CN111451656B - 一种高性能桥梁钢Q690qE板单元焊接变形控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能桥梁钢Q690qE板单元焊接变形控制方法，包括：对Q690qE高强钢进行热矫正试验，确定热矫正温度；将板肋下料后，设置预变形量，根据预变形量将板肋中间部位顶弯；将腹板两端顶升，焊接定位焊，完成预变形；将板肋焊缝两侧加热到预热温度，进行板肋与腹板的焊接；将板单元底部两端垫起，根据焊后弯曲变形量，选择配重，将配重压块放置在板肋上端中部；并加热到热矫正温度；待板肋冷却到室温后，取下配重压块，完成板单元矫正。通过设置预拱反变形量，配合小线能量焊接，减小板单元焊接变形；焊后采用施加外力约束配合板肋部位局部火焰矫正的方法，解决了该材质板单元焊接弯曲变形热矫正的难题。

Description

一种高性能桥梁钢Q690qE板单元焊接变形控制方法

技术领域

本发明属于桥梁制造技术领域，具体涉及一种高性能桥梁钢Q690qE板单元焊接变形控制方法。

背景技术

世界经济发展促进了交通运输业蓬勃发展，铁路和公路运输发展又促进了桥梁建设发展。近年来我国桥梁建设取得了巨大的成就，一大批结构新颖、科技含量高的大型桥梁使天堑变通途。桥梁用钢也从第一代Q345q发展到第六代Q500q，钢桥梁向着高速、重载、大跨度发展。为了满足江汉七桥设计的需求，首次研发了第七代桥梁钢Q690q。高强度桥梁钢板的使用是实现我国钢结构桥梁行业快速升级与跨越式发展的重要标志，是我国钢结构桥梁行业处于世界领先水平的重要指标。

武汉江汉七桥主桥为中承式钢桁系杆拱桥，主桥为跨度132+408+132m＝672m的重载公路桥。主桁两侧墩顶拱肋下弦采用Q690qE高强度梁钢。下弦腹板长度为14000mm，腹板厚度为40～48mm，长度方向设置两条板肋，板肋尺寸为36mmx350mmx14000mm，材质均为Q690qE。在钢桥制造过程中，通过累计精度管理来控制杆件变形，而最终焊接变形需通过火焰矫正来消除，达到制造公差尺寸要求。

普通材质板单元制造方法：先在胎架平铺板单元，再组装两条板肋，采用埋弧自动焊焊接，由于焊缝纵向收缩，板单元会产生弯曲变形，采用圆点加热法将板肋加热到700℃～850℃，可消除板单元弯曲变形。高性能桥梁钢Q690qE碳当量高，焊接冷裂纹敏感性强，焊前需要预热，焊后需要去氢处理，导致板单元多次受热，焊后弯曲变形量较普通材质板单元更加严重；同时由于钢板强度高，常规高温热矫正可能会导致钢板性能下降；如果采用圆点加热法进行中温热矫正，该热矫正温度产生的聚集力难以达到钢板屈服强度，较难消除板单元弯曲变形。因此，控制和修整板单元焊后弯曲变形是该桥制造的关键技术。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种高性能桥梁钢Q690qE板单元焊接变形控制方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种高性能桥梁钢Q690qE板单元焊接变形控制方法，包括：

步骤1：对Q690qE高强钢进行热矫正试验，确定热矫正温度，防止板单元热矫正温度过高，导致钢板力学性能下降；

步骤2：将Q690qE板肋门切下料后，设置预变形量，并根据预变形量将板肋中间部位向下顶弯；

步骤3：在Q690qE腹板背面操作千斤顶将板两端顶升，直至与板肋组装间隙小于1mm，然后定位焊接，完成Q690qE板单元焊接前预变形；

步骤4：通过直角式加热垫将板肋焊缝两侧加热到预热温度，进行板肋与腹板的焊接，并在焊后对焊缝进行去氢处理；

步骤5：在腹板底部两端放置垫块，使板单元两端垫起，并根据板单元焊后弯曲变形量，选择配重，并将配重压块放置在板肋的中间位置，并将板肋加热到热矫正温度；

步骤6：待板肋完全冷却到室温后，取下配重压块，完成板单元矫正。

在本发明的一个实施例中，所述热矫正温度为600～650℃。

在本发明的一个实施例中，所述预变形量为10～20mm。

在本发明的一个实施例中，步骤4中，所述预热温度为140～160℃。

在本发明的一个实施例中，步骤4中，板肋与腹板焊接时选择横位双嘴头小线能量CO₂气体保护焊从板肋中部往两端对称、同步施焊。

在本发明的一个实施例中，所述配重压块的重量为5～10吨。

在本发明的一个实施例中，步骤5中，板肋加热采用曲线加热方式，其工艺参数为：气体为天然气-氧气，加热温度为630℃～650℃，波浪形运焰速度为4～6mm/s。

在本发明的一个实施例中，小线能量CO₂气体保护焊的工艺参数为：电流：240～260A，电压：26～28V，焊接速度：280～320mm/min，气流量20～25L/min，干伸长15～18mm。

