CN116117276A - 桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，是先采用二氧化碳气体保护焊进行基层焊接，然后采用不锈钢药芯焊丝气体保护进行过渡层焊接，最后采用不锈钢药芯焊丝气体保护进行不锈钢复层焊接，焊接完成后采用保温棉覆盖进行保温缓冷至常温。本发明构思合理，焊接质量良好、接头力学性能优良、焊接效率较高，能有效解决桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头焊接问题，操作简单易行，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及钢桥梁制造领域，具体涉及一种桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊接方法。
背景技术
钢桥面结构作为铁路钢桥梁主要的受力构件，直接承受铁路荷载，必须要有良好的耐腐蚀性和力学性能。对于设计使用年限为100年的铁路钢桥，现有的防腐方法不能做到一次防腐与钢桥设计寿命同步，而桥面防腐的维护、修理和重新涂装势必需要相当长的时间，而且需要中断交通，将造成巨大的经济损失。
近年来，逐步发展起来的桥梁用不锈钢复合钢板，兼具不锈钢复层不锈钢良好的耐蚀性及基层桥梁钢的高强度和高韧性，可以用来替代单一的桥梁钢板，能显著提高桥面结构的耐腐蚀能力和使用寿命，实现目前的防腐工艺无法达到的耐久性目标。然而，桥梁用不锈钢复合钢板的桥梁钢基层与不锈钢复层的焊接性能存在较大的差别，在焊接过程中需解决以下问题：先焊基层后焊不锈钢复层时，应考虑基层焊缝对复层焊缝合金元素的稀释问题；先焊不锈钢复层后焊基层时，应考虑不锈钢复层的合金元素熔入基层焊缝从而降低基层焊缝低温冲击性能的问题。再者，受加工精度、现场温度、钢梁拼装线型等因素影响，桥梁用不锈钢复合钢板在桥位进行桥面板对接时，有可能产生较大的拼装间隙，影响复合钢板的对接焊接质量。
发明内容
针对上述背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其构思合理，焊接质量良好、接头力学性能优良、焊接效率较高，能有效解决桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头焊接问题，操作简单易行，实用性强。
本发明的技术方案如下：
上述的桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，先采用二氧化碳气体保护焊进行基层焊接，然后采用不锈钢药芯焊丝气体保护进行过渡层焊接，最后采用不锈钢药芯焊丝气体保护进行不锈钢复层焊接，焊接完成后采用保温棉覆盖进行保温缓冷至常温。
所述桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其中，具体包括以下步骤：
1)坡口加工
在不锈钢复层侧开坡口；
2)焊接材料选择
选择力学性能与基层桥梁钢的力学性能相当且化学成分匹配的实心焊丝作为基层焊材，选用合金成分高出基层焊材25％的焊材作为过渡层焊材，选用不锈钢复层焊材的焊接材料需保证焊缝金属的主要合金元素不低于不锈钢复层母材标准规定的下限值；
3)坡口清洁
焊接前对焊缝坡口两侧进行打磨清洁并露出金属光泽；
4)焊接组装
采用马板在基层上定位组装，根部间隙控制在25～30mm，间隙的背面根据组装间隙设置陶质衬垫；
5)基层焊接
采用实心焊丝CO2气体保护焊进行基层的焊接；
6)过渡层焊接
采用药芯焊丝CO2气体保护进行过渡层的焊接；
7)不锈钢复层焊接
采用药芯焊丝CO2气体保护进行不锈钢复层的焊接；
8)焊后保温
采用保温棉覆盖进行保温缓冷至常温。
所述桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其中：所述步骤1)是采用等离子切割工艺在不锈钢复层侧加工坡口。
所述桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其中：所述步骤1)中的接头坡口形式为V型坡口，坡口角度为45°，且坡口角度随根部间隙的增大而减小。
所述桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其中：所述步骤3)焊接前是对焊缝坡口两侧各30mm范围内进行打磨清洁。
所述桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其中：所述步骤5)基层焊接时焊接层间温度120℃～150℃，CO2气流量15～20L/min，焊接电流200～260A，焊接电压22～28V，焊速200～300mm/min，电源直流反接，干伸长18mm。
