CN101367153B

CN101367153B - 高强度桥梁钢气保护焊接方法

Info

Publication number: CN101367153B
Application number: CN2008100483904A
Authority: CN
Inventors: 缪凯; 刘吉斌; 黄治军; 王玉涛; 牟文广; 胡因洪; 胡家国; 陈浮; 周运武; 方要治
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2028-07-14
Also published as: CN101367153A

Abstract

本发明公开了一种高强度桥梁钢气保护焊接方法。其方法是：(1)采用抗拉强度为570～650MPa、厚度为50mm的高强度桥梁钢；匹配的焊接材料：焊丝抗拉强度570～660MPa，焊丝直径Ф1.2mm；(2)气保护焊坡口采用双面V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm；(3)焊接工艺规范：焊接电流250～270A，焊接电压23～27V，焊接速度30～29cm/min，焊接线能量12～15kJ/cm，采用20％CO₂+80％Ar富氩气混合熔化极气保护焊，气体流量18～20L/min，焊前不预热、焊后不进行热处理；(4)气保护焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～150℃。本发明所述的焊接方法具有优良的焊接工艺性能，操作简便、适用方便、高效、节能、并且适用工厂大跨度桥梁钢制造推广应用。

Description

高强度桥梁钢气保护焊接方法

技术领域

本发明属于桥梁施工中桥梁钢的焊接方法，具体涉及一种适用于焊接抗拉强度R_m≥570MPa级别低合金高强度桥梁工程结构用钢的焊接。

背景技术

随着桥梁的整体设计逐步向高强、大跨、重载、高速方面发展。为适应我国桥梁建设发展的要求，武钢(集团)公司近几年来开发研制了14MnNbq、WNQ570、Q345D、Q345E、Q345C-Hq等高强度、高韧性桥梁系列用钢，其综合机械性能达到了国外同类钢种水平，尤其是低温冲击韧性有较大的提高。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。由于桥梁焊接结构日益向高参数、大型化方向发展，这就对焊接结构用钢的性能提出了越来越高的要求，不仅要有良好的综合力学性能，而且要有良好的加工工艺性能(如焊接性)。焊接性的好坏是评价钢材使用性能的主要指标之一。焊接性、焊接材料及相应的焊接工艺是焊接低合金结构钢的三个基本要素，三者密不可分。因此，如不及时有效地解决大跨度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及新钢种的推广应用。加快开展大跨度南京高速大桥用钢焊接材料的匹配及焊接工艺的研究，对我国桥梁用钢在大跨度桥梁结构制造技术的推广应用有着重大的经济效益及社会效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适于高强度高韧性WNQ570钢焊接的高强度桥梁钢气保护焊接方法，以解决上述问题。

本发明的技术方案为：其方法是：

(1)采用抗拉强度为570～650MPa、厚度为50mm的高强度桥梁钢；匹配的焊接材料：焊丝抗拉强度570～660MPa，焊丝直径Φ1.2mm；

(2)气保护焊坡口采用双面V型对称坡口，坡口角度为60°钝边为2mm；

(3)焊接工艺规范：焊接电流250～270A，焊接电压23～27V，焊接速度30～29cm/min，焊接线能量12～15kJ/cm，采用20％CO₂+80％Ar富氩气混合熔化极气保护焊，气体流量18～20L/min，焊前不预热、焊后不进行热处理；

(4)气保护焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～150℃；

所述焊接材料的化学组分及重量比为：C 0.03～0.10、Si0.20～1.0、Mn 1.0～1.80、Ni 0.50～1.40、Ti 0.10～0.20、B0.002～0.010、P≤0.020、S 0.010，其余为铁及不可避免的杂质；

所述焊接的基材力学性能为：屈服强度R_eL420～560MPa，抗拉强R_m570～650MPa，延伸率A18～27％，-40℃冲击功120～250J。

这里所述焊接材料是专利号为ZL 01128326.2的《微钛硼高韧性气体保焊焊丝》；其的化学组分及重量百分比为：C 0.03～0.10、Si 0.20～1.0、Mn 1.0～1.80、Ni 0.50～1.40、Ti 0.10～0.20、B0.002～0.010、P≤0.020、S 0.010，其余为铁及不可避免的杂质。

