CN112620888A - 一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法 - Google Patents

一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法 Download PDF

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CN112620888A CN202011585358.7A CN202011585358A CN112620888A CN 112620888 A CN112620888 A CN 112620888A CN 202011585358 A CN202011585358 A CN 202011585358A CN 112620888 A CN112620888 A CN 112620888A
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Abstract

本发明公开了一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，本工艺方法能克服高原的高寒环境对焊接性能的不利影响，提升焊接接头的低温韧性、抗裂性能及耐候性能，从而得到各项力学性能与耐候性能均良好的焊接接头，实现了在高原高寒地区匹配焊接大跨、重载高强度高韧性高耐候性桥梁钢，同时无需焊前预热和焊后热处理，提升了生产效率，降低了能源消耗。

Description

一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法
技术领域
本发明涉及一种重载桥梁制造焊接的工艺方法，尤其涉及一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法。
背景技术
据调研，美国、日本广泛应用耐候钢桥，1993年美国耐候钢桥梁累计23000多座，2000年日本7％、美国45％的钢桥已采用免涂装的耐候钢。我国耐候钢桥的发展处于起步阶段，相关技术普遍参考美国标准，同时面临解决免涂装耐候钢桥耐久性等控制问题。
国家重点工程川藏铁路在建中段(雅安至林芝)，设计为国家双线1级、动车组时速120～200km，正线长度1011公里，跨越大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江等河流地区，控制性工程包括多座超大跨度特大钢桥。面临高原强紫外线、高寒缺氧、长年冻土、崩场、错落、滑坡、地震、地热、岩爆等严苛地理条件，工程设计建造难度极大，但空气质优、湿度总体适中(林芝地区夏季局部高湿)，属典型乡村大气环境，适合建造免涂装耐候钢桥。
目前，Q500qENH耐候桥梁钢为免涂装耐候钢桥的主用钢材，在建造施工中，要求其焊接接头具有优良低温韧性、抗裂性能及耐候性能，具体为：屈服强度≥500Mpa；抗拉强度≥630Mpa；延伸率≥18％；-40℃KV2低温冲击功≥54J。
但目前需要解决的技术问题是，Q500qENH耐候桥梁钢随合金含量增加，碳当量相应提高，焊接性能变差；同时，高原的高寒环境焊接对焊前预热工艺、焊后热处理工艺要求更为严格；常规的焊接工艺方法及措施难以符合上述标准。
本发明公开了一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，本工艺方法能克服高原的高寒环境对焊接性能的不利影响，提升焊接接头的低温韧性、抗裂性能及耐候性能，从而得到各项力学性能与耐候性能均良好的焊接接头，实现了在高原高寒地区匹配焊接大跨、重载高强度高韧性高耐候性桥梁钢，同时无需焊前预热和焊后热处理，提升了生产效率，降低了能源消耗。
发明内容
本发明开发了一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，通过本工艺方法获得的焊接接头的低温韧性、抗裂性能及耐候性能极为优良，同时无需焊前预热和焊后热处理，提升了生产效率，降低了能源消耗。
本发明第一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述工艺方法包括：
(一)焊接面预处理
(1)对焊接面及临近区域进行打磨，去除表面铁锈等杂物；
(二)焊接面切割处理
(2)将2个焊接面切割成坡口，所述坡口为单面“V”型坡口，坡口角度40°～45°，钝边高度为0～2mm，钝边的距离保持5mm～6mm；
(3)再次打磨，去除金属碎屑；
(三)单面焊双面成型工艺
(4)焊接打底：打底采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝，采用气体保护焊，打底覆盖钝边；
(5)焊接填充：剩余区域进行焊接填充，采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝与匹配的焊剂，以埋弧自动焊的方法进行填充；
(6)所述第(4)步打底层与所述第(5)步焊接填充层的道间温度控制在80℃～180℃。
进一步的，所述第(4)步焊接打底使用的气体保护焊，焊丝为JQ·TH650EW-Ⅱ或专利号为202010907383.6、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级C02气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，保护气体为CO2；所述气体保护焊的工艺参数保持电流为180A～280A，电压为25V～30V，焊速为30cm/min～35cm/min，保护气体流量为15L/min～25L/min，线能量为14KJ/cm～16KJ/cm。
