CN108581136A

CN108581136A - 一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法

Info

Publication number: CN108581136A
Application number: CN201810478724.5A
Authority: CN
Inventors: 胡军; 张世超; 张彬; 齐祥羽; 董营; 高彩茹; 杜林秀
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2018-09-28

Abstract

一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，属于桥梁钢中厚板焊接技术领域，步骤：1)在低碳Q420q桥梁钢基材的双对接母材开双面V型对称坡口；2)对V型对称坡口及两侧进行打磨和清洗；3)在20％CO₂+80％Ar混合气体保护下进行打底焊和填充焊；采用本发明焊接工艺技术实现了新国标要求下一种低碳Q420q桥梁钢中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，实现了桥梁钢中厚板施工过程中的简单、高效、经济的焊接方式，对促进该级别新型低碳桥梁钢的推广具有重要的意义。

Description

一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法

技术领域

本发明属于桥梁钢中厚板焊接技术领域，具体涉及一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法。

背景技术

桥梁建设技术的发展以及道路运输需求的增大使桥梁工程在不断向更大的建设规模、更短的建设周期、更长的使用周期、更简便的后期维护以及多用途方向发展，同时也对桥梁建设材料提出了更高的要求。高强度桥梁钢作为桥梁建设的主体材料之一，应具有高强度、高韧性、耐疲劳断裂等优异的综合性能。现行国家标准GBT 714-2015《桥梁用结构钢》对420MPa级桥梁钢的化学成分及低温冲击韧性提出了更高的要求，其中，低温冲击韧性由GBT714-2008中标准冲击试样的-20℃冲击功≥47J提高为GBT 714-2015中标准冲击试样的-20℃冲击功≥120J，提高73J。传统的桥梁钢因具有较高的C、Mn含量、较低的低温冲击韧性等特点，已难以满足现在的生产要求。以TMCP为技术手段，通过合理成分设计和工艺控制，成功开发出了新型低碳Q420q桥梁钢，该新型桥梁钢在实现了低碳成分设计的同时也保证了其具有高强度、高低温韧性以及易焊接等特点。

焊接作为桥梁钢的一种重要连接方式在桥梁建设中被广泛使用，焊接过程中特殊的热循环可能导致焊接接头整体力学性能较基材部分有不同程度的下降。焊前预热及焊后热处理虽然可以实现焊接接头力学性能的调控，但也导致施工环境困难、施工成本高及工程周期长等问题，如何通过合理的焊接过程控制，得到力学性能优异的焊接接头成为桥梁钢实际应用过程中的关键技术之一。

焊接基材成分和性能的变化对与之匹配的焊接材料及焊接工艺提出了新的要求，如不及时有效地解决新型低碳Q420q桥梁钢的焊接性及配套焊接材料和焊接工艺等问题，将会直接影响该新型桥梁钢的推广应用。加快开展高强度桥梁用钢焊接工艺及配套焊接材料研究，将对我国桥梁建设事业的发展起到重要的推动作用，将产生显著的经济效益及社会效益。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法。

一种低碳Q420q桥梁钢，所述钢板的化学成分按照重量百分比为：C：0.04～0.08％，Mn：1.2～1.5％，Si：0.2％，Al：0.03％，Cr：0.02～0.04％，Nb+Ti：0.02～0.07％，N：03％，其余为Fe及其它杂质元素；

所述低碳Q420q桥梁钢组织为铁素体+珠光体，屈服强度≥520MPa，抗拉强度≥540MPa，断后伸长率≥19％，-20℃标准试样低温冲击功≥120J。

一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，具体步骤如下：

步骤1，开坡口：

在基材的双对接母材开双面V型对称坡口，坡口角度为55～60°，钝边为1～3mm，组对间隙1～2mm；

步骤2，预处理：

对V型对称坡口及两侧5cm范围内钢板进行打磨和清洗；

步骤3，焊接：

(1)进行气体保护焊打底焊，打底焊的焊接电流为200～280A，焊接电压为22～26V，焊接速度为330～400mm/min，线能量为6.6～13.32kJ/cm；

(2)打底焊后进行气体保护焊填充焊，填充焊的焊接电流为300～450A，焊接电压为30～35V，焊接速度为285～330mm/min，线能量为16.36～33.89kJ/cm。

