CN102837105B - 一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法。本发明针对桥梁用Q345qDNH耐候钢特定的化学成分、适用的技术条件及不同板厚，焊接接头形式采用对接或T型角接，焊接方法采用埋弧焊、药芯CO2气体保护半自动焊或焊条电弧焊，并根据不同板厚确定焊前预热温度。本发明较全面地涵盖了桥梁结构的接头形式和厚度规格，技术方案简便、适用性强，实施效果均符合现行桥梁钢及桥梁结构建造相关标准的技术要求，可实际运用于Q345qDNH耐候钢桥梁结构的焊接。

Description

一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法

技术领域

本发明属于钢铁材料焊接技术领域，尤其是一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法。

背景技术

耐候钢，即耐大气腐蚀钢，是介于普通钢和不锈钢之间的低合金钢系列，由普碳钢添加少量铜、镍、铬、钛等耐腐蚀元素而成，具有优质钢的强韧、塑延、耐腐蚀等特性。目前，我国铁路、公路交通运输能力的大幅度提升,要求铁路和公路桥梁的建设规模不断扩大，桥梁用耐候钢将是一个发展趋势，利用它的耐锈性能，使构件具有抗腐蚀、延长使用寿命、免于涂装、环保和省工节能等特点。Q345qDNH耐候钢是在现有Q345qD桥梁钢基础上，加少量铜（≤0.55%）、镍（≤0.50%）、铬（≤0.80%）、钛（≤0.030%）等耐腐蚀元素而成，由于合金元素的增加，钢板的强度将会提高，碳当量也会增加，同时焊接性变差，焊接热影响区冲击韧性降低，因此对耐候钢的焊接工艺要求也更加严格。

为了满足Q345qDNH耐候钢在桥梁实际建造过程中的焊接需要，在焊接方法上需要进一步探索。国内外现有的桥梁钢焊接方法对Q345qDNH耐候钢的焊接没有涉及，Q345qDNH耐候钢用于桥梁钢结构符合钢桥的发展方向，所涉及到的焊接方法是确保桥梁建造质量的关键技术，需要进行新的研究和探索。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种接头力学性能优良、耐候性良好同时焊接效率较高的桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法，其特征在于：

桥梁用Q345qDNH耐候钢的化学成分百分比为：C：≤0.15，Mn：1.00～1.50，Si：0.15～0.50，S：≤0.010，P：≤0.025，Cr：0.40～0.70，Ni：≤0.50，Cu：0.20～0.40，Nb：≤0.045，V：0.10～0.80，Ti：≤0.025，Al：≥0.020，余量为Fe及附带的杂质；

焊接接头形式采用对接或T型角接；

焊接方法采用埋弧焊、药芯CO₂气体保护半自动焊或焊条电弧焊；

针对桥梁用Q345qDNH耐候钢的不同板厚B，确定焊前预热温度；

当B≤20mm的板单元对接焊缝时，焊前不需要预热；坡口形式是：采用单边V型坡口，钝边尺寸为0～2mm，留6mm间隙，坡口角度为45°，背面衬陶质衬垫；采用药芯CO₂气体保护半自动焊，工艺参数包括：焊接电流200～260A，电弧电压28～32V，焊速9.5～25m/h，线能量8～32KJ/cm，道间温度80～200℃；

当B为20～30mm的板单元对接焊缝时，焊前预热20～60℃；坡口形式是：采用双边V型坡口，坡口角度为60°，钝边尺寸为4mm；采用埋弧焊对接焊缝，工艺参数包括：焊接电流630～720A，电弧电压28～34V，焊速22～24m/h，线能量为26～40KJ/cm，道间温度均控制在75～200℃；反面焊接前进行清根处理。

其中，T型角焊缝船位埋弧焊，不开坡口，工艺参数包括：焊接电流780～800A，电弧电压31～33V，焊速19～20m/h，线能量44～50KJ/cm，道间温度95～200℃。

