CN110076416A - 一种桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法 - Google Patents

一种桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法，其先在待焊接的两块钢板上加工单面双边V型焊接坡口，两块钢板之间形成的坡口角度为48°~52°，所述钢板材质为08Ni3DR钢；再将待焊接的钢板进行组装，组装间隙为6~20mm，然后在焊接坡口最小位置的间隙一侧设置陶瓷衬垫；先采用药芯焊丝CO2气体保护半自动焊进行打底焊接和填充焊接，再以埋弧自动焊进行盖面焊接；焊接后自然冷却至常温。该方法焊前不预热、焊后不热处理的工艺。本发明涵盖了桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法、接头型式、预热及热处理的要求，实施效果完全满足现行桥梁钢结构制造领域相关标准的技术要求。

Description

一种桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法
技术领域
本发明涉及一种焊接工艺，尤其是涉及一种桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法，属于钢铁材料焊接技术领域。
背景技术
建国以来，我国的桥梁建设事业的发展突飞猛进，新设计、新材料、新工艺广泛应用，铁路桥梁用钢、公路桥梁用钢、跨海大桥用钢成为我国桥梁用钢的主体。但普通的钢结构桥梁因其所用钢材不具有耐大气、海水腐蚀，通常都采用涂料防腐，但涂料防腐的寿命较之桥梁的服役周期较短，在整个服役周期中需要多次维护甚至全桥重新涂装，养护成本较高。
耐候钢具有一般结构钢的优质特性，耐候性为普碳钢的2～8倍，具有耐锈，使构件抗腐蚀延寿、减薄降耗，省工节能等特点，在大气中具有更优良的抗蚀性能。从整个使用期的费用来衡量，一般认为耐候钢桥相比普通钢桥的费用较低，因此，将维护费用较低的耐候钢应用在桥梁中会有很好的经济效益。耐候钢在我国桥梁建设中有所应用，但由于耐候钢桥梁不具有美观性的特点，耐候钢桥大多建造在偏远山区，或者在耐候钢的表面增加涂层防腐。在美国、日本等发达国家建造的桥梁比较广泛的裸露使用耐候钢，随着我国基础建设的不断增多，在今后耐候钢桥梁也将会是我国桥梁发展的方向。
《中国专利》公开了《一种国产08Ni3DR钢薄层多道焊焊接工艺》(申请号201110144763.X，公开号102806405A)，其公开了一种将焊接部位加工成单V型或者对称双V型坡口，采用薄层多道焊，每层焊道厚度＜3mm，焊丝直径3.2mm，焊接电流350～380A，焊接电压34～38V，焊接速度36～45cm/min，层间及道间温度控制在≤150℃，焊后进行消氢处理和整体消应力热处理，采用该工艺制造-100℃级压力容器(如低温甲醇洗主要设备H2S、CO2吸收塔)，设备焊接接头-101℃冲击功kv2≥47J，技术指标及实物水平均值高于ASME标准技术指标。该方法虽涉及坡口型式、焊接方法和焊接工艺参数等技术方案，但该方法适用于-100℃级压力容器的技术要求，与本发明针对桥梁构件选用的组合焊接方法的技术方案无实质关联。
桥梁用08Ni3DR钢是在符合国家标准GB 3531-2014中08Ni3DR钢技术要求的基础上，按照国标GB/T714-2015中Q345qD钢种力学性能的要求冶炼的，08Ni3DR钢的Ni含量为3.25～3.70，Ni是提高耐候钢耐海洋大气腐蚀性能的最重要的合金元素之一，Ni能够细化钢的晶粒，大大提高钢的低温韧性，根据环境腐蚀性能，当Ni含量达到3.5％以上时，可以用于各种大气环境，所以桥梁用08Ni3DR钢具有较强的耐海洋大气腐蚀性能。因桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢首次应用于桥梁，其焊接技术并不成熟，国内外现有的桥梁钢焊接方法对桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢不存在有针对性的、可以完全移植的技术方案，需要加以新的研究和探索。
发明内容
本发明的目的是提供一种桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法，其焊前不预热、焊后不需要进行热处理，同时，焊接后的综合性能良好。