进一步的，所述第(5)步焊接填充使用的焊丝为SD-H08Mn2E或专利号为202010907395.9、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级埋弧自动焊焊丝及盘条》的所述焊丝，配合的焊剂为SJ105Nq；所述埋弧自动焊的工艺参数保持电流为650A～700A，电压为30V～35V，焊速为35cm/min～40cm/min，线能量为30KJ/cm～32KJ/cm。
本发明第二种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述工艺方法包括：
(一)焊接面预处理
(1)对焊接面及临近区域进行打磨，去除表面铁锈等杂物；
(二)焊接面切割处理
(2)将2个焊接面切割成坡口，所述坡口为单面“V”型坡口，坡口角度40°～45°，钝边高度为0～2mm，钝边的距离保持5mm～6mm；
(3)再次打磨，去除金属碎屑；
(三)单面焊双面成型工艺
(4)焊接填充：打底采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝，采用气体保护焊，打底覆盖钝边；
(5)所述第(4)步的道间温度控制在80℃～180℃。
进一步的，所述第(4)步焊接填充使用的气体保护焊，焊丝为CHT91NHQ、JQ·TH650EW-Ⅱ或专利号为202010907383.6、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级C02气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，或专利号为202010907903.3、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级富氩气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，保护气体为CO2:Ar体积比为20～100:0～80；所述气体保护焊的工艺参数保持电流为180A～280A，电压为25V～30V，焊速为24cm/min～30cm/min，保护气体流量为15L/min～25L/min，线能量为10KJ/cm～14KJ/cm。
进一步的，上述2种工艺在第(三)步单面焊双面成型工艺进行焊接前，坡口底部添加衬垫。
进一步的，所述衬垫包括第一承重区1、第二承重区2和散热区3，所述散热区3由3层组成：最上层为微孔透气层31，中间层为承载密封层32，最下层为底部密封层33；所述微孔透气层31与所述承载密封层32形成CO2发生腔4，所述CO2发生腔4装有可受热分解释放CO2的物质，所述CO2发生腔4的侧边有可开闭密封的密封板41；所述承载密封层32与所述底部密封层33形成底部吸热腔5，所述底部吸热腔5装有可逆吸热物质。
进一步的，所述可受热分解释放CO2的物质为碳酸氢钠。
进一步的，所述可逆吸热物质为十水硫酸钠。
进一步的，所述衬垫的材质是陶瓷或钢。
进一步的，所述衬垫的材质是陶瓷，所述微孔透气层31呈下弯弧形状。
进一步的，所述衬垫的材质是钢，所述微孔透气层31为平面。
本发明的优点：
1、本发明Q500qENH高性能耐候桥梁钢采用焊前不预热，焊后不进行热处理工艺，其焊接接头具有优良低温韧性、抗裂性能及耐候性能，具体为：屈服强度≥550Mpa、抗拉强度≥650Mpa、延伸率≥20％、-40℃KV2低温冲击功≥80J，高于屈服强度≥500Mpa、抗拉强度≥630Mpa、延伸率≥18％、-40℃KV2低温冲击功≥54J的质量标准。本发明经大量试验，并进行探伤检测，未发现有裂纹产生的现象，接头具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，完全能满足高寒地区大跨度桥梁钢结构制造的关键技术要求。
2、本发明公开了一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，填补了我国拟建的高寒地区焊接工艺制造技术空白，本发明公开的焊接工艺方法，可以在接头的过热区主要形成贝氏体组织，焊缝金属主要为细小的针状铁素体组织，从而提高焊接接头的抗裂性、耐候性及综合力学性能。
3、本发明公开的焊接工艺具有优良的焊接工艺性能，操作简便、适用方便、高效、节能，能适应川藏地区的气候特征，特别在环境温度为0℃～5℃、相对湿度小于80％时，其对于提高焊接接头的低温韧性、抗裂性、耐候性的效果尤为显著。其适用于高寒地区大跨度桥梁高性能耐候桥梁钢制造推广应用，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。
4、对比一般焊前预热、焊后热处理的焊接工艺，本发明能适用于高原高寒环境下Q500qENH耐候桥梁钢的焊接，克服高原的高寒环境对焊接性能的不利影响，提升焊接接头的低温韧性、抗裂性能及耐候性能的同时，提升了生产效率，降低了能源消耗。
5、本发明的关键控制点在于控制道间温度在80℃～180℃，其中衬垫具有承重和导热作用，衬垫设置的CO2发生腔可以从焊接接头的底层释放CO2作为保护气体，提高了气体保护焊的焊接质量；衬垫设置的底部吸热腔可以进一步吸收焊接热量，降低道间温度，同时具有缓解焊接接头温度下降速度太快的作用，有利于贝氏体组织和针状铁素体组织的生成，提高了本发明工艺对道间温度的控制，使整体焊接工艺的质量得到极大的提升。