其中，T型角焊缝药芯CO₂气体保护半自动焊，不开坡口，工艺参数包括：平位焊接时，焊接电流220～260A，电弧电压30～33V，焊速16～22m/h，线能量11～19KJ/cm，道间温度80～200℃；立位焊接时，焊接电流170～200A，电弧电压23～27V，焊速6～15m/h，线能量9～32.4KJ/cm，道间温度80～200℃。

其中，T型角焊缝焊条电弧焊，不开坡口，工艺参数包括：平位焊接时，焊接电流160～180A，电弧电压22～26V，焊速8～15m/h，线能量8.4～21KJ/cm，道间温度50～200℃；立位焊接时，焊接电流130～150A，电弧电压22～24V，焊速3～4m/h，线能量26～43KJ/cm，道间温度50～200℃。

其中，使用的焊接材料为：

埋弧焊，采用牌号为JW-55W、直径为Ф4.8mm的焊丝，配牌号为JF-B的焊剂；

药芯CO₂气体保护半自动焊，采用牌号为LW-81Ni1、直径为Φ1.2mm的焊芯焊丝；

焊条电弧焊，采用JAC-818W、直径为Φ4.0mm的焊条。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明针对桥梁用Q345qDNH耐候钢特定的成分范围和技术条件，解决了该耐候钢的焊接工艺问题，具体包括如下几个方面：1）确定焊前预热温度，以避免接头部位产生冷裂纹；2）焊接热影响区（熔合线外1mm处）-20℃夏比冲击功KV2≥47J；3）对该耐候钢的接头形式和板厚，提出合理的坡口形式和焊接方法；4）针对该耐候钢及其接头形式、坡口形式和焊接方法，选用合适的焊接材料；5）针对该耐候钢及其接头形式、坡口形式、焊接方法和焊接材料，提出合适的焊接工艺参数。

本发明具有如下优点：

（1）焊前预热温度

本发明按照GB4675.5-84《焊接热影响区最高硬度试验方法》规定的条件，对板厚分别为13、25和57mm的桥梁用Q345qDNH耐候钢板分别进行焊接热影响区的最高硬度试验，结果分别为361、397和410HV10，高于TB10212-2009《铁路钢桥制造规范》的要求（≦350HV10）,表明该钢焊接冷裂纹倾向较大。

本发明按照GB4675.1-84《斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》的规定，选用板厚为13、25、57mm的桥梁用Q345qDNH耐候钢作为试验材料，手工电弧焊作为焊接方法，牌号为JAC-818W、直径为Ф4mm的焊条作为焊接材料，研究了该钢在环境温度10℃、焊前不同预热温度、严格拘束等焊接条件下接头部位表面和断面的开裂倾向，结果表明，规格13mm的钢板在焊前不预热、规格25mm的钢板在预热温度为20℃、规格57mm的钢板在预热温度为65℃条件下，接头部位的表面裂纹率和断面裂纹率均为零。试验结果证明在板厚≦13mm时，焊前不需要预热；在板厚在13～25mm时，焊前预热20～60℃；在板厚>25～57mm时，焊前预热65～110℃，即可避免焊接冷裂纹的产生。

（2）焊接线能量

本发明将桥梁用Q345qDNH耐候钢板加工成尺寸为10×10×80（mm）的试件，先采用Gleeble3500试验机模拟焊接粗晶热影响区组织，相应的热循环参数包括：焊前不预热，最高加热温度1350℃，焊接线能量分别为20、30、40、50、60和70KJ/cm，中止冷却温度100℃。然后按照GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》规定测试各模拟焊接粗晶热影响区-20℃夏比冲击功，对应的测试结果分别是164J、132J、62J、55J、43J和27J，表明当焊接线能量超过50KJ/cm时，所述耐候钢焊接热影响区的局部粗晶脆化倾向急剧增加，符合焊接热影响区（熔合线外1mm处）-20℃夏比冲击功≧47J的焊接线能量控制范围是：≦50kJ/cm。

