CN112620889A - 一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法 - Google Patents

一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，包括：一，将坡口两侧打磨和清洗，去除氧化铁皮和铁屑；二，将接头处钢板预热；三，采用药芯焊丝富氩气体保护焊工艺进行打底层焊接；四，采用药芯焊丝富氩气体保护焊工艺进行多层多道连续施焊，并控制层间温度温度；五，碳弧气刨清焊根；六，采用药芯焊丝富氩气体保护焊工艺进行第二侧多层多道连续施焊；七，采用保温棉覆盖焊缝进行保温缓冷。本发明采用富氩气体保护下的多层多道焊并在第二侧焊接时对第一侧焊接的根部进行气刨清焊根处理，保障了焊接的强度。

Description

一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法
技术领域
本发明涉及桥梁施工技术领域，尤其涉及一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法。
背景技术
随着交通运输的快速发展，桥梁架设也越来越普遍。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。耐候钢自身具有耐腐蚀的优势，可大大降低钢板的后期涂装和维护费用。
如某省某号桥工程采用的Q500qDNH高强度耐候钢。该钢中加入了Cu、Cr、Ni等金属元素后具有了优异的力学性能和耐腐蚀性能。Cu和Cr元素的加入对合金耐腐性能有明显的提高作用，能使钢材表面形成致密且附着力很强的保护膜，阻碍锈蚀向金属基层继续扩散和发展，保护锈层下面的基层，减缓其腐蚀速度，大大提高了钢材的耐大气腐蚀能力。因此该钢种具有裸露使用，抗蚀防腐，不需涂装，省工降耗的特点。
从Q500qDNH高强度耐候钢的Ceq为0.467%，Pcm为0.20%,可以看出Q500qDNH高强度耐候钢的碳当量较高，焊接性较差，焊接热影响区存在一定的淬硬和冷裂倾向。因此急需一种Q500qDNH钢的焊接方法。
发明内容
本发明通过提供一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，从焊接材料的选择、焊接方法的设计及焊接工艺参数的确定等各方面控制，为产品的焊接生产做好技术准备，使得焊接接头的力学性能满足设计和标准要求。
本发明实施例提供了一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，包括以下步骤：
(1)母材力学性能：桥梁专用耐候钢Q500qDNH的抗拉强度Rm≥630MPa，屈服强度Rel≥500MPa，延伸率A≥18％，-40℃冲击功≥120J；
(2)接头形式：桥梁专用耐候钢Q500qDNH接头处的板厚为45mm-55mm，接头坡口形式为：直拼对接坡口采用不对称X坡口，坡口角度为45°～60°，T型对接坡口采用K型坡口，坡口角度为30°～40°；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：含Ni的药芯焊丝的抗拉强度Rm≥630MPa，屈服强度Rel≥500MPa，延伸率A≥20％，-40℃冲击功≥60J；
(4)焊接方法：
第一步，将坡口两侧50mm范围内钢板进行打磨和清洗，去除氧化铁皮和铁屑，对坡口两侧表面铁锈和油污清除干净；
第二步，将接头处钢板预热到80℃～120℃；
第三步，采用药芯焊丝富氩气体保护焊工艺进行打底层焊接，焊接线能量为8～18KJ/cm；
第四步，采用药芯焊丝富氩气体保护焊工艺进行第一侧多层多道连续施焊，并控制层间温度在110℃到130℃范围内，层间熔敷金属厚度2mm-3mm；
第五步，第一侧焊接完成后至第二侧，在第二侧的坡口根部进行碳弧气刨清焊根，清理时仔细清除残余的碳屑粒，以免碳屑粒进入熔池，增加焊缝含碳量；
第六步，采用药芯焊丝富氩气体保护焊工艺进行第二侧多层多道连续施焊，并控制层间温度在110℃到130℃范围内，层间熔敷金属厚度2mm-3mm；
第七步，采用保温棉覆盖焊缝进行保温缓冷，降低焊接接头的冷却速度。
优选的，所述桥梁专用耐候钢Q500qDNH的化学成分按照重量百分比为：C：≤0.11％，Si：0.15 ～0.5％，Mn：1.1～1.5％，Nb：0.01～0.1％，V：0.01～0.1％，Ti：0.006～0.03％，Cr：0.45～0.7％，Ni：0.3～0.4％，Cu：0.25～0.55％，Mo：≤0.2％，N：≤0.008％，Al：0.015～0.05％，其余为Fe及其它杂质元素。
