CN102744498A - 一种特厚高强桥梁钢板焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种特厚高强桥梁钢板焊接方法,属于特厚板焊接技术领域。该方法试板采用对称窄间隙U型坡口形式,采取两种高效率焊接方法进行组合焊接,即气体保护焊打底及底部填充,双丝埋弧焊继续填充及盖面,达到减小填充量,充分发挥双丝埋弧焊焊接效率高、自动化程度高的目的,该方法可操作性强,可大幅提高特厚桥梁钢板的焊接效率,显著降低人力成本。此外,该方法通过选择合适的焊接顺序,解决了特厚板焊接变形难控制的难题。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域,特别是提供了一种特厚高强桥梁钢板焊接方法,高效低成本,该方法也适合其它低合金高强钢特厚板的焊接。
背景技术
随着钢结构技术的发展,特厚钢板在桥梁等大型结构工程中的应用越来越广泛。高强度特厚钢板组成的构件因截面大、承载能力高,近些年来在大跨径结构中使用频繁。目前100~150mm特厚高强桥梁钢板需求量日益增多,国内特厚桥梁钢力学性能趋于稳定,但特厚高强桥梁钢板的配套焊接工艺并不完善,特别是基于常规焊接设备的高效焊接技术国内未见相关报道。
特厚高强桥梁钢焊接过程存在以下焊接问题:易出现焊接冷裂纹、再热裂纹等焊接缺陷;焊接接头特别是心部附近热影响区对焊接热输入较敏感,易出现接头脆化;由于钢板厚度大、填充量大,特厚板焊接效率低,窄间隙焊接专用设备由于价格昂贵且焊接质量对焊接工艺敏感,在国内特厚桥梁钢板焊接中应用较少,尚不普及;特厚板焊接变形难控制,变形超限厚难矫平。特厚高强桥梁钢焊接领域对基于常规焊接设备的特厚钢板高效焊接技术要求迫切,未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特厚高强桥梁钢板焊接方法,解决了特厚高强桥梁钢板焊接过程中易出现冷裂纹、再热裂纹等焊接缺陷,特厚板焊接变形难控制,焊接焊接效率低等问题。
本发明的技术方案是:本发明采用两种高效率焊接方法进行组合焊接,即气体保护焊打底及底部填充,双丝埋弧焊继续填充及盖面,两种方法均采用多层多道焊;焊接接头采用对称窄间隙U型坡口形式及合适的焊接顺序,达到减少填充量、避免未熔合焊接缺陷、减小焊接变形的目的;通过焊后缓冷实现免去焊后去应力热处理,避免再热脆化;为避免焊接接头脆化气体保护焊焊接热输入控制在30kJ/cm以下,双丝埋弧焊总焊接热输入控制在50kJ/cm以下;100mm~150mm厚高强桥梁钢焊前预热150℃以上,层间温度控制在150~200℃。通过以上措施达到利用常规焊接设备大幅度提高特厚高强桥梁钢板焊接效率,取消焊后热处理降低生产成本,避免焊接缺陷及接头脆化出现。本发明方法简单、易操作,易于推广。具体工艺步骤为:
(1) 采用屈服强度≥370MPa、抗拉强度≥510MPa、延伸率≥20%、-40℃冲击功≥41J、厚度为100~150mm的桥梁钢板进行同厚度平板对接;
(2) 为减小填充量并有效控制焊接变形,采用对称窄间隙U型坡口形式,钝边为1~2mm、间隙控制在2~4mm、上下坡口锥度为16~20°坡口底部的圆弧半径控制在8~10mm;
(3)施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净,去除油污和铁锈;
(4)将钢板焊前预热150℃以上,层间温度控制在150~200℃;
(5) 气体保护焊焊丝采用昆山京群焊材科技有限公司生产的直径Φ1.2mm,牌号为GFL-71Ni的药芯焊丝;双丝埋弧焊采用锦州天鹅焊材股份有限公司生产的直径Φ5mm的H08Mn2E埋弧焊丝+SJ101q焊剂;
(6) 采用两种高效率焊接方法进行组合焊接,打底焊及底部填充采用CO2气体保护焊,中间填充及盖面采用双丝埋弧焊,两种焊接方法均为多层多道焊。CO2气体保护焊工艺参数:焊接电流180~280A,焊接电压20~32V,焊速2~5mm/s,气体流量20~25L/min;双丝埋弧焊焊接工艺参数:1丝(施焊时前面的焊丝)焊枪垂直,2丝(施焊时后面的焊丝)与垂直方向呈8~12°倾角,两丝丝间距控制在10~50mm,1丝焊接电流1000~600A,1丝焊接电压20~32V,2丝焊接电流900~500A,焊接电压25~40V,焊接速度8mm/s~25mm/s;
