CN104759768B - 重级工作制q390d钢吊车梁的翼缘板焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法，将厚度为50～60mm的Q390D钢板切割成H形钢的翼缘板焊接件，接着全焊透对接焊接翼缘板焊接件制成翼缘板，包括制作翼缘板焊接件,在焊接接头处开制坡口，翼缘板焊接件除湿，全焊透对接焊接翼缘板焊接件制成翼缘板，焊缝保温缓冷处理五个步骤。本发明没有焊接前预热工序，也没有焊接后热保温工序，同时采用自动埋弧焊多层多道焊工艺，焊接自动化程度高，焊缝组织中冷裂纹极少，焊接质量高、焊接作业的劳动强度低，焊接投入少，极大减少焊接工时，从而从整体上使焊接工艺更符合重级，特别是重级工作制吊车梁的翼缘板焊接需要。

Description

重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法。

背景技术

国家标准《起重机设计规范》(GB/T3811-2008)，按吊车荷载达到其额定值的频繁程度将吊车分为轻级、中级、重级、特重级四个级别，如繁重工作车间的软钩桥式吊车为重级，冶金用桥式吊车为超重级。用于设置上述吊车梁也就相应分为轻级、中级、重级、特重级。吊车梁是工业厂房中为行车吊运重物提供支撑力的梁架。吊车轨道固定设置吊车梁上，行车可移动地设置在吊车轨道上。吊车梁包括腹板和设置在腹板两端的翼缘板，腹板上焊接连接有加强筋板。

目前，国内建造重级及重级以下吊车梁的钢种主要有碳素钢Q235，建造特重级冶金用起重机的钢种主要为低合金高强钢Q345，为了提高吊车梁的整体结构强度，通常将吊车梁设计成实腹式工字型结构。

GB50661第79页规定，在用碳素钢腹板和翼缘板制造吊车梁过程中，如果腹板或者翼缘板厚度超过60mm，为了获得焊缝组织优良的强韧性，防止冷裂纹的产生，需要对碳素钢腹板和翼缘板进行预热，预热温度通常为80～120℃。

如公开号为CN102107312A的中国专利文献，针对现有的常温状态下厚钢板的对接焊接以及T型焊接施方法容易产生裂纹和较大的焊接变形的技术问题，公开一种常温状态下厚钢板的对接焊接以及T型焊接施工方法，焊接时，将处理后的腹板或翼缘板对接定位，在母材上位于焊道两侧80-120mm范围内，每隔400-600mm设置一块电炉板，对母材均匀加热至90-110℃，停止加热8-12min，再继续加热至150-180℃，再、对上述加热处理后的腹板或翼缘板进行焊接，具体步骤为：先焊正面坡口深度的1/3，然后翻转对接后的腹板或翼缘板并对其采用碳弧气刨清根后，用砂轮打磨，清除渗碳层与熔渣，直至露出金属光泽后采用热磁粉探伤法进行底部的MT探伤，待确定无裂缝后，进行反面焊缝的施焊；焊完后再翻转对接后的腹板或翼缘板，焊接正面的其余2/3焊道，直至完成盖面焊；盖面焊结束后，将焊缝及焊缝边缘140-160mm的部位用石棉布覆盖，并加热至200-300℃，保温5-6h；焊缝施焊24h后，作超声波无损探伤检验。通过该方法通过预热构件来避免在焊接厚钢板过程中出现的焊接裂纹以及焊接变形等缺陷。

随着工业生产技术的发展，为了有效提高资源利用率，降低工业生产成本，工业项目越来越大型化、特大型化，相应的用于大型、特大型工业项目的碳素钢吊车梁的设计也越来越复杂，体积越来越大，重量也越来越大。为了有效降低吊车梁的设计复杂性，减小占用体积，降低吊车梁的整体重量，近两年来，在吊车梁技术领域，开始使用低合金高强钢作为吊车梁构件的制作材料。

