CN110666298A - 一种高性能耐候桥梁钢全熔透t型接头复合焊方法 - Google Patents

一种高性能耐候桥梁钢全熔透t型接头复合焊方法 Download PDF

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李方敏
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郭红艳
韩博
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刘翔
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Abstract

本发明公开了一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法，属于大跨、重载高强度高韧性高耐候性桥梁钢焊接技术领域，其技术方案要点是，抗拉强度≥810MPa桥梁钢的基材，力学性能特征为：屈服强度ReL≥690MPa，抗拉强度Rm≥810MPa，延伸率A≥14％，‑40℃冲击功KV2≥120J；坡口采用K型不对称坡口，坡口角度50°，钝边2mm；先采用用气体保护焊接打底两层，再进行埋弧自动焊填充盖面。本发明采用不同厚板的T型接头复合焊接方法，以解决在焊前预热80～100℃，焊后不热处理的情况下，得到焊缝成型好，力学性能指标满足设计要求的焊接接头，可用于钢桥梁施工制造。接头各区的‑40℃KV2冲击功达到94～138J。

Description

一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法
技术领域
本发明涉及大跨度、重载桥梁厚板制造焊接技术领域，具体而言，涉及一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法，其适用于抗拉强度Rm≥810MPa级别高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头的焊接。
背景技术
我国拟建的江汉七桥是一座双向6车道公路桥梁，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Q690qENH，其综合力学性能达到了国外同类钢种水平，尤其是在提高强度的同时低温冲击韧性、耐候性能也有较大的提高。基材性能的提高对与之相匹配的焊接材料及焊接工艺提出了迫切的要求。因此，如不及时有效地解决高性能耐候桥梁钢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、重载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度、重载、高耐候性厚板桥梁结构制造技术的推广应用有重大经济效益及社会效益。
中国专利号CN201510605059.8的文献，其公开了《一种高强度桥梁钢K型接头复合焊接方法》。采用抗拉强度为662～688MPa、屈服强度560～611MPa，延伸率23～24％，-40℃KV2冲击功:281～296J，厚度为32mm+40mm的不等厚桥梁钢Q500qE；复合焊坡口采用双面K型不对称坡口，坡口角度为50°，钝边为2mm；先采用富氩气保焊打底正面与反面各1道次，其焊接电流为250～270A，焊接电压为27～26V，焊接速度为30～25cm/min，焊接线能量为14～17kJ/cm，富氩气体流量18～20L/min，层间温度控制在100～120℃，然后采用埋弧焊直至焊缝填满，埋弧焊丝直径为Ф4.0mm，其焊接电流为660A，焊接电压为30V，焊接速度为35cm/min，焊接线能量为34kJ/cm，层间温度控制在130℃以内。该文献主要解决厚度为32mm+40mm的不同板厚桥梁钢对接焊接，其核心问题是解决厚度为40mm+40mm的不同板厚桥梁钢对接焊接。而本发明其核心问题是主要解决32mm+50mm以及50mm+50mm的不同板厚K型接头应用范围在保证安全服役的前提下，焊接后结构不变形、无裂纹产生，接头具有优良力学性能及低温韧性的要求。
众所周知，随着建桥基材的强度的增加，尤其从目前的Q370qE、Q420qE、Q500qE提高到Q690qE，保证焊接过程中大型钢结构防裂、防断成为制造过程的首要关键技术。而大型钢结构制造过程进行焊前预热，焊后热处理意味着施工环境、制造成本及制造周期的困难，无法满足我国新一代高强、高韧、高耐候性桥梁钢种的配套技术要求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法，其步骤：
1)采用抗拉强度≥810MPa桥梁钢的基材，力学性能特征为：屈服强度ReL≥690MPa，抗拉强度Rm≥810MPa，延伸率A≥14％，-40℃冲击功KV2≥120J；
2)坡口采用K型不对称坡口，坡口角度50°，钝边2mm；
3)焊接工艺：
