CN106956064A - 一种钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法 - Google Patents

一种钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法 Download PDF

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Abstract

一种钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法，所述Q420qENH免涂装耐候钢的耐大气腐蚀指数I≥6.5，焊接敏感指数Pcm≤0.23，且其焊接接头形式为对接焊缝时，采用实心焊丝气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面组合焊接工艺；焊接接头形式为T型熔透角焊缝时，采用药芯焊丝气体保护焊接工艺；焊接接头形式为桥面板单面焊双面成型接头焊缝时，采用实心焊丝气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面组合焊接工艺。本发明所述焊丝的耐大气腐蚀指数I≥6.5，熔敷金属相对腐蚀率≤8％，保证了焊缝与钢板成分匹配，解决了免涂装耐候钢焊缝的耐候性能，为推广应用免涂装耐候钢桥解决了技术瓶颈。

Description

一种钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法。
背景技术
近年来，耐候钢因其具有优越的耐大气腐蚀性能，在钢桥梁上应用越来越广泛，但实际应用中虽然全桥钢材采用了耐候钢，但成桥后又均采用了重防腐涂装体系，没有发挥耐候钢的优势。主要原因在于耐候钢的连接焊缝采用的焊材依然按照普通桥梁钢的焊材指标(ReL、Rm、A、AKv)进行选择，没有考虑焊缝部位的耐腐蚀性，阻碍了耐候钢桥的免涂装(裸露)应用。因此，只有耐候钢焊缝部位也具有相匹配的耐候性，才可保证整个钢桥梁均有耐候性。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法，使所述耐候钢焊缝部位也具有与母材相匹配的耐候性，从而保证整个钢桥梁的免涂装(裸露)应用。
为了实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案是：一种钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法，其特征是所述方法包括：所述Q420qENH免涂装耐候钢的化学成分按照重量百分比为：C≤0.08，Si：0.15～0.40，Mn：1.00～1.50，P≤0.015，S≤0.005，Cu：0.28～0.50，Ni：0.30～0.40，Cr：0.45～0.70，Mo：0.08～0.20，Nb：0.01～0.10，Ti≤0.03，V≤0.10，Als：0.015～0.050，其余为Fe；且其耐大气腐蚀指数I≥6.5，焊接敏感指数Pcm≤0.23；所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为对接焊缝时，采用实心焊丝气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面组合焊接工艺；所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为T型熔透角焊缝时，采用药芯焊丝气体保护焊接工艺；所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为桥面板单面焊双面成型接头焊缝时，采用实心焊丝气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面组合焊接工艺；所述实心焊丝的化学成分按照重量百分比为：C：≤0.10，Si≤0.60，Mn：1.20～1.60，P≤0.025，S≤0.02，Cu：0.30～0.60，Ni：0.40～0.80，Cr：0.30～0.90，其余为Fe及其他微量元素，且其耐大气腐蚀指数I≥6.5，熔敷金属相对腐蚀率≤8％；所述埋弧焊丝的化学成分按照重量百分比为：C：≤0.12，Si≤0.35，Mn：1.00～1.60，P≤0.025，S≤0.015，Cu：0.30～0.60，Ni：0.40～0.80，Cr：0.30～0.90，其余为Fe及其他微量元素，且其耐大气腐蚀指数I≥6.5，熔敷金属相对腐蚀率≤8％；所述药芯焊丝的化学成分按照重量百分比为：C：≤0.10，Si≤0.90，Mn：0.50～1.60，P≤0.03，S≤0.03，Cu：0.20～0.40，Ni：0.30～0.75，Cr：0.40～0.80，其余为Fe及其他微量元素，且其耐大气腐蚀指数I≥6.5，熔敷金属相对腐蚀率≤8％；
所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为对接焊缝时，钝边均为2mm；板厚δ≤28时，坡口为单侧V型坡口；板厚δ＞28时，坡口为双侧非对称V型坡口，其中H1＝1/2δ。
所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为T型熔透角焊缝时，钝边均为1mm，坡口为非对称V型坡口，其中H1＝2/3δ。
所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为桥面板单面焊双面成型接头焊缝时，间隙为4～6mm，坡口角度为40°。
所述埋弧焊接工艺的焊接线能量为25～30KJ/cm；所述CO2气体保护焊接工艺的焊接线能量为15～16KJ/cm。
对于高性能免涂装耐候钢而言，则要求钢材的耐腐蚀指数I≥6.5，同时，焊缝也要求与母材相匹配的耐腐蚀性(I≥6.5)，才能保证整个钢桥梁免涂装(裸露)应用。因此，为了保证焊缝与钢板成分匹配性，要求焊接材料化学成分设计满足I≥6.5，焊接材料熔敷金属相对腐蚀率≤8％；另外，考虑到免涂装耐候钢化学成分特点，对焊接接头设计、焊接工艺设计以及不同焊接方法线能量控制等进行创新，最终确保焊缝的力学性能和耐腐蚀性能。
本发明所述方法包括：
1、所述Q420qENH免涂装耐候钢的化学成分按照重量百分比为：C≤0.08，Si：0.15～0.40，Mn：1.00～1.50，P≤0.015，S≤0.005，Cu：0.28～0.50，Ni：0.30～0.40，Cr：0.45～0.70，Mo：0.08～0.20，Nb：0.01～0.10，Ti≤0.03，V≤0.10，Als：0.015～0.050，其余为Fe；且其耐大气腐蚀指数I≥6.5，焊接敏感指数Pcm≤0.23；