优选的，所述焊接方法第三步中的富氩气体为氩气和二氧化碳的混合气体，其中，氩气体积百分比为75～85%，二氧化碳体积百分比为15～25%。
优选的，所述氩气体积百分比为80%，二氧化碳体积百分比为20%。
优选的，所述直拼对接坡口采用不对称X坡口时，第一侧坡口深度为整个板厚的55～65％。
更优的，所述第五步在第二侧的坡口根部进行碳弧气刨清焊根时，碳弧气刨清焊根的深度为整个板厚的15～25％。
优选的，所述T型对接坡口采用K型坡口时，第一侧坡口深度为整个板厚的50～60％。
更优的，所述第五步在第二侧的坡口根部进行碳弧气刨清焊根时，碳弧气刨清焊根的深度为整个板厚的10～15％。
优选的，所述药芯焊丝包括焊丝YCJ651Ni-QL。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过选用与Q500qDNH高强度耐候钢机械性能相应强度等级的焊接材料，选择Ni含量高的YCJ651Ni-QL药芯焊丝，Ni含量高时的低温冲击韧性有良好表现，Ni能提高钢的强度而又保持良好的塑性和韧性，对酸碱具有较好的耐腐蚀能力，因此焊缝处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母材强度。
2.本发明在焊接时，再配富氩气体保护，为防止产生裂纹，坡口必须经砂轮打磨，为了降低焊接接头的冷却速度，减少淬硬倾向，防止生成裂纹，需按要求进行预热，为提高焊接接头的冲击韧性，焊接时选用较小的焊接线能量，因此焊缝熔合良好，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。
3.本发明在焊接时，选用多层多道焊严格控制层间温度以达到与预热相同的目的。多层焊接可以提高焊接质量，是因为后层焊缝对前层焊缝有热处理作用，进行了一次正火处理，二次改善了内部组织。因此多层焊焊缝金属的力学性能比单层焊要好。
4.本发明在第二侧进行碳弧气刨时，要求仔细清除残余的碳屑粒，以免其进入熔池，增加焊缝含碳量，增加焊缝的淬硬倾向，引起裂纹，碳弧气刨时将第二侧的坡口根部进行深度清理，清理时切入第一侧已经焊接过的坡口根部，由于最初焊接时焊接质量并不是很稳定，因此清理掉第一侧坡口根部的最初的焊缝焊接层，然后在第二侧重新进行焊接填充，保证了第一侧坡口根部初焊部分的稳定性，进一步提高焊接处的焊接强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法的直拼对接坡口焊接示意图；
图2为T型对接坡口焊接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
本发明实施例提供了一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，包括以下步骤：
(1)母材力学性能：桥梁专用耐候钢Q500qDNH的抗拉强度Rm≥630MPa，屈服强度Rel≥500MPa，延伸率A≥18％，-40℃冲击功≥120J；
(2)接头形式：桥梁专用耐候钢Q500qDNH接头处的板厚为45mm-55mm，接头坡口形式为：直拼对接坡口采用不对称X坡口，坡口角度为45°～60°，T型对接坡口采用K型坡口，坡口角度为30°～40°；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：含Ni的药芯焊丝的抗拉强度Rm≥630MPa，屈服强度Rel≥500MPa，延伸率A≥20％，-40℃冲击功≥60J；
(4)焊接方法：
第一步，将坡口两侧50mm范围内钢板进行打磨和清洗，去除氧化铁皮和铁屑，对坡口两侧表面铁锈和油污清除干净；
第二步，将接头处钢板预热到80℃～120℃；
第三步，采用药芯焊丝富氩气体保护焊工艺进行打底层焊接，焊接线能量为8～18KJ/cm；
第四步，采用药芯焊丝富氩气体保护焊工艺进行第一侧多层多道连续施焊，并控制层间温度在110℃到130℃范围内，层间熔敷金属厚度2mm-3mm；
第五步，第一侧焊接完成后至第二侧，在第二侧的坡口根部进行碳弧气刨清焊根，清理时仔细清除残余的碳屑粒，以免碳屑粒进入熔池，增加焊缝含碳量；
第六步，采用药芯焊丝富氩气体保护焊工艺进行第二侧多层多道连续施焊，并控制层间温度在110℃到130℃范围内，层间熔敷金属厚度2mm-3mm；
第七步，采用保温棉覆盖焊缝进行保温缓冷，降低焊接接头的冷却速度。