本发明的有益效果：

1、本发明确定了高性能桥梁钢Q690qE热矫正操作温度，为制定热矫正工艺奠定理论基础；

2、本发明在考虑钢材材质、结构板厚的前提下，首先通过设置预拱反变形量，配合小线能量的焊接方法，尽量减小板单元焊接变形；焊后弯曲变形再采用施加外力约束配合加劲肋部位局部火焰矫正的方法，有效的解决了Q690qE板单元焊接弯曲变形热矫正的难题；

3、本发明的工艺简单，操作可行，可用于高性能桥梁钢Q690qE板单元弯曲变形的矫正。

附图说明

图1为本发明板肋顶弯示意图；

图2为本发明板单元反变形设置示意图；

图3为本发明板单元的焊接方向及顺序示意图；

图4为图3中A-A的结构示意图；

图5为本发明板单元焊接后变形示意图；

图6为本发明板单元火焰矫正及配重示意图；

图7为图6中B-B的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本发明实施例提供了一种高性能桥梁钢Q690qE板单元焊接变形控制方法，该高性能桥梁钢Q690qE的化学成分分别如表1和表2所示。

表1 Q690qE桥梁钢母材力化学成分

表2 Q690qE桥梁钢母材力学性能要求

板厚(mm)

Rel(MPa)

Rm(MPa)

A(％)

Rel/Rm

-40℃冲击试验(Kv2)

冷弯(180°)

16～50

≥650

≥770

14

≤.0.87

≥120J

D＝3a

该方法具体包括以下步骤：

步骤1：对Q690qE高强钢进行热矫正试验，确定热矫正温度，防止板单元热矫正温度过高，导致钢板力学性能下降。

选取Q690qE桥梁钢典型板厚模拟了构件修整时采用火焰带状加热的状况，本实施例分别按600℃、650℃、700℃、800℃、900℃的温度进行控制，具体测试数据如表3所示，加热方法为带状火焰单面加热，燃气为天然气，采用红外线测温仪测量加热温度；加热范围为80～100mm×80～100mm，加热温度控制在±20℃。

Q690qE钢热矫正温度为600℃左右时，力学性能略有所降低，但仍然符合桥梁建造技术要求。热矫正温度超过700℃左右时，强度及低温冲击韧性大幅度的下降，不符合桥梁建造技术要求。而在650℃左右，即在630～670℃范围内时，Q690qE钢力学性能不会下降，且符合桥梁建造技术要求，因此，Q690qE钢的热矫正温度选用630～670℃。

表3 不同板厚和温度下得到的测试数据

温度越高，热矫正效果越好，但是力学性能会下降，本发明实施例根据实际情况，选用了合理的热矫正温度，在保证Q690qE钢板力学性能的前提下，矫正效果良好。普通钢材对热矫正温度不敏感，且钢板屈服强度低，采用常规中、高温热矫工艺均能够实现板单元弯曲变形的矫正，同时不影响钢板的力学性能。

步骤2：将Q690qE板肋门切下料后，设置预变形量，并根据预变形量将板肋中间部位向下顶弯。

采用门切精切板肋，板肋的数量为两条，板肋尺寸均为36mm×350mm×14000mm，长度方向在理论值上+2mm，然后用液压顶弯机将板肋顶弯，如图1所示，顶弯量为15mm，该顶弯量即为预变形量，其数值根据板肋的板厚和长度来进行确定。

步骤3：在Q690qE腹板背面操作千斤顶将板两端顶升，直至与板肋组装间隙小于1mm，焊接定位焊，完成Q690qE板单元焊接前预变形。

将腹板放置在组装平台上，背面操作千斤顶将腹板两端顶升，直至与板肋组装间隙小于1mm，然后定位焊接，定位焊的长度为50mm，间隔为100mm，完成板单元焊接前预变形，其中，腹板尺寸为40mm×1800mm×14000mm，如图2所示，焊前预变形能够有效抵消部分由于板肋焊后纵向收缩引起的弯曲变形，反变形量不宜过大，防止焊接引起的弯曲变形无法抵消预设反变形量，板单元出现下挠的情况，导致板单元无法进行热矫正；定位焊完成后将背面千斤顶移去，将板单元放置在平台上。

步骤4：通过直角式加热垫将板肋焊缝两侧加热到预热温度，并进行板肋与腹板的焊接，并在焊后对焊缝进行去氢处理。

采用直角式加热垫将Q690qE板肋两侧100mm范围内预热到150℃，采用药芯焊丝横位双嘴头小线能量CO₂气体保护焊焊接板肋两侧12mm角焊缝，焊接时板肋角焊缝同时、同方向从板肋中部往两端焊接，为了节省时间，可以同时对角焊接，如图3和图4所示，这样既有利于焊接应力在板肋端部释放，又能保证板肋的垂直度；焊后对焊缝进行去氢处理，采用直角式加热垫将焊缝加热到200℃，保温30min，覆盖保温棉缓冷。