6、本发明利用可受热分解释放CO2的物质吸收焊接强热，并分解出CO2以实现焊接的全方位保护，同时实现道间温度快速下降的作用；而同时以可逆吸热物质吸收焊接余热，使道间温度达到80℃～180℃时不会继续快速下降，使道间温度的控制更为平稳，有效增加了工作的时间窗口；本发明能使焊缝不至于过热发黑，同时有利于焊缝的针状铁素体组织生成，增强焊接接头的各项性能，特别适于高寒地区的耐候性桥梁钢的焊接。
附图说明
图1为本发明实施例2在0℃情况下的焊接效果图；
图2为本发明实施例2的坡口示意图；
图3为本发明实施例3的坡口示意图；
图4为本发明实施例2的衬垫剖视图；
图5为本发明实施例2的密封板正视图；
图6为本发明实施例3的衬垫剖视图；
图7为本发明实施例3的密封板正视图；
图中，钝边为图2坡口示意图中坡口底部的垂直部分；钝边高度标为“H”，两侧钝边距离标为“D”；坡口角度标为“α”；
图中，1-第一承重区，2-第二承重区，3-散热区，31-微孔透气层，32-承载密封层，33-底部密封层，4-CO2发生腔，41-密封板，5-底部吸热腔
具体实施方式
实施例1
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述工艺方法包括：
(一)焊接面预处理
(1)对焊接面及临近区域进行打磨，去除表面铁锈等杂物；
(二)焊接面切割处理
(2)将2个焊接面切割成坡口，所述坡口为单面“V”型坡口，坡口角度α为40°，钝边高度为H为2mm，钝边的距离D为6mm；
(3)再次打磨，去除金属碎屑；
(三)单面焊双面成型工艺
(4)焊接打底：打底采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝，采用气体保护焊，打底覆盖钝边；
(5)焊接填充：剩余区域进行焊接填充，采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝与匹配的焊剂，以埋弧自动焊的方法进行填充；
(6)所述第(4)步打底层与所述第(5)步焊接填充层的道间温度控制在180℃。
所述第(4)步焊接打底使用的气体保护焊，焊丝为JQ·TH650EW-Ⅱ，保护气体为CO2。所述气体保护焊的工艺参数保持电流为180A，电压为25V，焊速为30cm/min，保护气体流量为15L/min，线能量为14KJ/cm。
所述第(5)步焊接填充使用的焊丝为SD-H08Mn2E，配合的焊剂为SJ105Nq。所述埋弧自动焊的工艺参数保持电流为650A，电压为30V，焊速为35cm/min，线能量为30KJ/cm。
上述工艺在第(三)步单面焊双面成型工艺进行焊接前，坡口底部添加衬垫。
所述衬垫包括第一承重区1、第二承重区2和散热区3，所述散热区3由3层组成：最上层为微孔透气层31，中间层为承载密封层32，最下层为底部密封层33；所述微孔透气层31与所述承载密封层32形成CO2发生腔4，所述CO2发生腔4装有可受热分解释放CO2的物质，所述CO2发生腔4的侧边有可开闭密封的密封板41；所述承载密封层32与所述底部密封层33形成底部吸热腔5，所述底部吸热腔5装有可逆吸热物质。
所述可受热分解释放CO2的物质为碳酸氢钠。
所述可逆吸热物质为十水硫酸钠。
所述衬垫的材质是陶瓷，所述微孔透气层31呈下弯弧形状。
实施例2
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述工艺方法包括：
(一)焊接面预处理
(1)对焊接面及临近区域进行打磨，去除表面铁锈等杂物；
(二)焊接面切割处理
(2)将2个焊接面切割成坡口，所述坡口为单面“V”型坡口，坡口角度α为45°，钝边高度为H为2mm，钝边的距离D为5mm；
(3)再次打磨，去除金属碎屑；
(三)单面焊双面成型工艺
(4)焊接打底：打底采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝，采用气体保护焊，打底覆盖钝边；
(5)焊接填充：剩余区域进行焊接填充，采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝与匹配的焊剂，以埋弧自动焊的方法进行填充；
(6)所述第(4)步打底层与所述第(5)步焊接填充层的道间温度控制在130℃。
所述第(4)步焊接打底使用的气体保护焊，焊丝为专利号为202010907383.6、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级C02气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，保护气体为CO2。所述气体保护焊的工艺参数保持电流为250A，电压为28V，焊速为30cm/min，保护气体流量为20L/min，线能量为14KJ/cm。
所述第(5)步焊接填充使用的焊丝为专利号为202010907395.9、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级埋弧自动焊焊丝及盘条》的所述焊丝，配合的焊剂为SJ105Nq。所述埋弧自动焊的工艺参数保持电流为650A，电压为31V，焊速为40cm/min，线能量为30KJ/cm。
上述工艺在第(三)步单面焊双面成型工艺进行焊接前，坡口底部添加衬垫。
所述衬垫包括第一承重区1、第二承重区2和散热区3，所述散热区3由3层组成：最上层为微孔透气层31，中间层为承载密封层32，最下层为底部密封层33；所述微孔透气层31与所述承载密封层32形成CO2发生腔4，所述CO2发生腔4装有可受热分解释放CO2的物质，所述CO2发生腔4的侧边有可开闭密封的密封板41；所述承载密封层32与所述底部密封层33形成底部吸热腔5，所述底部吸热腔5装有可逆吸热物质。