2、所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为对接焊缝时，采用实心焊丝气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面组合焊接工艺；所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为T型熔透角焊缝时，采用药芯焊丝气体保护焊接工艺；所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为桥面板单面焊双面成型接头焊缝时，采用实心焊丝气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面组合焊接工艺；
所述实心焊丝的化学成分按照重量百分比为：C：≤0.10，Si≤0.60，Mn：1.20～1.60，P≤0.025，S≤0.02，Cu：0.30～0.60，Ni：0.40～0.80，Cr：0.30～0.90，其余为Fe及其他微量元素，且其耐大气腐蚀指数I≥6.5；
所述埋弧焊丝的化学成分按照重量百分比为：C：≤0.12，Si≤0.35，Mn：1.00～1.60，P≤0.025，S≤0.015，Cu：0.30～0.60，Ni：0.40～0.80，Cr：0.30～0.90，其余为Fe及其他微量元素，且其耐大气腐蚀指数I≥6.5；
所述药芯焊丝的化学成分按照重量百分比为：C：≤0.10，Si≤0.90，Mn：0.50～1.60，P≤0.03，S≤0.03，Cu：0.20～0.40，Ni：0.30～0.75，Cr：0.40～0.80，其余为Fe及其他微量元素，且其耐大气腐蚀指数I≥6.5；
3、所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为对接焊缝时，钝边均为2mm；板厚δ≤28时，坡口为单侧V型坡口；板厚δ＞28时，坡口为双侧非对称V型坡口，其中H1＝1/2δ。
4、所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为T型熔透角焊缝时，钝边均为1mm，坡口为非对称V型坡口，其中H1＝2/3δ。
5、所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为桥面板单面焊双面成型接头焊缝时，间隙为4～6mm，坡口角度为40°。
6、所述埋弧焊接工艺的焊接线能量为25～30KJ/cm；所述CO2气体保护焊接工艺的焊接线能量为15～16KJ/cm。
本发明具有以下优点和效果：
1、本发明对焊材的成分进行创新设计，确保其且其耐大气腐蚀指数I≥6.5(根据ASTM G101所述方法计算)，熔敷金属相对腐蚀率≤8％，熔敷金属加速腐蚀试验按照TB/T2375-1993的规定执行，相对腐蚀率＝(母材失重-熔敷金属失重)/母材失重×100％。进而保证焊缝与钢板成分匹配性，解决了免涂装耐候钢焊缝的耐候性能，为推广应用免涂装耐候钢桥解决了技术瓶颈。
2、本发明考虑到免涂装耐候钢化学成分特点，对焊接接头设计、焊接工艺设计以及不同焊接方法线能量控制等进行创新，最终确保焊缝的力学性能和耐腐蚀性能。
3、本发明在确保焊缝耐腐蚀性能的前提下，实现了焊接接头力学性能优良及高效焊接，实用性强。
4、本发明针对钢桥梁用耐候钢裸露(免涂装)应用而设计，不但降低了钢桥梁维修养护的要求，大大减小维修费用，而且免涂装或少涂装，对环境影响小。
附图说明
图1是本发明对接接头及单侧坡口形式示意图；
图2是本发明对接接头及双侧坡口形式示意图；
图3是本发明T型熔透角接头及坡口形式示意图；
图4是本发明桥面板单面焊双面成型接头及坡口形式示意图；
具体实施方式
下面结合附图1-4和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
1、本发明具体实施方式所用Q420qENH免涂装耐候钢的化学成分按照重量百分比列于下表：
注：表中Q420qENH免涂装耐候钢的耐大气腐蚀指数I≥6.5，焊接敏感指数Pcm≤0.23；
所述Q420qENH免涂装耐候钢的力学性能列于下表：
2、本发明具体实施方式所用焊接材料化学成分按照重量百分比列于下表：
注：表中焊丝I指数均大于6.5、熔敷金属相对腐蚀率≤8％。
所述焊接材料熔敷金属的力学性能列于下表：
3、所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为对接焊缝时，采用实心焊丝富氩混合气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面组合焊接工艺；钝边均为2mm；板厚δ≤28时，坡口为单侧V型坡口；板厚δ＞28时，坡口为双侧非对称V型坡口，其中H1＝1/2δ。焊接工艺参数见下表：
4、所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为T型熔透角焊缝时，采用药芯焊丝CO2气体保护焊接工艺；钝边均为1mm，坡口为非对称V型坡口，其中H1＝2/3δ。焊接工艺参数见下表：
焊道 电流(A) 电压(V) 焊速(m/h) 焊接线能量(KJ/cm)
根部焊道 180 28 12 15.1
填充盖面焊道 220 29 15 15.3
5、所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为桥面板单面焊双面成型接头焊缝时，采用实心焊丝富氩混合气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面组合焊接工艺；间隙为4～6mm，坡口角度为40°。焊接工艺参数见下表：
6、所述Q420qENH免涂装耐候钢采用上述焊接材料、焊接工艺焊接图1-4所述接头形成的焊缝的焊接力学性能试验结果见下表：
结果分析：
⑴焊缝强度：各接头的焊缝强度均高于母材标准值(ReL-420MPa、Rm-540MPa)；
⑵塑性：焊缝金属的伸长率均高于母材标准值(A≥20％)，弯曲试验结果均为完好；
⑶韧性：焊缝及热影响区-40℃AKv均大于47J；
⑷接头硬度：接头各区的硬度值均低于HV10380。
本发明针对免涂装耐候钢化学成分中加入了较多的Cu等元素，Cu作为裂纹敏感性元素，会导致钢材的焊接性大大降低。因此，本发明在焊接接头设计时大幅减小焊接接头的钝边尺寸，特别是将埋弧焊接的钝边尺寸由常规设计的6-8mm减小至2mm，降低焊接熔池的熔合比，最大限度降低焊接过程中将母材中的Cu元素带入焊缝，既能保证焊缝的力学性能，也不会影响到焊缝的耐候性能。
焊接作为一种热加工工艺，其热输入大小采用焊接线能量(E)表示，热输入过大热影响区脆化、热输入过小则导致热影响区硬化，本发明针对不同焊接方法，提出了埋弧焊接热输入E控制在25～30KJ/cm、气体保护焊接热输入E控制在15～16KJ/cm，其目的也同样是减少焊接熔池的熔合比。以保证焊接接头的力学性能满足设计要求。
本发明对接焊缝、桥面板单面焊双面成型接头焊缝，由于采用实心焊丝富氩混合气体焊打底、埋弧自动焊填充盖面组合焊接工艺，在确保焊缝耐腐蚀性能的前提下，实现了焊接接头力学性能优良及高效焊接，实用性强。

