CN100586630C - 一种高强度桥梁钢手工焊接工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度桥梁钢手工焊接工艺方法，其步骤是：(1)采用抗拉强度为570～650MPa的桥梁钢作为焊接的基材，厚度为32～60mm；匹配的焊接材料：手工焊条抗拉强度590～650MPa，焊条直径Φ4.0mm；(2)坡口采用X型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm；(3)焊接工艺参数：焊接电流165～170A，焊接电压26～25V，焊接速度17～15cm/min，焊接线能量15～17kJ/cm，焊条烘烤制度为350℃×1h；(4)手工焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～150℃。本发明方法具有优良的焊接工艺性能，操作简便、使用方便、高效节能，适用于大跨度、高强度桥梁结构用钢的焊接。焊缝抗裂性能优良，接头三区具有较高的冲击韧性储备及安全裕度。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度桥梁钢手工焊接工艺方法，用于焊接抗拉强度Rm≥570MPa级别低合金高强度桥梁钢、适用于大跨度桥梁结构制造手工焊对接焊接工艺方法，它属于钢材焊接技术领域。
背景技术
随着我国桥梁的整体设计逐步向高强、大跨、重载、高速方面发展。由于桥梁焊接结构日益向高参数、大型化方向发展，这就对焊接结构用钢的性能提出了越来越高的要求，不仅要有良好的综合力学性能，而且要有良好的加工工艺性能，如世界上设计荷载最大的高速铁路桥——南京大胜关大桥全面开工建设，其标志着我国第一条京沪高速铁路桥工程已进入实施阶段。南京大胜关长江大桥是一座6线铁路桥梁，其中2线为高速正线、2线为I级铁路干线，另2线为地铁，设计行车速度为300Km/h。主桥采用跨度为336×2连续钢桁拱结构桥、三片主桁，建成后的南京大胜关桥将成为目前国内跨度最大的高速铁路桥。焊接性的好坏是评价钢材使用性能的主要指标之一。焊接性、焊接材料及相应的焊接工艺是焊接低合金结构钢的三个基本要素，三者密不可分。因此，如不及时有效地解决大跨度桥梁钢种的焊接性及配套焊接材料和焊接工艺问题，将会直接阻碍我国桥梁钢及新钢种的推广应用。加快开展大跨度南京高速大桥用钢焊接材料的匹配及焊接工艺的研究，对我国桥梁用钢在大跨度桥梁结构制造技术的推广应用有着重大的经济效益及社会效益。
采用目前现有手工焊接材料与焊接工艺匹配，熔敷金属冲击功与实际接头韧性远不能满足现代大跨度桥梁制造的焊接技术要求，尤其是与高韧性的基材相比，其韧性指标相差太远。在多层焊的情况下，接头低温韧性明显下降，尤其是焊缝接头三区-40℃ AKV冲击功不能满足新一代大跨度桥梁制造技术指标要求。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种高强度桥梁钢手工焊接工艺方法，其主要解决的是焊接大跨度高强度桥梁钢厚板的现场对接焊缝，焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺方法的材料匹配和焊接工艺匹配的问题，满足接头低温韧性的要求，尤其是满足焊缝接头三区-40℃AKV冲击功的要求。
本发明的技术方案：本发明的高强度桥梁钢手工焊接工艺方法的步骤是：
(1)采用抗拉强度为570～650MPa的桥梁钢作为焊接的基材，厚度为32～60mm；匹配的焊接材料：手工焊条抗拉强度590～650MPa，焊条直径Φ4.0mm；
(2)手工焊坡口采用X型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm；
(3)焊接工艺参数：焊接电流165～170A，焊接电压25～26V，焊接速度15～17cm/min，焊接线能量15～17kJ/cm，焊条烘烤制度为350℃×1h；
(4)手工焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～150℃。
所述的高强度桥梁钢手工焊接工艺方法，要求焊接的基材力学性能为：屈服强度ReL：420～560MPa，抗拉强度为570～650MPa，延伸率A：18～27％，-40℃AKV冲击功：120～270J。
所述的高强度桥梁钢手工焊接工艺方法，焊条熔敷金属化学组分及重量百分比为C 0.041～0.051，Si 0.35～0.40，Mn 1.20～1.50，Ni 1.2～1.50，Mo 0.21～0.24 P 0.010～0.013、S 0.004～0.003，其余为铁及不可避免的杂质。
