CN110666301A - 一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法 - Google Patents

一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法 Download PDF

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黄勇
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Abstract

本发明公开了一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法，属于大跨、重载桥梁厚板制造焊接领域，其技术方案要点是，采用Q420qE与Q690qENH异种材质桥梁钢，力学性能特征为：Q420qE屈服强度ReL≥420MPa，抗拉强度Rm≥540MPa，延伸率A≥19％，‑40℃冲击功KV2≥120J；Q690qENH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X型不对称坡口，坡口角度60°，钝边2mm；接头正反面各采用气体保护焊打底两层，采用埋弧自动焊填充盖面。本发明采用异种材质复合焊对接方法，以解决在Q420qE+Q690qENH不同板厚焊接时，无法保证焊接过程中大型钢结构防裂、防断的问题；制造过程中焊前预热至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和综合力学性能。

Description

一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法
技术领域
本发明涉及大跨、重载桥梁厚板制造焊接技术领域，具体而言，涉及一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法。
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。
经检索，中国专利号CN201910221777.3的文献，其公开了《一种Q500qE和Q690qE超低碳贝氏体钢异种对接接头的焊接方法》。包括如下步骤：在材质分别为Q500qE和Q690qE的两块不等厚钢板中的厚钢板的对拼处进行减厚加工，先在厚钢板的加工出过渡斜边，使两块钢板厚度一致，过渡斜边的坡度比为1:(8—10)；在两块钢板对拼处加工出V型坡口，坡口角度为20°—22°，组装间隙为6—8mm，在组装间隙一侧放置陶质衬垫；焊接前将钢板预热温度至于75—85℃，再采用混合气体保护焊在坡口内底部，先采用实心焊丝焊接1—2道打底焊缝，然后再采用实心焊丝进行逐层填充焊接并填满坡口；焊接过程中进行层间清理，焊道层间温度在140—160℃；焊接完成后采取保温措施，覆盖保温棉保温，缓慢冷却至常温。
上述文献中的方法，无法适用于Q420qE+Q690qENH异种材质的钢板复合焊接。本发明公开了Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊关键焊接工艺制造技术，其主要解决的问题是针对Q420qE+Q690qENH异种材质接头，提出了一种复合焊接工艺与两种焊接方法及两种材料匹配焊接大跨、重载高强度高韧性桥梁钢对接接头焊前预热至80～100℃、焊后不进行热处理的焊接工艺方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法，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Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法，其步骤：
1)采用Q420qE与Q690qENH异种材质桥梁钢，力学性能特征为：Q420qE屈服强度ReL≥420MPa，抗拉强度Rm≥540MPa，延伸率A≥19％，-40℃冲击功KV2≥120J；Q690qENH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，坡口角度60°，钝边2mm；
3)焊接工艺：
a)接头正反面各采用气体保护焊打底两层，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)采用埋弧自动焊填充盖面，层间温度控制在120～150℃，其弧自动焊焊接电流650A、焊接电压31V、焊接速度40cm/min、焊接线能量30KJ/cm。
进一步地，气体保护焊丝分别选用抗拉强度＞630MPa及抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ1.2mm。
进一步地，埋弧自动焊，搭配优选焊剂后熔敷金属分别选用抗拉强度＞630MPa及抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ4.0mm。
进一步地，所述打底用气体保护焊丝的组分及重量百分比为：
Figure BDA0002201996150000031
进一步地，所述打底用气体保护焊丝的组分及重量百分比为：
Figure BDA0002201996150000032
Figure BDA0002201996150000041
进一步地，所述埋弧自动焊焊丝的组分及重量百分比为：
Figure BDA0002201996150000042
进一步地，所述埋弧自动焊焊丝的组分及重量百分比为：
Figure BDA0002201996150000043
本发明钢种从Q370qE、Q420qE、Q500qE提高到Q690qE，且采用焊前不预热，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108～155J，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)该种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接工艺方法，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。
(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异种材质高强度桥梁钢厚板结构制造过程中焊前预热至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和综合力学性能。
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Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法的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所示，本发明提供了一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法，其步骤：
1)采用Q420qE与Q690qENH异种材质桥梁钢，力学性能特征为：Q420qE屈服强度ReL≥420MPa，抗拉强度Rm≥540MPa，延伸率A≥19％，-40℃冲击功KV2≥120J；Q690qENH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，坡口角度60°，钝边2mm；
3)焊接工艺：
a)接头正反面各采用气体保护焊打底两层，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)采用埋弧自动焊填充盖面，层间温度控制在120～150℃，其弧自动焊焊接电流650A、焊接电压31V、焊接速度40cm/min、焊接线能量30KJ/cm。
气体保护焊丝分别选用抗拉强度＞630MPa及抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ1.2mm。
埋弧自动焊，搭配优选焊剂后熔敷金属分别选用抗拉强度＞630MPa及抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ4.0mm。
实施例1
1)基材钢种为Q420qE+Q690qENH，Q420qE屈服强度ReL≥420MPa，抗拉强度Rm≥540MPa，延伸率A≥19％，-40℃冲击功KV2≥120J；Q690qENH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(Q420qE)+50mm(Q690qENH)的等厚异型桥梁钢；
试板尺寸为800mm×300mm×50mm；
2)坡口采用X型不对称坡口，坡口角度60°，钝边2mm；
焊接材料匹配：
打底用气体保护焊丝采用XY-ER70Q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621MPa，Rm为718MPa，A为23％，-40℃KV2冲击功为101J；
其中，XY-ER70Q焊丝组分及重量百分比为：
Figure BDA0002201996150000071
埋弧自动焊采用WQ-5焊丝，焊丝直径Ф4.0mm，配SJ105q焊剂组合，熔敷金属的力学性能为Rel为585MPa，Rm为727MPa，A为25.5％，-40℃KV2冲击功为232J。
其中，WQ-5焊丝组分及重量百分比为：
Figure BDA0002201996150000081
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℃；
采用上述焊接工艺焊接Q420qE与Q690qENH异种材质桥梁钢对接接头力学性能，焊缝抗拉强度Rm＝749MPa，焊缝中心冲击功-40℃KV2＝119J，Q420qE侧热影响区(1mm)-40℃KV2＝138J，Q690qE侧热影响区(1mm)-40℃KV2＝108J。
实施例2
基材钢种为Q420qE+Q690qENH，Q420qE屈服强度ReL≥420MPa，抗拉强度Rm≥540MPa，延伸率A≥19％，-40℃冲击功KV2≥120J；Q690qENH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(Q420qE)+50mm(Q690qENH)的等厚异型桥梁钢；
试板尺寸为800mm×300mm×50mm；
2)坡口采用X型不对称坡口，坡口角度60°，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；
其中，XY-ER80QNH焊丝组分及重量百分比为：
Figure BDA0002201996150000091
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％，-40℃KV2冲击功为138J。
其中，XY-S80QNH焊丝组分及重量百分比为：
Figure BDA0002201996150000092
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℃；
采用上述焊接工艺焊接Q420qE与Q690qENH异种材质桥梁钢对接接头力学性能，焊缝抗拉强度Rm＝848MPa，焊缝中心冲击功-40℃KV2＝155J，Q420qE侧热影响区(1mm)-40℃KV2＝124J，Q690qE侧热影响区(1mm)-40℃KV2＝139J。
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 (7)

