CN110802312A - 一种Q370qD和Q500qE桥梁钢平位对接接头焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种Q370qD与Q500qE桥梁钢平位对接接头焊接方法，其接头形式为V型坡口；匹配焊丝为实心焊丝和药芯焊丝；焊接方法采用实心焊丝富氩气体保护焊打底，药芯焊丝CO₂气体保护焊填充盖面的复合焊接方法。本发明选择力学性能与Q500qE桥梁钢的力学性能相当，且化学成分匹配的实心焊丝和药芯焊丝，组合多层多道连续焊接Q370qD和Q500qE对接接头，不但焊缝各项力学性能满足标准和设计要求，同时焊缝和热影响区的强度均高于Q370qE母材强度，焊缝接头拉伸断裂位置为低材质Q370qD母材侧，未在对接接头应力集中点和焊缝薄弱位置断裂，用于桥梁工程Q370qD和Q500qE异种对接接头上具有较好的安全性。

Description

一种Q370qD和Q500qE桥梁钢平位对接接头焊接方法

技术领域

本发明涉及一种异种桥梁钢对接接头的焊接方法，属于钢桥梁制造领域，具体为一种Q370qD与Q500qE桥梁钢平位对接接头焊接方法。

背景技术

随着铁路和公路桥梁的建设规模不断扩大，技术水平不断提高，桥梁的功能、结构和建造技术向适应高速、重载、大跨度、整体性好、安全性高、采用全焊接节点钢结构的方向发展。国内部分钢桁梁受力较大的构件已采用了420Mpa、500Mpa等高强度桥梁钢，桥梁钢正在向高强度、高性能方向发展。

武汉江汉七桥为全长为672m，双向6车道的重载公路桥，拱肋下弦采用Q370qD、Q500qE及Q690qE三种桥梁钢，钢梁采用栓焊结合的方式进行连接。桥位架设拱肋下弦杆焊接连接时存在Q370qD和Q500qE异种桥梁钢对接接头。由于Q370qD和Q500qE两种桥梁钢强度差异大，在焊接时极易导致偏弧现象，焊缝成形差，焊后在焊缝表面易产生微裂纹等现象，从而对异种钢的焊接质量产生影响。加之桥位连接时往往会出现非常规焊接间隙，无论是焊材匹配，还是焊接工艺选择上，均具有极大的难度。目前暂无类似异种材质焊接经验可以借鉴。

发明内容

本发明提供一种Q370qD与Q500qE桥梁钢平位对接接头焊接方法，从焊接材料的选择、焊接坡口的设计及焊接工艺参数的确定等各方面控制，对Q370qD和Q500qE异种桥梁钢对接接头进行焊接，使得焊接接头的力学性能满足设计和标准要求。

为了达到以上目的，本发明采用技术方案包括：

(1)母材力学性能：Q370qD桥梁钢的抗拉强度Rm≥415MPa，屈服强度Rel≥530MPa，延伸率A≥25％，Kv2(-20℃)冲击功≥260J；Q500qE桥梁钢的抗拉强度Rm≥645MPa，屈服强度Rel≥550MPa，延伸率A≥23％，Kv2(-40℃)冲击功≥140J；

(2)接头形式：接头处Q370qD与Q500qE桥梁钢的板厚均为21-41mm，接头坡口形式为V型坡口，坡口角度为35°～38°，根部间隙为6mm-30mm，且坡口角度随根部间隙的增大而减小；

(3)匹配焊丝：实心焊丝的抗拉强度Rm≥600MPa，屈服强度Rel≥700MPa，延伸率A≥20％，Kv2(-40℃)冲击功≥90J；药芯焊丝的抗拉强度Rm≥600MPa，屈服强度Rel≥700MPa，延伸率A≥20％，Kv2(-40℃)冲击功≥70J；

(4)焊接方法：

第一步，将坡口两侧30mm范围打磨，露出金属光泽；

第二步，在坡口背面粘贴陶质垫块；

第三步，采用电磁感应加热垫将接头处钢板预热到60℃～80℃；

第四步，采用实心焊丝富氩气体保护焊工艺进行打底层焊接；

第五步，采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊工艺进行填充和盖面焊接；

第六步，采用保温棉覆盖焊缝进行保温缓冷。

所述实心焊丝的型号为ER69-G，直径为1.2mm；所述打底层焊接工艺为：保护气体为80％Ar+20％CO2，保护气体流量为25～28L/min，电源直流反接，焊接电流190～210A，焊接电压22～24V，焊速70～150mm/min，焊丝干伸长18mm，焊接线能量为16.7～43.2KJ/cm。

所述药芯焊丝的型号为E621T1-GC，直径为1.2mm；所述填充和盖面焊接工艺为：CO2保护气体流量为20～25L/min，电源直流反接，焊接电流250～270A，焊接电压27～29V，焊速280～320mm/min，焊丝干伸长18mm，焊接线能量为12.6～16.8KJ/cm，层间温度为140℃～170℃。

