CN103894704A

CN103894704A - 一种高强度桥梁钢Q500qE厚板气保对接焊接方法

Info

Publication number: CN103894704A
Application number: CN201410137614.4A
Authority: CN
Inventors: 缪凯; 牟文广; 陈浮; 李立军; 黄治军; 胡因洪; 胡家国; 许颖; 王靓
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-07-02

Abstract

一种高强度桥梁钢Q500qE气保对接焊接方法，其步骤：基材的力学性能：R_m≥650MPa、R_eL≥500MPa，延伸率A≥18%，冲击功-40^oCKV₂≥120J；钢板厚度为50mm及60mm的等厚桥梁钢对接焊接；匹配的焊丝抗拉强度不低于650MPa，焊丝直径Ф1.2mm；坡口为双面V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为1mm；在电流280~290A、电压27~28V、速度28~27cm/min、线能量16~18kj/cm、采用富氩作保护气体条件下连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制≤210℃。本发明所述的焊接工艺具有优良的焊接工艺性能，操作简便、高效、节能、适用于大跨度桥梁钢厚板制造推广应用。

Description

一种高强度桥梁钢Q500qE厚板气保对接焊接方法

技术领域

本发明涉及一种Q500qE高强度桥梁钢厚板气保对接焊接工艺方法，适用于焊接抗拉强度R_m≥650MPa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

我国拟建的沪通长江大桥是一座6线公路、4线铁路的大跨度公、铁两用桥梁，其主桥采用跨度为1092米的公铁两用斜拉桥，建成后的沪通大桥将成为目前世界上跨度最大的公、铁两用桥。为适应我国桥梁建设向高强、大跨、重载、高速方面发展的要求，武钢开发研制了新一代高强度、高韧性桥梁用钢Q500qE，其综合力学性能达到了国外同类钢种水平，尤其是在提高强度的同时低温冲击韧性也有较大的提高。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。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。加快开展大跨度桥梁用钢焊接工艺及配套焊接材料研究，对我国桥梁用钢在大跨度厚板桥梁结构制造技术的推广应用有重大经济效益及社会效益。

中国专利号为CN201310282937.8 的文献，公开了一种《屈服强度大于500MPa级桥梁钢富氩气保焊接方法》，其适用的基板性能：R_eL≥500MPa，R_m≥650MPa，A≥18%，-40℃KV₂≥120J；板厚组合为32mm等厚；焊接坡口形式为双面V型对称，坡口角度为60°，钝边1mm；匹配焊丝的抗拉强度≥700MPa，焊丝直径Ф1.2mm；焊接：电流266~280A，电压26~27V，速度29~26cm/min，线能量14~17kj/cm，富氩作保护气；采用多层多道连续施焊。中国专利号为CN20121027003.9额文献，公开了一种《80毫米厚高强度桥梁钢气保对接焊接的方法》，其步骤：采用R_m≥570MPa、R_eL≥420MPa，延伸率：A≥18%，-40℃KV₂≥120J、厚度为80mm的等厚桥梁钢对接；匹配的焊丝抗拉强度≥600MPa，焊丝直径Ф1.2mm；气保焊坡口采用双面V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm；在电流262~270A、电压26~28V、速度28~29cm/min、线能量14~16kj/cm下采用富氩作保护气体连续施焊，层间温度控制在100~110℃。中国专利号为CN200810048390.4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℃。上述公开的三个专利为两个强度级别不同板厚的应用范围，其CN201310282937.8主要区别为Q500qE钢板厚32mm以下应用范围，匹配的焊丝强度级别为大于≥700MPa。本专利应用范围为Q500qE钢板厚50mm及60mm范围，匹配的焊丝强度级别为大于≥650MPa。众所周知，随着钢种的强度级别与板厚的增加，大跨度桥梁钢厚板结构焊接防裂、防断是桥梁建造的关键技术难点。本专利其核心创新点是提出了一种富氩气体保护焊接工艺与匹配材料焊接大跨度高强度桥梁钢厚板的对接焊缝焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺方法。专利号为CN20121027003.9，CN200810048390.4存在的不足是该专利技术焊接的钢种为Q420qE（抗拉强度级别在570~650MPa），焊接材料的强度级别为600 MPa。而本发明的专利技术焊接的钢种为Q500qE（抗拉强度级别在650~700MPa），焊接材料的强度级别大于650 MPa。对于大跨度高强度桥梁结构的建造，其解决的关键问题是在保证安全服役的前提下，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。随着建桥基材的强度与板厚的增加，尤其从目前的Q420qE提高到Q500qE，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Q500qE高强度桥梁钢厚板的气保护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富氩气保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应用于大跨度桥梁，且其使用的钢板为高强度Q500qE的桥梁钢，其钢板厚度在50mm及60mm等厚度对接，采用富氩气保护，对接焊缝焊前不预热、焊后不进行热处理的关键焊接工艺方法。

实现上述目的的措施

一种高强度桥梁钢Q500qE气保对接焊接方法，其步骤：

1）焊接基材的力学性能：抗拉强度为R_m≥650MPa、屈服强度R_eL≥500MPa，延伸率：A≥18%，冲击功-40^oCKV₂≥120J；钢板厚度为50 mm、60 mm的等厚桥梁钢，对接焊接；匹配的焊丝抗拉强度不低于650 MPa，焊丝直径Ф1.2mm；

