CN115091006A - 一种Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法，具体步骤如下：步骤1，开坡口，在基材的双对接母材开V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2.0mm；步骤2，预处理，对V型对称坡口及两侧25～30mm范围内钢板进行打磨和清洗；步骤3，焊接，采用埋弧焊焊接方法，多层多道连续焊直至焊缝填满，焊接电流为470～530A，焊接电压为29～31V，焊接速度为34～36cm.min‑1，焊接线能量为24～26kJ/cm，层间温度控制在＜150℃。本发明焊接得到的焊接接头具有有优异的力学性能及耐腐蚀性能。

Description

一种Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法
技术领域
本发明涉及钢铁材料焊接技术领域，尤其涉及一种Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法。
背景技术
目前桥梁用钢要求已经从高强度、大跨度、轻量化转变为高强韧性、良好的耐蚀性、焊接性以及抗断裂性，耐候桥梁钢因具有优异的上述性能越来越受到重视，应用越来越广泛。然而，耐候桥梁钢由于添加了铜铬镍等耐腐蚀合金元素，在显著提高耐腐蚀性能的同时会恶化焊接性能，合理解决耐腐蚀-易焊接之间的矛盾成为关键。
埋弧焊是耐候桥梁钢实际应用中的一种重要的焊接方法。耐候桥梁钢中添加耐腐蚀性元素Cu、Cr、Ni等合金元素，这提高了钢板的碳当量及冷裂纹敏感性，钢板强度会提高，焊接热影响区冲击韧性降低，这给焊接工艺的制定也带来了更大的挑战，虽然通过焊前预热及焊后热处理能够调控焊接接头的力学性能，在一定程度上减少焊接裂纹的产生概率，但这将导致生产制造成本的增加及周期的延长。通过合理的焊接工艺设计及焊接过程控制，在不需要焊前热处理及焊后热处理的情况下，获得耐候性能、力学性能尤其低温冲击韧性优异的焊接接头，同时能够满足钢结构桥梁焊接规范要求，成为Q420qENH实际工程应用中的关键技术。
中国专利CN 105252122 A公开了一种《桥梁用Q345qENH～Q420qENH级高性能耐候钢的焊接方法》，该方法适用于C:≤0.09，Mn:1.00～1.50，Si:0.15～0.50，S:≤0.010，P:≤0.020，Cr:0.20～0.70，Ni:≤0.50，Cu:0.20～0.50，Nb:≤0.06，V:≤0.80，Ti:≤0.03，Al:≥0.015，Mo≤0.015，其余量为Fe及其他微量杂质元素的桥梁钢。该文献不足之处是基材为30mm钢板对接，采用埋弧焊焊接方法热输入最大热输入为36.3KJ/cm，热输入较大，容易造成合金元素的烧损，而且采用埋弧焊得到的焊缝及热影响区(熔合线外1mm)只满足-40℃标准试样低温冲击功KV2在60～70J范围内，虽可以满足现行国家标准GB/T 714-2015《桥梁用结构钢》要求，但富裕量较小。
中国专利CN 102837105A公开了一种《桥梁用Q345qDNH耐候钢的焊接方法》，该焊接方法适用于:C:≤0.15，Mn:1.00～1.50，Si:0.15～0.50，S:≤0.010，P:≤0.025，Cr:0.40～0.70，Ni:≤0.50，Cu:0.20～0.40，Nb:≤0.045，V:0.10～0.80，Ti:≤0.025，Al:≥0.020，余量为Fe及附带的杂质元素的桥梁用Q345qDNH耐候钢。该文献不足之处一是根据现行国家标准GB/T 714-2015《桥梁用结构钢》要求，“qD”等级耐候桥梁钢-20℃标准试样低温冲击功KV2≥47J，焊接接头要求低温冲击韧性指标不低于母材标准。该文献所述的耐候桥梁钢是qD”级耐候桥梁钢，“qE”级桥梁耐候钢与“qD”级耐候桥梁钢相比较，在合金体体系设计及轧制工艺控制方面难度有一定程度的提升。二是只涉及了Q345qDNH耐候桥梁钢的焊接方法，未涉及Q420qENHH的焊接方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明一种Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法，具体步骤如下：
步骤1，开坡口
在基材的双对接母材开V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2.0mm；
步骤2，预处理
对V型对称坡口及两侧25～30mm范围内钢板进行打磨和清洗；
步骤3，焊接
采用埋弧焊焊接方法，多层多道连续焊直至焊缝填满，焊接电流为470～530A，焊接电压为29～31V，焊接速度为34～36cm.min-1，焊接线能量为24～26kJ/cm，层间温度控制在＜150℃。
