材充分均匀预热；对于整体结构的焊缝而言，可防止受热不均造成构件变形。
　　(4)本论文还对超厚钢板低温条件下焊接施工质量保证措施进行了总结。该焊接技术在中铁青岛中心工程应用，焊缝质量全部满足要求，保证了施工的正常进行。