所述可受热分解释放CO2的物质为碳酸氢钠。
所述可逆吸热物质为十水硫酸钠。
所述衬垫的材质是陶瓷，所述微孔透气层31呈下弯弧形状。
实施例3
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述工艺方法包括：
(一)焊接面预处理
(1)对焊接面及临近区域进行打磨，去除表面铁锈等杂物；
(二)焊接面切割处理
(2)将2个焊接面切割成坡口，所述坡口为单面“V”型坡口，坡口角度α为45°，钝边高度为H为0，钝边的距离D为5mm；
(3)再次打磨，去除金属碎屑；
(三)单面焊双面成型工艺
(4)焊接打底：打底采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝，采用气体保护焊，打底覆盖钝边；
(5)焊接填充：剩余区域进行焊接填充，采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝与匹配的焊剂，以埋弧自动焊的方法进行填充；
(6)所述第(4)步打底层与所述第(5)步焊接填充层的道间温度控制在80℃。
所述第(4)步焊接打底使用的气体保护焊，焊丝为专利号为202010907383.6、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级C02气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，保护气体为CO2。所述气体保护焊的工艺参数保持电流为280A，电压为30V，焊速为35cm/min，保护气体流量为25L/min，线能量为16KJ/cm。
所述第(5)步焊接填充使用的焊丝为专利号为202010907395.9、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级埋弧自动焊焊丝及盘条》的所述焊丝，配合的焊剂为SJ105Nq。所述埋弧自动焊的工艺参数保持电流为700A，电压为35V，焊速为40cm/min，线能量为32KJ/cm。
上述工艺在第(三)步单面焊双面成型工艺进行焊接前，坡口底部添加衬垫。
所述衬垫包括第一承重区1、第二承重区2和散热区3，所述散热区3由3层组成：最上层为微孔透气层31，中间层为承载密封层32，最下层为底部密封层33；所述微孔透气层31与所述承载密封层32形成CO2发生腔4，所述CO2发生腔4装有可受热分解释放CO2的物质，所述CO2发生腔4的侧边有可开闭密封的密封板41；所述承载密封层32与所述底部密封层33形成底部吸热腔5，所述底部吸热腔5装有可逆吸热物质。
所述可受热分解释放CO2的物质为碳酸氢钠。
所述可逆吸热物质为十水硫酸钠。
所述衬垫的材质是钢，所述微孔透气层31为平面。
实施例4
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述工艺方法包括：
(一)焊接面预处理
(1)对焊接面及临近区域进行打磨，去除表面铁锈等杂物；
(二)焊接面切割处理
(2)将2个焊接面切割成坡口，所述坡口为单面“V”型坡口，坡口角度α为35°，钝边高度为H为3mm，钝边的距离D为4mm；
(3)再次打磨，去除金属碎屑；
(三)单面焊双面成型工艺
(4)焊接打底：打底采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝，采用气体保护焊，打底覆盖钝边；
(5)焊接填充：剩余区域进行焊接填充，采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝与匹配的焊剂，以埋弧自动焊的方法进行填充；
(6)所述第(4)步打底层与所述第(5)步焊接填充层的道间温度控制在70℃。
所述第(4)步焊接打底使用的气体保护焊，焊丝为专利号为202010907383.6、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级C02气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，保护气体为CO2。所述气体保护焊的工艺参数保持电流为170A，电压为24V，焊速为40cm/min，保护气体流量为14L/min，线能量为12KJ/cm。
所述第(5)步焊接填充使用的焊丝为专利号为202010907395.9、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级埋弧自动焊焊丝及盘条》的所述焊丝，配合的焊剂为SJ105Nq。所述埋弧自动焊的工艺参数保持电流为620A，电压为28V，焊速为45cm/min，线能量为28KJ/cm。
上述工艺在第(三)步单面焊双面成型工艺进行焊接前，坡口底部添加衬垫。
所述衬垫包括第一承重区1、第二承重区2和散热区3，所述散热区3由3层组成：最上层为微孔透气层31，中间层为承载密封层32，最下层为底部密封层33；所述微孔透气层31与所述承载密封层32形成CO2发生腔4，所述CO2发生腔4装有可受热分解释放CO2的物质，所述CO2发生腔4的侧边有可开闭密封的密封板41；所述承载密封层32与所述底部密封层33形成底部吸热腔5，所述底部吸热腔5装有可逆吸热物质。
所述可受热分解释放CO2的物质为碳酸氢钠。
所述可逆吸热物质为十水硫酸钠。