由于低合金元素的强化作用，使低合金高强钢不但具有较高的强度，还具有较好的塑性、韧性和焊接性。其中，Q345是目前用于制造吊车梁构件的主要钢种，与Q345相比，低合金高强钢Q390D的强度和承载能力更高，并具有良好的承受动荷载和耐疲劳性能。用低合金高强钢代替碳素结构钢制造吊车梁，可以节省钢材15％～25％，并减轻吊车梁自重，低合金高强钢开始被越来越多地应用到大型结构、重型结构、大跨度结构、高层建筑、桥梁工程或者其他需要承受动力荷载和冲击荷载的吊车梁中。

在焊接技术领域，采用不同钢种制成的构件，在焊接连接时，就焊接方法本身存在实质性差别，也即用碳素钢腹板和翼缘板制造实腹式工字型吊车梁的焊接方法不能用于低合金高强钢腹板和翼缘板制造实腹式工字型吊车梁的焊接工艺。在用低合金高强钢腹板和翼缘板制造实腹式工字型吊车梁过程中，为了获得焊缝组织优良的强韧性，防止冷裂纹的产生，需要对低合金高强钢腹板和翼缘板，特别是焊接强度级别大于等于390MPa低合金高强钢腹板和翼缘板进行预热，特别是焊接强度级别大于等于390MPa，预热温度通常为100～150℃。

如公开号为CN102632328A的中国专利文献，针对现有的Q370qE钢埋弧自动焊低温焊接方法，存在焊缝的冷裂硬脆倾向，低温冲击韧性较差，桥梁钢结构的抗冲击动载性能差的技术问题，公开一种Q370qE钢埋弧自动焊低温焊接方法，是当环境温度为0～-15℃时，通过对焊接全过程温度条件的控制，尽可能避免低温环境的影响，减缓焊接过程焊缝的冷却速度，从而来降低焊缝的冷裂硬脆倾向，有效提高Q370qE钢埋弧自动焊焊接接头低温冲击韧性，其具体控制条件如下：母材除湿预热，预热温度范围为80～120℃；定位焊采用焊条电弧焊，打底层焊接采用富氩混合气体保护焊，填充层、盖面层焊接采用埋弧自动焊；焊条焊剂的烘干和保温，烘干温度为300～350℃，烘干时间为2小时，在保温箱中保存的温度为100～150℃；焊接过程中利用履带式陶瓷电加热器通电加热，铺盖于焊缝及两侧，使焊缝层、道间温度控制为160～200℃，以对焊缝进行保温、缓冷；焊接完成后，对焊区保温、缓冷，直至冷却至环境温度。该方法能降低焊缝的冷裂硬脆倾向，有效保证了Q370qE钢埋弧自动焊焊接接头低温冲击韧性，增强了桥梁钢结构冲击动载的性能，提高了桥梁使用寿命。需要说明的是Q370qE钢为桥梁钢。

上述低碳合金翼缘板之间焊接连接，需对翼缘板进行预热。预热通常采用火焰加热或者电加热器加热方式，但无论采用哪种加热方式对翼缘板进行预热，均需消耗能源和资源，较高的预热温度，还会造成的工作环境恶化，加大焊接作业的难度。

Q390D钢是一种低碳合金钢，其屈服强度为390Mpa，由于其含碳量低，其具有良好抗腐蚀性、耐磨性、抗疲劳性，是一种良好的结构钢。由于Q390D钢和Q345、Q370qE钢在合金成分上具有较大差别，用于Q345、Q370qE钢构件的焊接方法不能借用到Q390D钢上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种焊接时不需对翼缘板进行预热的重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法，从而进一步降低焊接作业的操作难度，提高焊接作业的质量。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法，将厚度为50～60mm的Q390D钢板切割成H形钢的翼缘板焊接件，接着全焊透对接焊接翼缘板焊接件制成翼缘板；包括以下步骤：

