CN101318254B - 一种用于高强度桥梁钢厚板埋弧焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强度桥梁钢埋弧焊对接焊接工艺方法。其解决目前在低合金高强度桥梁钢制造大跨度桥梁结构的埋弧焊对接焊接中，焊后要热处理、需进行清根等问题。措施：其方法：采用抗拉强度为570～650MPa桥梁钢、厚度为36～60mm；匹配的焊接材料：焊丝抗拉强度600MPa，焊丝直径Φ5.0mm，焊剂为SJ105Q；埋弧焊坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边为6mm；焊前火焰预热到80～100℃；焊接参数：焊接电流680～700A，焊接电压29～30V，焊接速度22～23m/h，焊接线能量32～35kJ/cm，焊剂烘烤制度为350℃×1h；埋弧焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～160℃。本发明焊后不进行热处理，无需清根，工序简单、能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度桥梁钢埋弧焊接工艺方法，尤其适用于Rm570～650MPa MPa级别低合金高强度桥梁钢制造大跨度桥梁结构的埋弧焊对接焊接工艺方法。
背景技术
随着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。
采用目前现有埋弧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。在大线能量及多层焊的情况下，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解决埋弧焊接工艺与匹配材料焊接大跨度高强度桥梁钢厚板结构制造过程中，采取焊前80～100℃预热、焊后不进行热处理、也无需进行清根过程的焊接工艺方法。
实现上述目的技术内容：
一种用于高强度桥梁钢厚板埋弧焊接方法，其步骤：
(1)采用抗拉强度为570～650MPa桥梁钢、厚度为36～60mm；匹配的焊接材料：焊丝抗拉强度600MPa，焊丝直径Φ5.0mm，焊剂为SJ105Q；要求焊接的基材力学性能为：屈服强度ReL：420～560MPa，抗拉强度Rm：570～650MPa，延伸率：A18～27％，-40℃冲击功AKV：120～270J；
(2)埋弧焊坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边为6mm；
(3)焊前采用火焰预热到80～100℃；
(4)焊接工艺参数：焊接电流680～700A，焊接电压29～30V，焊接速度22～23m/h，焊接线能量32～35kJ/cm，焊剂烘烤制度为350℃×1h；
(5)埋弧焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～160℃。
其在于：在钢板厚度为36～60mm的范围内，采用不同板厚或相同板厚组合对接接头埋弧焊焊接。
其在于：所采用焊丝化学组分及重量百分比为：C 0.05～0.10、Si≤0.10、Mn 1.60～2.0、Ni 0.30～0.50、Ti 0.08～0.15、Mo 0.20～0.50、P≤0.015、S ≤0.010，其余为铁及不可避免的杂质。
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埋弧焊接制造工艺，埋弧焊接头抗拉强度、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)采用本发明焊接工艺技术，埋弧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80～100℃预热、焊后不进行热处理的焊接工艺，无需进行清根过程，即工序简单、能耗低。
(4)采用多层多道连续施焊工艺时焊缝仍具有较高的冲击功，适用于工厂大跨度桥梁钢制造推广应用。
具体实施方式
实施例1：
基材：为热机械控制轧制工艺(TMCP)+回火生产的钢板，其厚度为36mm钢板的力学性能为：屈服强度ReL：525MPa，抗拉强度Rm：600MPa，延伸率A：26.5％，-40℃冲击功AKV：270J，试板尺寸为600mm×400mm×36mm；其厚度为44mm钢板的力学性能为：屈服强度ReL：515MPa，抗拉强度Rm：590MPa，延伸率A：25％，-40℃冲击功AKV：265J，试板尺寸为600mm×400mm×44mm；埋弧焊坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边6mm。
焊接材料匹配：
焊丝：其化学组分及重量百分比为：C 0.06、Si 0.05、Mn 1.85、Ni 0.31、Ti 0.09、Mo 0.30、P≤0.011、S 0.008，其余为铁及不可避免的杂质。焊丝直径为Φ5.0mm，并与烧结焊剂SJ105Q匹配进行焊接。经检测，其熔敷金属的力学性能为Rel＝555MPa、Rm＝640MPa、A＝27％、Z＝70％、AKV(-40℃)＝114J。
将36mm+44mm板厚的钢板采用火焰预热到80℃；进行对接埋弧焊接；焊接工艺参数为：焊接电流680～700A，焊接电压29～30V，焊接速度22.5～23m/h，焊接线能量32～35kJ/cm；焊剂烘烤制度为350℃×1h；埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～130℃。
