CN102861974B - 一种不同强度及板厚桥梁钢组合的角接埋弧焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种不同强度及板厚桥梁钢组合的角接埋弧焊接方法，其工艺措施组成：焊接母材：为R_m在510~550MPa的14MnNbq与R_m在570~650MPa 的WNQ570的组合焊接且板厚为44~60 mm；焊丝：熔敷金属R_m：475 MPa，直径Ф5.0mm，焊剂为SJ101Q；坡口为K型对称形，坡口角度为55°，钝边为18~20mm；焊接：电流680~700A，电压30~31V，速度21~22m/h，线能量35~36kJ/cm，焊剂烘烤制度为350℃×1h；采用多层多道连续施焊。本发明不仅焊前不预热、焊后不热处理，采用埋弧焊接工艺与匹配材料焊接大跨度、异钢种、不同强度级别及不同厚度的桥梁钢角接结构件组合焊接，更主要是解决了接头超强度匹配、应力集中这些关键技术问题。

Description

一种不同强度及板厚桥梁钢组合的角接埋弧焊接方法

技术领域

本发明涉及一种不同强度级别异种桥梁钢厚板角接埋弧焊接工艺方法，主要用于焊接510~550MPa 与570~650MPa两种不同强度级别、板厚为44mm与60mm不同厚度的低合金高强度桥梁工程结构用钢角接进行组合埋弧焊接的方法，尤其适用于大跨度桥梁结构制造异种钢埋弧焊角接头焊接工艺方法。

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，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，将会直接阻碍我国桥梁钢及新钢种的推广应用。加快开展大跨度桥梁异种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及焊接工艺将不同强度级别异种桥梁钢厚板角接进行焊接，其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。

目前，中国专利号为ZL200810048714.4的《一种不同强度桥梁钢埋弧焊接的方法》专利文献，其公开了一种采用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R_eL为370～415MPa，抗拉强度R_m为510～550MPa，延伸率A为20～35%，-40℃ KV₂冲击功为120～290J；WNQ570钢的屈服强度R_eL为420～560MPa，抗拉强度R_m为570～650MPa， 延伸率A为18～27%，-40℃ KV₂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。上述埋弧焊接的方法，其中，所述焊丝采用中国专利申请号为97104393.0的焊丝，其焊丝的组成为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R_el=470 MPa、R_m=580 MPa、A=29 %、-40℃ KV₂=172 J，SJ105Q为市场购得的烧结焊剂，其中，所用焊丝直径为5.0mm。该专利主要解决大跨度桥梁纵向与横向埋弧焊对接接头，所匹配的焊接材料强度为大于570MPa，设计原则为等强匹配。但其存在的不足是该专利技术无法焊接不同强度厚板角接接头强度超强问题。

对于大跨度桥梁钢箱梁角接与T型结构，除在保证安全服役的前提下，经过焊接后结构不变形、无裂纹产生外，更主要的还要解决目前存在的因接头焊缝超强而引起的接头应力集中的问题，因为接头焊缝超强所引起的应力集中会产生疲劳断裂现象，无法保证大跨度桥梁钢箱梁角接与T型结构的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前在大跨度桥梁钢箱梁角接与T型结构的焊缝存在的由于超强而引起的接头应力集中的问题，提出一种不仅焊前不预热、焊后不进行热处理，采用埋弧焊接工艺与匹配材料焊接大跨度、异钢种、不同强度级别及不同厚度的桥梁钢角接结构件组合焊接，并能解决接头超强度匹配、应力集中这些关键技术的角接埋弧焊接方法。

实现上述目的技术内容：

一种不同强度及板厚桥梁钢组合的角接埋弧焊接方法，由以下述工艺措施组成：

1）焊接母材：为抗拉强度强度在510~550MPa的14MnNbq与抗拉强度强度在570~650MPa 的WNQ570两种桥梁钢母材的组合焊接；钢板厚度为44~60 mm；匹配的焊接材料：焊丝熔敷金属抗拉强度R_m：475 MPa，焊丝直径Ф5.0mm，焊剂为SJ101Q；

2）角接埋弧焊坡口采用K型对称坡口，坡口角度为55°，钝边为18~20mm；

3）焊接条件：焊接电流680~700A，焊接电压30~31V，焊接速度21~22m/h，焊接线能量35~36kJ/cm，焊剂烘烤制度为350℃×1h；

4）埋弧焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100~150℃。

其特征在于：所述的WNQ570钢的屈服强度R_eL≥420MPa，抗拉强度R_m≥570MPa，延伸率A≥18%，-40^oCKV₂冲击功≥120J；

所述的14MnNbq的屈服强度 R_eL≥370MPa，抗拉强度R_m≥510MPa，延伸率A≥21%，-40^oCKV₂冲击功≥120J。

其特征在于：所述埋弧焊丝的化学组分及重量百分比为：C ≤0.10、Si ≤0.07、Mn 0.80～1.10、P ≤0.015、S ≤0.006、Ni：0.15~0.30，其余为铁及不可避免的杂质。