高强度高韧性WNQ570钢的性能为：R_eL≥420MPa，R_m≥570MPa，A≥18％，-40℃冲击功≥120J。熔敷金属的力学性能为熔敷金属的力学性能为R_eL＝590MPa，R_m＝660MPa，A＝29％，Z＝73％，冲击功KV₂(-40℃)＝148J。

采用上述焊接工艺对接接头抗拉强度、冷弯性能优良。接头三区冲击功达到较高水平，远高于南京大胜关桥接头三区-40℃KV₂≥48J焊接性能标准。接头三区具有较高的冲击韧性储备及安全裕度。

本发明主要解决的问题是提出了一种富氩气保护焊接工艺与匹配材料焊接大跨度高强度级别桥梁钢焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接方法。

本发明具有如下优点：

(1)本发明提出的一种高强度桥梁钢气保护焊接工艺方法，满足了我国大跨、重载、高速、高强度、高韧性新一代桥梁结构钢气保护焊接工艺关键制造技术。接头三区冲击功达到较高水平，接头具有优良的时效性能及低温韧性，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，气保护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、抗时效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，采用多层多道连续施焊接工艺时焊缝仍具有较高的中击功。

本发明所述的焊接方法具有优良的焊接工艺性能，操作简便、适用方便、高效、节能、并且适用工厂大跨度桥梁钢制造推广应用。

附图说明

图1为50mm+50mm厚度钢板气保护焊接头坡口示意图。

具体实施方式

实施例1：

基材：为热机械控制轧制工艺(TMCP)+回火生产的钢板，厚板组合50mm+50mm；其厚度为50mm钢板的力学性能为：屈服强度R_eL：510MPa，抗拉强度R_m：645MPa，延伸率A：21％，-40℃KV₂冲击功180J。试板尺寸为600mm×400mm×50mm，气保护焊坡口采用双面V型对称坡口，坡口尺寸见图1所示，坡口角度为60°，钝边2mm。

焊接材料匹配：

匹配的焊接材料：焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.04、Si：0.07、Mn：1.60、Ni：0.60、Ti：0.11、B：0.004、P≤0.015、S≤0.010，其余为铁及不可避免的杂质。焊丝直径为Φ1.2mm。

将50mm+50mm板厚的钢板进行气保护对接焊接：其焊接工艺规范：焊接电流250(A)，焊接电压23(V)，焊接速度29(cm/min)，焊接线能量12(kJ/cm)，采用20％CO₂+80％Ar富氩气混合熔化极气保护焊，气体流量18(L/min)，焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺；气保护焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～130℃；，焊后试板焊缝经100％超声波探伤均为Ⅰ级。

采用上述焊接工艺焊接高度强桥梁钢对接接头力学性能，接头抗拉强度R_m达到620MPa，断裂位置焊外，接头冷弯d＝3a，180°合格，接头侧弯d＝3a，180°合格，焊缝冲击功KV₂(-40℃)＝140J，熔合线KV₂(-40℃)＝174J，热影响区(0.5mm)KV₂(-40℃)＝159J。

实施例2：

基材：为热机械控制轧制工艺(TMCP)+回火生产的钢板，厚板组合50mm+50mm；其厚度为50mm钢板的力学性能为：屈服强度R_eL：530MPa，抗拉强度R_m：595MPa，延伸率A：21％，-40℃KV₂冲击功205J。试板尺寸为600mm×400mm×50mm，气保护焊坡口采用双面V型对称坡口，坡口尺寸见图1所示，坡口角度为60°，钝边2mm。

焊接材料匹配：

匹配的焊接材料：焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.010、Si：0.10、Mn：1.80、Ni：0.80、Ti：0.17、B：0.005、P≤0.015、S≤0.010，其余为铁及不可避免的杂质。焊丝直径为Φ1.2mm。