所述的高强度桥梁钢手工焊接工艺方法，采用相同板厚组合对接接头手工焊焊接，对于两面施焊的对接焊缝，单面焊满后，接头反面在无需清根条件下继续焊满。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明满足了我国大跨、重载、高速、高强度、高韧性新一代桥梁结构钢关键手工焊接制造工艺，手工焊接头抗拉强度、接头冲击功达到较高水平，接头具有较高的冲击韧性储备及安全富裕度。
(2)采用本发明焊接材料及工艺技术，手工焊接头过热区主要为贝氏体组织，焊缝金属主要为细小的针状铁素体组织，从而使焊缝具有优良的低温冲击韧性及抗裂性能。
(3)采用本发明焊接工艺技术实现了高强度桥梁钢厚板结构制造过程焊前不预热、焊后不进行热处理的手工焊焊接工艺，采用多层多道连续施焊工艺时焊缝仍具有较高的冲击功，工序简单、节能，适用于大跨度桥梁钢现场手工焊接制造的推广应用。
附图说明
图1是手工焊试板的坡口形式。
具体实施方式
本发明的高强度桥梁钢手工焊接工艺方法的步骤是：
(1)采用抗拉强度为570～650MPa的桥梁钢作为焊接的基材，厚度为32～60mm；匹配的焊接材料：手工焊条抗拉强度590～650MPa，焊条直径Φ4.0mm；
(2)手工焊坡口采用X型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm；
(3)焊接工艺参数：焊接电流165～170A，焊接电压26～25V，焊接速度17～15cm/min，焊接线能量15～17kJ/cm，焊条烘烤制度为350℃×1h；
(4)手工焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～150℃。
本发明要求焊接的基材力学性能为：屈服强度ReL：420～560MPa，抗拉强度为570～650MPa，延伸率A：18～27％，-40℃AKV冲击功：120～270J。
本发明的焊条熔敷金属化学组分及重量百分比为C 0.041～0.051，Si0.35～0.40，Mn 1.20～1.50，Ni 1.2～1.50，Mo 0.21～0.24 P 0.010～0.013、S0.004～0.003，其余为铁及不可避免的杂质。
本发明的方法采用相同板厚组合对接接头手工焊焊接，对于两面施焊的对接焊缝，单面焊满后，接头反面在无需清根条件下继续焊满。
实施例1：
基材：为热机械控制轧制工艺(TMCP)+回火生产的钢板，厚板组合32mm+32mm；其厚度为32mm钢板的力学性能为：屈服强度ReL：495MPa，抗拉强度Rm：585MPa，延伸率A：23％，-40℃AKV冲击功：269J。试板尺寸为600mm×400mm×32mm；手工焊坡口采用X型对称坡口，坡口尺寸见图1所示，δ＝32mm，坡口角度为60°，钝边H＝2mm。
焊接材料匹配：
手工焊条：熔敷金属化学组分及重量百分比为：C 0.041、Si 0.35、Mn1.20、Ni 1.20、Mo 0.21、P≤0.013、S 0.004，其余为铁及不可避免的杂质；手工焊条直径为Φ4.0mm，所采用焊条熔敷金属的力学性能为Rel＝560MPa，Rm＝645MPa，A＝27％，冲击功AKV(-40℃)＝144J。
焊接工艺参数为：焊接电流165(A)，焊接电压26(V)，焊接速度17cm/min，焊接线能量15kJ/cm，焊条烘烤制度为350℃×1h；手工焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～130℃，焊前不预热，焊后不进行热处理的焊接工艺；
焊后焊缝经100％超声波探伤均为I级。
采用上述焊接工艺焊接高度强桥梁钢手工焊对接接头力学性能，接头抗拉强度Rm＝575MPa，断裂位置：基材，全焊缝拉伸屈服强度Rel＝580MPa，抗拉强度Rm＝645MPa，延伸率A＝26％，焊缝冲击功AKV(-40℃)＝115J，熔合线冲击功AKV(-40℃)＝105J，热影响区(0.5mm)AKV(-40℃)＝151J。
实施例2：
基材：为热机械控制轧制工艺(TMCP)+回火生产的钢板，厚板组合50mm+50mm；其厚度为50mm钢板的力学性能为：屈服强度ReL：540MPa，抗拉强度Rm：635MPa，延伸率A：21％，-40℃AKV冲击功：188J。试板尺寸为600mm×400mm×50mm；手工焊坡口采用X型对称坡口，坡口尺寸见图1所示，δ＝50mm，坡口角度为60°，钝边H＝2mm。
焊接材料匹配：
手工焊条：熔敷金属化学组分及重量百分比为：C 0.048、Si 0.38、Mn1.30、Ni 1.35、Mo 0.23、P≤0.013、S 0.003，其余为铁及不可避免的杂质；手工焊条直径为Φ4.0mm；