所述桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其中，所述步骤6)中过渡层焊接采用小电流多道焊法，以减少基层焊缝金属熔入过渡层焊道(06)，且焊接时CO2气流量为15～20L/min，焊接电流为210～230A，焊接电压为28～32V，焊速为260～300mm/min，电源直流反接，干伸长18mm。
所述桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其中：所述步骤6)中过渡层的焊接厚度为2～3mm，其中基层约占2mm，不锈钢复层约占1mm，且焊接时层间温度为70℃～100℃，过渡层与不锈钢复层焊接的道间温度控制在60℃以下。
所述桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其中：所述步骤7)不锈钢复层焊接采用小电流、直流反接、多道焊，焊接时焊嘴不宜作横向摆动。
所述桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其中：所述步骤7)不锈钢复层焊接时焊接层间温度70℃～100℃；CO2气流量15～20L/min，焊接电流210～230A，焊接电压28～32V，焊速260～300mm/min，电源直流反接，干伸长18mm。
有益效果：
本发明桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法构思合理，用于桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头的焊接，具备焊接质量良好、接头力学性能优良、焊接效率较高的优点，可有效解决桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头焊接问题，操作简单易行、实用性强，为桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头的焊接提供了一种较好的解决方案，值得广泛推广。
本发明通过设置过渡层，选用不同的焊接材料，依次对桥梁用不锈钢复合钢板的基层、过渡层和不锈钢复层进行焊接，成型接头力学性能优良，满足设计和标准要求。本发明焊缝熔合良好，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。
附图说明
图1为本发明桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法中的接头坡口形式示意图(以板厚δ3mm+δ16mm为例)；
图2为本发明桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法中基层焊接焊道熔敷示意图(以板厚δ3mm+δ16mm为例)；
图3为本发明桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法中过渡层焊前过渡层用检查样板示意图；
图4为本发明桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法中过渡层焊接焊道熔敷示意图(以板厚δ3mm+δ16mm为例)；
图5为本发明桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法中过渡层焊后的过渡层用检查样板示意图；
图6为本发明桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法中不锈钢复层焊接焊道熔敷示意图(以板厚δ3mm+δ16mm为例)。
注释：01-不锈钢复层，02-基层，03-陶质衬垫，04-基层焊缝，05-基层用检查样板，06-过渡层焊道，07--过渡层用检查样板，8-复层焊缝；图2中①～
为基层焊缝焊道序号；图4中
为过渡层焊道序号；图6中
为复层焊缝焊道序号。
具体实施方式
本发明桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，主要是先采用二氧化碳气体保护焊进行基层02焊接，然后采用不锈钢药芯焊丝气体保护进行过渡层焊接，最后采用不锈钢药芯焊丝气体保护进行不锈钢复层01焊接，焊接完成后采用保温棉覆盖进行保温缓冷至常温。
本发明桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，具体包括以下步骤：
1)坡口加工
在不锈钢复合钢超宽间隙对接接头的不锈钢复层01侧开坡口(见图1)，可避免在焊接基层时可能会熔掉不锈钢复层材料的弊端，从结构上保证焊接质量。采用等离子切割工艺在不锈钢复合钢超宽间隙对接接头的不锈钢复层01侧加工坡口。不易采用铣削工艺加工坡口，因为铣削过程容易将不锈钢复层01沾染至桥梁钢基层02，焊接过程中不锈钢成分易熔入桥梁钢基层02，会降低基层焊缝04的冲击韧性。焊接接头的坡口形式为V型坡口，坡口角度为45°，且坡口角度随根部间隙的增大而减小。
2)焊接材料选择
