CN102784998A - 80毫米厚高强度桥梁钢对接手工焊接的方法 - Google Patents

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黄治军
李立军
王靓
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陈浮
胡家国
胡因洪
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Abstract

80毫米厚高强度桥梁钢板的手工焊对接焊接方法，其步骤：采用Rm≥570MPa、ReL≥420MPa，延伸率A≥18%，-40oCKV2≥120J、厚度为80mm的等厚桥梁钢对接；匹配的焊丝抗拉强度≥600MPa，焊条直径Ф4.0mm；焊坡口为X型对称坡口，坡口角度为60°，在电流165~170A、电压24~25V、速度14~15cm/min、线能量16~17kJ/cm条件下连续施焊，层间温度控制在135~145℃。本发明虽然其厚度高达80毫米，且对接接头采用焊前不预热，焊后不热处理下，经探伤检测，未发现有裂纹产生，且接头三区的-40oCKV2冲击功达到155~243J，完全满足大跨度桥梁桥结构制造的技术要求。

Description

80毫米厚高强度桥梁钢对接手工焊接的方法
技术领域
本发明涉及一种80毫米厚高强度桥梁钢手工焊接的方法，适用于焊接抗拉强度Rm≥570MPa级别高强度桥梁工程厚板结构用钢，它属于大跨度桥梁厚板制造焊接技术领域。
背景技术
由于桥梁焊接结构整体设计逐步向高强、大跨、重载、高速方面发展，这就对焊接结构用钢的性能提出了越来越高的要求，如我国既将建造的大跨度公、铁两用长江大桥，其设计要求抗拉强度在600~700MPa的基础上，基材的厚度要求在80毫米，在建桥钢结构方面首次使用的最大厚度，并且对桥梁制造的安全性能提出了非常严格要求。这不仅对基材，而且对钢种的焊接性、焊接材料及焊接工艺提出更高的匹配性。因此，如不及时有效地解决大跨度桥梁钢种厚板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。加快开展大跨度桥梁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厚板结构制造技术的推广应用有重大的经济效益及社会效益。
中国专利号为200910062436.2 的《一种用于高强度钢对接手工焊接的方法》专利文献，其公开了一种采用抗拉强度为690~760MPa、屈服强度ReL：600~660MPa，延伸率：A18~25%，-40oCKV2冲击功：165~210J的高强钢，其厚度为26~50 mm，并为相同板厚组合对接；匹配的焊条抗拉强度大于700 MPa，焊条直径Ф4.0mm；手工焊坡口采用双面V型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm；在焊接电流160A、焊接电压26V、焊接速度15cm/min、焊接线能量17kJ/cm、采用连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在100~150℃的手工焊接方法。但其存在的不足是该专利技术焊接的最大厚度为50毫米的钢板。
对于大型钢箱梁结构的桥梁，其解决的关键问题是在保证安全服役的前提下，经过焊接后结构不变形、无裂纹产生，接头具有优良力学性能及低温韧性。然而众所周知，随着建桥基材的强度与厚度的增加，尤其从目前的焊接厚度为50毫米增加到80毫米，在焊前不预热，焊后不热处理的情况下，保证焊接过程中大型钢结构防裂、防断成为制造过程的首要关键技术。而大型钢结构制造过程进行焊前预热，焊后热处理意味着施工环境、制造成本及制造周期的困难，无法满足施工的技术要求。本发明公开了一种80毫米厚高强度桥梁钢板的手工焊关键焊接工艺制造技术，其主要解决的问题是提出了一种手工焊护焊接工艺与匹配材料焊接大跨度高强度桥梁钢厚板对接接头焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺方法。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种80毫米厚高强度桥梁钢手工焊关键焊接工艺制造技术，其主要解决的问题是提出了一种手工焊接工艺与匹配材料焊接大跨度高强度桥梁钢厚板对接焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺方法。
实现上述目的的措施：
80毫米厚高强度桥梁钢板的手工焊对接焊接方法，其步骤：
