CN110666299A - 一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法 - Google Patents

一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法，属于大跨、重载高强度高韧性高耐候性桥梁钢焊接领域，其技术方案要点是，抗拉强度≥810MPa桥梁钢的基材，坡口采用X型不对称坡口，深坡口侧坡口角度60°，浅坡口侧坡口角度65°，钝边2mm；深坡口侧先采用气体保护焊接打底两层，再进行埋弧自动焊填充盖面，浅坡口侧加大坡口角度直接埋弧自动焊填充盖面。本发明采用不同厚板的对接接头复合焊接方法，以解决在焊后不热处理的情况下，无法保证焊接过程中大型钢结构防裂、防断的问题；通过浅坡口侧坡口角度为65°，减少了大角度坡口的清根工作量，在保证可操作性的同时便于焊剂脱渣。

Description

一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法
技术领域
本发明涉及大跨、重载高强度高韧性高耐候性桥梁钢焊接技术领域，具体而言，涉及一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法。
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CN201210287003.9的文献，其公开了《一种高强度低屈强比LYR690钢的复合焊接方法》。采用抗拉强度为Rm≥690MPa、屈服强度ReL≥500MPa，屈强比为0.70～0.71，延伸率A≥18％，冲击功-40℃KV2≥120J的LYR690钢；其厚度为40mm，并为相同板厚组合对接复合焊接；复合焊坡口采用双面非对称X坡口，坡口角度为60°，钝边为1mm；匹配的焊丝抗拉强度≥700MPa；先采用富氩气保焊在双面非对称坡口的正、反面各进行6～7道次连续施焊，其焊接电流为265～270A，焊接电压为27～28V，焊接速度为29～28cm/min，焊接线能量为15～16kJ/cm，富氩气体流量18～19L/min，然后采用埋弧焊，在正、反面各进行4～5道次连续施焊，直至将焊缝填满为止，埋弧焊丝直径为Ф4.0mm，其焊接电流为550～560A，焊接电压为31V，焊接速度为35cm/min，焊接线能量为29～30kJ/cm；层间温度控制在120～150℃。该文献存在不足主要是：其采用坡口角度全自动CO2气保焊与埋弧自动焊的组合式焊接工艺，但是在进行埋弧焊时，焊剂难以脱渣，造成焊缝难以成型。
为此，提出一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法，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810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法，其步骤：
1)采用抗拉强度≥810MPa桥梁钢，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X型不对称坡口，深坡口侧角度为60°，浅坡口角度侧为65°，钝边2mm，无间隙；
3)采用码板进行组装，采用气刨清根熔透的焊接方法；
4)焊接工艺：
a)接头深坡口侧打底两层，浅坡口侧气刨清根后埋弧自动焊焊接，层间温度控制在120～150℃，其气体保护焊焊接电流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，气体流量控制在20-25L/min的条件下施焊；
b)进行埋弧自动焊填充盖面，层间温度控制在120～150℃，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，埋弧自动焊使用的焊剂是碱度为3.0的烧结焊剂。
进一步地，气体保护焊丝的抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ1.2mm。
本发明钢种从目前的Q370qE、Q420qE、Q500qE提高到Q690qE，且采用焊前预热至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，未发现有焊接缺陷，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140～255J，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。
应用本发明的技术方案，有益效果是：
(1)坡口采用X型不对称坡口，深坡口侧坡口角度60°，浅坡口侧坡口角度65°，通过浅坡口侧坡口角度为65°，减少了大角度坡口的清根工作量，在保证可操作性的同时便于焊剂脱渣，保证焊缝成型；
(2)该种抗拉强度≥810MPa高强度高韧性高耐候性桥梁钢复合焊对接方法，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；
(3)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；
(4)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810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法的32mm+32mm接头坡口结构图；
图2示出了一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法的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。
如图1至图2所示，本发明提供了一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法，其步骤：
1)采用抗拉强度≥810MPa桥梁钢，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X型不对称坡口，深坡口侧角度为60°，浅坡口角度侧为65°，钝边2mm，无间隙；
3)采用码板进行组装，采用气刨清根熔透的焊接方法；
4)焊接工艺：
a)接头深坡口侧打底两层，浅坡口侧气刨清根后埋弧自动焊焊接，层间温度控制在120～150℃，其气体保护焊焊接电流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，气体流量控制在20-25L/min的条件下施焊；
b)进行埋弧自动焊填充盖面，层间温度控制在120～150℃，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，气体保护焊丝的抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ1.2mm。
应用本实施例的技术方案，按如下具体步骤进行：
S1、焊接坡口加工及清洁:将机加工后两块对接钢板的坡口两侧打磨清洁，露出金属光泽；坡口形式为X型坡口，该两块钢板形成角度为60°的深坡口，角度为65°的浅坡口；
通过浅坡口侧坡口角度为65°，减少了大角度坡口的清根工作量，在保证可操作性的同时便于焊剂脱渣，保证焊缝成型。
S2、采用实心焊丝富氩气体保护焊进行打底层焊接；实心焊丝采用XY-ER80QNH，直径Ф1.2mm；打底层焊接时，保护气体为体积百分比为20％CO2+80％Ar的富氩气，气流量25-28L/min，电源直流反接，焊接电流250A、焊接电压28V、焊接速度30cm/min、焊接线能量14KJ/cm；
S3、采用埋弧自动焊进行填充和盖面，埋弧焊丝选择XY-S80QNH焊丝，焊丝直径Ф4.0mm，配XY-AF85QNH焊剂。
其中，埋弧自动焊使用的焊剂是碱度为3.0的烧结焊剂。此埋弧自动焊焊丝配合此焊剂焊接高强钢时，焊剂氧化中间层容易受到破坏，渣壳脆裂，便于脱渣。
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+32mm的等厚桥梁钢；
试板尺寸为800mm×300mm×32mm；
2)坡口采用双面X型非对称坡口，坡口角度为60°～65°，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)深坡口侧先采用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810MPa级高性能耐候桥梁钢对接接头力学性能，焊缝抗拉强度Rm＝821MPa，焊缝中心冲击功-40℃KV2＝161J，热影响区(1mm)-40℃KV2＝255J。
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50mm+50mm的等厚桥梁钢；
试板尺寸为800mm×300mm×50mm；
2)坡口采用双面X型非对称坡口，坡口角度为60°～65°，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)深坡口侧先采用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810MPa级高性能耐候桥梁钢对接接头力学性能，焊缝抗拉强度Rm＝915MPa，焊缝中心冲击功-40℃KV2＝168J，热影响区(1mm)-40℃KV2＝140J。
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 (3)

1.一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法，其步骤：
1)采用抗拉强度≥810MPa桥梁钢，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X型不对称坡口，深坡口侧角度为60°，浅坡口角度侧为65°，钝边2mm，无间隙；
3)采用码板进行组装，采用气刨清根熔透的焊接方法；
4)焊接工艺：
a)接头深坡口侧打底两层，浅坡口侧气刨清根后埋弧自动焊焊接，层间温度控制在120～150℃，其气体保护焊焊接电流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，气体流量控制在20-25L/min的条件下施焊；
b)进行埋弧自动焊填充盖面，层间温度控制在120～150℃，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810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法，其特征在于：埋弧自动焊使用的焊剂是碱度为3.0的烧结焊剂。
3.根据权利要求1所述的一种810MPa级高性能耐候桥梁钢复合焊对接方法，其特征在于：气体保护焊丝的抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ1.2mm。
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