CN108747072B - 一种抗拉强度≥810MPa桥梁钢厚板大线能量埋弧复合焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种抗拉强度≥810MPa桥梁钢厚板大线能量埋弧复合焊接方法：基材力学性能：R_eL≥690MPa，度R_m≥810MPa，A≥14%，‑40℃KV₂冲击功≥120J；50mm等厚桥梁钢焊接；坡口为：双面V型非对称，角度为60°，钝边2mm；焊丝：埋弧焊丝及气保护焊丝；焊接工艺：先采用气保焊接打底连续焊3道次，再盖面进行埋弧焊。本发明的接头力学性能：焊缝R_m≥815MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功‑40℃KV₂≥71J，熔合线冲击功‑40℃KV₂≥77J，热影响区（1mm）‑40℃KV₂≥78J，焊缝耐腐蚀指数I达到8.78。接头具有优良的低温韧性、耐候性能；大线能量焊接时，接头三区有较高的冲击韧性储备及安全裕度。

Description

一种抗拉强度≥810MPa桥梁钢厚板大线能量埋弧复合焊接 方法

技术领域

本发明涉及一种大跨度桥梁钢厚板的焊接方法，具体属于抗拉强度R_m≥810MPa桥梁钢厚板大线能量埋弧复合焊接方法，其适用于焊接抗拉强度R_m≥810MPa高强度桥梁结构用钢50mm等厚板接头的焊接。

背景技术

随着我国铁路、公路交通运输能力的大幅度提升,铁路和公路桥梁的建设规模不断扩大，技术水平不断提高，桥梁的功能、结构和建造技术向适应高速、重载、大跨度、整体性好、安全性高、采用全焊接节点钢结构的方向发展。因此，对桥梁用钢的强度、低温韧性、腐蚀等使用性能和焊接性能的要求越来越高。如我国拟建的江汉七桥是一座双向6车道公路桥梁，主桥远期拓宽为双向8车道条件，其主桥采用跨度为408米的重载公路桥。

为适应我国桥梁建设向高强、大跨、重载、高速方面发展的要求，宝武集团为该桥开发研制了我国新一代高强度、高韧性、高耐候性桥梁用钢Q690qE（抗拉强度大于810MPa）。其在提高强度的同时低温冲击韧性、耐候性也有较大的提高。

但是，随着基材性能的提高，其对与之相匹配的焊接材料及焊接工艺也提出了迫切的要求。如不及时有效地解决高强度、高韧性、高耐候性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的发展及新钢种的推广应用。因此，加快开展大跨度桥梁用钢焊接工艺及配套焊接材料研究，对我国桥梁用钢在大跨、重载、高速厚板桥梁结构制造技术的推广应用具有重大经济效益及社会效益，也为我国桥梁事业走出国门打下坚实的基础。

众所周知，随着建桥基材强度的增加，尤其从目前的以屈服强度级别为牌号的Q420qE、Q500qE提高到Q690qE，在焊接过程中容易产生开裂问题，对于高强钢，焊前预热是防止焊接冷裂纹产生的重要工艺措施；而焊后缓冷或热处理可以使扩散的氢充分逸出，降低焊接残余应力，减少淬硬性，从而降低焊接冷裂纹倾向。宝武集团新研究的抗拉强度大于810MPa，屈服强度大于690MPa的桥梁钢，如果焊前不预热、焊后不进行缓冷或热处理，则难以保证焊接后结构不变形、无裂纹产生、焊接接头难以获得优良的力学性能，这是要解决的首要关键技术。然而大型钢结构制造过程进行焊前预热、焊后缓冷或热处理意味着施工条件恶化、制造成本增加及制造周期的困难，无法满足施工的技术要求。

开发研究的我国新一代高强度、高韧性、高耐候性桥梁用钢，其抗拉强度大于810MPa，屈服强度大于690MPa。这对焊接接头的性能提出了更高的要求，焊接接头必须具有与基材相当的强韧性匹配及耐候性能。采用目前国内现有810MPa级焊接材料与焊接工艺匹配，熔敷金属冲击功与实际焊接接头韧性以及接头耐候性能远不能满足新一代大跨度、重载荷桥梁结构制造的焊接技术要求；采用单一的埋弧焊，焊前不预热无法满足施工防裂的技术要求，在抗拉强度大于810 MPa高强度桥梁钢厚板对接多层焊接时，尤其在大线能量焊接情况下，焊接接头难以达到优良的强韧性匹配，无法满足新一代大跨度、重载荷桥梁结构制造的焊接技术指标要求。

