CN108672903A

CN108672903A - 一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法

Info

Publication number: CN108672903A
Application number: CN201810566658.7A
Authority: CN
Inventors: 胡军; 张世超; 刘悦; 张彬; 董营; 高彩茹; 杜林秀
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2018-10-19

Abstract

一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法，属于桥梁钢中厚板焊接技术领域，具体步骤：1)在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)进行埋弧焊焊接；本发明的焊接技术，实现了焊接过程中无焊前预热及焊后热处理、无气保焊打底的多道次连续埋弧焊焊接，得到的焊接接头组织及力学性能优异，实现了新型桥梁用Q420qNH耐候钢中厚板结构制造过中的简单、高效、经济的焊接方式，对促进新型低碳耐候桥梁钢的推广具有重要的意义。

Description

一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法

技术领域

本发明属于桥梁钢中厚板焊接技术领域，具体涉及一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法。

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的方向发展，同时也对桥梁建设材料提出了更高的要求。桥梁钢在实际应用过程中会经受严重的腐蚀，应具有较好的耐腐蚀性能，普通桥梁钢通常采用涂装防腐、阴极保护、复合材料的防腐方法达到防腐蚀目的，但这些方法存在成本高昂、维护困难及环境污染严重的缺点。由于耐候桥梁钢自身具有的耐腐蚀优势，可大大降低了钢板的后期涂装和维护费用，在实际建设过程中逐渐取代普通桥梁钢，成为桥梁建设用钢的首选材料。同时桥梁钢作为桥梁主体材料，应在保证一定耐腐蚀性的同时具有高强韧性匹配，现行国家标准GBT 714-2015《桥梁用结构钢》对420MPa级别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GBT 714-2008中标准冲击试样-20℃冲击功≥47J提高为GBT 714-2015中标准冲击试样-20℃冲击功≥120J，提高73J。通过大量的研究，采用合理的成分设计和TMCP+回火工艺，成功开发出了桥梁用新型低碳Q420qNH耐候钢，该桥梁用新型耐候钢在具有良好的耐腐蚀性能的同时也保证了高强度、低温韧性的特点。

埋弧焊焊接方法在耐候桥梁钢应用过程中被作为一种重要的连接手段而被广泛应用。耐候钢板因要满足耐候性能而不可避免的添加Cu和Ni元素，这在一定程度上提高了钢板的碳当量和冷裂纹敏感性，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，减少焊接裂纹的产生，但也提高了施工成本、延长了施工周期。如何通过合理的焊接过程控制，在无焊前预热及焊后热处理的情况下，得到力学性能优异的焊接接头成为该耐候桥梁钢实际应用过程中的关键技术之一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法。

本发明的一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢，所述耐候钢的化学成分按照重量百分比为：C：0.03～0.08％，Mn：1.2～1.5％，Si：0.1～0.3％，Al：0.01～0.04％，Cr：0.3～0.5％，Cu：0.2～0.4％，Ni：0.2～0.4％，Ti：0.01～0.03％，Nb：0.01～0.04％，Mo：0.1～0.3％，N：0.002～0.005％，其余为Fe及其它杂质元素；

所述耐候钢的生产工艺：1)按照耐候桥梁钢成分配比冶炼并连铸成钢坯；2)采用控轧控冷技术对钢坯进行轧制，轧后的钢板冷却至室温；3)对钢板进行回火处理，回火温度为530℃，保温时间为2h；

所述耐候钢组织为粒状贝氏体、铁素体和少量珠光体，屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，断后伸长率≥19％，-20℃标准试样低温冲击功≥120J。

一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法，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，坡口角度是50°，钝边是2.0～4.0mm，组对间隙1.0～3.0mm；

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：

进行埋弧焊焊接，焊接电流为570～630A，电压为27～31V，焊接速度为300～390mm/min，焊接线能量为23.6～39kJ/cm。

上述一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法，其中：

所述步骤1中，基板材料为桥梁用低碳Q420qNH耐候钢，基板组合为(30～60)+(30～60)mm两板对接，单侧基板尺寸为400×200×(30～60)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，焊接过程中焊前不预热、焊后不进行热处理。