1）采用抗拉强度为Rm≥570MPa、屈服强度ReL≥420MPa，延伸率：A≥18%，冲击功-40oCKV2≥120J、厚度为80 mm的等厚桥梁钢对接；匹配的焊丝抗拉强度≥600 MPa，焊条直径Ф4.0mm；
2）手工焊坡口采用X型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm；
3） 在焊接电流165~170A、焊接电压24~25V、焊接速度14~15cm/min、焊接线能量16~17kJ/cm条件下采用连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在135~145℃。
优选的：所采用焊条化学成分组分及重量百分比为：C 0.040~0.060，Si 0.25～0.40，Mn 1.20～1.50，Ni 1.10~1.50 ，Mo 0.20~0.30  P 0.008~0.012、S 0.003~0.005，余为Fe及不可避免的杂质，焊条熔敷金属的力学性能为Rel：540MPa，Rm：650 MPa，A：28%，冲击功-40℃KV2：150J；焊条烘烤制度为350℃×1h。
本发明虽然其厚度高达80毫米，且对接接头采用焊前不预热，焊后不进行热处理工艺，经采用大量试验选择的焊接工艺参数，并进行探伤检测，未发现有裂纹产生，焊接接头具有优良低温性能及抗裂性能，接头三区的-40oCKV2冲击功达到155~243J，远高于桥梁厚板对接接头三区-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，完全能满足大跨度桥梁桥结构制造的关键技术要求。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
（1）本发明满足了我国大跨、重载桥梁钢厚板关键手工焊接制造工艺，手工焊接头抗拉强度、接头冲击功达到较高水平，接头具有较高的冲击韧性储备及安全富裕度。
（2）采用本发明焊接工艺技术，手工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及抗裂性能。
（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手工焊接工艺，采用多层多道连续施焊工艺时焊缝仍具有较高的冲击功，工序简单、节能，适用于工厂大跨度桥梁钢制造推广应用。
附图说明
附图为本发明对接接头坡口图。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
本发明各实施例按照以下步骤生产，并在所限定范围内任意取值。
其步骤：
（1）采用抗拉强度为Rm≥570MPa、屈服强度ReL≥420MPa，延伸率：A≥18%，冲击功-40oCKV2≥120J、厚度为80 mm的等厚桥梁钢对接；匹配的焊丝抗拉强度≥600 MPa，焊丝直径Ф4.0mm；
（2）手工焊焊坡口采用双面X型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm；
（3）在焊接电流165~170A、焊接电压24~25V、焊接速度14~15cm/min、焊接线能量16~17kJ/cm条件下、采用连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在135~145℃。
实施例1：
基材：采用抗拉强度为Rm为600MPa、屈服强度ReL为500MPa，延伸率：A为25%，冲击功-40oCKV2为223J、厚度为80 mm的等厚桥梁钢对接焊接；匹配的焊丝抗拉强度为大于600 MPa，焊条直径Ф4.0mm；试板尺寸为600mm×400mm×80mm，手工焊护焊坡口采用X型双面对称坡口，坡口角度为60°，钝边2mm；
焊接材料匹配：所采用焊条在化学组分及重量百分比为C 0.040~0.060，Si 0.25～0.40，Mn 1.20～1.50，Ni 1.2~1.50 ，Mo 0.20~0.30  P 0.008~0.012、S 0.003~0.005；其余为铁及不可避免的杂质的范围内取值制备的；焊条的熔敷金属的力学性能为Rel：540MPa，Rm：650 MPa，延伸率A：28%，冲击功-40℃KV2：150J； 
焊接工艺：焊接电流165A，焊接电压24V，焊接速度15cm/min，焊接线能量16kJ/cm，手工焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在135~138℃，焊前不预热、焊后不进行热处理。
采用上述焊接工艺焊接高强度桥梁钢厚板对接接头力学性能，经检测，接头抗拉强度Rm ：615MPa，断裂位置：基材，全焊缝拉伸屈服强度Rel：585MPa，抗拉强度Rm ：640MPa，延伸率A：22%，焊缝冲击功-40℃KV2：155 J，熔合线冲击功-40℃KV2：168 J，热影响区（1mm）-40℃KV2：243 J。