经检索：中国专利申请号为CN201310282936.3的文献，其公开了一种《屈服强度≥500MPa级桥梁钢大线能量埋弧焊接方法》。该文献适用的基板性能：R_eL≥500MPa，R_m≥650MPa，A≥18%，-40℃KV₂≥120J；板厚组合为32mm等厚；焊接坡口形式为双面U型对称坡口，坡口角度为60°，钝边6mm，R6mm；匹配焊丝的抗拉强度≥650MP，直径Ф4.0mm；焊接：电流700~750A，电压32V，速度26~30cm/min，线能量45~55 kJ/cm；采用多层多道连续施焊，焊前不预热、焊后不热处理。对接接头焊缝-40℃KV₂不低于134J，熔合线-40℃KV₂不低于95J，热影响区（1mm）-40℃KV₂不低于72J。该文献不足主要是解决的是抗拉强度R_m≥690MPa桥梁钢焊接接头韧性不足的问题，虽采用大线能量焊接，但是基材强度低、焊接配套材料强度低，仅使用单一的埋弧焊进行对接焊，且基材与焊接接头不具有耐候性，焊接材料匹配与焊接工艺不适用于本发明所述的高强度桥梁钢的焊接工艺。

中国专利号为CN201210287003.9的《一种高强度低屈强比桥梁钢的复合焊接方法》专利文献，其适用的基板LYR690钢力学性能：抗拉强度R_eL≥500 MPa、R_m≥690 MPa、A≥18%、-40℃KV₂冲击功≥120J，对40mm等厚桥梁钢进行对接焊。对接复合焊坡口采用双面非对称X型坡口，坡口角度为60°，钝边为1mm，焊接线能量29~30kJ/cm；匹配的焊丝抗拉强度≥700MPa；先进行富氩气保焊连续施焊，然后采用埋弧焊连续施焊。该文献不足主要是解决的是抗拉强度R_m≥690MPa桥梁钢焊接接头韧性不足的问题，适应40mm板厚对接焊，焊接配套材料强度低，且基材与焊接接头不具有耐候性，无法满足公路桥梁领域最新的408米大跨度、重载桥梁结构服役的技术要求。

随着建桥基材的强度提高到抗拉强度≥810MPa，要在焊前不预热，焊后不热处理的情况下，保证焊接过程中防裂、防断成为建桥工程的首要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，提出一种R_m≥810MPa桥梁钢厚板大线能量埋弧复合焊接方法，以解决双向8车道，主桥采用跨度为408米的重载公路桥接头在焊前不预热、焊后不进行热处理，在保证安全服役的前提下，大线能量焊接后结构不变形、无裂纹产生，接头具有优良的综合力学性能及耐候性能的抗拉强度R_m≥810MPa桥梁钢厚板大线能量埋弧复合焊接方法。

本发明的另一个目的是埋弧复合焊接对接接头力学性能，焊缝抗拉强度R_m≥810MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃KV₂≥71J，熔合线冲击功-40℃KV₂≥77J，热影响区（1mm）-40℃KV₂≥78J，焊缝耐腐蚀指数I达到8.78。

实现上述目的的措施

一种抗拉强度≥810MPa桥梁钢厚板大线能量埋弧复合焊接方法，其步骤：

1）基材力学性能：力学性能特征为：屈服强度R_eL≥690MPa，抗拉强度R_m≥810MPa，延伸率A≥14%，-40℃KV₂冲击功≥120J；厚度为50mm等厚桥梁钢；

2）坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边2mm；

3）匹配的两种焊丝：埋弧焊丝采用强度≥810MPa，焊丝直径Ф4.0mm；焊剂为CHF606NHQ，焊剂碱度系数B=3.1，焊剂烘烤制度为380℃×1h；气保护焊丝采用强度≥810MPa，焊丝直径Ф为1.2mm；

4）焊接工艺：

a) 先采用气保焊接打底连续焊3道次，其焊接电流为255~265A、焊接电压在27~28V、焊接速度28~29cm/min、焊接线能量15kJ/cm，并采用体积百分比为20%CO₂加上80%Ar的富氩作保护气体，在其流量为23~25 L/min的条件下进行施焊；

b）盖面进行埋弧焊，其采用多层多道连续施焊直至焊缝填满，其焊接电流为650~700A，焊接电压32~34V，焊接速度26~28cm/min，焊接线能量45~55kJ/cm，层间温度控制在120~130℃。

其在于：所述气保护焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度R_m为880MPa，延伸率A为17%，断面收缩率Z为62%，-40℃KV₂冲击功为105J。

其在于：所述埋弧焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度R_m为825MPa，延伸率A为19%，断面收缩率Z为70%，-40℃KV₂冲击功为115J。