为了实现上述发明目的，本发明提供的一种桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法，所述方法包括以下步骤：
1)在待焊接的两块厚度为16-20mm的钢板上加工单面双边V型焊接坡口，两块钢板之间形成的坡口角度为48°～52°，所述钢板材质为08Ni3DR钢；
2)将待焊接的钢板进行组装，使其坡口相向设置，坡口最小位置的间隙为6～20mm，在焊接坡口最小位置的间隙一侧设置陶瓷衬垫；
3)保持施焊环境温度为20～25℃，环境湿度为55～60％；
4)采用药芯焊丝CO2气体保护半自动焊进行打底焊接和填充焊接；
5)以埋弧自动焊进行盖面焊接；
6)焊接后自然冷却至常温。
上述组合焊接方法，其中，所述耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的化学组分及重量百分比为：C：0.036，Si：0.3，Mn：0.76，P：0.007，S：0.002，Ni：3.44，Mo：0.1，Cr：0.017，Cu：0.24，V：0.0036，Nb：0.02，其余为Fe；所述的技术条件是：桥梁用08Ni3DR钢符合GB/T714-2015标准中Q345qD钢的力学性能要求，钢板耐腐指数I＝12.0，Ceq＝0.42％，所述钢的焊接接头部位的ReL≥345MPa，Rm≥490MPa，A≥20％，当d＝2a或3a弯曲180°完好，母材、熔合线外1mm处的焊接热影响区和焊缝三区-20℃夏比冲击功≥47J，接头拉伸试验断在母材，焊缝耐腐指数≥6.0。
药芯焊丝CO2气体保护焊：采用牌号为JQ.YJ551NHY-1、直径为1.2mm的药芯焊丝；打底和填充焊道的焊接电流180～270A，焊接电源采用直流反极性接法，电弧电压24～30V，焊接速度12～19.2m/h，热输入12.3～14.6KJ/cm，道间温度75～152℃。
埋弧自动焊采用牌号为JQ.YJM500NHY、直径为4.0mm的焊丝，配合牌号为JQ.SJ101NHY的焊剂；焊剂使用前经300～350℃烘干，保温1～2h；盖面焊道采用埋弧自动焊的焊接电流580A，焊接电源采用直流反极性接法，电弧电压30V，焊接速度24～25.2m/h，热输入24.9～26.1KJ/cm，道间温度100～140℃。焊后不需要进行热处理。
上述桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢详细焊接技术方案制定的理由如下：
1.采用本发明焊接技术方案实现了板厚10～20mm的桥梁用耐海洋大气腐蚀钢08Ni3DR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工艺时焊缝仍具有较高的冲击功，工序简单、生产效率高。
2.本发明针对桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢对接接头形式采用的坡口型式、组合焊接方法和焊接参数可以改善焊缝金属的流动性、提高焊缝外观质量、焊缝内部质量、减少焊接填充量。
3.本发明针对桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢，在选用焊接材料时首先考虑焊接材料的耐腐指数(I≥6.0)，在满足耐腐性的基础上，化学成分、强度、低温韧性等指标必须与母材相匹配，因此，选用JQ.YJM500NHY埋弧焊丝配JQ.SJ101NHY焊剂、JQ.YJ551NHY-1药芯焊丝等焊接材料是桥梁用08Ni3DR钢较为理想的焊接材料。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明针对桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的化学组分及技术条件，本发明解决了焊接材料的选用，焊接工艺方法的选择，焊接工艺参数的优化，焊接工艺措施的制定，具体包括如下几个方面：1)焊前无需预热、焊后不进行热处理；2)针对该类钢种对接接头型式，提出了合理的坡口型式及组合焊接方法；3)针对该类钢种的接头型式、坡口型式、组合焊接方法及焊接接头性能要求，选用了合适的焊接材料；4)针对该类钢种的接头型式、坡口型式、组合焊接方法和焊接材料，提出了合适的焊接工艺参数；
本发明技术方案的制定依据都是建立在焊接工艺评定基础上，本发明在实施过程中，可以达到良好的耐腐性、焊接接头力学性能优良及高效焊接，实用性强。因此，本发明对促进普通桥梁钢向耐候桥梁钢升级换代具有重要意义。