进一步的，基材为Q420qENH耐候桥梁钢，基板组合为12～50mm等厚对接。
进一步的，使用600目砂纸进行打磨，使用丙酮清洗以去除铁锈和油污，保证焊接接头质量。
进一步的，焊接过程焊前不预热、焊后不进行热处理。
进一步的，埋弧焊焊接所用的焊丝为实心焊丝，焊丝牌号CHW-55NHQ3，直径4.0mm，焊剂牌号CHF105NHQ，均符合T/CWAN 0018-2020标准要求。
进一步的，所述耐候钢的化学成分百分比为：C：0.07～0.09％、Si:0.20～0.30％、Mn：1.15～1.35％、P≤0.015％、S≤0.005％、Nb：0.04～0.05％、Ti:0.011～0.020％、Cr：0.50～0.60％、Ni：0.32～0.39％、Cu：0.35～0.45％、稀土Ce:0.0004～0.0012％，余量为Fe及附带的夹杂，钢板耐候指数I≥6.5。
进一步的，焊接接头焊缝区-40℃标准试样低温冲击功KV2≥47J，熔合线-40℃标准试样低温冲击功KV2≥47J，热影响区-40℃标准试样低温冲击功KV2≥47J，焊接接头抗拉强度Rm≥540MPa，D＝3a 180°弯曲性能完好，耐腐蚀指数I≥6.5。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
(1)采用本发明焊接发明技术，埋弧焊焊接接头焊缝显微组织为先共析铁素体、针状铁素体和粒状贝氏体，热影响区粗晶区显微组织为贝氏体，细晶热影响区组织为铁素体+粒状贝氏体+少量珠光体，晶粒细小均匀。
(2)本发明埋弧焊焊接接头具有优异的低温冲击韧性及抗裂性能，焊接接头焊缝区-40℃标准试样低温冲击功KV2≥47J，熔合线-40℃标准试样低温冲击功KV2≥47J，热影响区-40℃标准试样低温冲击功KV2≥47J，焊接接头抗拉强度Rm≥540MPa，D＝3a 180°弯曲性能完好。
(3)本发明的焊接技术，实现了焊接过程无焊前预热及焊后热处理，得到焊接接头组织性能及耐腐蚀性能优异。
在无焊前预热及焊后热处理的情况下，采用适当的焊丝和焊剂，通过合理的埋弧焊焊接工艺得到各项性能优异的焊接接头，解决了Q420qENH耐候桥梁钢耐候性能与焊接性能之间的矛盾问题，对Q420qENH耐候桥梁钢的实际工程应用具有很强的指导意义。
附图说明
下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
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1焊接接头焊缝区400倍显微组织图。
图3本发明实施例1焊接接头粗晶区400倍显微组织图。
图4本发明实施例1焊接接头细晶区400倍显微组织图。
具体实施方式
以下用实施例对本发明做更详细的描述，这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
下述实施例1～2中，稀土Q420qENH耐候桥梁钢的化学成分百分比为：C：0.07～0.09％、Si:0.20～0.30％、Mn：1.15～1.35％、P≤0.015％、S≤0.005％、Nb：0.04～0.05％、Ti:0.011～0.020％、Cr：0.50～0.60％、Ni：0.32～0.39％、Cu：0.35～0.45％、稀土Ce:0.0004～0.0012％，余量为Fe及附带的夹杂，钢板耐候指数I≥6.5；所述桥梁钢的生产工艺：(1)采用低碳及低裂纹敏感性成分设计路线冶炼；(2)采用电磁搅拌和轻压下工艺连铸成钢坯；(3)采用TMCP技术，分两阶段轧制，轧后钢板空冷至室温；(4)采用回火工艺，，回火温度560～590℃，保温时间20-40分，出炉后空冷。
稀土Q420qENH耐候桥梁钢的显微组织为铁素体+珠光体组织+少量贝氏体，晶粒度11-12级，屈服强度Rel≥420MPa，抗拉强度Rm≥540MPa，断后延伸率A≥19％，-40℃标准试样冲击功≥120J。
下述实施例1～2中，埋弧焊焊接所用的焊丝为实心焊丝，焊丝牌号CHW-55NHQ3，直径4.0mm，焊剂牌号CHF105NHQ，均符合T/CWAN 0018-2020标准要求。
下述实施例1～2中所采用的埋弧焊对接接头坡口示意图如图1所示，接头焊缝、粗晶区及细晶区显微组织分别如图2、图3、图4所示。
实施例1
一种稀土Q420qENH耐候桥梁钢的埋弧焊焊接方法，具体步骤如下：
步骤1，开坡口：
在基板组合形式为20+20mm两板对接，在双对接的基材上开V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2.0mm；
步骤2，预处理：
使用600目砂纸对V型对称坡口及两侧25～30mm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：