步骤1、制作翼缘板焊接件：采用数控火焰切割机将厚度为50～60mm的待切割Q390D钢板切割成预定规格的翼缘板焊接件；

步骤2、在焊接接头处开制坡口并设置引弧板和熄弧板：用自动或半自动火焰切割机在翼缘板焊接件与翼缘板焊接件的对接焊接接头处开制双面X形坡口；在对接焊接接头两端的翼缘板焊接件上设置引弧板和熄弧板；

步骤3、翼缘板焊接件除湿：采用氧乙炔焰对翼缘板焊接件的对接焊接接头烘干处理，烘干焊接区域的水分；

步骤4、全焊透对接焊接翼缘板焊接件制成翼缘板：使用单丝自动埋弧焊机在平焊位进行翼缘板焊接件之间的对接焊接，先采用多层多道焊焊接正面坡口，每道焊缝的焊接热输入量均为30±10kJ/cm，道间温度小于或等于230℃，每道焊缝厚度小于或等于6mm，每道焊缝的宽深比大于1.1，前后焊缝的焊接方向相反；正面坡口焊接完成后，翻转对接后的翼缘板焊接件，对背面焊缝采用碳弧气刨进行清根，清根完成后，再采用和正面坡口焊接相同的多层多道焊焊接工艺对背面坡口进行焊接，直至背面坡口焊接完成；

步骤5、焊缝保温缓冷处理：焊接完成后，将整个焊接接头用保温护具覆盖，保持自然状态下冷却即可；焊接完成48小时后，进行焊缝检查和做无损检测。

进一步，步骤2中的在翼缘板焊接件与翼缘板焊接件的对接焊接接头处开制双面X形坡口为：按统一的坡口标准在所有的翼缘板焊接件的对接焊接接头处开制双面X形坡口。

进一步，统一的坡口标准为：国标GB50661的规定的坡口标准。

进一步，步骤2中的引弧板和熄弧板，它们的坡口尺寸与焊接接头的坡口尺寸一致，引弧板和熄弧板长度大于80mm。

本发明的重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法，适用于用Q390D钢制作重级工作制吊车梁的翼缘板，也适用于和Q390D钢类似的钢制作重级工作制吊车梁的翼缘板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法，由于采用数控火焰切割机将待切割Q390D钢板切割成预定规格的H形钢的翼缘板焊接件，符合制造吊车梁需要大量的大厚度翼缘板焊接件的需要；采用与对接焊接相适宜的双面X形坡口及设置在对接焊接接头两端的翼缘板焊接件上的引弧板和熄弧板，从而降低焊缝组织中冷裂纹的产生，提高后续焊接质量和焊接效率，实现焊接工艺的优化；由于取消现有技术采用的焊接前对翼缘板焊接件进行整体预热，让翼缘板焊接件保持在室温状态下，从而简化、优化焊接工艺，降低劳动强度，减少能源消耗；由于采用多层多道焊焊接方法进行全焊透对接焊接，有效提高对接焊接接头的冲击韧性，扩大熔池范围，提高了焊接质量，降低焊缝组织中冷裂纹的产生，从而实现焊接工艺的优化；由于取消现有技术采用的焊接后对焊接接头进行加热保温处理，从而简化焊接后热处理工艺，减轻劳动强度，节约能源；从整体上看，本发明的各步骤在技术上相互关联，在工艺上相互配合，从而实现没有焊接前预热工序，也没有焊接后热保温工序，同时采用自动埋弧焊多层多道焊工艺，焊接自动化程度高，焊缝组织中冷裂纹极少，焊接质量高、焊接作业的劳动强度低，焊接投入少，极大减少焊接工时，从而从整体上使焊接工艺更符合重级，特别是重级工作制吊车梁的翼缘板焊接需要。