（3）坡口形式、焊接方法和焊接参数

本发明针对桥梁用Q345qDNH耐候钢不同接头形式和板厚所采用的坡口形式、焊接方法和焊接参数，是为了兼顾接头的低温冲击韧性和焊接效率。如厚板对接时，考虑高效性，采用了埋弧焊方法以提高熔敷效率，板厚在超过32mm时采用了角度为35o的U型坡口代替V型坡口以减少金属填充量等措施；在同时考虑质量和效率，焊接线能量控制在25～42KJ/cm，反面清根等措施。T型角接一般都是连续焊缝，不用熔透，不考虑接头的低温韧性，因此采用了较高线能量（45～50KJ/cm）的埋弧焊和方便灵活的药芯焊丝气体保护焊、焊条电弧焊等技术方案。

（4）焊接材料

本发明针对桥梁用Q345qDNH耐候钢，在选用焊接材料时，首先考虑的是焊缝金属的强度、-20℃夏比冲击功、耐候性与母材尽可能匹配，选用JW-55W埋弧焊丝配碱性的JF-B焊剂、以及高碱度渣系为特征的LW-81Ni1药芯焊丝和JAC-818W焊条作为焊接材料，形成的焊缝金属含有镍、铬、铜等提高焊缝耐候性能的元素，要保证焊缝金属与母材化学成分相近，耐候性能相当，且纯净度较高，焊缝组织以细小的针状铁素铁为主，强韧性兼备，是所述桥梁用Q345qDNH耐候钢较为理想的焊接材料。

总之，本发明技术方案的制订依据都是建立在较为系统完整的焊接工艺评定试验和研究结果的基础之上，具有较充分的客观性和合理性。本发明在实施过程中，可以达到接头力学性能优良、良好的耐候性和焊接效率较高兼顾的效果，实用性强。因此，本发明对促进桥梁钢的升级换代和建桥技术的发展具有较重要的作用，本发明除了运用于桥梁结构的建造以外，还可以移置到其它耐候钢的焊接，适用性强。

附图说明

图1是本发明第一实施例的接头和坡口形式示意图；

图2是本发明第一实施例的焊道布置示意图；

图3是本发明第二实施例的接头和坡口形式示意图；

图4是本发明第二实施例的焊道布置示意图；

图5是本发明第三实施例的接头和坡口形式示意图；

图6是本发明第三实施例的焊道布置示意图；

图7是本发明第四至第六实施例的接头形式示意图；

图8是本发明第四实施例的焊道布置示意图；

图9是本发明第五实施例的平位焊接焊道布置示意图；

图10是本发明第五实施例的立位焊接焊道布置示意图；

图11是本发明第六实施例的立位焊接焊道布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明涉及的桥梁用Q345qDNH耐候钢的化学成分列于表1，力学性能列于表2。

表1：钢的化学成分(wt％)

表2：铜的力学性能

板厚mm

Rel，MPa

Rm，MPa

A，(％)

弯曲180°

-20℃纵向KV2(J)

数据来源

≤16

≥345

≥490

≥20

d＝2a完好

≥47

标准

13

350

620

23.0

合格

98，96，110

复验值

＞16～50

≥345

≥490

≥20

d＝3a完好

≥47

标准

25

380

600

32.0

合格

88，120，96

复验值

＞50

≥335

≥490

≥20

d＝3a完好

≥47

标准

57

355

540

34.0

合格

142，123，158

复验值

本发明针对桥梁用Q345qDNH耐候钢的不同板厚B，确定焊前预热温度为：当板厚B≤20mm时，焊前不需要预热；当板厚B为20～30mm时，焊前预热20～60℃；当板厚B为30～70mm时，焊前预热65～110℃。

本发明的焊接线能量：焊接热影响区-20℃夏比冲击功KV2≥47J的焊接线能量的控制范围是：≤50kJ／cm。

本发明针对桥梁用Q345qDNH耐候钢的不同板厚B，确定焊接接头形式、坡口形式和焊接方法为：

当板厚B≤20mm的板单元对接焊缝时，坡口形式是：采用单边V型坡口，钝边尺寸为0～2mm，留6mm间隙，坡口角度为45°，背面衬陶质衬垫；采用药芯CO₂气体保护半自动焊。