上述一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，其中：

所述步骤1中，基板材料为低碳Q420q桥梁钢，基板组合为(14～40)+(14～40)mm两板对接，单侧基板尺寸为400×200×(14～40)mm。

所述步骤2中，使用600目砂纸进行打磨，使用丙酮清洗以去除铁锈和杂质，保证焊接接头质量。

所述步骤3中，焊接中未采取焊前预热、焊后热处理措施。

所述步骤3中，采用20％CO₂+80％Ar混合气体作为保护气，气流量为18～22L/min。

所述步骤3中，打底焊和填充焊焊丝均为实心焊丝，焊丝牌号为AWS ER70-G，焊丝直径为1.6mm。

本发明焊接得到的接头具有优良的低温冲击韧性，其焊缝区-20℃冲击功≥173J，粗晶区-20℃冲击功≥200J，细晶区-20℃冲击功≥235J，焊接接头具有较高的冲击韧性富余量；接头屈服强度≥452MPa，抗拉强度≥533MPa，延伸率为22.1～24.2％，拉伸性能优异。

上述一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，具有如下优点：

(1)本发明提出的一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，为符合我国新国标的低碳Q420q桥梁钢的实际焊接应用提供了关键技术。

(2)采用本发明焊接技术，焊缝金属主要为针状铁素体组织、先共析铁素体及少量的贝氏体组织，粗晶区的显微组织为大量的粒状贝氏体、板条贝氏体和一定数量的针状铁素体的混合组织，焊接接头具有优良的低温冲击韧性及抗裂性能。

(3)本发明焊接工艺技术实现了新国标要求下一种低碳Q420q桥梁钢中厚板结构制造过程中无需焊前预热、焊后热处理的焊接工艺，实现了桥梁钢中厚板施工中的简单、高效、经济的焊接过程，对促进该级别新型低碳桥梁钢的推广具有重要的意义。

附图说明

图1本发明采用的气体保护焊对接接头坡口示意图。

图2本发明实施例2焊接接头整体金相组织图。

图3本发明实施例2焊接接头焊缝区金相组织图。

图4本发明实施例2焊接接头粗晶区金相组织图。

图5本发明实施例2焊接接头焊缝区冲击断口形貌图。

图6本发明实施例2焊接接头粗晶区冲击断口形貌图。

具体实施方式

下述实施例1～3中使用的低碳Q420q桥梁钢的化学成分按照重量百分比为：C：0.04～0.08％，Mn：1.2～1.5％，Si：0.2％，Al：0.03％，Cr：0.02～0.04％，Nb+Ti：0.02～0.07％，N：03％，其余为Fe及其它杂质元素；

下述实施例1～3中采用的气体保护焊对接接头坡口如图1所示。

下述实施例1～3中打底焊和填充焊焊丝均为实心焊丝，焊丝牌号为AWS ER70-G，焊丝直径为1.6mm。

实施例1

一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，具体步骤如下：

步骤1，开坡口：

在基板组合形式为14+14mm两板对接，单侧基板尺寸为400×200×14mm的Q420q桥梁钢板上开双面V型对称坡口，坡口角度是60°，钝边为1mm，组对间隙1mm；

步骤2，预处理：

使用600目砂纸对V型对称坡口及两侧5cm范围内钢板进行打磨，后用丙酮清洗以去除铁锈和杂质，保证焊接接头质量；

步骤3，焊接：

(1)在20％CO₂+80％Ar混合气体保护下进行打底焊，打底焊的焊接电流为200A，焊接电压为22V，焊接速度为400mm/min，线能量为6.6kJ/cm；

(2)打底焊后在20％CO₂+80％Ar混合气体保护下进行填充焊，填充焊的焊接电流为300A，焊接电压为30V，焊接速度为330mm/min，线能量为16.36kJ/cm；

采用本实施例焊接工艺得到的焊接接头，对其力学性能进行检测，焊接接头屈服强度为481MPa，抗拉强度为578MPa，延伸率为22.1％，接头焊缝区-20℃冲击功为269J，粗晶区-20℃冲击功为295J，细晶区-20℃冲击功为335J，焊接接头冲击性能优异。

实施例2：

一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，具体步骤如下：

步骤1，开坡口：

在基板组合形式为20+20mm两板对接，单侧基板尺寸为400×200×20mm的Q420q桥梁钢板上开双面V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2mm，组对间隙1.30mm；

步骤2，预处理：

步骤3，焊接：

(1)在20％CO₂+80％Ar混合气体保护下进行打底焊，打底焊的焊接电流为230A，焊接电压为24V，焊接速度为360mm/min，线能量为9.2kJ/cm；

(2)打底焊后在20％CO₂+80％Ar混合气体保护下进行填充焊，填充焊的焊接电流为305A，焊接电压为32V，焊接速度为300mm/min，线能量为19.32kJ/cm；

