CN101337301A - 一种不同强度级别桥梁钢埋弧焊接的方法 - Google Patents

一种不同强度级别桥梁钢埋弧焊接的方法 Download PDF

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本发明公开了一种不同强度级别桥梁钢埋弧焊接的方法，采用510～550MPa和570～650MPa两种不同抗拉强度钢种，对其进行埋弧焊接，埋弧焊接坡口采用X型非对称坡口；所用钢种为14MnNbq钢和WNQ570钢，14MnNb钢屈服强度ReL为370～415MPa，抗拉强度Rm为510～550MPa，延伸率A为20～35％，－40℃AKV冲击功为120～290J；WNQ570钢的屈服强度ReL为420～560MPa，抗拉强度Rm为570～650MPa，延伸率A为18～27％，－40℃AKV冲击功为120～270J；钢板的厚度为32～60mm；所述坡口角度为60°，钝边6mm。本发明埋弧焊接的方法，满足了大跨、重载、高速、高强度、高韧性新一代桥梁结构异种钢接头关键埋弧焊接工艺制造要求。埋弧焊接头抗拉强度、冷弯性能优良。接头三区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裕度。

Description

一种不同强度级别桥梁钢埋弧焊接的方法
技术领域
本发明涉及一种埋弧焊接的方法，特别是涉及一种不同强度级别桥梁钢埋弧焊接的方法。
背景技术
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，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不同钢种强度级别的焊接性及配套焊接材料和焊接工艺问题，将会直接阻碍桥梁钢及新钢种的推广应用。
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，远不能满足新一代大跨度桥梁制造焊接技术指标要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种不同强度级别桥梁钢埋弧焊接的方法，能够实现焊前不预热，焊后不进行热处理，具有优良的接头综合性能，焊缝具有优良的低温冲击韧性，接头三区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裕度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种不同强度级别桥梁钢埋弧焊接的方法，采用510～550MPa和570～650MPa两种不同抗拉强度钢种，对其进行埋弧焊接，埋弧焊接坡口采用X型非对称坡口。
上述埋弧焊接的方法，其中，所用钢种为14MnNbq钢和WNQ570钢，14MnNb钢屈服强度ReL为370～415MPa，抗拉强度Rm为510～550MPa，延伸率A为20～35％，-40℃AKV冲击功为120～290J；WNQ570钢的屈服强度ReL为420～560MPa，抗拉强度Rm为570～650MPa，延伸率A为18～27％，-40℃AKV冲击功为120～270J，可以采用武钢生产的14MnNbq钢和WNQ570钢。
上述埋弧焊接的方法，其中，所述两种钢板的厚度为32～60mm。
上述埋弧焊接的方法，其中，所用焊丝熔敷金属抗拉强度Rm为550～600MPa。
上述埋弧焊接的方法，其中，焊丝可以采用中国专利97104393.0中公开的焊丝，焊丝的组成为C：0.06～0.12、Si≤0.06、Mn：1.50～2.0、Ni：0.10～0.50、Ti：0.05～0.15、B：0.002～0.010、P≤0.015、S≤0.010，其余为铁及不可避免的杂质，以重量计，与烧结焊剂SJ105Q匹配焊接，熔敷金属的力学性能为Rel＝470MPa、Rm＝580MPa、A＝29％、AKV(-40℃)＝172J，SJ105Q为市场可以购得的烧结焊剂。
上述埋弧焊接的方法，其中，所用焊丝直径为5.0mm。
上述埋弧焊接的方法，其中，所述坡口为每单边坡口加工角度为30°，双面X型非对称坡口角度为60°，钝边6mm。
上述埋弧焊接的方法，其中，所述焊接工艺条件为：焊接电流650～720A，焊接电压30～32V，焊接速度23～21m/h，焊接线能量31～37kJ/cm，焊剂烘烤制度为350℃×1h。
上述埋弧焊接的方法，其中，所述埋弧焊接采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～170℃，对于两面施焊的对接焊缝，单面焊满后，接头反面无需清根。
本发明的不同强度级别桥梁钢埋弧焊接的方法具有如下优点：
(1)本发明异种不同强度级别桥梁钢埋弧焊接的方法，满足了大跨、重载、高速、高强度、高韧性新一代桥梁结构异种钢接头关键埋弧焊接工艺制造要求。埋弧焊接头抗拉强度、冷弯性能优良。接头三区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裕度。
(2)采用本发明的焊接方法，埋弧焊异种钢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，接头具有优良的抗裂性能、抗疲劳性能、抗时效性能及优良的断裂韧性。
(3)采用本发明的焊接方法实现了不同强度级别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焊接工艺方法，采用多层多道连续施焊时焊缝仍具有较高的冲击功。本发明所述的焊接方法具有优良的焊接工艺性能，操作简便、适用方便、节能、并且适用大跨度桥梁钢制造推广应用。
附图说明
图1a为不同强度桥梁钢32mm+32mm厚度组合埋弧焊对接接头坡口示意图；
图1b为不同强度桥梁钢50mm+50mm厚度组合埋弧焊对接接头坡口示意图；
图1c为不同强度桥梁钢60mm+60mm厚度组合埋弧焊对接接头坡口示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细描述本发明。
实施例1
基材：WNQ570为热机械控制轧制工艺(TMCP+回火)生产的钢板，14MnNbq为正火生产的钢板，厚板组合32mm+32mm；14MnNbq桥梁钢其厚度为32mm，钢板的力学性能为：屈服强度ReL：370MPa，抗拉强度Rm：530MPa，延伸率A：35％，-40℃AKV冲击功：172J；WNQ570桥梁钢其厚度为32mm，钢板的力学性能为：屈服强度ReL：490MPa，抗拉强度Rm：585MPa，延伸率A：27％，-40℃AKV冲击功：270J。试板尺寸为600mm×400mm×32mm；埋弧焊坡口采用X型非对称坡口，坡口尺寸见图1a所示，坡口角度为60°，钝边6mm。