进一步的，所述桥梁专用耐候钢Q500qDNH的化学成分按照重量百分比为：C：≤0.11％，Si：0.15 ～0.5％，Mn：1.1～1.5％，Nb：0.01～0.1％，V：0.01～0.1％，Ti：0.006～0.03％，Cr：0.45～0.7％，Ni：0.3～0.4％，Cu：0.25～0.55％，Mo：≤0.2％，N：≤0.008％，Al：0.015～0.05％，其余为Fe及其它杂质元素。
进一步的，所述焊接方法第三步中的富氩气体为氩气和二氧化碳的混合气体，其中，氩气体积百分比为75～85%，二氧化碳体积百分比为15～25%。
进一步的，所述氩气体积百分比为80%，二氧化碳体积百分比为20%。
进一步的，所述直拼对接坡口采用不对称X坡口时，第一侧坡口深度为整个板厚的55～65％。
更进一步的，所述第五步在第二侧的坡口根部进行碳弧气刨清焊根时，碳弧气刨清焊根的深度为整个板厚的15～25％。
进一步的，所述T型对接坡口采用K型坡口时，第一侧坡口深度为整个板厚的50～60％。
更进一步的，所述第五步在第二侧的坡口根部进行碳弧气刨清焊根时，碳弧气刨清焊根的深度为整个板厚的10～15％。
进一步的，所述药芯焊丝包括焊丝YCJ651Ni-QL。
实施例
本实施例中,首先，对Q500qDNH高强度耐候钢母材的化学成分和机械性能进行试验，并与要求值进行对比，均符合标准规范要求。其次是对该钢种的焊接性分析，碳当量（Ceq）是衡量钢材焊接性能好坏的重要指标，一般认为钢材的Ceq≤0.46%时，其焊接性能较好。该钢的含碳量≤0.12%。亦可采用焊接裂纹敏感指数（Pcm），代替碳当量评估该钢材的可焊性。一般认为Pcm≤0.23%时其焊接性能较好。根据计算得出Q500qDNH高强度耐候钢的Ceq为0.467%，Pcm为0.20%,可以看出Q500qDNH高强度耐候钢的碳当量较高，焊接性较差，焊接热影响区存在一定的淬硬和冷裂倾向。但其焊接裂纹敏感指数Pcm≤0.23%，该钢能表现出较好的抗裂性能。
通过焊接性能分析及以往经验，我们选用与Q500qDNH高强度耐候钢机械性能相应强度等级的焊接材料，且选择Ni含量高的YCJ651Ni-QL药芯焊丝，Ni含量高时的低温冲击韧性有良好表现，Ni能提高钢的强度而又保持良好的塑性和韧性，对酸碱具有较好的耐腐蚀能力。
焊接时，再配富氩气体（80%Ar+20%CO2）保护，为防止产生裂纹，坡口必须经砂轮打磨；为了降低焊接接头的冷却速度，减少淬硬倾向，防止生成裂纹，需按要求进行预热。对于Q500qDNH高强度耐候钢，为达到以上效果需要对其进行预热，而不是增大线能量；为提高焊接接头的冲击韧性，焊接时选用较小的焊接线能量，即较小的焊接电流。在保证焊接质量的前提下快速焊焊丝不宜横向摆动，横向摆动时，在熔池边缘的液态金属温度较低，流动性较差，在液态停留时间短，熔化的母材与填充金属不会很好的熔合，越靠近熔合线母材所占比例越大，此时会形成与焊缝金属内部成分不同的过渡层，过渡层会显著降低焊接接头韧性，是焊接接头的薄弱环节。因此，我们选用多层多道焊，严格控制层间温度以达到与预热相同的目的。多层焊接可以提高焊接质量，是因为后层焊缝对前层焊缝有热处理作用，进行了一次正火处理，二次改善了内部组织。因此多层焊焊缝金属的力学性能比单层焊要好。并且在焊接完第一侧转至第二侧时进行碳弧气刨，必须仔细清除残余的碳屑粒，以免其进入熔池，增加焊缝含碳量，增加焊缝的淬硬倾向，引起裂纹，碳弧气刨时对第一侧焊接的根部进行碳弧气刨清焊根，清除第一侧初焊时焊接质量不稳定的部分，然后在第二侧重新进行焊接填充，然后仍然采用多层多道焊填满整个坡口。
由于Q500qDNH高强度耐候钢特殊的工艺性能，我们也做了相应的焊接试验，并按要求做了拉伸、弯曲、冲击试验、又对焊接接头母材，热影响区，焊缝区，熔合线进行硬度试验，均符合标准规范要求。
Q500qDNH高强度耐候钢母材及焊接接头均要有耐大气腐蚀性，我们依据ASTMG101-04美国标准《低合金钢耐大气腐蚀性评估导则》给出的大气腐蚀指数公式计算后，所用钢板Q500qDNH及焊丝YCJ651Ni-QL均有耐候性能。
通过对使用的Q500qDNH高强度耐候钢及焊丝化学成分、耐大气腐蚀、机械性能分析，并进行焊接工艺试验后，所用焊丝和Q500qDNH材料是有良好的成分、性能匹配性。因此确定了合理的工艺参数，并成功用于产品的焊接生产。