焊后试板焊缝经100％超声波探伤均为I级。
采用上述焊接方法焊接的高强度桥梁钢，经对其接头力学性能检测，接头抗拉强度Rm＝575MPa，断裂位置：基材，接头冷弯(侧弯d＝3a 180°)合格，全焊缝拉伸屈服强度Rel＝585MPa，抗拉强度Rm＝660MPa，延伸率A＝22％，焊缝冲击功AKV(-40℃)＝200J，热影响区(1mm)AKV(-40℃)＝255J。
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；其力学性能为：屈服强度ReL：515MPa，抗拉强度Rm：590MPa，延伸率A：22％，-40℃冲击功AKV：265J。试板尺寸为600mm×400mm×50mm；埋弧焊坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边6mm。
焊接材料匹配：
焊丝：其化学组分及重量百分比为：C 0.08、Si 0.06、Mn 2.0、Ni 0.50、Ti 0.10、Mo 0.40、P 0.015、S ≤0.006，其余为铁及不可避免的杂质。焊丝直径为Φ5.0mm，并与烧结焊剂SJ105Q匹配进行焊接。经检测，其熔敷金属的力学性能为Rel＝555MPa、Rm＝640MPa、A＝27％、Z＝70％、AKV(-40℃)＝114J。
将50mm+50mm板厚的钢板采用火焰预热到90℃；进行对接埋弧焊接；焊接工艺参数为：多层多道焊接电流为680～690A，焊接电压29～30V，焊接速度22～23m/h，焊接线能量32～35kJ/cm，焊剂烘烤制度为350℃×1h；埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在120～140℃。
焊后试板焊缝经100％超声波探伤均为I级。
采用上述焊接工艺焊接高强度桥梁钢对接接头力学性能，接头抗拉强度Rm达到580MPa，断裂位置：基材，接头冷弯(侧弯d＝3a 180°)合格，全焊缝拉伸屈服强度Rel＝525MPa，抗拉强度Rm＝600MPa，延伸率A＝26％，焊缝冲击功AKV(-40℃)＝118J，热影响区(1mm)AKV(-40℃)＝241J。
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；其力学性能为：屈服强度ReL：495MPa，抗拉强度Rm：620MPa，延伸率A：24.5％，-40℃冲击功AKV：257J。试板尺寸为600mm×400mm×50mm；埋弧焊坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边6mm。
焊接材料匹配：
焊丝：其化学组分及重量百分比为：C 0.10、Si 0.10、Mn 1.60～2.0、Ni 0.35、Ti 0.13、Mo0.20、P 0.012、S 0.009，其余为铁及不可避免的杂质。焊丝直径为Φ5.0mm，并与烧结焊剂SJ105Q匹配进行焊接。经检测，其熔敷金属的力学性能为Rel＝555MPa、Rm＝640MPa、A＝27％、Z＝70％、AKV(-40℃)＝114J。
将60mm+60mm板厚的钢板采用火焰预热到100℃；进行对接埋弧焊接；焊接工艺参数为：多层多道焊接电流平均为690A，焊接平均电压29.5V，焊接速度22.5m/h，焊接线能量33kJ/cm，焊剂烘烤制度为350℃×1h；埋弧焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在130～150℃。
焊后试板焊缝经100％超声波探伤均为I级。
采用上述焊接工艺焊接高强度桥梁钢对接接头力学性能，接头抗拉强度Rm＝595MPa，断裂位置：基材，接头冷弯(侧弯d＝3a 180°)合格，全焊缝拉伸屈服强度Rel＝530MPa，抗拉强度Rm＝605MPa，延伸率A＝24％，焊缝冲击功AKV(-40℃)＝186J，热影响区(1mm)AKV(-40℃)＝270J。
Claims (3)
1.一种用于高强度桥梁钢厚板埋弧焊接方法，其步骤：
(1)采用抗拉强度为570～650MPa桥梁钢、厚度为36～60mm；匹配的焊接材料：焊丝抗拉强度600MPa，焊丝直径Φ5.0mm，焊剂为SJ105Q；要求焊接的基材力学性能为：屈服强度ReL：420～560MPa，抗拉强度Rm：570～650MPa，延伸率A：18～27％，-40℃冲击功AKV：120～270J；
(2)埋弧焊坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边为6mm；
(3)焊前采用火焰预热到80～100℃；
(4)焊接工艺参数：焊接电流680～700A，焊接电压29～30V，焊接速度22～23m/h，焊接线能量32～35kJ/cm，焊剂烘烤制度为350℃×1h；
(5)埋弧焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～160℃。
2.如权利要求1所述的一种用于高强度桥梁钢厚板埋弧焊接方法，其特征在于：在钢板厚度为36～60mm的范围内，采用不同板厚或相同板厚组合对接接头埋弧焊焊接。
3.如权利要求1所述的一种用于高强度桥梁钢厚板埋弧焊接方法，其特征在于：所采用焊丝化学组分及重量百分比为：C 0.05～0.10、Si≤0.10、Mn 1.60～2.0、Ni 0.30～0.50、Ti 0.08～0.15、Mo 0.20～0.50、P≤0.015、S≤0.010，其余为铁及不可避免的杂质。
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