附图说明
图1是本发明实施例1接头及坡口形式示意图；
图2是本发明实施例1焊道布置示意图；
图3是本发明实施例2接头及坡口形式示意图；
图4是本发明实施例2焊道布置示意图；
图中，A陶瓷衬垫，1-12为焊道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明涉及的一种桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法作进一步详细描述。
选用16mm规格的桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢，钢的化学成分和力学性能列于表1。
表1钢材化学成分和力学性能
根据桥梁结构对接接头型式，选用16mm板厚钢板进行组焊，作为实施例。
实施例1
板厚16mm+16mm的药芯焊丝CO2气体保护焊和埋弧自动焊组合焊接方式对接，两块试板尺寸为16x200x800mm。具体步骤如下：
1)在待焊接的两块钢板上加工单面双边V型焊接坡口，两块钢板之间形成的坡口角度为50°，所述钢板材质为08Ni3DR钢；08Ni3DR钢包括质量百分比如下的组分：C：0.036％，Si：0.3％，Mn：0.76％，P：0.007％，S：0.002％，Ni：3.44％，Mo：0.1％，Cr：0.017％，Cu：0.24％，V：0.0036％，Nb：0.02％，余量为Fe；
2)将待焊接的钢板进行组装，使其坡口相向设置，坡口最小位置的间隙为6mm，在焊接坡口最小位置的间隙一侧设置陶瓷衬垫A；
3)保持施焊环境温度为20～25℃，环境湿度为55～60％；
4)采用药芯焊丝CO2气体保护半自动焊进行打底焊接和填充焊接；药芯焊丝CO2气体保护焊：采用牌号为JQ.YJ551NHY-1、直径为1.2mm的药芯焊丝；打底和填充焊道的焊接电流180A，焊接电源采用直流反极性接法，电弧电压24V，焊接速度12m/h，热输入12.3～14.6KJ/cm，道间温度75℃；
5)以埋弧自动焊进行盖面焊接；埋弧自动焊采用牌号为JQ.YJM500NHY、直径为4.0mm的焊丝，配合牌号为JQ.SJ101NHY的焊剂；焊剂使用前经300～350℃烘干，保温1～2h；埋弧自动焊的焊接电流580A，焊接电源采用直流反极性接法，电弧电压30V，焊接速度24m/h，热输入24.9～26.1KJ/cm，道间温度100℃。
6)焊接后自然冷却至常温。
实施例2
板厚16mm+16mm的药芯焊丝CO2气体保护焊和埋弧自动焊组合焊接方式对接，两块试板尺寸为16x200x800mm。具体步骤如下：
1)在待焊接的两块厚度为16-20mm的钢板上加工单面双边V型焊接坡口，两块钢板之间形成的坡口角度为50°，所述钢板材质为08Ni3DR钢；08Ni3DR钢包括质量百分比如下的组分：C：0.036％，Si：0.3％，Mn：0.76％，P：0.007％，S：0.002％，Ni：3.44％，Mo：0.1％，Cr：0.017％，Cu：0.24％，V：0.0036％，Nb：0.02％，余量为Fe；
2)将待焊接的钢板进行组装，使其坡口相向设置，坡口最小位置的间隙为20mm即组装间隙20mm，在焊接坡口最小位置的间隙一侧设置陶瓷衬垫A；
3)保持施焊环境温度为20～25℃，环境湿度为55～60％；
4)采用药芯焊丝CO2气体保护半自动焊进行打底焊接和填充焊接；药芯焊丝CO2气体保护焊：采用牌号为JQ.YJ551NHY-1、直径为1.2mm的药芯焊丝；打底和填充焊道的焊接电流270A，焊接电源采用直流反极性接法，电弧电压30V，焊接速度19.2m/h，热输入12.3～14.6KJ/cm，道间温度152℃；
5)以埋弧自动焊进行盖面焊接；埋弧自动焊采用牌号为JQ.YJM500NHY、直径为4.0mm的焊丝，配合牌号为JQ.SJ101NHY的焊剂；焊剂使用前经300～350℃烘干，保温1～2h；埋弧自动焊的焊接电流580A，焊接电源采用直流反极性接法，电弧电压30V，焊接速度25.2m/h，热输入24.9～26.1KJ/cm，道间温度140℃。
6)焊接后自然冷却至常温。
针对上述板厚、接头型式和组合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，接头型式、坡口型式、焊道布置及顺序见图1～4。采用的焊接工艺参数，包括预热温度、热输入、焊接电流电压、焊速及道间温度等均列于表2。