采用埋弧焊焊接方法，多层多道连续焊直至焊缝填满，焊接电流为500A，焊接电压为29V，焊接速度为34cm.min-1，焊接线能量为24.17kJ/cm，层间温度控制在＜150℃。
采用上述埋弧焊焊接工艺得到的焊接接头，焊缝显微组织为先共析铁素体、针状铁素体和粒状贝氏体，热影响区粗晶区显微组织为贝氏体，细晶热影响区组织为铁素体、粒状贝氏体，晶粒细小均匀；焊缝区-40℃标准试样冲击功的平均值为67J，熔合线-40℃标准试样冲击功的平均值为75J，热影响区-40℃标准试样冲击功的平均值为161J，焊接接头抗拉强度Rm为599MPa，D＝3a 180°弯曲性能完好。
实施例2：
一种稀土Q420qENH耐候桥梁钢的埋弧焊焊接方法，具体步骤如下：
步骤1，开坡口：
在基板组合形式为30+30mm两板对接，在双对接的基材上开V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2.0mm；
步骤2，预处理：
使用600目砂纸对V型对称坡口及两侧25～30mm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：
采用埋弧焊焊接方法，多层多道连续焊直至焊缝填满，焊接电流为510A，焊接电压为30V，焊接速度为35cm.min-1，焊接线能量为25.31kJ/cm，层间温度控制在＜150℃。
采用上述埋弧焊焊接工艺得到的焊接接头，焊缝显微组织为先共析铁素体、针状铁素体和粒状贝氏体，热影响区粗晶区显微组织为贝氏体，细晶热影响区组织为铁素体、粒状贝氏体，晶粒细小均匀；焊缝区-40℃标准试样冲击功的平均值为59J，熔合线-40℃标准试样冲击功的平均值为83J，热影响区-40℃标准试样冲击功的平均值为172J，焊接接头抗拉强度Rm为606MPa，D＝3a 180°弯曲性能完好。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法，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V型对称坡口，坡口角度为60°，钝边为2.0mm；
步骤2，预处理
对V型对称坡口及两侧25～30mm范围内钢板进行打磨和清洗；
步骤3，焊接
采用埋弧焊焊接方法，多层多道连续焊直至焊缝填满，焊接电流为470～530A，焊接电压为29～31V，焊接速度为34～36cm.min-1，焊接线能量为24～26kJ/cm，层间温度控制在＜150℃。
2.根据权利要求1所述的Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法，其特征在于，基材为Q420qENH耐候桥梁钢，基板组合为12～50mm等厚对接。
3.根据权利要求1所述的Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法，其特征在于，使用600目砂纸进行打磨，使用丙酮清洗以去除铁锈和油污，保证焊接接头质量。
4.根据权利要求1所述的Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法，其特征在于，焊接过程焊前不预热、焊后不进行热处理。
5.根据权利要求1所述的Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法，其特征在于，埋弧焊焊接所用的焊丝为实心焊丝，焊丝牌号CHW-55NHQ3，直径4.0mm，焊剂牌号CHF105NHQ，均符合T/CWAN 0018-2020标准要求。
6.根据权利要求1所述的Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法，其特征在于，所述耐候钢的化学成分百分比为：C：0.07～0.09％、Si:0.20～0.30％、Mn：1.15～1.35％、P≤0.015％、S≤0.005％、Nb：0.04～0.05％、Ti:0.011～0.020％、Cr：0.50～0.60％、Ni：0.32～0.39％、Cu：0.35～0.45％、稀土Ce:0.0004～0.0012％，余量为Fe及附带的夹杂，钢板耐候指数I≥6.5。
7.根据权利要求1所述的Q420qENH耐候桥梁钢埋弧焊接方法，其特征在于，焊接接头焊缝区-40℃标准试样低温冲击功KV2≥47J，熔合线-40℃标准试样低温冲击功KV2≥47J，热影响区-40℃标准试样低温冲击功KV2≥47J，焊接接头抗拉强度Rm≥540MPa，D＝3a 180°弯曲性能完好，耐腐蚀指数I≥6.5。
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