本发明具有如下优点：

(1) 本发明提出的高强度桥梁钢Q690Eq厚板大线能埋弧对接焊接方法，满足了我国拟建的江汉七桥大跨、重载桥梁厚板结构大线能量埋弧焊接工艺关键制造技术。接头的力学性能：焊缝抗拉强度R_m≥815MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃KV₂≥71J，熔合线冲击功-40℃KV₂≥77J，热影响区（1mm）-40℃KV₂≥78J，焊缝耐腐蚀指数I达到8.78(不低于标准6.0)。接头具有优良的低温韧性、耐候性能及综合的力学性能，在大线能量焊接时，接头三区具有较高的冲击韧性储备及安全裕度。

(2) 采用本发明焊接工艺技术，大线能量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，接头具有优良的抗裂性能及优良的断裂韧性。

(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焊接工艺，采用大线能量多层多道连续施焊工艺时焊缝仍具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，宽工艺、大线能量提高了焊接效率。

且本发明焊接工艺操作简便、适用方便、高效、节能、能使工厂大批量制造大跨度、重载荷桥梁钢厚板。

附图说明

附图为本发明双V型非对称坡口示意图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

实施例1

采用基材试板尺寸为600mm×400mm×50mm的等厚桥梁钢板进行焊接；

1）基材力学性能：力学性能特征为：屈服强度R_eL：694MPa，抗拉强度R_m：817MPa，延伸率A：17%，-40℃KV₂冲击功231J；厚度为50mm等厚桥梁钢；

2）坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边2mm；

3）匹配的两种焊丝：埋弧焊丝采用抗拉强度825MPa，焊丝直径Ф4.0mm；焊剂为CHF606NHQ，焊剂碱度系数B=3.1，焊剂烘烤制度为380℃×1h埋弧焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度R_m为825MPa，延伸率A为19%，断面收缩率Z为70%，-40℃KV₂冲击功为115J；

气保护焊丝采用抗拉强度880MPa，焊丝直径Ф为1.2mm，其气保护焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度R_m为880MPa，延伸率A为17%，断面收缩率Z为62%，-40℃KV₂冲击功为105J；

4）焊接工艺：

a) 先采用气保焊接打底连续焊3道次，其焊接电流为255~260A、焊接电压在27V、焊接速度28cm/min、焊接线能量15kJ/cm，并采用体积百分比为20%CO₂加上80%Ar的富氩作保护气体，在其流量为23L/min的条件下进行施焊；

b）盖面进行埋弧焊，其采用多层多道连续施焊直至焊缝填满，其焊接电流为650~680A，焊接电压32V，焊接速度28cm/min，焊接线能量45kJ/cm，层间温度控制在125~130℃。

经对其焊接的复合接头进行力学性能检测：焊缝抗拉强度R_m=822MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃KV₂=104J，熔合线冲击功-40℃KV₂=133J，热影响区（1mm）-40℃KV₂=137J，接头三区平均冲击功远高于标准值，且焊缝耐腐蚀指数为I=8.78。其焊缝具有优良的强韧性匹配，低温冲击韧性及优良的焊缝耐腐蚀指数I值达到8.78，远高于标准值大于6的技术要求，完全满足我国新一代高强、高韧、高耐候性桥梁钢种的配套焊接技术要求。

实施例2

采用基材试板尺寸为600mm×400mm×50mm的等厚桥梁钢板进行焊接；

1）基材力学性能：力学性能特征为：屈服强度R_eL：694MPa，抗拉强度R_m：817MPa，延伸率A：17%，-40℃KV₂冲击功231J；厚度为50mm等厚桥梁钢；

2）坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边2mm；

3）匹配的两种焊丝：埋弧焊丝采用抗拉强度825MPa，焊丝直径Ф4.0mm；焊剂为CHF606NHQ，焊剂碱度系数B=3.1，焊剂烘烤制度为380℃×1h埋弧焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度R_m为825MPa，延伸率A为19%，断面收缩率Z为70%，-40℃KV₂冲击功为115J；

气保护焊丝采用抗拉强度880MPa，焊丝直径Ф为1.2mm，其气保护焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度R_m为880MPa，延伸率A为17%，断面收缩率Z为62%，-40℃KV₂冲击功为105J；

4）焊接工艺：

a) 先采用气保焊接打底连续焊3道次，其焊接电流为260~265A、焊接电压在28V、焊接速度29cm/min、焊接线能量15kJ/cm，并采用体积百分比为20%CO₂加上80%Ar的富氩作保护气体，在其流量为24L/min的条件下进行施焊；

b）盖面进行埋弧焊，其采用多层多道连续施焊直至焊缝填满，其焊接电流为680~700A，焊接电压33V，焊接速度27cm/min，焊接线能量50kJ/cm，层间温度控制在120~125℃。