a)接头采用气体保护焊打底两层，其焊接电流250A、焊接电压28V、焊接速度30cm/min、焊接线能量14KJ/cm，并采用体积百分比为20％CO2+80％Ar的富氩气作保护气体，在其流量控制在20～25L/min的条件下施焊；
其中，气体保护焊丝的抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ1.2mm；
b)进行埋弧自动焊填充盖面，层间温度控制在150～180℃，搭配优选焊剂后熔敷金属的抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ4.0mm；
其中，埋弧自动焊焊接电流650A、焊接电压31V、焊接速度40cm/min、焊接线能量30KJ/cm。
进一步地，在步骤3)中的焊剂为XY-AF85QNH、焊丝为XY-S80QNH。
进一步地，在完成步骤3)后，对焊缝进行探伤检测。
进一步地，所述探伤检测方法为超声波探伤。
本发明钢种从目前的Q370qE、Q420qE、Q500qE提高到Q690qE，采用焊前预热80～100℃，焊后不进行热处理工艺，经采用大量试验选择的焊接材料及焊接工艺参数匹配，并进行探伤检测，未发现有裂纹产生的现象，焊接接头具有优良低温韧性、抗裂性能及耐候性能，接头各区的-40℃KV2冲击功达到94～138J，远高于桥梁钢对接接头各区-40℃KV2≥47J焊接性能标准，接头具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，完全能满足大跨度桥梁钢结构制造的关键技术要求。
本发明公开的一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法，具有如下优点：
(1)满足了我国拟建的江汉七桥钢结构复合焊关键焊接工艺制造技术。接头具有优良的低温韧性、抗裂性能及耐候性能，接头各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，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、耐候性及优良的综合力学性能；
(3)采用本发明气体保护焊打底+埋弧焊填充盖面复合焊接工艺技术实现了高强度桥梁钢厚板结构制造过程中预热80～100℃、焊后不进行热处理的焊接工艺，采用多层多道连续施焊时接头具有优良的抗裂性、耐候性及优良的综合力学性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法的32mm+50mm接头坡口结构图；
图2示出了一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法的50mm+50mm接头坡口结构图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供了一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法，其步骤：
1)采用抗拉强度≥810MPa桥梁钢的基材，力学性能特征为：屈服强度ReL≥690MPa，抗拉强度Rm≥810MPa，延伸率A≥14％，-40℃冲击功KV2≥120J；
2)坡口采用K型不对称坡口，坡口角度50°，钝边2mm；
3)焊接工艺：
a)采用气体保护焊打底两层，其焊接电流250A、焊接电压28V、焊接速度30cm/min、焊接线能量14KJ/cm，并采用体积百分比为20％CO2+80％Ar的富氩气作保护气体，在其流量控制在20～25L/min的条件下施焊；
其中，气体保护焊丝的抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ1.2mm；
b)进行埋弧自动焊填充盖面，层间温度控制在150～180℃，搭配优选焊剂后熔敷金属的抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ4.0mm；
其中，埋弧自动焊焊接电流650A、焊接电压31V、焊接速度40cm/min、焊接线能量30KJ/cm。
可选地，在步骤3)中的焊剂为XY-AF85QNH、焊丝为XY-S80QNH。
应用本实施例的技术方案，通过气体保护焊打底+埋弧焊填充盖面复合焊接工艺技术，能够实现高强度桥梁钢厚板结构制造过程中焊前预热80～100℃、焊后不进行热处理的焊接工艺，采用多层多道连续施焊时，能够使得接头具有优良的抗裂性、耐候性及优良的综合力学性能。
进一步地，在完成步骤3)后，对焊缝进行探伤检测。能够快速的判断焊缝是否存在裂纹，从而达到排出安全隐患的效果。
其中，所述探伤检测方法为超声波探伤，通过采用超声波探伤能够有效地提高探伤灵敏度。
实施例1
1)基材钢种为Q690qENH，其屈服强度ReL≥690MPa，抗拉强度Rm≥810MPa，延伸率A≥14％，-40℃冲击功KV2≥120J；板厚组合为32mm+50mm的不等厚桥梁钢；