所述步骤3中，埋弧焊焊接所用的焊丝为实心焊丝，焊丝直径为4.0mm，符合国标TB/T2374:TH5-550-NQIII。

所述步骤3中，埋弧焊剂类型为烧结型焊剂，符合国标GB/T12470-2003。

本发明焊接得到的接头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≥98J，粗晶区-20℃冲击功≥175J，细晶区-20℃冲击功≥253J，焊接接头具有较高的冲击韧性富余量。接头屈服强度≥436MPa，抗拉强度≥534MPa，延伸率20.4～23.5％，拉伸性能优异。

上述一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法，具有如下优点：

(1)采用本发明焊接技术，埋弧焊焊接头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粒状贝氏体、针状铁素体、条状贝氏体及少量的多边形铁素体的混合组织。

(2)本发明埋弧焊焊接接头具有优良的低温冲击韧性及抗裂性能，焊缝区-20℃冲击功≥98J，粗晶区-20℃冲击功≥175J，细晶区-20℃冲击功≥253J，焊接接头具有较高的冲击韧性富余量。接头屈服强度≥436MPa，抗拉强度≥534MPa，延伸率20.4～23.5％。

(3)本发明的焊接技术，实现了焊接过程中无焊前预热及焊后热处理、无气保焊打底的多道次连续埋弧焊焊接，得到的焊接接头组织及力学性能优异，实现了新型桥梁用Q420qNH耐候钢中厚板结构制造过中的简单、高效、经济的焊接方式，对促进新型低碳耐候桥梁钢的推广具有重要的意义。

附图说明

图1本发明采用的埋弧焊对接接头坡口示意图。

图2本发明实施例2焊接接头焊缝区金相组织图。

图3本发明实施例2焊接接头粗晶区金相组织图。

图4本发明实施例2焊接接头焊缝区冲击断口SEM形貌图。

图5本发明实施例2焊接接头粗晶区冲击断口SEM形貌图。

具体实施方式

下述实施例1～3中，桥梁用低碳Q420qNH钢的化学成分按照重量百分比为：C：0.03～0.08％，Mn：1.2～1.5％，Si：0.1～0.3％，Al：0.01～0.04％，Cr：0.3～0.5％，Cu：0.2～0.4％，Ni：0.2～0.4％，Ti：0.01～0.03％，Nb：0.01～0.04％，Mo：0.1～0.3％，N：0.002～0.005％，其余为Fe及其它杂质元素；所述桥梁钢的生产工艺：1)按照耐候桥梁钢成分配比冶炼并连铸成钢坯；2)采用控轧控冷技术对钢坯进行轧制，轧后的钢板冷却至室温；3)对钢板进行回火处理，回火温度为530℃，保温时间为2h；

桥梁钢组织为粒状贝氏体、铁素体和少量珠光体，屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，断后伸长率≥19％，-20℃标准试样低温冲击功≥120J。

下述实施例1～3中，埋弧焊焊接所用的焊丝为实心焊丝，焊丝直径为4.0mm，符合国标TB/T 2374:TH5-550-NQIII；埋弧焊剂类型为烧结型焊剂，符合国标GB/T12470-2003。

下述实施例1～3所采用的埋弧焊对接接头坡口如图1所示。

实施例1

步骤1，开坡口：

在基板组合形式为30+30mm两板对接，单侧基板尺寸为400×200×30mm的桥梁用Q420qNH钢板上开双面V型对称坡口，坡口角度是50°，钝边是2.0mm，组对间隙1.0mm；

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：

进行埋弧焊焊接，焊接电流为570A，电压为27V，焊接速度为390mm/min，焊接线能量为23.67kJ/cm。

采用上述焊接工艺得到的焊接接头，经对其力学性能进行检测，焊接接头屈服强度为465MPa，焊接接头抗拉强度为593MPa，延伸率为20.4％。接头焊缝区-20℃冲击功为125J，粗晶区-20℃冲击功为248J，细晶区-20℃冲击功为295J，焊接接头冲击性能优异。