进一步地，小线能量CO₂气体保护焊的工艺参数为：电流：240～260A，电压：26～28V，焊接速度：280～320mm/min，气流量20～25L/min，干伸长15～18mm。该范围内的焊接线能量较小，可以减小焊接变形量。

步骤5：在腹板底部两端放置垫块，使板单元两端垫起，并根据板单元焊后弯曲变形量，选择配重，并将配重压块放置在两条板肋上端的中间位置，使配重压块同时压住两块板肋；并将两条板肋加热到热矫正温度。

待板单元完全冷却后，如图5所示，测量板单元的弯曲变形量为18mm，然后将焊接完成后的板单元板肋朝上放置在专用地平台上，将垫块分别放置在腹板底部两端，将两端垫起；根据板单元焊后的弯曲变形量，选择在两条板肋的上端施加5吨重的配重压块，并在两条板肋沿两条长边方向，宽度为120mm的范围内采用曲线加热的方法进行热矫正，通过点温计将加热温度控制在650℃，如图6和图7所示。为了提高火焰利用率，烤嘴角度为80°，板肋两侧同时进行曲线加热进行热矫正，受热宽度大，加热速度慢，能够在不超过热矫正温度前提下，提高板厚中心受热温度，以获得更大的收缩拉应力，达到矫正效果。

由于Q690qE钢热矫正温度较低，且板肋为中厚板，钢板表面温度达到热矫正温度时，肋板厚度方向的中心温度相对较低，肋板冷却后聚集力小，施加外力能够增加火焰矫正效果。

进一步地，曲线加热的工艺参数为：气体为天然气-氧气，波浪形运焰速度为4～6mm/s；

步骤6：待板肋完全冷却到室温后，取下配重压块，完成板单元矫正。经检测，该板单元的平整度可达到标准要求。

本发明在选取了该热矫正温度后，由于钢板强度高、板单元尺寸大，焊后仅仅通过普通热矫方式加热到矫正温度无法实现板单元的变形矫正，因此采取了借助配重压块的方式最终完成了板单元的变形控制。

本发明实施例通过这种方法，可以达到以下有益效果：

1、本发明确定了高性能桥梁钢Q690qE热矫正操作温度，为制定热矫正工艺奠定理论基础；

2、本发明在考虑钢材材质、结构板厚的前提下，首先通过设置预拱反变形量，配合小线能量的焊接方法，尽量减小板单元焊接变形；焊后弯曲变形再采用施加外力约束配合加劲肋部位局部火焰矫正的方法，有效的解决了Q690qE板单元焊接弯曲变形热矫正的问题；

3、本发明的工艺简单，操作可行，可用于高性能桥梁钢Q690qE板单元弯曲变形的矫正。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高性能桥梁钢Q690qE板单元焊接变形控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：对Q690qE高强钢进行热矫正试验，确定热矫正温度，防止板单元热矫正温度过高，导致钢板力学性能下降；所述热矫正温度为630～670℃；

步骤2：将Q690qE板肋门切下料后，设置预变形量，并根据预变形量将板肋中间部位向下顶弯；所述预变形量为10～20mm；

步骤3：在Q690qE腹板背面操作千斤顶将板两端顶升，直至与板肋组装间隙小于1mm，然后定位焊接，完成Q690qE板单元焊接前预变形；

步骤4：通过直角式加热垫将板肋焊缝两侧加热到预热温度，进行板肋与腹板的焊接，并在焊后对焊缝进行去氢处理；

步骤5：在腹板底部两端放置垫块，使板单元两端垫起，并根据板单元焊后弯曲变形量，选择配重，并将配重压块放置在板肋上端中部，并将板肋加热到热矫正温度；

步骤6：待板肋完全冷却到室温后，取下配重压块，完成板单元矫正。

2.根据权利要求1所述的高性能桥梁钢Q690qE板单元焊接变形控制方法，其特征在于，步骤4中，所述预热温度为140～160℃。

3.根据权利要求1所述的高性能桥梁钢Q690qE板单元焊接变形控制方法，其特征在于，步骤4中，板肋与腹板焊接时选择横位双嘴头小线能量CO₂气体保护焊从板肋中部往两端对称、同步施焊。

4.根据权利要求1所述的高性能桥梁钢Q690qE板单元焊接变形控制方法，其特征在于，步骤5中，板肋加热采用曲线加热方式，其工艺参数为：气体为天然气-氧气，加热温度为650℃，波浪形运焰速度为4～6mm/s。

5.根据权利要求3所述的高性能桥梁钢Q690qE板单元焊接变形控制方法，其特征在于，小线能量CO₂气体保护焊的工艺参数为：电流：240～260A，电压：26～28V，焊接速度：280～320mm/min，气流量20～25L/min，干伸长15～18mm。

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