基层焊材：选择力学性能与基层桥梁钢的力学性能相当，且化学成分匹配的实心焊丝。如：实心焊丝ER55-G，直径为1.2mm，包括质量百分比的如下的组分:C:0.08％，Si:0.62％，Mn:1.54％，S:0.004％，P:0.012％，Ni:0.65％，Ti:0.021％，其余为Fe。
过渡层焊材：应选用合金成分高出基层焊材25％的焊材。如：药芯焊丝E309T1-1，直径为1.2mm；药芯焊丝内填充的药粉包括质量百分比如下的组分:C:0.023％，Si:0.41％，Mn:1.19％，S:0.006％，P:0.013％，Cu:0.021％，Cr:22.32％，Mo:0.027％，Ni:12.96％，其余为Fe。
不锈钢复层焊材：不锈钢复层01焊接选用的焊接材料需保证复层焊缝08的金属的主要合金元素不低于不锈钢复层母材标准规定的下限值。如：药芯焊丝E347T1-1，直径为1.2mm；药芯焊丝内填充的药粉包括质量百分比如下的组分:C:0.031％，Si:0.32％，Mn:1.66％，S:0.002％，P:0.008％，Cu:0.008％，Cr:19.49％，Mo:0.002％，Ni:9.44％，其余为Fe。
3)坡口清洁
焊接前必须对焊缝坡口两侧各30mm范围内的铁锈、油污等进行打磨清洁，并露出金属光泽，不锈钢复层01可采用丙酮清理油污等杂质。
4)焊接组装
采用马板(采用马板刚性约束复合钢板焊接变形，这在钢桥梁上经常用到，马板一般为16-20*150*400规格，横向定位在基材侧以控制焊接变形)在基层02上定位组装，不允许在不锈钢复层01上定位，根部间隙控制在25～30mm，间隙的背面根据组装间隙设置陶质衬垫03(见图1)。
5)基层02焊接
采用实心焊丝CO2气体保护焊进行基层02的焊接；焊接层间温度120℃～150℃；CO2气流量15～20L/min，焊接电流200～260A，焊接电压22～28V，焊速200～300mm/min，电源直流反接，干伸长18mm。
6)过渡层焊接
采用药芯焊丝CO2气体保护进行过渡层的焊接。为保证复合钢板的耐蚀性，过渡层的焊接质量是关键，过渡层焊接采用小电流多道焊法，以减少基层焊缝04金属熔入过渡层焊道06。CO2气流量15～20L/min，焊接电流210～230A，焊接电压28～32V，焊速260～300mm/min，电源直流反接，干伸长18mm。
利用过渡层用检查样板07严格控制过渡层的厚度，必须保证过渡层的焊接厚度为2～3mm，其中基层02约占2mm，不锈钢复层01约占1mm。焊接时层间温度70℃～100℃，过渡层与不锈钢复层01焊接的道间温度控制在60℃以下。
7)不锈钢复层01焊接
采用药芯焊丝CO2气体保护进行不锈钢复层01的焊接；采用小电流、直流反接、多道焊，焊接时焊嘴不宜作横向摆动。焊接层间温度70℃～100℃；CO2气流量15～20L/min，焊接电流210～230A，焊接电压28～32V，焊速260～300mm/min，电源直流反接，干伸长18mm。
8)焊后保温
采用保温棉覆盖进行保温缓冷至常温。
其中，不锈钢复层01材料为3mm厚316L不锈钢，基层02材料为16mm厚Q420qE钢板，复合钢板不锈钢复层01与基层02的化学成分见表1，复合钢板的力学性能见表2。
表1：316L+Q420qE复合钢板化学成分
表2：316L+Q420qE复合钢板力学性能
实施例1
本发明实施例1选用316L+Q420qE复合钢板超宽间隙平位对接；针对316L+Q420qE复合钢板(不锈钢复层01为3mm厚316L不锈钢，基层02为16mm厚Q420qE钢板)，其超宽间隙对接接头焊接，具体按如下步骤进行：
10)采用等离子切割工艺加工坡口，坡口形式为V型坡口，该两块钢板形成的坡口角度为45°，坡口图见图1。
20)对焊缝坡口两侧各30mm范围内的铁锈、油污等进行打磨清洁，并露出金属光泽，采用丙酮清理不锈钢复层01上的油污等杂质。
30)采用马板在基层02上定位组装，根部间隙控制在25～30mm，间隙的背面根据组装间隙设置陶质衬垫03。
40)采用实心焊丝CO2气体保护焊进行基层02的焊接；焊接层间温度120℃～150℃；CO2气流量15～20L/min，焊接电流200～260A，焊接电压22～28V，焊速200～300mm/min，电源直流反接，干伸长18mm。焊道熔敷示意图见图2。
50)采用药芯焊丝CO2气体保护进行过渡层的焊接；焊接层间温度70℃～100℃；CO2气流量15～20L/min，焊接电流210～230A，焊接电压28～32V，焊速260～300mm/min，电源直流反接，干伸长18mm。利用过渡层用检查样板07严格控制过渡层的厚度，必须保证过渡层的焊接厚度为2～3mm，其中基层02约占2mm，不锈钢复层01约占1mm。过渡层用检查样板07示意图见图3和图5。焊道熔敷示意图见图4。
60)采用药芯焊丝CO2气体保护进行不锈钢复层01的焊接；焊接层间温度70℃～100℃；CO2气流量15～20L/min，焊接电流210～230A，焊接电压28～32V，焊速260～300mm/min，电源直流反接，干伸长18mm。焊道熔敷示意图见图6。