本发明具有如下优点：

（1）本发明完全能满足大跨、重载、高速、高强度、高韧性新一代桥梁结构异种钢厚板角接头关键埋弧焊接工艺制造技术；其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）由于本发明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，故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）本发明实现了对于不同强度级别的桥梁钢厚板角接焊接中焊前不预热、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，并且操作简便、适用方便、节能，适用工厂大跨度桥梁钢制造推广应用。

附图说明

图1为本发明埋弧焊角接头坡口的钝边为20mm的示意图

图2为本发明埋弧焊角接接头坡口的钝边为18mm的示意图。

具体实施方式

先面结合实施例对本发明予以详细描述

实施例1

基材：为热轧WNQ570钢板与14MnNbq钢板的组合；厚板角接组合为44mm+60mm；14MnNbq桥梁钢其厚度为44mm，其钢板的力学性能为：屈服强度R_eL：390MPa，抗拉强度R_m：530MPa，延伸率A：34%，-40^oCKV₂冲击功：172 J；WNQ570桥梁钢其厚度为60mm，其钢板的力学性能为：屈服强度R_eL：490 MPa，抗拉强度R_m：585MPa，延伸率A：23%，-40^oCKV₂冲击功：269J；试板尺寸为1000mm×600mm×60 mm（44 mm）；埋弧焊坡口采用K型对称坡口，坡口角度为55°，钝边20mm；

焊接材料匹配：

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:0.05、Mn:0.95、Ni:0.25、P≤0.015、S≤0.010，其余为铁及不可避免的杂质；焊丝直径为Ф5.0mm，并与烧结焊剂SJ101Q匹配进行焊接；

将上述两种钢板进行角接埋弧焊接：其焊接工艺参数为：焊接电流680A，焊接电压30V，焊接速度21m/h，焊接线能量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100~120℃，焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺，也无需进行清根。

经检测，本实施例的焊缝拉伸结果：焊缝屈服强度R_eL：425MPa，焊缝抗拉强度R_m ：540MPa，延伸率A：28%，接头冲击功：焊缝-40℃KV₂=124 J，热影响区(1mm)-40℃KV₂=198 J。其完全满足了建造桥梁焊接结构要求高参数、大型化发展的要求，即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的要求。

实施例2：

基材：为热轧WNQ570钢板与14MnNbq钢板的组合；厚板角接组合为44mm+60mm；14MnNbq桥梁钢其厚度为44mm，其钢板的力学性能为：屈服强度R_eL：390MPa，抗拉强度R_m：530MPa，延伸率A：34%，-40^oCKV₂冲击功：172 J；WNQ570桥梁钢其厚度为60mm，其钢板的力学性能为：屈服强度R_eL：490 MPa，抗拉强度R_m：585MPa，延伸率A：23%，-40^oCKV₂冲击功：269J；试板尺寸为1000mm×600mm×60 mm（44 mm）；埋弧焊坡口采用K型对称坡口，坡口角度为55°，钝边18mm；

焊接材料匹配：

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:0.05、Mn:0.95、Ni:0.25、P≤0.015、S≤0.010，其余为铁及不可避免的杂质；焊丝直径为Ф5.0mm，并与烧结焊剂SJ101Q匹配进行焊接；

将上述两种钢板进行角接埋弧焊接：其焊接工艺参数为：焊接电流700A，焊接电压31V，焊接速度22m/h，焊接线能量36kJ/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130~150℃，焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺，也无需进行清根。

经检测，本实施例的焊缝拉伸结果：焊缝屈服强度R_eL：415MPa，焊缝抗拉强度R_m ：535MPa，延伸率A：29%，接头冲击功：焊缝-40℃KV₂=223 J，热影响区(1mm)-40℃KV₂=175 J。其完全满足了建造桥梁焊接结构要求高参数、大型化发展的要求，即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的要求。

Claims (2)

1.一种不同强度及板厚桥梁钢组合的角接埋弧焊接方法，由以下述工艺措施组成：

1）焊接母材：为抗拉强度在510~550MPa的14MnNbq与抗拉强度强度在570~650MPa 的WNQ570两种桥梁钢母材的组合焊接；钢板厚度为44~60 mm；匹配的焊接材料：焊丝熔敷金属抗拉强度R_m：475 MPa，焊丝直径Ф5.0mm，埋弧焊丝的化学组分及重量百分比为：C ≤0.10、Si ≤0.07、Mn 0.80～1.10、P ≤0.015、S ≤0.006、Ni：0.15~0.30，其余为铁及不可避免的杂质；焊剂为SJ101Q；

2）角接埋弧焊坡口采用K型对称坡口，坡口角度为55°，钝边为18~20mm；

3）焊接条件：焊接电流680~700A，焊接电压30~31V，焊接速度21~22m/h，焊接线能量35~36kJ/cm，焊剂烘烤制度为350℃×1h；

4）埋弧焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在120~150℃。

2.如权利要求1所述的一种不同强度及板厚桥梁钢组合的角接埋弧焊接方法，其特征在于：所述的WNQ570钢的屈服强度R_eL≥420MPa，抗拉强度R_m≥570MPa，延伸率A≥18%，-40^oCKV₂冲击功≥120J；

所述的14MnNbq的屈服强度 R_eL≥370MPa，抗拉强度R_m≥510MPa，延伸率A≥21%，-40^oCKV₂冲击功≥120J。