本发明涉及的焊接材料包括：牌号为JQ.YJM500NHY、直径为4.0mm的埋弧焊丝，配合牌号为JQ.SJ101NHY的焊剂；牌号为JQ.YJ551NHY-1、直径为1.2mm的药芯焊丝。涉及的焊接设备有焊研威达埋弧自动焊直流电源ZD5-1250配MZ-1-1000型焊机；唐山松下KRⅡ500型CO2气体保护半自动焊电源。以上焊接电源均采用直流反极性接法。
表3：按本发明方法实施的技术方案及结果
本发明实施效果如下：
实施例1～2的焊接接头经外观检查及无损检测，其外观质量均满足Q/CR 9211-2015中第4.9.12的要求，内部质量满足Q/CR 9211-2015中Ⅰ级焊缝要求。另外，对接头的拉伸性能、焊缝拉伸性能、焊缝及热影响区(熔合线外1mm)-20℃夏比冲击功、接头弯曲性能及接头最高硬度进行检测，对母材材质为08Ni3DR的焊接接头均达到以下技术条件：接头及焊缝拉伸性能Rel≥345Mpa、Rm≥490Mpa、A≥20％，焊缝及热影响区(熔合线外1mm)-20℃KV2≥47J，接头侧弯180°完好，接头最高硬度小于HV10 380，满足桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的性能指标。
本发明并不局限于上述实施例，在各步骤中，其数值范围可以如下：
待焊接的两块厚度可为16-20mm，两块钢板之间形成的坡口角度可为48°～52°，例如48°或52°，组装间隙6～20mm，打底和填充焊道的焊接电流180～270A，焊接电源采用直流反极性接法，电弧电压24～30V，焊接速度12～19.2m/h，热输入12.3～14.6KJ/cm，道间温度75～152℃；以埋弧自动焊进行盖面焊接时，埋弧自动焊的焊接电流580A，焊接电源采用直流反极性接法，电弧电压30V，焊接速度24～25.2m/h，热输入24.9～26.1KJ/cm，道间温度可控制在100～140℃。

Claims (6)

1.一种桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：
1）在待焊接的两块厚度为16-20mm的钢板上加工单面双边V型焊接坡口，两块钢板之间形成的坡口角度为48°~52°，所述钢板材质为08Ni3DR钢；
2）将待焊接的钢板进行组装，使其坡口相向设置，坡口最小位置的间隙为6~20mm，在焊接坡口最小位置的间隙一侧设置陶瓷衬垫；
3）保持施焊环境温度为20~25℃，环境湿度为55~60%；
4）采用药芯焊丝CO2气体保护半自动焊进行打底焊接和填充焊接；
5）以埋弧自动焊进行盖面焊接；
6）焊接后自然冷却至常温。
2.根据权利要求1所述的桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法，其特征是：所述08Ni3DR钢包括质量百分比如下的组分： C：0.036%，Si：0.3%，Mn：0.76%，P：0.007%，S：0.002%，Ni：3.44%， Mo：0.1%，Cr：0.017%，Cu：0.24%，V ：0.0036%，Nb：0.02%，余量为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法，其特征是：所述步骤4）中药芯焊丝CO2气体保护焊：采用牌号为JQ.YJ551NHY-1、直径为1.2mm的药芯焊丝。
4.根据权利要求3所述的桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法，其特征是：打底和填充焊道的焊接电流180～270A，焊接电源采用直流反极性接法，电弧电压24～30V，焊接速度12～19.2m/h，热输入12.3～14.6KJ/cm，道间温度75～152℃。
5.根据权利要求1或2所述的桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法，其特征是：所述步骤5）中埋弧自动焊采用牌号为JQ.YJM500NHY、直径为4.0mm的焊丝，配合牌号为JQ.SJ101NHY的焊剂；焊剂使用前经300~350℃烘干，保温1~2h。
6.根据权利要求5所述的桥梁用耐海洋大气腐蚀08Ni3DR钢的组合焊接方法，其特征是：盖面焊道采用埋弧自动焊的焊接电流580A，焊接电源采用直流反极性接法，电弧电压30V，焊接速度24～25.2m/h，热输入24.9～26.1KJ/cm，道间温度100～140℃。
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