采用本实施例焊接工艺得到的焊接接头，对其进行力学性能检测，焊接接头屈服强度为465MPa，抗拉强度为560MPa，延伸率为23.6％，焊缝区-20℃冲击功为249J，粗晶区-20℃冲击功为280J，细晶区-20℃冲击功为303J，焊接接头冲击性能优异。

本实施例得到的焊接接头整体金相组织如图2所示，从整体金相组织图可以看出，焊接接头焊缝过程中没有出现气孔、咬边等焊接缺陷，焊接工艺设计合理；焊接接头焊缝区金相组织如图3所示，焊缝具有针状铁素体组织、先共析铁素体及少量的贝氏体组织，具有互相交织的大角度晶界，极大地提高了焊缝部分的低温冲击韧性；焊接接头粗晶区金相组织如图4所示，粗晶区主要由大量的粒状贝氏体、板条贝氏体和一定数量的针状铁素体组织构成，在保证焊接粗晶区具有一定硬度、拉伸强度的同时，也保证了焊接接头粗晶区良好的低温冲击韧性；焊接接头焊缝区冲击断口形貌如图5所示，焊缝为韧性断裂，断口表面存在大量的韧窝，韧窝形成时可以吸收冲击能量，提高冲击功，最终表现为焊缝区优异的冲击韧性；焊接接头粗晶区冲击断口形貌如图6所示，粗晶区为韧性断裂，断口表面存在大量的韧窝，部分韧窝被拉长。

实施例3：

一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，具体步骤如下：

步骤1，开坡口：

在基板组合形式为40+40mm两板对接，单侧基板尺寸为400×200×40mm的Q420q桥梁钢板上开双面V型对称坡口，坡口角度是55°，钝边为3mm，组对间隙2mm；

步骤2，预处理：

步骤3，焊接：

(1)在20％CO₂+80％Ar混合气体保护下进行打底焊，打底焊的焊接电流为280A，焊接电压为26V，焊接速度为330mm/min，线能量为13.23kJ/cm；

(2)打底焊后在20％CO₂+80％Ar混合气体保护下进行填充焊，填充焊的焊接电流为450A，焊接电压为35V，焊接速度为285mm/min，线能量为33.89kJ/cm；

采用本实施例焊接工艺得到的焊接接头，对其进行力学性能检测，焊接接头屈服强度为452MPa，抗拉强度为533MPa，延伸率为24.2％，接头焊缝区-20℃冲击功为173J，粗晶区-20℃冲击功为200J，细晶区-20℃冲击功为235J，焊接接头冲击性能优异。

Claims

1.一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1，开坡口：

在基材的双对接母材开双面V型对称坡口，坡口角度是55～60°，钝边为1～3mm，组对间隙1～2mm；

步骤2，预处理：

对V型对称坡口及两侧5cm范围内钢板进行打磨和清洗；

步骤3，焊接：

(1)进行气体保护焊打底焊，打底焊的焊接电流为200～280A，焊接电压为22～26V，焊接速度为330～400mm/min，线能量为6.60～13.32kJ/cm；

2.根据权利要求1所述的一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，其特征在于，所述步骤1中，基板材料为低碳Q420q桥梁钢，基板组合为(14～40)+(14～40)mm两板对接，单侧基板尺寸为400×200×(14～40)mm；所述钢板的化学成分按照重量百分比为：C：0.04～0.08％，Mn：1.2～1.5％，Si：0.2％，Al：0.03％，Cr：0.02～0.04％，Nb+Ti：0.02～0.07％，N：03％，其余为Fe及其它杂质元素；所述钢板的组织为铁素体+珠光体，屈服强度≥520MPa，抗拉强度≥540MPa，断后伸长率≥19％，-20℃标准试样低温冲击功≥120J。

3.根据权利要求1所述的一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，其特征在于，所述步骤2中，使用600目砂纸进行打磨，使用丙酮清洗以去除铁锈和杂质。

4.根据权利要求1所述的一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，其特征在于，所述步骤3中，采用20％CO₂+80％Ar混合气体作为保护气，气流量为18～22L/min。

5.根据权利要求1所述的一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，其特征在于，所述步骤3中，打底焊和填充焊焊丝均为实心焊丝，焊丝牌号为AWS ER70-G，焊丝直径为1.60mm。

6.根据权利要求1所述的一种低碳Q420q桥梁钢的气体保护焊接方法，其特征在于，所述方法得到的焊接接头焊缝区-20℃冲击功≥173J，粗晶区-20℃冲击功≥200J，细晶区-20℃冲击功≥235J，接头屈服强度≥452MPa，抗拉强度≥533MPa，延伸率为22.1～24.2％。