2、现有技术采用只能；本发明的重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法，由于按统一的坡口标准在所有的翼缘板焊接件的对接焊接接头处开制双面X形坡口，有利于后续焊接作业的标准化，便于焊接作业人员的培训和管理，从而提高焊接作业质量和焊接效率，降低焊接作业的成本；由于采用国标GB50661的规定的坡口标准为统一的坡口标准，从而进一步降低了焊接作业人员培训和管理成本，也更能进一步提高焊接作业质量和焊接效率，这点在重型或者大型建筑钢结构搭建实施上非常重要；由于引弧板和熄弧板的坡口尺寸与焊接接头的尺寸一致，引弧板和熄弧板长度大于80mm，能有效防止对接焊缝、对接与角接组合焊缝处产生焊缝熔合不良、气孔和夹渣、裂纹等缺陷。

附图说明

图1为本发明的重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法的实施流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图1所示，本发明的重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法，将厚度为50～60mm的Q390D钢板切割成H形钢的翼缘板焊接件，接着全焊透对接焊接翼缘板焊接件制成翼缘板，包括制作翼缘板焊接件,在焊接接头处开制坡口，翼缘板焊接件除湿，全焊透对接焊接翼缘板焊接件制成翼缘板，焊缝保温缓冷处理五个步骤，具体如下：

步骤1、制作翼缘板焊接件：采用数控火焰切割机将厚度为50～60mm的待切割Q390D钢板切割成预定规格的翼缘板焊接件。

实施时，本领域的技术人员，根据吊车梁的设计规格、翼缘板的设计规格、及需要留出的焊接加工余量确定翼缘板焊接件的切割规格。留出加工余量主要用于防止焊接件收缩变形，造成材料浪费。

实施时，本领域的技术人员，将待切割Q390D钢板按照预定切割工位放置到数控火焰切割机的切割平台，待切割Q390D钢板和切割平台的轨道要保持平行；根据翼缘板焊接件的切割需要将割炬设置在数控火焰切割机的机架上；根据切割Q390D钢板的厚度选择合适的割嘴，将割嘴设置在割炬上，这时割嘴要与钢板保持垂直；点火并检查加热火焰以及切割氧射流，正常后，下压割炬，开始Q390D钢板切割，当切割完一块Q390D钢板后，将割炬提升回原位，待割炬运行到一个工位后，再对下一块Q390D钢板进行切割，直至切割好预定数量的翼缘板焊接件。

本步骤采用数控火焰切割机将待切割Q390D钢板切割成预定规格的翼缘板焊接件，符合制造吊车梁需要大量的大厚度翼缘板焊接件的需要。采用其他的钢板切割工具，如手工火焰切割机，也可将单块钢板切割成预定规格的翼缘板焊接件，但是无法完成制造吊车梁所需的大量的大厚度翼缘板焊接件的切割任务。

步骤2、在焊接接头处开制坡口并设置引弧板和熄弧板：用自动或半自动火焰切割机在翼缘板焊接件与翼缘板焊接件的对接焊接接头处开制双面X形坡口；在对接焊接接头两端的翼缘板焊接件上设置引弧板和熄弧板。

实施时，在翼缘板焊接件与翼缘板焊接件的对接焊接接头处开制双面X形坡口；双面X形坡口相较于其他坡口，具有开制方便、焊缝填充金属量少，焊后变形小的优点，适合中厚板的对接焊接。

为了使双面X形坡口更符合后续自动化、标准化的焊接作业需要，优选的方案是，按统一的坡口标准在所有的翼缘板焊接件的对接焊接接头处开制双面X形坡口；上述统一的坡口标准为国标GB50661的规定的坡口标准，坡口的组对间隙、钝边、坡口角度均国标GB50661的坡口准。采用统一的坡口开制标准，有利于后续焊接作业的标准化，便于焊接作业人员的培训和管理，从而提高焊接作业质量和焊接效率，降低焊接作业的成本。国标GB50661的规定的坡口标准，是现有焊接作业人员必须掌握的坡口标准，进一步降低了焊接作业人员培训和管理成本，也更能进一步提高焊接作业质量和焊接效率，这点在重级工作制钢吊车梁的翼缘板生产制造上非常重要。