2）坡口形式，采用双面V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为1mm；

3）在焊接电流280~290A、焊接电压27~28V、焊接速度28~27cm/min、焊接线能量16~18kj/cm、采用体积百分比为20%CO₂加上80%Ar的富氩作保护气体，且其流量控制在18~20L/min的条件下连续施焊，以使焊缝填满为止，层间温度控制≤210℃。

其特征在于：所采用焊丝的化学组分及重量百分比为：C≤0.11%、Si ≤0.80%、Mn ≤2.0%、Ni ≤1.30%、Ti ≤0.14%、Cr ≤0.60%、 Cu ≤0.30%、P ≤0.012%、S ≤0.008%，其余为铁及不可避免的杂质。

本发明公开的“高强度桥梁钢Q500qE厚板气保对接焊接方法”具有如下优点：

（1）本发明提出的高强度桥梁钢Q500qE气保对接焊接方法，满足了我国拟建的沪通长江大跨度公、铁两用桥梁厚板结构气保护焊接工艺关键制造技术。接头具有优良的低温韧性，接头三区具有较高的冲击韧性储备及安全裕度，即焊接接头具有优良低温性能及抗裂性能，接头三区的-40^oCKV₂冲击功达到107~245J，远高于桥梁钢对接接头三区-40℃KV₂≥48J焊接性能标准，完全能满足大跨度桥梁桥结构制造的关键技术要求。

（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冲击功。

本发明所述的焊接工艺具有优良的焊接工艺性能，操作简便、高效、节能、适用于大跨度桥梁钢厚板制造推广应用。

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；实施例中所用焊丝均为在化学成分及重量%为：C≤0.11%、Si ≤0.80%、Mn ≤2.0%、Ni ≤1.30%、Ti ≤0.14%、Cr ≤0.60%、 Cu ≤0.30%、P ≤0.012%、S ≤0.008%，其余为铁及不可避免的杂质中任意取值后所制备的焊丝。

其步骤：

实施例1：

基材：Q500qE，厚板组合50mm+50mm。试板尺寸为600mm×400mm×50mm，气保护焊坡口采用双面V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm。焊接材料匹配：WER60Q焊丝，熔敷金属的力学性能为R_el=595MPa，R_m=670 MPa，A=23%，Z=75%，-40℃KV₂冲击功=150J。与Q500qE钢（50mm+50mm）厚板对接接头焊接，焊接材料为WER60Q焊丝，焊丝直径Ф1.2mm；焊接工艺规范：焊接电流280（A），焊接电压27（V），焊接速度~28(cm/min)，焊接线能量~16 （kj/cm），保护气体为80%Ar +20%CO₂，气保护焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在150~170(℃) ，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，焊缝抗拉强度R_m =673MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃KV₂=159J，熔合线冲击功-40℃KV₂=205 J，热影响区（1mm）-40℃KV₂= 245J。

实施例2：

基材：Q500qE，厚板组合60mm+60mm。试板尺寸为600mm×400mm×60mm，气保护焊坡口采用双面V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm。焊接材料匹配：WER60Q焊丝，熔敷金属的力学性能为R_el=595MPa，R_m=670 MPa，A=23%，Z=75%，-40℃KV₂冲击功=150J。与Q500qE钢（60mm+60mm）厚板对接接头焊接，焊接材料为WER60Q焊丝，焊丝直径Ф1.2mm；焊接工艺规范：焊接电流290（A），焊接电压28（V），焊接速度~27(cm/min)，焊接线能量~18 （kj/cm），保护气体为80%Ar +20%CO₂，气保护焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在180~200(℃) ，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，焊缝抗拉强度R_m =668MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃KV₂=166J，熔合线冲击功-40℃KV₂=234 J，热影响区（1mm）-40℃KV₂= 236J。

实施例3：

基材：Q500qE，厚板组合50mm+50mm。试板尺寸为600mm×400mm×50mm，气保护焊坡口采用双面V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm。焊接材料匹配：WER60Q焊丝，熔敷金属的力学性能为R_el=595MPa，R_m=670 MPa，A=23%，Z=75%，-40℃KV₂冲击功=150J。与Q500qE钢（50mm+50mm）厚板对接接头焊接，焊接材料为WER60Q焊丝，焊丝直径Ф1.2mm；焊接工艺规范：焊接电流285（A），焊接电压27.5（V），焊接速度~27.5(cm/min)，焊接线能量~17 （kj/cm），保护气体为80%Ar +20%CO₂，气保护焊对接接头采用多层多道连续施焊，层间温度控制在170~180(℃) ，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，焊缝抗拉强度R_m =696MPa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃KV₂=109J，熔合线冲击功-40℃KV₂=107 J，热影响区（1mm）-40℃KV₂= 150J。

其具体实施方式仅为例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims

1.一种高强度桥梁钢Q500qE气保对接焊接方法，其步骤：

2.如权利要求1所述的一种高强度桥梁钢Q500qE气保对接焊接方法，其特征在于：所采用焊丝的化学组分及重量百分比为：C≤0.11%、Si ≤0.80%、Mn ≤2.0%、Ni ≤1.30%、Ti ≤0.14%、Cr ≤0.60%、 Cu ≤0.30%、P ≤0.012%、S ≤0.008%，其余为铁及不可避免的杂质。