Claims (5)

1.一种钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法，其特征是所述方法包括：
1)所述Q420qENH免涂装耐候钢的化学成分按照重量百分比为：C≤0.08，Si：0.15～0.40，Mn：1.00～1.50，P≤0.015，S≤0.005，Cu：0.28～0.50，Ni：0.30～0.40，Cr：0.45～0.70，Mo：0.08～0.20，Nb：0.01～0.10，Ti≤0.03，V≤0.10，Als：0.015～0.050，其余为Fe；且其耐大气腐蚀指数I≥6.5，焊接敏感指数Pcm≤0.23；
2)所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为对接焊缝时，采用实心焊丝气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面组合焊接工艺；所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为T型熔透角焊缝时，采用药芯焊丝气体保护焊接工艺；所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为桥面板单面焊双面成型接头焊缝时，采用实心焊丝气体保护焊打底、埋弧自动焊填充盖面组合焊接工艺；
所述实心焊丝的化学成分按照重量百分比为：C：≤0.10，Si≤0.60，Mn：1.20～1.60，P≤0.025，S≤0.02，Cu：0.30～0.60，Ni：0.40～0.80，Cr：0.30～0.90，其余为Fe及其他微量元素，且其耐大气腐蚀指数I≥6.5，熔敷金属相对腐蚀率≤8％；
所述埋弧焊丝的化学成分按照重量百分比为：C：≤0.12，Si≤0.35，Mn：1.00～1.60，P≤0.025，S≤0.015，Cu：0.30～0.60，Ni：0.40～0.80，Cr：0.30～0.90，其余为Fe及其他微量元素，且其耐大气腐蚀指数I≥6.5，熔敷金属相对腐蚀率≤8％；
所述药芯焊丝的化学成分按照重量百分比为：C：≤0.10，Si≤0.90，Mn：0.50～1.60，P≤0.03，S≤0.03，Cu：0.20～0.40，Ni：0.30～0.75，Cr：0.40～0.80，其余为Fe及其他微量元素，且其耐大气腐蚀指数I≥6.5，熔敷金属相对腐蚀率≤8％。
2.根据权利要求1所述的钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法，其特征是：所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为对接焊缝时，钝边均为2mm；板厚δ≤28时，坡口为单侧V型坡口；板厚δ＞28时，坡口为双侧非对称V型坡口，其中H1＝1/2δ。
3.根据权利要求1所述的钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法，其特征是：所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为T型熔透角焊缝时，钝边均为1mm，坡口为非对称V型坡口，其中H1＝2/3δ。
4.根据权利要求1所述的钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法，其特征是：所述Q420qENH免涂装耐候钢的焊接接头形式为桥面板单面焊双面成型接头焊缝时，间隙为4～6mm，坡口角度为40°。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的钢桥梁用Q420qENH免涂装耐候钢的焊接方法，其特征是：所述埋弧焊接工艺的焊接线能量为25～30KJ/cm；所述CO2气体保护焊接工艺的焊接线能量为15～16KJ/cm。
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