匹配的焊接材料：焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.06、Si：0.06、Mn：1.5、Ni：0.1、Ti：0.08、B：0.002、P≤0.015、S≤0.010，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。
将两种强度不同(WNQ570+14MnNbq，32mm+32mm)板厚相同的钢板进行埋弧焊接，其焊接工艺参数为：焊接电流650A，焊接电压30V，焊接速度23m/h，焊接线能量31kJ/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100～140℃，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不同强度等级钢种对接接头力学性能，全焊缝拉伸结果：焊缝屈服强度ReL：470～505MPa，焊缝抗拉强度Rm：555～570MPa，延伸率A：23～26％，接头的抗拉强度Rm：525～545MPa，断裂位置，焊外。焊缝冲击功AKV(-40℃)＝134J，14MnNbq侧：熔合线AKV(-40℃)＝159J，热影响区(0.5mm)AKV(-40℃)＝220J；WNQ570侧：熔合线AKV(-40℃)＝223J，热影响区(0.5mm)AKV(-40℃)＝295J。
两种不同强度桥梁钢异种接头焊接时，14MnNbq侧：接头三区-40℃AKV平均冲击功达到134～220J；WNQ570侧：接头三区-40℃AKV平均冲击功达到134～295J。
实施例2：
基材：WNQ570为热机械控制轧制工艺(TMCP+回火)生产的钢板，14MnNbq为正火生产的钢板，厚板组合50mm+50mm；14MnNbq桥梁钢其厚度为50mm，钢板的力学性能为：屈服强度ReL：415MPa，抗拉强度Rm：510MPa，延伸率A：26％，-40℃AKV冲击功：120J；WNQ570桥梁钢其厚度为50mm，钢板的力学性能为：屈服强度ReL：560MPa，抗拉强度Rm：650MPa，延伸率A：21％，-40℃AKV冲击功：220J。试板尺寸为600mm×400mm×50mm；埋弧焊坡口采用X型非对称坡口，坡口尺寸见图1b所示，坡口角度为60°，钝边6mm。
匹配的焊接材料：焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.09、Si：0.05、Mn：1.82、Ni：0.35、Ti：0.05、B：0.006、P≤0.015、S≤0.010，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。
将两种强度不同(WNQ570+14MnNbq，50mm+50mm)板厚相同的钢板进行埋弧焊接：其焊接工艺参数为：焊接电流720A，焊接电压32V，焊接速度22.5m/h，焊接线能量37kJ/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140～170℃，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不同强度等级钢种对接接头力学性能，全焊缝拉伸结果：焊缝屈服强度ReL：460～475MPa，焊缝抗拉强度Rm：535～555MPa，延伸率A：28～31％，接头的抗拉强度Rm：535～525MPa，断裂位置，焊外。焊缝冲击功AKV(-40℃)＝276J，14MnNbq侧：熔合线AKV(-40℃)＝257J，热影响区(0.5mm)AKV(-40℃)＝166J；WNQ570侧：熔合线AKV(-40℃)＝147J，热影响区AKV(-40℃)＝220J。
两种不同强度桥梁钢异种接头焊接时，14MnNbq侧：接头三区-40℃AKV平均冲击功达到276～257J；WNQ570侧：接头三区-40℃AKV平均冲击功达到276～220J。
实施例3：
基材：WNQ570为热机械控制轧制工艺(TMCP+回火)生产的钢板，14MnNbq为正火生产的钢板，厚板组合60mm+60mm；14MnNbq桥梁钢其厚度为60mm，钢板的力学性能为：屈服强度ReL：395MPa，抗拉强度Rm：550MPa，延伸率A：20％，-40℃AKV冲击功：290J；WNQ570桥梁钢其厚度为60mm，钢板的力学性能为：屈服强度ReL：420MPa，抗拉强度Rm：570MPa，延伸率A：18％，-40℃冲击功AKV：120J。试板尺寸为600mm×400mm×60mm；埋弧焊坡口采用X型非对称坡口，坡口尺寸见图1c所示，坡口角度为60°，钝边6mm。
匹配的焊接材料：焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.12、Si：0.06、Mn：2.0、Ni：0.5、Ti：0.15、B：0.01、P≤0.015、S≤0.010，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。
将两种强度不同(WNQ570+14MnNbq，60mm+60mm)板厚相同的钢板进行埋弧焊接：其焊接工艺参数为：焊接电流700A，焊接电压31V，焊接速度21m/h，焊接线能量37kJ/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100～150℃，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不同强度等级钢种对接接头力学性能，全焊缝拉伸结果：焊缝屈服强度ReL：435～470MPa，焊缝抗拉强度Rm：535～550MPa，延伸率A：28～29％，接头的抗拉强度Rm：520～530MPa，断裂位置，焊外。焊缝冲击功AKV(-40℃)＝119J，14MnNbq侧：熔合线AKV(-40℃)＝177J，热影响区(0.5mm)AKV(-40℃)＝187J；WNQ570侧：熔合线AKV(-40℃)＝261J，热影响区(0.5mm)AKV(-40℃)＝197J。
两种不同强度桥梁钢异种接头厚板焊接时，14MnNbq侧：接头三区-40℃AKV平均冲击功达到119～187J；WNQ570侧：接头三区-40℃AKV平均冲击功达到119～261J。