所述衬垫的材质是钢，所述微孔透气层31为平面。
实施例5
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述工艺方法包括：
(一)焊接面预处理
(1)对焊接面及临近区域进行打磨，去除表面铁锈等杂物；
(二)焊接面切割处理
(2)将2个焊接面切割成坡口，所述坡口为单面“V”型坡口，坡口角度α为40°，钝边高度H为2mm，钝边的距离D为6mm；
(3)再次打磨，去除金属碎屑；
(三)单面焊双面成型工艺
(4)焊接填充：打底采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝，采用气体保护焊，打底覆盖钝边；
(5)所述第(4)步的道间温度控制在180℃。
所述第(4)步焊接填充使用的气体保护焊，焊丝为CHT91NHQ，保护气体为CO2:Ar体积比为100:0。所述气体保护焊的工艺参数保持电流为180A，电压为25V，焊速为24cm/min，保护气体流量为15L/min，线能量为10KJ/cm。
上述工艺在第(三)步单面焊双面成型工艺进行焊接前，坡口底部添加衬垫。
所述衬垫包括第一承重区1、第二承重区2和散热区3，所述散热区3由3层组成：最上层为微孔透气层31，中间层为承载密封层32，最下层为底部密封层33；所述微孔透气层31与所述承载密封层32形成CO2发生腔4，所述CO2发生腔4装有可受热分解释放CO2的物质，所述CO2发生腔4的侧边有可开闭密封的密封板41；所述承载密封层32与所述底部密封层33形成底部吸热腔5，所述底部吸热腔5装有可逆吸热物质。
所述可受热分解释放CO2的物质为碳酸氢钠。
所述可逆吸热物质为十水硫酸钠。
所述衬垫的材质是陶瓷，所述微孔透气层31呈下弯弧形状。
实施例6
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述工艺方法包括：
(一)焊接面预处理
(1)对焊接面及临近区域进行打磨，去除表面铁锈等杂物；
(二)焊接面切割处理
(2)将2个焊接面切割成坡口，所述坡口为单面“V”型坡口，坡口角度α为45°，钝边高度H为2mm，钝边的距离D为5mm；
(3)再次打磨，去除金属碎屑；
(三)单面焊双面成型工艺
(4)焊接填充：打底采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝，采用气体保护焊，打底覆盖钝边；
(5)所述第(4)步的道间温度控制在130℃。
所述第(4)步焊接填充使用的气体保护焊，焊丝为专利号为202010907383.6、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级C02气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，保护气体为CO2:Ar体积比为60:40。所述气体保护焊的工艺参数保持电流为250A，电压为28V，焊速为24cm/min，保护气体流量为20L/min，线能量为14KJ/cm。
上述工艺在第(三)步单面焊双面成型工艺进行焊接前，坡口底部添加衬垫。
所述衬垫包括第一承重区1、第二承重区2和散热区3，所述散热区3由3层组成：最上层为微孔透气层31，中间层为承载密封层32，最下层为底部密封层33；所述微孔透气层31与所述承载密封层32形成CO2发生腔4，所述CO2发生腔4装有可受热分解释放CO2的物质，所述CO2发生腔4的侧边有可开闭密封的密封板41；所述承载密封层32与所述底部密封层33形成底部吸热腔5，所述底部吸热腔5装有可逆吸热物质。
所述可受热分解释放CO2的物质为碳酸氢钠。
所述可逆吸热物质为十水硫酸钠。
所述衬垫的材质是陶瓷，所述微孔透气层31呈下弯弧形状。
实施例7
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述工艺方法包括：
(一)焊接面预处理
(1)对焊接面及临近区域进行打磨，去除表面铁锈等杂物；
(二)焊接面切割处理
(2)将2个焊接面切割成坡口，所述坡口为单面“V”型坡口，坡口角度α为45°，钝边高度H为0，钝边的距离D为5mm；
(3)再次打磨，去除金属碎屑；
(三)单面焊双面成型工艺
(4)焊接填充：打底采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝，采用气体保护焊，打底覆盖钝边；
(5)所述第(4)步的道间温度控制在80℃。
所述第(4)步焊接填充使用的气体保护焊，焊丝为专利号为202010907903.3、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级富氩气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，保护气体为CO2:Ar体积比为20:80。所述气体保护焊的工艺参数保持电流为280A，电压为30V，焊速为30cm/min，保护气体流量为25L/min，线能量为14KJ/cm。
上述工艺在第(三)步单面焊双面成型工艺进行焊接前，坡口底部添加衬垫。
所述衬垫包括第一承重区1、第二承重区2和散热区3，所述散热区3由3层组成：最上层为微孔透气层31，中间层为承载密封层32，最下层为底部密封层33；所述微孔透气层31与所述承载密封层32形成CO2发生腔4，所述CO2发生腔4装有可受热分解释放CO2的物质，所述CO2发生腔4的侧边有可开闭密封的密封板41；所述承载密封层32与所述底部密封层33形成底部吸热腔5，所述底部吸热腔5装有可逆吸热物质。