(7) 焊后以硅酸铝板覆盖焊接接头进行缓冷,免除焊后去应力热处理避免再热脆化。
所述100~150mm厚桥梁钢板的化学成分及质量百分含量为:C ≤0.17%,Mn 1.2~1.6%,Si≤0.50%,S≤0.015%,P≤0.020%,Als≥0.015%,其余为Fe及杂质元素。
所述的一种特厚高强桥梁钢板焊接方法,其特征在于,先焊面(首先进行焊接的一面)填充至变形10~15°时进行清根,然后将后焊面连续填满,再将先焊面连续填满。
所述的采用两种高效率焊接方法组合焊接其中CO2气体保护焊焊接热输入控制在20~30kJ/cm,双丝埋弧焊焊接热输入控制在40~50kJ/cm。
本发明提出的焊接工艺方法与现有焊接工艺相比有以下优点:
(1)可以利用常规焊接设备大幅提高焊接效率;
(2)通过两种高效焊接技术组合焊接及焊接热输入控制,避免焊接接头各部位脆化(特别是心部附近接头脆化),使接头性能满足屈服强度≥370MPa、抗拉强度≥510MPa、延伸率≥20%、-40℃冲击功≥41J;
(3) 通过优化坡口形式的设计及焊接顺序,达到减少焊接填充量,避免焊接缺陷及有效控制焊接变形的目的;
(4)通过焊后缓冷取消焊后热处理,降低生产成本,避免因焊后热处理温度选择不当造成焊接接头的再热脆化和再热裂纹的产生。
附图说明
图1 100mm+100mm等厚板组合的接头坡口形式图。
图2 150mm+150mm等厚板组合的接头坡口形式图。
图3 双丝埋弧焊示意图。
具体实施方式
实施例1:
母材:为热轧+正火工艺生产的100mm厚Q370qE桥梁钢板,屈服强度380MPa,抗拉强度530MPa,延伸率32%,板厚1/4处-40℃冲击功263J,板厚1/2处-40℃冲击功233J,焊接钢板厚度组合为100mm+100mm,试板尺寸为600mm×220mm×100mm,坡口形式见附图1所示;
焊接材料:气体保护焊丝直径Φ1.2mm,熔覆金属力学性能为:屈服强度525MPa,抗拉强度595MPa,延伸率27%,-40℃冲击功76J;埋弧焊丝直径Φ5mm,熔覆金属力学性能为:屈服强度450MPa,抗拉强度560MPa,延伸率30%,-40℃冲击功125J。
焊接工艺:施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净,去除油污和铁锈;焊前预热150℃,层间温度控制在150~200℃;气体保护焊焊接工艺参数:焊接电流230~240A,焊接电压29~31V,焊接速度3.5~4mm/s,焊接热输入20~23kJ/cm;双丝埋弧焊焊接工艺参数:1丝、2丝间距35mm,2丝与垂直方向呈10°,1丝焊接电流690~710A,1丝焊接电压28~30V,2丝焊接电流550~600A,2丝电压34~36V,焊接速度13~14mm/s,总焊接热输入33~35kJ/cm;先焊面采用气体保护焊填充至中心20mm,然后将另一面进行清根,采用气体保护焊+双丝埋弧焊将后焊面填满,再采用双丝埋弧焊将先焊面填满;焊后采用硅酸铝板覆盖焊接接头进行缓冷。
采用以上工艺焊接的100mm厚桥梁钢,焊接接头力学性能: 屈服强度385MPa,抗拉强度537MPa,断在母材;1/2板厚处:焊缝-40℃冲击功74J,热影响区-40℃冲击功108J;1/4板厚处:焊缝-40℃冲击功98J,热影响区-40℃冲击功189J。
实施例2:
母材:为热轧+正火工艺生产的150mm厚Q370qE桥梁钢板,屈服强度375MPa,抗拉强度520MPa,延伸率30%,板厚1/4处-40℃冲击功227J,板厚1/2处-40℃冲击功207J,焊接钢板厚度组合为150mm+150mm,试板尺寸为600mm×220mm×100mm,坡口形式见附图2所示;