焊接工艺参数为：焊接电流170(A)，焊接电压25(V)，焊接速度15cm/min，焊接线能量17kJ/cm，焊条烘烤制度为350℃×1h；手工焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在130～150℃，焊前不预热，焊后不进行热处理的焊接工艺方法。；
焊后焊缝经100％超声波探伤均为I级。
采用上述焊接工艺焊接高度强桥梁钢手工焊对接接头力学性能，接头抗拉强度Rm＝590MPa，断裂位置：基材，全焊缝拉伸屈服强度Rel＝585MPa，抗拉强度Rm＝620MPa，延伸率A＝26％，焊缝冲击功AKV(-40℃)＝113J，熔合线冲击功AKV(-40℃)＝106J，热影响区(0.5mm)AKV(-40℃)＝130J。
实施例3：
基材：为热机械控制轧制工艺(TMCP)+回火生产的钢板，厚板组合60mm+60mm；其厚度为60mm钢板的力学性能为屈服强度ReL：495MPa，抗拉强度Rm：620MPa，延伸率A：24.5％，-40℃AKV冲击功：257J。试板尺寸为600mm×400mm×60mm；手工焊坡口采用X型对称坡口，坡口尺寸见图1所示，δ＝60mm，坡口角度为60°，钝边H＝2mm。
焊接材料匹配：
手工焊条：熔敷金属化学组分及重量百分比为：C 0.051、Si 0.40、Mn1.50、Ni 1.50、Mo 0.24、P≤0.013、S 0.004，其余为铁及不可避免的杂质；手工焊条直径为Φ4.0mm；
焊接工艺参数为：焊接电流～165(A)，焊接电压～26(V)，焊接速度～15cm/min，焊接线能量～17kJ/cm，焊条烘烤制度为350℃×1h；手工焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～150℃，焊前不预热，焊后不进行热处理的焊接工艺方法；
焊后焊缝经100％超声波探伤均为I级。
采用上述焊接工艺焊接高度强桥梁钢对接接头力学性能，接头抗拉强度Rm＝600MPa，断裂位置：基材，全焊缝拉伸屈服强度Rel＝565MPa，抗拉强度Rm＝640MPa，延伸率A＝24％，焊缝冲击功AKV(-40℃)＝142J，熔合线冲击功AKV(-40℃)＝223J，热影响区(0.5mm)AKV(-40℃)＝223J。
本发明技术指标在于焊接抗拉强度级别Rm≥570MPa同时，32mm+32mm、50mm+50mm、60mm+60mm三种厚板组合的手工焊对接接头焊缝冲击功AKV(-40℃)＝113～142J，熔合线冲击功AKV(-40℃)＝105～223J，热影响区(0.5mm)AKV(-40℃)＝130～223J。
Claims (5)
1.一种高强度桥梁钢手工焊接工艺方法，其步骤是：
(1)采用抗拉强度为570～650MPa的桥梁钢作为焊接的基材，厚度为32～60mm；匹配的焊接材料：手工焊条抗拉强度590～650MPa，焊条直径Φ4.0mm；
(2)手工焊坡口采用X型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm；
(3)焊接工艺参数：焊接电流165～170A，焊接电压25～26V，焊接速度15～17cm/min，焊接线能量15～17kJ/cm，焊条烘烤制度为350℃×1h；
(4)手工焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～150℃。
2.如权利要求1所述的高强度桥梁钢手工焊接工艺方法，其特征为：要求焊接的基材力学性能为：屈服强度ReL：420～560MPa，抗拉强度为570～650MPa，延伸率A：18～27％，-40℃AKV冲击功：120～270J。
3.如权利要求1或2所述的高强度桥梁钢手工焊接工艺方法，其特征为：焊条熔敷金属化学组分及重量百分比为C 0.041～0.051，Si 0.35～0.40，Mn 1.20～1.50，Ni 1.2～1.50，Mo 0.21～0.24 P 0.010～0.013、S0.004～0.003，其余为铁及不可避免的杂质。
4.如权利要求1或2所述的高强度桥梁钢手工焊接工艺方法，其特征为：采用相同板厚组合对接接头手工焊焊接，对于两面施焊的对接焊缝，单面焊满后，接头反面在无需清根条件下继续焊满。
5.如权利要求3所述的高强度桥梁钢手工焊接工艺方法，其特征为：采用相同板厚组合对接接头手工焊焊接，对于两面施焊的对接焊缝，单面焊满后，接头反面在无需清根条件下继续焊满。
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