综上所述，本发明一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，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；本发明焊缝处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母材强度，因此本发明拥有广泛的应用前景。
本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)母材力学性能：桥梁专用耐候钢Q500qDNH的抗拉强度Rm≥630MPa，屈服强度Rel≥500MPa，延伸率A≥18％，-40℃冲击功≥120J；
(2)接头形式：桥梁专用耐候钢Q500qDNH接头处的板厚为45mm-55mm，接头坡口形式为：直拼对接坡口采用不对称X坡口，坡口角度为45°～60°；T型对接坡口采用K型坡口，坡口角度为30°～40°；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：含Ni的药芯焊丝的抗拉强度Rm≥630MPa，屈服强度Rel≥500MPa，延伸率A≥20％，-40℃冲击功≥60J；
(4)焊接方法：
第一步，将坡口两侧50mm范围内钢板进行打磨和清洗，去除氧化铁皮和铁屑，对坡口两侧表面铁锈和油污清除干净；
第二步，将接头处钢板预热到80℃～120℃；
第三步，采用药芯焊丝富氩气体保护焊工艺进行打底层焊接，焊接线能量为8～18KJ/cm；
第四步，采用药芯焊丝富氩气体保护焊工艺进行第一侧多层多道连续施焊，并控制层间温度在110℃到130℃范围内，层间熔敷金属厚度2mm-3mm；
第五步，第一侧焊接完成后至第二侧，在第二侧的坡口根部进行碳弧气刨清焊根，清理时仔细清除残余的碳屑粒，以免碳屑粒进入熔池，增加焊缝含碳量；
第六步，采用药芯焊丝富氩气体保护焊工艺进行第二侧多层多道连续施焊，并控制层间温度在110℃到130℃范围内，层间熔敷金属厚度2mm-3mm；
第七步，采用保温棉覆盖焊缝进行保温缓冷，降低焊接接头的冷却速度。
2.根据权利要求1所述的一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，其特征在于，所述桥梁专用耐候钢Q500qDNH的化学成分按照重量百分比为：C：≤0.11％，Si：0.15 ～0.5％，Mn：1.1～1.5％，Nb：0.01～0.1％，V：0.01～0.1％，Ti：0.006～ 0.03％，Cr：0.45～0.7％，Ni：0.3～0.4％，Cu：0.25～0.55％，Mo：≤0.2％，N：≤0.008％，Al：0.015～0.05％，其余为Fe及其它杂质元素。
3.根据权利要求1所述的一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，其特征在于，所述焊接方法第三步中的富氩气体为氩气和二氧化碳的混合气体，其中，氩气体积百分比为75～85%，二氧化碳体积百分比为15～25%。
4.根据权利要求3所述的一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，其特征在于，所述氩气体积百分比为80%，二氧化碳体积百分比为20%。
5.根据权利要求1所述的一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，其特征在于，所述直拼对接坡口采用不对称X坡口时，第一侧坡口深度为整个板厚的55～65％。
6.根据权利要求5所述的一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，其特征在于，所述第五步在第二侧的坡口根部进行碳弧气刨清焊根时，碳弧气刨清焊根的深度为整个板厚的15～25％。
7.根据权利要求1所述的一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，其特征在于，所述T型对接坡口采用K型坡口时，第一侧坡口深度为整个板厚的50～60％。
8.根据权利要求7所述的一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，其特征在于，所述第五步在第二侧的坡口根部进行碳弧气刨清焊根时，碳弧气刨清焊根的深度为整个板厚的10～15％。
9.根据权利要求1所述的一种屈服强度500MPa的桥梁专用耐候钢Q500qDNH焊接方法，其特征在于，所述药芯焊丝包括焊丝YCJ651Ni-QL。
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