实施例2：

步骤1，开坡口：

在基板组合形式为45+45mm两板对接，单侧基板尺寸为400×200×45mm的桥梁用Q420qNH钢板上开双面V型对称坡口，坡口角度是50°，钝边是3.0mm，组对间隙1.3.0mm；

步骤2，预处理：

步骤3，焊接：

进行埋弧焊焊接，焊接电流为590A，焊接电压为28.5V，焊接速度为330mm/min，焊接线能量为30kJ/cm；

采用上述焊接工艺得到的焊接接头，经对其力学性能进行检测，焊接接头屈服强度为447MPa，焊接接头抗拉强度为577MPa，延伸率为21.3％。接头焊缝区-20℃冲击功为110J，粗晶区-20℃冲击功为193J，细晶区-20℃冲击功为277J，焊接接头冲击性能优异。

焊接接头焊缝区金相组织如图2所示，焊缝具有针状铁素体、多边形铁素体及少量的粒状贝氏体组织；焊接接头粗晶区金相组织如图3所示，粗晶区主要由粒状贝氏体、针状铁素体、板条贝氏体及少量的多边形铁素体的混合组织构成，既保证焊接粗晶区具有一定的硬度、拉伸强度，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SEM形貌如图4所示，焊缝为韧性断裂，断口表面存在大量的等轴韧窝，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SEM形貌如图5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：

步骤1，开坡口：

在基板组合形式为60+60mm两板对接，单侧基板尺寸为400×200×60mm的桥梁用Q420qNH钢板上开双面V型对称坡口，坡口角度是50°，钝边是4.0mm，组对间隙2.0mm；

步骤2，预处理：

步骤3，焊接：

进行埋弧焊焊接，焊接电流为630A，电压为31V，焊接速度为300mm/min，焊接线能量为39kJ/cm；

采用上述焊接工艺得到的焊接接头，经对其力学性能进行检测，焊接接头屈服强度为436MPa，焊接接头抗拉强度为534MPa，延伸率为23.5％。接头焊缝区-20℃冲击功为98J，粗晶区-20℃冲击功为175J，细晶区-20℃冲击功为253J，焊接接头冲击性能优异。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，对本领域普通技术人员而言，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应落入本发明要求的保护范围内。

Claims

1.一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法，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，坡口角度为50°，钝边为2.0～4.0mm，组对间隙为1.0～3.0mm；

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：

2.根据一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述步骤1中，基板材料为桥梁用低碳Q420qNH耐候钢，基板组合为(30～60)+(30～60)mm两板对接，单侧基板尺寸为400×200×(30～60)mm；

所述耐候钢的化学成分按照重量百分比为：C：0.03～0.08％，Mn：1.2～1.5％，Si：0.1～0.3％，Al：0.01～0.04％，Cr：0.3～0.5％，Cu：0.2～0.4％，Ni：0.2～0.4％，Ti：0.01～0.03％，Nb：0.01～0.04％，Mo：0.1～0.3％，N：0.002～0.005％，其余为Fe及其它杂质元素；

所述耐候钢的组织为粒状贝氏体、铁素体和少量珠光体，屈服强度≥420MPa，抗拉强度≥540MPa，断后伸长率≥19％，-20℃标准试样低温冲击功≥120J。

3.根据一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法，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.根据一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述步骤3中，埋弧焊焊接所用的焊丝为实心焊丝，焊丝直径为4.0mm。

5.根据一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述步骤3中，埋弧焊剂类型为烧结型焊剂。

6.根据一种桥梁用低碳Q420qNH耐候钢的埋弧焊焊接方法，其特征在于，所述方法焊接得到的焊接接头焊缝区-20℃冲击功≥98J，粗晶区-20℃冲击功≥175J，细晶区-20℃冲击功≥253J，接头屈服强度≥436MPa，抗拉强度≥534MPa，延伸率20.4～23.5％。