所述可受热分解释放CO2的物质为碳酸氢钠。
所述可逆吸热物质为十水硫酸钠。
所述衬垫的材质是钢，所述微孔透气层31为平面。
实施例8
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述工艺方法包括：
(一)焊接面预处理
(1)对焊接面及临近区域进行打磨，去除表面铁锈等杂物；
(二)焊接面切割处理
(2)将2个焊接面切割成坡口，所述坡口为单面“V”型坡口，坡口角度α为50°，钝边高度H为3mm，钝边的距离D为7mm；
(3)再次打磨，去除金属碎屑；
(三)单面焊双面成型工艺
(4)焊接填充：打底采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝，采用气体保护焊，打底覆盖钝边；
(5)所述第(4)步的道间温度控制在190℃。
所述第(4)步焊接填充使用的气体保护焊，焊丝为专利号为202010907903.3、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级富氩气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，保护气体为CO2:Ar体积比为10:90。所述气体保护焊的工艺参数保持电流为300A，电压为35V，焊速为35cm/min，保护气体流量为14L/min，线能量为16KJ/cm。
上述工艺在第(三)步单面焊双面成型工艺进行焊接前，坡口底部添加衬垫。
所述衬垫包括第一承重区1、第二承重区2和散热区3，所述散热区3由3层组成：最上层为微孔透气层31，中间层为承载密封层32，最下层为底部密封层33；所述微孔透气层31与所述承载密封层32形成CO2发生腔4，所述CO2发生腔4装有可受热分解释放CO2的物质，所述CO2发生腔4的侧边有可开闭密封的密封板41；所述承载密封层32与所述底部密封层33形成底部吸热腔5，所述底部吸热腔5装有可逆吸热物质。
所述可受热分解释放CO2的物质为碳酸氢钠。
所述可逆吸热物质为十水硫酸钠。
所述衬垫的材质是钢，所述微孔透气层31为平面。
对比例1
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，坡口角度α为35°，钝边高度为H为3mm，钝边的距离D为4mm；其余同实施例2。
对比例2
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，坡口角度α为50°，钝边高度为H为3mm，钝边的距离D为7mm；其余同实施例2。
对比例3
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，第(6)步所述第(4)步打底层与所述第(5)步焊接填充层的道间温度控制在70℃，其余同实施例2。
对比例4
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，第(6)步所述第(4)步打底层与所述第(5)步焊接填充层的道间温度控制在190℃，其余同实施例2。
对比例5
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述第(4)步焊接打底使用的气体保护焊，焊丝为专利号为202010907383.6、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级C02气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，保护气体为CO2。所述气体保护焊的工艺参数保持电流为170A，电压为24V，焊速为40cm/min，保护气体流量为14L/min，线能量为12KJ/cm，其余同实施例2。
对比例6
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述第(5)步焊接填充使用的焊丝为专利号为202010907395.9、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级埋弧自动焊焊丝及盘条》的所述焊丝，配合的焊剂为SJ105Nq。所述埋弧自动焊的工艺参数保持电流为620A，电压为28V，焊速为45cm/min，线能量为28KJ/cm，其余同实施例2。
对比例7
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述第(5)步配合的焊剂为SJ101，其余同实施例2。
对比例8
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，焊接时坡口底部未添加衬垫，其余同实施例2。
对比例9
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，焊接时坡口底部添加的衬垫为实心陶瓷衬垫，其余同实施例2。
对比例10
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，焊接时坡口底部添加的衬垫为只有CO2发生腔的陶瓷衬垫，其余同实施例2。
对比例11
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，焊接时坡口底部添加的衬垫为只有底部吸热腔的陶瓷衬垫，其余同实施例2。
对比例12
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，坡口角度α为35°，钝边高度为H为3mm，钝边的距离D为4mm；其余同实施例6。