Claims (10)

1、一种不同强度级别桥梁钢埋弧焊接的方法，其特征在于，采用510～550MPa和570～650MPa两种不同抗拉强度钢种，对其进行埋弧焊接，埋弧焊接坡口采用X型非对称坡口。
2、如权利要求1所述的埋弧焊接的方法，其特征在于，所用钢种为14MnNbq钢和WNQ570钢，14MnNbq钢屈服强度ReL为370～415MPa，抗拉强度Rm为510～550MPa，延伸率A为20～35％，-40℃AKV冲击功为120～290J；WNQ570钢的屈服强度ReL为420～560MPa，抗拉强度Rm为570～650MPa，延伸率A为18～27％，-40℃AKV冲击功为120～270J。
3、如权利要求1或2所述的埋弧焊接的方法，其特征在于，所述两种钢板的厚度为32～60mm。
4、如权利要求1所述的埋弧焊接的方法，其特征在于，所用焊丝熔敷金属抗拉强度Rm为550～600MPa。
5、如权利要求1或4所述的埋弧焊接的方法，其特征在于，所用焊丝直径为5.0mm。
6、如权利要求1所述的埋弧焊接的方法，其特征在于，所用焊剂为SJ105Q。
7、如权利要求1所述的埋弧焊接的方法，其特征在于，所述坡口为每单边坡口加工角度为30°，双面X型非对称坡口角度为60°，钝边6mm。
8、如权利要求1所述的埋弧焊接的方法，其特征在于，所述焊接工艺条件为：焊接电流650～720A，焊接电压30～32V，焊接速度23～21m/h，焊接线能量31～37kJ/cm，焊剂烘烤制度为350℃×1h。
9、如权利要求1所述的埋弧焊接的方法，其特征在于，所述埋弧焊接采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～170℃。
10、如权利要求1或4所述的埋弧焊接的方法，其特征在于，所述焊丝的组成为C：0.06～0.12、Si≤0.06、Mn：1.50～2.0、Ni：0.10～0.50、Ti：0.05～0.15、B：0.002～0.010、P≤0.015、S≤0.010，其余为铁及不可避免的杂质，以重量计。
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