实施时，在焊接接头处开制坡口后，在对接焊接接头两端的翼缘板焊接件上设置引弧板和熄弧板；在翼缘板焊接件上设置引弧板和熄弧板，是为了防止在后续焊接时，在对接焊缝处产生焊缝熔合不良、气孔和夹渣、裂纹等缺陷，从而提高后续焊接质量。

为了使引弧板和熄弧板能有效防止对接焊缝处产生焊缝熔合不良、气孔和夹渣、裂纹等缺陷，优选的方案是，引弧板和熄弧板的坡口尺寸与焊接接头的坡口尺寸一致，引弧板和熄弧板长度大于80mm。

本步骤采用与对接焊接相适宜的双面X形坡口，从而降低焊缝组织中冷裂纹的产生，提高后续焊接质量和焊接效率，实现焊接工艺的优化。

步骤3、翼缘板焊接件除湿：采用氧乙炔焰对翼缘板焊接件的对接焊接接头烘干处理，烘干焊接区域的水分。

实施时，采用氧乙炔焰对翼缘板焊接件的对接焊接接头烘干处理，烘干焊接区域的水分即可，不采用氧乙炔焰对翼缘板焊接件进行整体预热，翼缘板焊接件的温度保持室温状态。

本步骤取消现有技术采用的焊接前对翼缘板焊接件进行整体预热，让翼缘板焊接件保持在室温状态下，从而简化、优化焊接工艺，降低劳动强度，减少能源消耗。

步骤4、全焊透对接焊接翼缘板焊接件制成翼缘板：使用单丝自动埋弧焊机在平焊位进行翼缘板焊接件之间的对接焊接，先采用多层多道焊焊接正面坡口，每道焊缝的焊接热输入量均为30±10kJ/cm，道间温度小于或等于230℃，每道焊缝厚度小于或等于6mm，每道焊缝的宽深比大于1.1，前后焊缝的焊接方向相反；正面坡口焊接完成后，翻转对接后的翼缘板焊接件，对背面焊缝采用碳弧气刨进行清根，清根完成后，再采用和正面坡口焊接相同的多层多道焊焊接工艺对背面坡口进行焊接，直至背面坡口焊接完成。

实施时，本领域的技术人员，首先将需要拼接的两块翼缘板焊接件按照设计方案放置在自动埋弧焊机在平焊位，先采用多层多道焊焊接方法，逐层逐道焊接正面坡口，焊接时，每道焊缝的焊接热输入量均为30±10kJ/cm，道间温度小于或等于230℃，每道焊缝厚度小于或等于6mm，每道焊缝的宽深比大于1.1，前后焊缝的焊接方向相反；多层多道焊，是指采用两道以上焊缝完成一层焊缝，采用两层以上焊缝完成整个焊接；正面坡口焊接完成后，翻转对接后的翼缘板焊接件，对背面焊缝采用碳弧气刨进行清根；清根完成后，再采用和正面坡口焊接相同的多层多道焊焊接工艺对背面坡口进行焊接，直至背面坡口焊接完成。

本步骤采用多层多道焊焊接方法进行全焊透对接焊接，有效提高对接焊接接头的冲击韧性，扩大熔池范围，提高了焊接质量，降低焊缝组织中冷裂纹的产生，从而实现焊接工艺的优化。