本发明具有如下优点和效果：

1、本发明采用实心焊丝富氩气体保护焊打底，药芯焊丝CO₂气体保护焊填充盖面的复合焊接方法，选择力学性能与Q500qE桥梁钢的力学性能相当，且化学成分匹配的实心焊丝和药芯焊丝，组合多层多道连续焊接Q370qD和Q500qE对接接头，不但焊缝各项力学性能满足标准和设计要求，同时焊缝和热影响区的强度均高于Q370qE母材强度，焊缝接头拉伸断裂位置为低材质Q370qD母材侧，未在对接接头应力集中点和焊缝薄弱位置断裂，用于桥梁工程Q370qD和Q500qE异种对接接头上具有较好的安全性。

2、本发明复合焊焊接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、本发明焊接工艺操作简便，焊缝熔合良好，无裂纹、气孔、夹杂、夹渣等焊接缺陷，焊缝外观成形良好，焊缝过渡匀顺。完全适用江汉七桥桥位架设拱肋下弦杆Q370qD和Q500qE异种桥梁钢不同间隙平位对接焊缝的焊接。

4、本发明焊接接头形式采用对接接头，考虑到桥梁实际架设时焊接空间限制，将坡口形式设计为V型坡口，采用单面焊双面成型焊接工艺；特别是由于桥梁架设过程中焊接理论间隙难以控制，往往存在大间隙，为了减少焊缝熔敷金属填充量，防止焊接变形，坡口角度设计较小为35°～38°，同时坡口角度随根部间隙的增大而减小。

5、异种材质Q370qD+Q500qE对接板厚为中厚板，且钢材添加大量的合金元素，碳当量较高，焊接前采用加热速度快且均匀的电磁感应加热垫将钢板自焊缝逐渐向两侧预热到60℃～80℃，以防止焊缝及热影响区产生淬硬组织，导致焊后裂纹的产生。

6、平位对接打底焊道，线能量小焊道较薄，焊接后易产生裂纹，因此采用抗裂性较好的实心焊丝焊接打底焊道。

7、采用富氩气体能减少合金元素的烧损，保证焊缝力学性能。富氩气体保护焊时，气流量应控制在25～28L/min，防止空气的中N₂和O₂进入熔池中，影响焊缝质量。

8、填充和盖面层焊道，采用焊接工艺性好，焊缝成型美观的药芯焊丝进行焊接，焊接时采用摆动焊接的方法，多层多道焊接，并控制焊接层间温度140℃～170℃，以保证焊缝及热影响区的力学性能。

附图说明

图1是6mm根部间隙对接处坡口结构示意图(实施例1)，

图2是6mm根部间隙焊缝处焊道熔敷示意图(实施例1)，

图3是20mm根部间隙对接处坡口结构示意图(实施例2)，

图4是20mm根部间隙焊缝处焊道熔敷示意图(实施例2)，

图5是30mm根部间隙对接处坡口结构示意图(实施例3)，

图6是30mm根部间隙焊缝处焊道熔敷示意图(实施例3)。

具体实施方式

下面结合附图1-6和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

一种Q370qD与Q500qE桥梁钢平位对接接头焊接方法，其接头形式为：接头处Q370qD与Q500qE桥梁钢的板厚均为21-41mm，接头坡口形式为V型坡口，坡口角度为35°～38°，根部间隙为6mm-30mm，且坡口角度随根部间隙的增大而减小；

本发明采用实心焊丝富氩气体保护焊打底，药芯焊丝CO₂气体保护焊填充盖面的复合焊接方法，选择力学性能与Q500qE桥梁钢的力学性能相当，且化学成分匹配的实心焊丝和药芯焊丝，通过多层多道连续焊接Q370qD和Q500qE对接接头，具体焊接步骤如下：

第一步，将坡口两侧30mm范围打磨，露出金属光泽；

第二步，在坡口背面粘贴陶质垫块；

第三步，采用电磁感应加热垫将接头处钢板预热到60℃～80℃；

第四步，采用实心焊丝富氩气体保护焊工艺进行打底层焊接；

第五步，采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊工艺进行填充和盖面焊接；

第六步，采用保温棉覆盖焊缝进行保温缓冷。

所述Q370qD和Q500qE高强度桥梁钢化学成分见下表：

所述Q370qD和Q500qE高强度桥梁钢力学性能见下表：

所述实心焊丝和药芯焊丝化学成分和力学性能见下表：

在具体实施例1-3中，采用板厚为32mm的Q370qD与板厚为44mm的Q500qE桥梁钢做试板进行等厚焊接，接头厚度为32mm，其中，实施例1根部间隙为6mm，坡口角度为38°；实施例2根部间隙为20mm，坡口角度为36°；实施例3根部间隙为30mm，坡口角度为35°。