当板厚B为20～30mm的板单元对接焊缝时，坡口形式是：采用双边V型坡口，坡口角度为60°，钝边尺寸为4mm；采用埋弧焊对接焊缝；反面焊接前进行清根处理。

当板厚B为30～70mm的板单元对接焊缝时，坡口形式是：采用双边U型坡口，坡口角度为35°，根部圆弧半径为6mm，钝边尺寸为6mm；采用埋弧焊对接焊缝，反面焊接前进行清根处理。

T型角接采用船位埋弧焊、药芯CO₂气体保护半自动焊或焊条电弧焊，均不开坡口；其中的药芯CO₂气体保护半自动焊或焊条电弧焊采用平位焊接或立位焊接。

本发明根据桥梁结构常用的接头形式，即对接、T型角接，安排不同板厚的钢板进行组焊，作为实施例，并且每个实施例均采用多层焊接。具体组焊方式如下：

第一实施例为板厚13mm＋13mm的对接焊缝药芯气体保护焊，两板尺寸均为13×250×700mm，具体接头和坡口形式示意图以及焊道布置示意图分别如图1和图2所示；

第二实施例为板厚25mm＋25mm的对接焊缝埋弧焊，两板尺寸均为25×250×700mm，具体接头和坡口形式示意图以及焊道布置示意图分别如图3和图4所示；

第三实施例为板厚57mm＋57mm的对接焊缝埋弧焊，两板尺寸均为57×250×700mm，具体接头和坡口形式示意图以及焊道布置示意图分别如图5和图6所示；

第四实施例为板厚57mm＋25mm的T型角焊缝船位埋弧焊，两板尺寸为57×400×600mm和25×400×600mm，焊角尺寸K=12，其接头示意图及焊道布置示意图分别如图7和图8所示；

第五实施例为板厚57mm＋25mm的T型角焊缝平位、立位药芯气体保护焊，两板尺寸为57×400×600mm和25×400×600mm，焊角尺寸K=12，其接头示意图及平位、立位焊道布置示意图分别如图7、图9和图10所示；

第六实施例为板厚25mm＋13mm的T型角焊缝平位、立位焊条电弧焊，两板尺寸为25×400×600mm和13×400×600mm，焊角尺寸K=8，其接头示意图及平位焊道布置示意图分别如图7和图11所示。

针对上述不同板厚、接头形式和焊接方法所构成的组焊方式，按本发明的焊接技术方案进行施焊。其中，接头形式、坡口形式、焊道布置和顺序分别见图1～图11。采用的焊接工艺参数，包括预热温度、线能量、道间温度、焊接电流、电弧电压和焊速等，均列于表3。表3中，实施例5和实施例6的前一种为平位焊接，后一种为立位焊接。

表3：按本发明方法实施的技术方案和结果

本发明涉及的焊接材料包括：牌号为JW-55W、直径为Φ4.8mm的埋弧焊丝，配牌号为JF-B的焊剂；牌号为LW-81Ni1、直径为Φ1.2的药芯焊丝；牌号为JAC-818W、直径为Φ4.0mm的焊条。涉及的焊接设备包括ZD5（D）-1250型埋弧焊设备配A2型焊车，KR500型气体保护焊机和ZX7-500型焊条电弧焊设备，极性为直流反接。

其它施焊条件为：1）焊剂使用前经350℃烘干，保温2小时；2）施焊环境温度为10-15℃，环境湿度为25-40%；3）双面开坡口对接焊缝反面焊接前清根。

本发明的实施效果如下：

第一至第六实施例的焊缝，经外观检查，确认外部质量均符合TB10212-2009标准中条款4.9.12的要求，对接焊缝全长超声波探伤检验，确认内部质量均达到GB11345-89中I级的要求；T型角焊缝全长进行磁粉探伤检验，确认内部质量均达到JB/T6061中2X级的要求。另外，对接头的拉伸性能、焊缝的拉伸性能、焊缝和热影响区（熔合线外1mm）-20℃夏比冲击功、接头的弯曲性能和接头的最高硬度进行了测试，第一至第六实施例焊接接头的各项力学性能均达到以下技术条件：接头及焊缝拉伸的性能Rel≥345MPa、Rm≥490MPa、A≥20%，接头拉伸断在母材；接头的冲击性能：焊缝及热影响区-20℃KV2≥47J；接头的冷弯性能：侧弯α=180°，完好；接头的最高硬度：HV10≤350，符合现行GB/T714-2008标准对Q345qDNH耐候钢力学性能的规定。