步骤5、焊缝保温缓冷处理：焊接完成后，将整个焊接接头用保温护具覆盖，保持自然状态下冷却即可；焊接完成48小时后，进行焊缝检查和做无损检测。

实施时，本领域的技术人员根据焊接接头的预定规格尺寸，确定保温护具的规格尺寸，保温护具通常为石棉布或石棉毡，也可以是玻璃纤维布或玻璃纤维毡，还可以是岩棉布或岩棉毡。焊接完成后，直接将保温护具覆盖整个焊接接头，让焊接接头自然冷却；焊接完成48小时后检查焊缝，通常为焊缝外观检查，并对焊缝进行无损检测，通常进行超声波无损检测。检测完成后，切除引弧板和熄弧板，将切除处打磨平整。

本步骤取消现有技术采用的焊接后对焊接接头进行加热保温处理，从而简化焊接后热处理工艺，减轻劳动强度，节约能源。

下面是采用本发明的重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法进行4次重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接试验，焊接完成试验后的超声波无损检测结果。

表1、4次重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接试验的超声波无损检测结果

以上是本发明的重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法的实施过程。从上述实施过程可以看出，本发明在焊接前不对翼缘板焊接件进行预热处理，在焊接完成后也不对翼缘板进行加热保温，而采用石棉布或毡覆盖将整个焊接接头覆盖，让翼缘板进行自然冷却处理，相较于现有的重级工作制吊车梁的翼缘板焊接方法，本发明没有焊接前预热工序，也没有焊接后热保温工序，同时采用自动埋弧焊多层多道焊工艺，焊接自动化程度高，焊缝组织中冷裂纹极少，焊接质量高、焊接作业的劳动强度低，焊接投入少，极大减少焊接工时，从而从整体上使焊接工艺更符合重级，特别是重级工作制吊车梁的翼缘板焊接需要。

Claims (4)

1.重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法，将厚度为50～60mm的Q390D钢板切割成H形钢的翼缘板焊接件，接着全焊透对接焊接翼缘板焊接件制成翼缘板；其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、制作翼缘板焊接件：采用数控火焰切割机将厚度为50～60mm的待切割Q390D钢板切割成预定规格的翼缘板焊接件；

步骤2、在焊接接头处开制坡口并设置引弧板和熄弧板：用自动或半自动火焰切割机在翼缘板焊接件与翼缘板焊接件的对接焊接接头处开制双面X形坡口；在对接焊接接头两端的翼缘板焊接件上设置引弧板和熄弧板；

步骤3、翼缘板焊接件除湿：采用氧乙炔焰对翼缘板焊接件的对接焊接接头烘干处理，烘干焊接区域的水分；

步骤4、全焊透对接焊接翼缘板焊接件制成翼缘板：使用单丝自动埋弧焊机在平焊位进行翼缘板焊接件之间的对接焊接，先采用多层多道焊焊接正面坡口，每道焊缝的焊接热输入量均为30±10kJ/cm，道间温度小于或等于230℃，每道焊缝厚度小于或等于6mm，每道焊缝的宽深比大于1.1，前后焊缝的焊接方向相反；正面坡口焊接完成后，翻转对接后的翼缘板焊接件，对背面焊缝采用碳弧气刨进行清根，清根完成后，再采用和正面坡口焊接相同的多层多道焊焊接工艺对背面坡口进行焊接，直至背面坡口焊接完成；

步骤5、焊缝保温缓冷处理：焊接完成后，将整个焊接接头用保温护具覆盖，保持自然状态下冷却即可；焊接完成48小时后，进行焊缝检查和做无损检测。

2.根据权利要求1所述的重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法，其特征在于，步骤2中所述的在翼缘板焊接件与翼缘板焊接件的对接焊接接头处开制双面X形坡口为：

按统一的坡口标准在所有的翼缘板焊接件的对接焊接接头处开制双面X形坡口。

3.根据权利要求2所述的重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法，其特征在于，统一的坡口标准为：

国标GB50661的规定的坡口标准。

4.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的重级工作制Q390D钢吊车梁的翼缘板焊接方法，其特征在于，步骤2中所述的引弧板和熄弧板，它们的坡口尺寸与焊接接头的坡口尺寸一致，引弧板和熄弧板长度大于80mm。