1.一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法，其步骤：
1)采用Q420qE与Q690qENH异种材质桥梁钢，力学性能特征为：Q420qE屈服强度ReL≥420MPa，抗拉强度Rm≥540MPa，延伸率A≥19％，-40℃冲击功KV2≥120J；Q690qENH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，坡口角度60°，钝边2mm；
3)焊接工艺：
a)接头正反面各采用气体保护焊打底两层，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)采用埋弧自动焊填充盖面，层间温度控制在120～150℃，其弧自动焊焊接电流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Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法，其特征在于：气体保护焊丝分别选用抗拉强度＞630MPa及抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ1.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法，其特征在于：埋弧自动焊，搭配优选焊剂后熔敷金属分别选用抗拉强度＞630MPa及抗拉强度＞810MPa，焊丝直径Φ4.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法，其特征在于：所述打底用气体保护焊丝的组分及重量百分比为：
C：0.071 Si：1.63
Mn：0.057 P：0.013
S：0.003 Ni：1.03
其余为铁。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法，其特征在于：所述打底用气体保护焊丝的组分及重量百分比为：
Figure FDA0002201996140000021
6.根据权利要求1所述的一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法，其特征在于：所述埋弧自动焊焊丝的组分及重量百分比为：
C：0.096 Si：0.054
Mn：1.84 P：0.010
S：0.0065 Ni：0.94
Mo：0.30 Cu：0.20
其余为铁。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种Q420qE+Q690qENH异种材质复合焊对接方法，其特征在于：所述埋弧自动焊焊丝的组分及重量百分比为：
Figure FDA0002201996140000031
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