试板尺寸为600mm×150mm×32(50)mm；
2)坡口采用K型不对称坡口，坡口角度50°，钝边2mm；
焊接材料匹配：打底用气体保护焊丝采用XY-ER80QNH焊丝，焊丝直径Ф1.2mm，富氩气体保护，富氩气体成分为80％Ar+20％CO2，熔敷金属的力学性能为Rel为746MPa，Rm为833MPa，A为17.5％，-40℃KV2冲击功为79J；
埋弧自动焊采用XY-S80QNH焊丝，焊丝直径Ф4.0mm，配XY-AF85QNH焊剂组合，熔敷金属的力学性能为Rel为770MPa，Rm为904MPa，A为18.0％，-40℃KV2冲击功为138J。
焊接工艺：
a)先采用气体保护焊接打底两层，其焊接电流250A、焊接电压28V、焊接速度30cm/min、焊接线能量14KJ/cm，并采用体积百分比为20％CO2+80％Ar的富氩气作保护气体，在其流量控制在20L/min的条件下施焊；
b)进行埋弧自动焊填充盖面，其焊接电流650A、焊接电压31V、焊接速度40cm/min、焊接线能量30KJ/cm。层间温度控制在150℃，搭配焊剂后熔敷金属的抗拉强度为833MPa，焊丝直径Φ4.0mm；
采用上述焊接工艺焊接，对高性能耐候桥梁钢对接接头进行力学性能检测，焊缝抗拉强度Rm为814MPa，焊缝中心冲击功-40℃KV2为138J，热影响区(1mm)-40℃KV2为127J。
实施例2
1)基材钢种为Q690qENH，其屈服强度ReL≥690MPa，抗拉强度Rm≥810MPa，延伸率A≥14％，-40℃冲击功KV2≥120J；板厚组合为32mm+50mm的不等厚桥梁钢；
试板尺寸为600mm×150mm×50mm；
2)坡口采用K型不对称坡口，坡口角度50°，钝边2mm；
焊接材料匹配：打底用气体保护焊丝采用XY-ER80QNH焊丝，焊丝直径Ф1.2mm，富氩气体保护，富氩气体成分为80％Ar+20％CO2，熔敷金属的力学性能为Rel为746MPa，Rm为833MPa，A为17.5％，-40℃KV2冲击功为79J；
埋弧自动焊采用XY-S80QNH焊丝，焊丝直径Ф4.0mm，配XY-AF85QNH焊剂组合，熔敷金属的力学性能为Rel为770MPa，Rm为904MPa，A为18.0％，-40℃KV2冲击功为138J。
焊接工艺：
a)采用气体保护焊接打底两层，其焊接电流250A、焊接电压28V、焊接速度30cm/min、焊接线能量14KJ/cm，并采用体积百分比为20％CO2+80％Ar的富氩气作保护气体，在其流量控制在20L/min的条件下施焊；
b)进行埋弧自动焊填充盖面，其焊接电流650A、焊接电压31V、焊接速度40cm/min、焊接线能量30KJ/cm。层间温度控制在150℃，搭配焊剂后熔敷金属的抗拉强度833MPa，焊丝直径Φ4.0mm；
采用上述焊接工艺焊接，对高性能耐候桥梁钢对接接头进行力学性能检测，焊缝抗拉强度Rm为911MPa，焊缝中心冲击功-40℃KV2为116J，热影响区(1mm)-40℃KV2为94J。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法，其步骤：
1)采用抗拉强度≥810MPa桥梁钢的基材，力学性能特征为：屈服强度ReL≥690MPa，抗拉强度Rm≥810MPa，延伸率A≥14％，-40℃冲击功KV2≥120J；
2)坡口采用K型不对称坡口，坡口角度50°，钝边2mm；
3)焊接工艺：
a)采用气体保护焊打底两层，其焊接电流250A、焊接电压28V、焊接速度30cm/min、焊接线能量14KJ/cm，并采用体积百分比为20％CO2+80％Ar的富氩气作保护气体，在其流量控制在20～25L/min的条件下施焊；
其中，气体保护焊丝的抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ1.2mm；
b)进行埋弧自动焊填充盖面，层间温度控制在150～180℃，搭配优选焊剂后熔敷金属的抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ4.0mm；
其中，埋弧自动焊焊接电流650A、焊接电压31V、焊接速度40cm/min、焊接线能量30KJ/cm。
2.根据权利要求1所述的一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法，其特征在于：在步骤3)中的焊剂为XY-AF85QNH、焊丝为XY-S80QNH。
3.根据权利要求1所述的一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法，其特征在于：在完成步骤3)后，对焊缝进行探伤检测。
4.根据权利要求4所述的一种高性能耐候桥梁钢全熔透T型接头复合焊方法，其特征在于：所述探伤检测方法为超声波探伤。
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