(70)采用保温棉覆盖进行保温缓冷至常温。焊接接头力学性能见下表3。
表3：实例1焊接接头力学性能
本发明构思合理，焊接质量良好、接头力学性能优良、焊接效率较高，能有效解决桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头焊接问题，操作简单易行，实用性强。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其特征在于：先采用二氧化碳气体保护焊进行基层(02)焊接，然后采用不锈钢药芯焊丝气体保护进行过渡层焊接，最后采用不锈钢药芯焊丝气体保护进行不锈钢复层(01)焊接，焊接完成后采用保温棉覆盖进行保温缓冷至常温。
2.如权利要求1所述的桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其特征在于，所述焊接方法具体包括以下步骤：
1)坡口加工
在不锈钢复层(01)侧开坡口；
2)焊接材料选择
选择力学性能与基层桥梁钢的力学性能相当且化学成分匹配的实心焊丝作为基层焊材，选用合金成分高出基层焊材25％的焊材作为过渡层焊材，选用不锈钢复层焊材的焊接材料需保证焊缝金属的主要合金元素不低于不锈钢复层母材标准规定的下限值；
3)坡口清洁
焊接前对焊缝坡口两侧进行打磨清洁并露出金属光泽；
4)焊接组装
采用马板在基层(02)上定位组装，根部间隙控制在25～30mm，间隙的背面根据组装间隙设置陶质衬垫(03)；
5)基层(02)焊接
采用实心焊丝CO2气体保护焊进行基层(02)的焊接；
6)过渡层焊接
采用药芯焊丝CO2气体保护进行过渡层的焊接；
7)不锈钢复层(01)焊接
采用药芯焊丝CO2气体保护进行不锈钢复层的焊接；
8)焊后保温
采用保温棉覆盖进行保温缓冷至常温。
3.如权利要求2所述的桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其特征在于：所述步骤1)是采用等离子切割工艺在不锈钢复层(01)侧加工坡口。
4.如权利要求2所述的桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其特征在于：所述步骤1)中的坡口形式为V型坡口，坡口角度为45°，且坡口角度随根部间隙的增大而减小。
5.如权利要求1所述的桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其特征在于：所述步骤3)焊接前是对焊缝坡口两侧各30mm范围内进行打磨清洁。
6.如权利要求1所述的桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其特征在于：所述步骤5)基层(02)焊接时焊接层间温度120℃～150℃，CO2气流量15～20L/min，焊接电流200～260A，焊接电压22～28V，焊速200～300mm/min，电源直流反接，干伸长18mm。
7.如权利要求1所述的桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其特征在于，所述步骤6)中过渡层焊接采用小电流多道焊法，以减少基层焊缝(04)金属熔入过渡层焊道(06)，且焊接时CO2气流量为15～20L/min，焊接电流为210～230A，焊接电压为28～32V，焊速为260～300mm/min，电源直流反接，干伸长18mm。
8.如权利要求1或7所述的桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其特征在于：所述步骤6)中过渡层的焊接厚度为2～3mm，其中基层(02)约占2mm，不锈钢复层(01)约占1mm，且焊接时层间温度为70℃～100℃，过渡层与不锈钢复层(01)焊接的道间温度控制在60℃以下。
9.如权利要求1所述的桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其特征在于：所述步骤7)不锈钢复层(01)焊接采用小电流、直流反接、多道焊，焊接时焊嘴不宜作横向摆动。
10.如权利要求1或9所述的桥梁用不锈钢复合钢超宽间隙对接接头复合焊的焊接方法，其特征在于：所述步骤7)不锈钢复层(01)焊接时焊接层间温度70℃～100℃；CO2气流量15～20L/min，焊接电流210～230A，焊接电压28～32V，焊速260～300mm/min，电源直流反接，干伸长18mm。
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| CN116786951B (zh) * | 2023-07-12 | 2024-03-19 | 中国五冶集团有限公司 | 一种钢结构宽间隙对接焊接方法 |
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