对比例13
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，坡口角度α为50°，钝边高度为H为3mm，钝边的距离D为7mm；其余同实施例6。
对比例14
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，第(5)步所述第(4)步的道间温度控制在70℃，其余同实施例6。
对比例15
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，第(5)步所述第(4)步的道间温度控制在190℃，其余同实施例6。
对比例16
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，所述第(4)步焊接填充使用的气体保护焊，焊丝为专利号为202010907903.3、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级富氩气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，保护气体为CO2:Ar体积比为10:90。所述气体保护焊的工艺参数保持电流为300A，电压为35V，焊速为35cm/min，保护气体流量为14L/min，线能量为16KJ/cm，其余同实施例6。
对比例17
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，焊接时坡口底部未添加衬垫，其余同实施例6。
对比例18
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，焊接时坡口底部添加的衬垫为实心陶瓷衬垫，其余同实施例6。
对比例19
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，焊接时坡口底部添加的衬垫为只有CO2发生腔的陶瓷衬垫，其余同实施例6。
对比例20
一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，焊接时坡口底部添加的衬垫为只有底部吸热腔的陶瓷衬垫，其余同实施例6。检测分析：
分别在0℃和25℃的情况下，保持相对湿度80％，按照各实施例和对比例所述工艺进行焊接。焊接Q500qENH耐候钢板厚度为8mm+8mm，在此规格的Q500qENH耐候钢板进行焊接，并测试焊接接头的各项物理力学性能：屈服强度、抗拉强度、延伸率、-40℃KV2低温冲击功。每个实施例和对比例重复焊接5次，物理力学性能取其平均值。
其中，屈服强度、抗拉强度、延伸率的测试方法为GB/T 2652-2008《焊缝及熔敷金属拉伸试验方法》；-40℃KV2低温冲击功的测试方法为GB/T 2650-2008《焊接接头冲击试验方法》。
Figure BDA0002866625570000191
从上表可以看出，本发明对坡口的规格、道间温度的控制、焊接材料及焊剂的选择和工艺参数是经过大量实验后优选得到的，配合改进的衬垫，可以实现Q500qENH高性能耐候桥梁钢在焊前不预热、焊后不进行热处理的情况下，使焊接接头具有优良低温韧性、抗裂性能及耐候性能，焊接接头具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，完全能满足高寒地区大跨度桥梁钢结构制造的关键技术要求，同时提升了生产效率，降低了能源消耗；
同时，从上表可以看出，本发明的焊接工艺方法可以在环境温度为0℃、相对湿度达到80％时，对Q500qENH高性能耐候桥梁钢进行焊接，焊前不预热、焊后不进行热处理的情况下，其低温冲击韧性依然保持较高的安全裕度，能适应川藏地区的气候特征，而且操作简便、适用方便、高效、节能；其适用于高寒地区大跨度桥梁高性能耐候桥梁钢制造推广应用，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，填补了我国拟建的高寒地区焊接工艺制造技术空白；
本发明的关键控制点在于控制道间温度在80℃～180℃，其中衬垫具有承重和导热作用，衬垫设置的CO2发生腔可以从焊接接头的底层释放CO2作为保护气体以实现焊接的全方位保护，提高了气体保护焊的焊接质量；衬垫设置的底部吸热腔可以进一步吸收焊接热量，降低道间温度，同时具有缓解焊接接头温度下降速度太快的作用，有利于贝氏体组织和针状铁素体组织的生成，提高了本发明工艺对道间温度的控制，使整体焊接工艺的质量得到极大的提升；同时本发明能使焊缝不至于过热发黑，同时有利于焊缝的针状铁素体组织生成，增强焊接接头的各项性能，特别适于高寒地区的耐候性桥梁钢的焊接。
本发明在厚度为16mm+16mm、24mm+24mm规格的Q500qENH耐候钢板上进行焊接，其物理力学性能也遵循上表的规律。
最后：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，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 (10)

1.一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，其特征在于：所述工艺方法包括：
(一)焊接面预处理
(1)对焊接面及临近区域进行打磨，去除表面铁锈等杂物；
(二)焊接面切割处理
(2)将2个焊接面切割成坡口，所述坡口为单面“V”型坡口，坡口角度40°～45°，钝边高度为0～2mm，钝边的距离保持5mm～6mm；