经对其焊接的复合接头进行力学性能检测：焊缝抗拉强度R_m=819MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃KV₂=98J，熔合线冲击功-40℃KV₂=111J，热影响区（1mm）-40℃KV₂=116J，接头三区平均冲击功远高于工程技术要求（接头三区冲击功-40℃KV₂大于47J）标准值。焊缝耐腐蚀指数I=8.97，焊缝具有优良的强韧性匹配，低温冲击韧性及优良的焊缝耐腐蚀指数I值达到8.97远高于标准值大于6的技术要求，更主要是在焊前不预热，焊后不进行热处理的前提下，未产生裂缝现象。完全满足我国新一代高强、高韧、高耐候性桥梁钢种的配套焊接技术要求。

实施例3

采用基材试板尺寸为600mm×400mm×50mm的等厚桥梁钢板进行焊接；

1）基材力学性能：力学性能特征为：屈服强度R_eL：694MPa，抗拉强度R_m：817MPa，延伸率A：17%，-40℃KV₂冲击功231J；厚度为50mm等厚桥梁钢；

2）坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边2mm；

3）匹配的两种焊丝：埋弧焊丝采用抗拉强度825MPa，焊丝直径Ф4.0mm；焊剂为CHF606NHQ，焊剂碱度系数B=3.1，焊剂烘烤制度为380℃×1h埋弧焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度R_m为825MPa，延伸率A为19%，断面收缩率Z为70%，-40℃KV₂冲击功为115J；

气保护焊丝采用抗拉强度880MPa，焊丝直径Ф为1.2mm，其气保护焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度R_m为880MPa，延伸率A为17%，断面收缩率Z为62%，-40℃KV₂冲击功为105J；

4）焊接工艺：

a) 先采用气保焊接打底连续焊3道次，其焊接电流为260~265A、焊接电压在28V、焊接速度29cm/min、焊接线能量15kJ/cm，并采用体积百分比为20%CO₂加上80%Ar的富氩作保护气体，在其流量为25L/min的条件下进行施焊；

b）盖面进行埋弧焊，其采用多层多道连续施焊直至焊缝填满，其焊接电流为680~700A，焊接电压34V，焊接速度26cm/min，焊接线能量55kJ/cm，层间温度控制在120~125℃。

经对其焊接的复合接头进行力学性能检测：焊缝抗拉强度R_m=815MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃KV₂=71J，熔合线冲击功-40℃KV₂=77J，热影响区（1mm）-40℃KV₂=78J，接头三区平均冲击功远高于工程技术要求（接头三区冲击功-40℃KV₂大于47J）标准值。焊缝耐腐蚀指数I=9.48，焊缝具有优良的强韧性匹配，低温冲击韧性及优良的焊缝耐腐蚀指数I值达到9.48远高于标准值大于6的技术要求，更主要是在焊前不预热，焊后不进行热处理的前提下，未产生裂缝现象。完全满足我国新一代高强、高韧、高耐候性桥梁钢种的配套焊接技术要求。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (3)

1.一种抗拉强度≥810MPa桥梁钢厚板大线能量埋弧复合焊接方法，其步骤：

1）基材力学性能：力学性能特征为：屈服强度R_eL≥690MPa，抗拉强度R_m≥810MPa，延伸率A≥14%，-40℃KV₂冲击功≥120J；厚度为50mm等厚桥梁钢；

2）坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边2mm；

3）匹配的两种焊丝：埋弧焊丝采用强度≥810MPa，焊丝直径Ф4.0mm；焊剂为CHF606NHQ，焊剂碱度系数B=3.1，焊剂烘烤制度为380℃×1h；气保护焊丝采用强度≥810MPa，焊丝直径Ф为1.2mm；

4）焊接工艺：

a) 先采用气保焊接打底连续焊3道次，其焊接电流为255~265A、焊接电压在27~28V、焊接速度28~29cm/min、焊接线能量15kJ/cm，并采用体积百分比为20%CO₂加上80%Ar的富氩作保护气体，在其流量为23~25 L/min的条件下进行施焊；

b）盖面进行埋弧焊，其采用多层多道连续施焊直至焊缝填满，其焊接电流为650~700A，焊接电压32~34V，焊接速度26~28cm/min，焊接线能量55kJ/cm，层间温度控制在120~130℃。

2.如权利要求1所述的一种抗拉强度≥810MPa桥梁钢厚板大线能量埋弧复合焊接方法，其特征在于：所述气保护焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度R_m为880MPa，延伸率A为17%，断面收缩率Z为62%，-40℃KV₂冲击功为105J。

3.如权利要求1所述的一种抗拉强度≥810MPa桥梁钢厚板大线能量埋弧复合焊接方法，其特征在于：所述埋弧焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度R_m为825MPa，延伸率A为19%，断面收缩率Z为70%，-40℃KV₂冲击功为115J。

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