所述实施例的焊接工艺参数见下表：

上表中：打底焊焊接材料为ER69-G(Φ1.2mm)，保护气体体积比为80％Ar+20％CO2，直流反接，焊接设备为奥泰KRⅡ500型焊机；填充及盖面焊接材料为E621T1-GC(Φ1.2mm)，保护气体为CO2，直流反接，焊接设备为奥泰KRⅡ500型焊机。

所述实施例力学性能见下表：

上表中：32(370qD)+44(500qE)复合焊平位对接具体指Q370qD钢板板厚为32mm，Q500qE钢板板厚为44mm，试验钢板的尺寸为200mmx600mm，焊缝坡口型式及焊道熔敷示意图，见附图1～6。

本发明采用复合焊的焊接方法对Q370qD和Q500qE桥梁钢平位对接接头进行焊接，焊缝熔合良好，无裂纹、气孔、夹杂、夹渣等焊接缺陷，焊缝外观成形良好，焊缝过渡匀顺，焊缝外观成型良好。焊接接头的抗拉强度Rm≥610MPa，且均断于低材质Q370qD母材侧，焊缝抗拉强度Rm≥580MPa，接头冷弯d＝3a，180°合格，焊缝中心冲击功-20℃KV2≥100J，Q370qD热影响区(线外1mm)冲击功-40℃KV2≥110J，Q500qE热影响区(线外1mm)-40℃KV2≥90J。焊缝具有良好的强韧匹配及综合的力学性能，接头三区具有较高的冲击韧性储备和安全富裕度。

本发明焊缝和热影响区的强度均高于Q370qE母材强度，焊缝接头拉伸断裂位置为低材质Q370qD母材侧，未在对接接头应力集中点和焊缝薄弱位置断裂，用于桥梁工程Q370qD和Q500qE异种对接接头上具有较好的安全性。

本发明可用于武汉江汉七桥示范性工程桥位拱下弦Q370qD和Q500qE异种桥梁钢平位对接接头的焊接，进一步提高我国桥梁建设技术水平，具有重大经济效益及社会效益。

Claims (3)

1.一种Q370qD与Q500qE桥梁钢平位对接接头焊接方法，其特征在于所述方法包括：

(1)母材力学性能：Q370qD桥梁钢的抗拉强度Rm≥415MPa，屈服强度Rel≥530MPa，延伸率A≥25％，-20℃Kv2冲击功≥260J；Q500qE桥梁钢的抗拉强度Rm≥645MPa，屈服强度Rel≥550MPa，延伸率A≥23％，-40℃Kv2冲击功≥140J；

(2)接头形式：接头处Q370qD与Q500qE桥梁钢的板厚均为21-41mm，接头坡口形式为V型坡口，坡口角度为35°～38°，根部间隙为6mm-30mm，且坡口角度随根部间隙的增大而减小；

(3)匹配焊丝：实心焊丝的抗拉强度Rm≥600MPa，屈服强度Rel≥700MPa，延伸率A≥20％，-40℃Kv2冲击功≥90J；药芯焊丝的抗拉强度Rm≥600MPa，屈服强度Rel≥700MPa，延伸率A≥20％，-40℃Kv2冲击功≥70J；

(4)焊接方法：

第一步，将坡口两侧30mm范围打磨，露出金属光泽；

第二步，在坡口背面粘贴陶质垫块；

第三步，采用电磁感应加热垫将接头处钢板预热到60℃～80℃；

第四步，采用实心焊丝富氩气体保护焊工艺进行打底层焊接；

第五步，采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊工艺进行填充和盖面焊接；

第六步，采用保温棉覆盖焊缝进行保温缓冷。

2.根据权利要求1所述的一种Q370qD与Q500qE桥梁钢平位对接接头焊接方法，其特征在于：所述实心焊丝的型号为ER69-G，直径为1.2mm；所述打底层焊接工艺为：保护气体为80％Ar+20％CO2，保护气体流量为25～28L/min，电源直流反接，焊接电流190～210A，焊接电压22～24V，焊速70～150mm/min，焊丝干伸长18mm，焊接线能量为16.7～43.2KJ/cm。

3.根据权利要求1所述的一种Q370qD与Q500qE桥梁钢平位对接接头焊接方法，其特征在于：所述药芯焊丝的型号为E621T1-GC，直径为1.2mm；所述填充和盖面焊接工艺为：CO2保护气体流量为20～25L/min，电源直流反接，焊接电流250～270A，焊接电压27～29V，焊速280～320mm/min，焊丝干伸长18mm，焊接线能量为12.6～16.8KJ/cm，层间温度为140℃～170℃。

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