(3)再次打磨，去除金属碎屑；
(三)单面焊双面成型工艺
(4)焊接打底：打底采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝，采用气体保护焊，打底覆盖钝边；
(5)焊接填充：剩余区域进行焊接填充，采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝与匹配的焊剂，以埋弧自动焊的方法进行填充；
(6)所述第(4)步打底层与所述第(5)步焊接填充层的道间温度控制在80℃～180℃。
2.一种如权利要求1所述的高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，其特征在于：所述第(4)步焊接打底使用的气体保护焊，焊丝为JQ·TH650EW-Ⅱ或专利号为202010907383.6、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级C02气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，保护气体为CO2；所述气体保护焊的工艺参数保持电流为180A～280A，电压为25V～30V，焊速为30cm/min～35cm/min，保护气体流量为15L/min～25L/min，线能量为14KJ/cm～16KJ/cm。
3.一种如权利要求1所述的高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，其特征在于：所述第(5)步焊接填充使用的焊丝为SD-H08Mn2E或专利号为202010907395.9、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级埋弧自动焊焊丝及盘条》的所述焊丝，配合的焊剂为SJ105Nq；所述埋弧自动焊的工艺参数保持电流为650A～700A，电压为30V～35V，焊速为35cm/min～40cm/min，线能量为30KJ/cm～32KJ/cm。
4.一种高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，其特征在于：所述工艺方法包括：
(一)焊接面预处理
(1)对焊接面及临近区域进行打磨，去除表面铁锈等杂物；
(二)焊接面切割处理
(2)将2个焊接面切割成坡口，所述坡口为单面“V”型坡口，坡口角度40°～45°，钝边高度为0～2mm，钝边的距离保持5mm～6mm；
(3)再次打磨，去除金属碎屑；
(三)单面焊双面成型工艺
(4)焊接填充：打底采用熔敷金属的抗拉强度≥650MPa的焊丝，采用气体保护焊，打底覆盖钝边；
(5)所述第(4)步的道间温度控制在80℃～180℃。
5.一种如权利要求4所述的高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，其特征在于：所述第(4)步焊接填充使用的气体保护焊，焊丝为CHT91NHQ、JQ·TH650EW-Ⅱ或专利号为202010907383.6、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级C02气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，或专利号为202010907903.3、发明名称为《免涂装耐候钢桥用抗拉强度650MPa级富氩气体保护焊丝及盘条》的所述焊丝，保护气体为CO2:Ar体积比为20～100:0～80；所述气体保护焊的工艺参数保持电流为180A～280A，电压为25V～30V，焊速为24cm/min～30cm/min，保护气体流量为15L/min～25L/min，线能量为10KJ/cm～14KJ/cm。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，其特征在于：所述工艺方法在第(三)步单面焊双面成型工艺进行焊接前，坡口底部添加衬垫。
7.一种如权利要求6所述的高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，其特征在于：所述衬垫包括第一承重区(1)、第二承重区(2)和散热区(3)，所述散热区(3)由3层组成：最上层为微孔透气层(31)，中间层为承载密封层(32)，最下层为底部密封层(33)；所述微孔透气层(31)与所述承载密封层(32)形成CO2发生腔(4)，所述CO2发生腔(4)装有可受热分解释放CO2的物质，所述CO2发生腔(4)的侧边有可开闭密封的密封板(41)；所述承载密封层(32)与所述底部密封层(33)形成底部吸热腔(5)，所述底部吸热腔(5)装有可逆吸热物质。
8.一种如权利要求7所述的高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，其特征在于：所述可受热分解释放CO2的物质为碳酸氢钠，所述可逆吸热物质为十水硫酸钠。
9.一种如权利要求7所述的高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，其特征在于：所述衬垫的材质是陶瓷或钢。
10.一种如权利要求9所述的高寒地区Q500qENH耐候钢单面焊双面成型的工艺方法，其特征在于：当所述衬垫的材质是陶瓷时，所述微孔透气层(31)呈下弯弧形状；当所述衬垫的材质是钢时，所述微孔透气层(31)为平面。
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