实施例2：
基材：采用抗拉强度为Rm为605MPa、屈服强度ReL为505MPa，延伸率：A为23%，冲击功-40oCKV2为233J、厚度为80 mm的等厚桥梁钢对接焊接；匹配的焊丝抗拉强度为大于600 MPa，焊条直径Ф4.0mm；试板尺寸为600mm×400mm×80mm，手工焊护焊坡口采用X型双面对称坡口，坡口角度为60°，钝边2mm；
焊接材料匹配：所采用焊条在化学组分及重量百分比为C 0.040~0.060，Si 0.25～0.40，Mn 1.20～1.50，Ni 1.2~1.50 ，Mo 0.20~0.30  P 0.008~0.012、S 0.003~0.005；其余为铁及不可避免的杂质的范围内取值制备的；焊条的熔敷金属的力学性能为Rel：540MPa，Rm：650 MPa，延伸率A：28%，冲击功-40℃KV2：150J； 
焊接工艺：焊接电流170A，焊接电压25V，焊接速度15cm/min，焊接线能量17kJ/cm，手工焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在139~142℃，焊前不预热、焊后不进行热处理。
采用上述焊接工艺焊接高强度桥梁钢厚板对接接头力学性能，经检测，接头抗拉强度Rm ：615MPa，断裂位置：基材，全焊缝拉伸屈服强度Rel：600MPa，抗拉强度Rm ：670MPa，延伸率A：22%，焊缝冲击功-40℃KV2：171 J，熔合线冲击功-40℃KV2：213 J，热影响区（1mm）-40℃KV2：168 J。
实施例3：
基材：采用抗拉强度为Rm为595MPa、屈服强度ReL为490MPa，延伸率：A为24%，冲击功-40oCKV2为219J、厚度为80 mm的等厚桥梁钢对接焊接；匹配的焊丝抗拉强度为大于600 MPa，焊条直径Ф4.0mm；试板尺寸为600mm×400mm×80mm，手工焊护焊坡口采用X型双面对称坡口，坡口角度为60°，钝边2mm；
焊接材料匹配：所采用焊条在化学组分及重量百分比为C 0.040~0.060，Si 0.25～0.40，Mn 1.20～1.50，Ni 1.2~1.50 ，Mo 0.20~0.30  P 0.008~0.012、S 0.003~0.005；其余为铁及不可避免的杂质的范围内取值制备的；焊条的熔敷金属的力学性能为Rel：540MPa，Rm：650 MPa，延伸率A：28%，冲击功-40℃KV2：150J； 
焊接工艺：焊接电流165A，焊接电压24V，焊接速度14cm/min，焊接线能量17kJ/cm，手工焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在142~145℃，焊前不预热、焊后不进行热处理。
采用上述焊接工艺焊接高强度桥梁钢厚板对接接头力学性能，经检测，接头抗拉强度Rm ：605MPa，断裂位置：基材，全焊缝拉伸屈服强度Rel：590MPa，抗拉强度Rm ：655MPa，延伸率A：24%，焊缝冲击功-40℃KV2：160 J，熔合线冲击功-40℃KV2：220 J，热影响区（1mm）-40℃KV2：210 J。

Claims (2)

1.80mm厚高强度桥梁钢对接手工焊接的方法，其焊接步骤：
1）采用抗拉强度为≥570MPa、屈服强度ReL≥420MPa，延伸率：A≥18%，-40oCKV2冲击功≥120J的高强度桥梁钢，其厚度为80 mm，并为相同板厚组合对接手工焊接；匹配的焊条抗拉强度大于600 MPa，焊条直径Ф4.0mm；
2）手工焊坡口采用X型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为1mm；
3）在焊接电流165~170A、焊接电压24~25V、焊接速度14~15cm/min、焊接线能量16~17kJ/cm条件下采用连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制在135~145℃。
2.  如权利要求1所述的80mm厚高强度桥梁钢对接手工焊接的方法，其特征为：所采用焊条化学成分组分及重量百分比为：C 0.040~0.060，Si 0.25～0.40，Mn 1.20～1.50，Ni 1.1~1.50 ，Mo 0.20~0.30  P 0.008~0.012、S 0.003~0.005，余为Fe及不可避免的杂质；焊条熔敷金属的力学性能为Rel：540MPa，Rm：650 MPa，A：28%，冲击功-40℃KV2：150J；焊条烘烤制度为350℃×1h。
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