焊接材料:气体保护焊丝直径Φ1.2mm,熔覆金属力学性能为:屈服强度525MPa,抗拉强度595MPa,延伸率27%,-40℃冲击功76J;埋弧焊丝直径Φ5mm,熔覆金属力学性能为:屈服强度450MPa,抗拉强度560MPa,延伸率30%,-40℃冲击功125J。
焊接工艺:施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净,去除油污和铁锈;焊前预热150℃,层间温度控制在150~200℃;气体保护焊焊接工艺参数:焊接电流260~270A,焊接电压30~32V,焊接速度4~4.5mm/s,焊接热输入25~27kJ/cm;双丝埋弧焊焊接工艺参数:1丝、2丝间距35mm,2丝与垂直方向呈10°,1丝焊接电流700~720A,1丝焊接电压29~31V,2丝焊接电流580~620A,2丝电压34~36V,焊接速度12~13mm/s,总焊接热输入35~40kJ/cm;先焊面采用气体保护焊填充至中心30mm,然后将另一面进行清根,采用气体保护焊+双丝埋弧焊将后焊面填满,再采用双丝埋弧焊将先焊面填满;焊后采用硅酸铝板覆盖焊接接头进行缓冷。
采用以上工艺焊接的150mm厚桥梁钢,焊接接头力学性能: 屈服强度380MPa,抗拉强度515MPa,断在母材;1/2板厚处:焊缝-40℃冲击功65J,热影响区-40℃冲击功92J;1/4板厚处:焊缝-40℃冲击功83J,热影响区-40℃冲击功127J。
Claims (6)
1.一种特厚高强桥梁钢板焊接方法,其特征在于,工艺步骤为:
(1) 采用屈服强度≥370MPa、抗拉强度≥510MPa、延伸率≥20%、-40℃冲击功≥41J、厚度为100~150mm的桥梁钢板进行同厚度平板对接;
(2)采用对称窄间隙U型坡口形式,钝边为1~2mm、间隙控制在2~4mm、上下坡口锥度为16~20°坡口底部的圆弧半径控制在8~10mm;
(3)施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净,去除油污和铁锈;
(4)将钢板焊前预热150℃以上,层间温度控制在150~200℃;
(5) 气体保护焊焊丝采用直径Φ1.2mm,牌号为GFL-71Ni的药芯焊丝;双丝埋弧焊采用直径Φ5mm的H08Mn2E埋弧焊丝+SJ101q焊剂;
(6) 采用两种焊接方法进行组合焊接,打底焊及底部填充采用CO2气体保护焊,中间填充及盖面采用双丝埋弧焊;
(7) 焊后以硅酸铝板覆盖焊接接头进行缓冷,免除焊后去应力热处理避免再热脆化。
2.如权利要求1所述的一种特厚高强桥梁钢板焊接方法,其特征在于,步骤(6)CO2气体保护焊工艺参数:焊接电流180~280A,焊接电压20~32V,焊速2~5mm/s,气体流量20~25L/min;双丝埋弧焊焊接工艺参数:1丝焊枪垂直,2丝与垂直方向呈8~12°倾角,两丝丝间距控制在10~50mm,1丝焊接电流1000~600A,1丝焊接电压20~32V,2丝焊接电流900~500A,焊接电压25~40V,焊接速度8mm/s~25mm/s。
3.如权利要求1所述的一种特厚高强桥梁钢板焊接方法,其特征在于,步骤(1)所述100~150mm厚桥梁钢板的化学成分及质量百分含量为:C≤0.17%,Mn 1.2~1.6%,Si≤0.50%,S≤0.015%,P≤0.020%,Als≥0.015%,其余为Fe及杂质元素。
4.如权利要求1所述的一种特厚高强桥梁钢板焊接方法,其特征在于,先焊面填充至变形10~15°时进行背面清根,然后将后焊面连续填满,再将先焊面连续填满。
5.如权利要求1所述的一种特厚高强桥梁钢板焊接方法,其特征在于,步骤(6)所述的采用两种高效率焊接方法组合焊接其中CO2气体保护焊焊接热输入控制在20~30kJ/cm,双丝埋弧焊焊接热输入控制在40~50kJ/cm。
6.如权利要求1所述的一种特厚高强桥梁钢板焊接方法,其特征在于,步骤(6)所述的两种焊接方法均为多层多道焊。
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