将50mm+50mm板厚的钢板进行气保护对接焊接：其焊接工艺规范：焊接电流270(A)，焊接电压27(V)，焊接速度30(cm/min)，焊接线能量15(kJ/cm)，采用20％CO₂+80％Ar富氩气混合熔化极气保护焊，气体流量20(L/min)，焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺；气保护焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在130～150℃；，焊后试板焊缝经100％超声波探伤均为Ⅰ级。

采用上述焊接工艺焊接高度强桥梁钢对接接头力学性能，接头抗拉强度R_m达到610MPa，断裂位置焊外，接头冷弯d＝3a，180°合格，接头侧弯d＝3a，180°合格，焊缝冲击功KV₂(-40℃)＝129J，熔合线KV₂(-40℃)＝172J，热影响区(0.5mm)KV₂(-40℃)＝202J。

采用上述焊接工艺技术指标的创新点在于高强度桥梁钢接头抗拉强度大于570MPa的同时，气保护焊接头三区-40℃KV₂平均冲击功达到129～202J，接头具有优良的综合力学性能。

实施例3：

基材：为热机械控制轧制工艺(TMCP)+回火生产的钢板，厚板组合50mm+50mm；其厚度为50mm钢板的力学性能为：屈服强度R_eL：540MPa，抗拉强度R_m：635MPa，延伸率A：21％，-40℃KV₂冲击功188J。试板尺寸为600mm×400mm×50mm，气保护焊坡口采用双面V型对称坡口，坡口尺寸见图1所示，坡口角度为60°，钝边2mm。

焊接材料匹配：

匹配的焊接材料：焊丝的化学组分及重量百分比为：C：0.08、Si：0.07、Mn：1.70、Ni：0.70、Ti：0.14、B：0.007、P≤0.015、S≤0.010，其余为铁及不可避免的杂质。焊丝直径为Φ1.2mm。

将50mm+50mm板厚的钢板进行气保护对接焊接：其焊接工艺规范：焊接电流260(A)，焊接电压27(V)，焊接速度30(cm/min)，焊接线能量14(kJ/cm)，采用20％CO₂+80％Ar富氩气混合熔化极气保护焊，气体流量20(L/min)，焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺；气保护焊采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100～150℃；，焊后试板焊缝经100％超声波探伤均为Ⅰ级。

焊后焊接试板经(10％拉伸应变+250℃×1h热处理)时效处理后性能；对接焊缝时效平均冲击功KV₂＝163J，时效敏感系数为4.6％；熔合线时效平均冲击功KV₂＝168J，时效敏感系数为15％；热影响区时效平均冲击功KV₂＝151J，时效敏感系数为23％；

采用上述焊接工艺技术指标的创新点在于高强度桥梁钢焊后焊接试板经(10％拉伸应变+250℃×1h热处理)时效处理后，接头三区平均冲击功KV₂达到168～151J，气保护焊接头三区具有优良的时效性能及较低的时效敏感系数。

Claims

1.一种高强度桥梁钢气保护焊接方法，其方法是：

(2)气保护焊坡口采用双面V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm；

所述焊接材料的化学组分及重量比为：C 0.03～0.10、Si0.20～1.0、Mn 1.0～1.80、Ni 0.50～1.40、Ti 0.10～0.20、B0.002～0.010、P≤0.015、S≤0.010，其余为铁及不可避免的杂质；

所述焊接的基材力学性能为：屈服强度R_eL420～560MPa，抗拉强度R_m570～650MPa，延伸率A18～27％，-40℃KV₂冲击功120～250J；焊接头三区-40℃KV₂平均冲击功129～202J。

2.如权利要求1所述高强度桥梁钢气保护焊接方法，其特征是：采用相同板厚组合的对接接头气保护焊焊接。

3.如权利要求1所述高强度桥梁钢气保护焊接方法，其特征是：采用机械加工成双面V型对称坡口，每单边坡口加工角度为30°，双面V型坡口角度为60°，钝边2mm。

4.如权利要求1所述高强度桥梁钢气保护焊接方法，其特征是：所述气保护焊采用多层多道连续施焊工艺对于两面施焊的对接焊缝，单面焊满后，接头反面无需清根，层间温度控制在100～150℃。