第一至第六实施例涉及到13mm、25mm和57mm三种规格钢板不同形式的组焊，根据工程经验，有关焊接技术方案和相应的检验结果，其代表性和适用性，可以分别覆盖7～20mm、20～38mm和40～60mm厚度规格的所述Q345qDNH耐候钢板。由此可见，本发明的焊接方法，较全面地覆盖了桥梁结构的接头形式和厚度规格，且实施效果均符合现行相关标准的技术条件，可以实际运用于Q345qDNH耐候钢桥梁结构的焊接。

Claims (5)

1.一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法，其特征在于：

桥梁用Q345qDNH耐候钢的化学成分百分比为：C：≤0.15，Mn：1.00～1.50，Si：0.15～0.50，S：≤0.010，P：≤0.025，Cr：0.40～0.70，Ni：≤0.50，Cu：0.20～0.40，Nb：≤0.045，V：0.10～0.80，Ti：≤0.025，Al：≥0.020，余量为Fe及附带的杂质；

焊接接头形式采用对接或T型角接；

焊接方法采用埋弧焊、药芯CO₂气体保护半自动焊或焊条电弧焊；

针对桥梁用Q345qDNH耐候钢的不同板厚B，确定焊前预热温度；

当板厚B≤20mm的板单元对接焊缝时，焊前不需要预热；坡口形式是：采用单边V型坡口，钝边尺寸为0～2mm，留6mm间隙，坡口角度为45°，背面衬陶质衬垫；采用药芯CO₂气体保护半自动焊，工艺参数包括：焊接电流200～260A，电弧电压28～32V，焊速9.5～25m/h，线能量8～32KJ/cm，道间温度80～200℃；

当板厚B为20～30mm的板单元对接焊缝时，焊前预热20～60℃；坡口形式是：采用双边V型坡口，坡口角度为60°，钝边尺寸为4mm；采用埋弧焊对接焊缝，工艺参数包括：焊接电流630～720A，电弧电压28～34V，焊速22～24m/h，线能量为26～40KJ/cm，道间温度均控制在75～200℃；反面焊接前进行清根处理。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法，其特征在于：

T型角焊缝船位埋弧焊，不开坡口，工艺参数包括：焊接电流780～800A，电弧电压31～33V，焊速19～20m/h，线能量44～50KJ/cm，道间温度95～200℃。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法，其特征在于：

T型角焊缝药芯CO₂气体保护半自动焊，不开坡口，工艺参数包括：平位焊接时，焊接电流220～260A，电弧电压30～33V，焊速16～22m/h，线能量11～19KJ/cm，道间温度80～200℃；立位焊接时，焊接电流170～200A，电弧电压23～27V，焊速6～15m/h，线能量9～32.4KJ/cm，道间温度80～200℃。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法，其特征在于：

T型角焊缝焊条电弧焊，不开坡口，工艺参数包括：平位焊接时，焊接电流160～180A，电弧电压22～26V，焊速8～15m/h，线能量8.4～21KJ/cm，道间温度50～200℃；立位焊接时，焊接电流130～150A，电弧电压22～24V，焊速3～4m/h，线能量26～43KJ/cm，道间温度50～200℃。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法，其特征在于：使用的焊接材料为：

埋弧焊，采用牌号为JW-55W、直径为Ф4.8mm的焊丝，配牌号为JF-B的焊剂；

药芯CO₂气体保护半自动焊，采用牌号为LW-81Ni1、直径为Φ1.2mm的焊芯焊丝；

焊条电弧焊，采用JAC-818W、直径为Φ4.0mm的焊条。