專利名稱：一種不同強(qiáng)度及板厚橋梁鋼組合的角接埋弧焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不同強(qiáng)度級別異種橋梁鋼厚板角接埋弧焊接工藝方法，主要用于焊接51(T550MPa與57(T650MPa兩種不同強(qiáng)度級別、板厚為44mm與60mm不同厚度的低合金高強(qiáng)度橋梁工程結(jié)構(gòu)用鋼角接進(jìn)行組合埋弧焊接的方法，尤其適用于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)制造異種鋼埋弧焊角接頭焊接工藝方法。
背景技術(shù)：
隨著我國橋梁的整體設(shè)計(jì)逐步向高強(qiáng)、大跨、重載、高速方面發(fā)展。由于橋梁焊接結(jié)構(gòu)日益向高參數(shù)、大型化方向發(fā)展，這就對焊接結(jié)構(gòu)用鋼的性能提出了越來越高的要求，不僅要有良好的綜合力學(xué)性能，而且要有良好的加工工藝性能，焊接性的好壞是評價(jià)鋼材使用性能的主要指標(biāo)之一。焊接性、焊接材料及相應(yīng)的焊接工藝是焊接低合金結(jié)構(gòu)鋼的三 個(gè)基本要素，三者密不可分。因此，如不及時(shí)有效地解決大跨度橋梁不同鋼種強(qiáng)度級別的焊接性及配套焊接材料和焊接工藝問題，將會直接阻礙我國橋梁鋼及新鋼種的推廣應(yīng)用。加快開展大跨度橋梁異種用鋼焊接材料的匹配及焊接工藝的研究，對我國橋梁用鋼在大跨度橋梁結(jié)構(gòu)制造技術(shù)的推廣應(yīng)用有著重大的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。采用目前現(xiàn)有埋弧焊接材料及焊接工藝將不同強(qiáng)度級別異種橋梁鋼厚板角接進(jìn)行焊接，其熔敷金屬沖擊功與實(shí)際接頭韌性遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代大跨度橋梁制造的焊接技術(shù)要求，尤其是與高韌性的基材相比，其韌性指標(biāo)相差太遠(yuǎn)。在大線能量及多層焊的情況下，接頭低溫韌性明顯下降，遠(yuǎn)不能滿足新一代大跨度橋梁制造焊接技術(shù)指標(biāo)要求。目前，中國專利號為ZL200810048714. 4的《一種不同強(qiáng)度橋梁鋼埋弧焊接的方法》專利文獻(xiàn)，其公開了一種采用510 550MPa和570 650MPa兩種不同抗拉強(qiáng)度鋼種，對其進(jìn)行埋弧焊接，埋弧焊接坡口采用X型非對稱坡口 ；所用鋼種為HMnNbq鋼和WNQ570鋼，14MnNb鋼屈服強(qiáng)度ReL為370 415MPa，抗拉強(qiáng)度Rni為510 550MPa，延伸率A為20 35%，-400C KV2沖擊功為120 290J ；WNQ570鋼的屈服強(qiáng)度ReL為420 560MPa，抗拉強(qiáng)度Rni為570 650MPa，延伸率A為18 27%，_40°C KV2沖擊功為120 270J ;鋼板的厚度為32 60mm ;所述坡口角度為60°，鈍邊6mm。上述埋弧焊接的方法，其中，所述焊絲采用中國專利申請?zhí)枮?7104393. O的焊絲，其焊絲的組成為C:0. 06 — 0. 12,Si彡O. 06、Μη:1· 50
2.O、Ni:O. 10 O. 50、Ti:0. 05 O. 15、Β:0· 002 O. 010、P 彡 O. 015、S 彡 O. 010，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)，以重量計(jì)，與燒結(jié)焊劑SJ105Q匹配焊接，熔敷金屬的力學(xué)性能為Rel=470 MPa,Rm=580 MPa、A=29 %、-40。。KV2=172 J，SJ105Q 為市場購得的燒結(jié)焊劑，其中，所用焊絲直徑為5. 0_。該專利主要解決大跨度橋梁縱向與橫向埋弧焊對接接頭，所匹配的焊接材料強(qiáng)度為大于570MPa，設(shè)計(jì)原則為等強(qiáng)匹配。但其存在的不足是該專利技術(shù)無法焊接不同強(qiáng)度厚板角接接頭強(qiáng)度超強(qiáng)問題。對于大跨度橋梁鋼箱梁角接與T型結(jié)構(gòu)，除在保證安全服役的前提下，經(jīng)過焊接后結(jié)構(gòu)不變形、無裂紋產(chǎn)生外，更主要的還要解決目前存在的因接頭焊縫超強(qiáng)而引起的接頭應(yīng)力集中的問題，因?yàn)榻宇^焊縫超強(qiáng)所引起的應(yīng)力集中會產(chǎn)生疲勞斷裂現(xiàn)象，無法保證大跨度橋梁鋼箱梁角接與T型結(jié)構(gòu)的使用性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對目前在大跨度橋梁鋼箱梁角接與T型結(jié)構(gòu)的焊縫存在的由于超強(qiáng)而引起的接頭應(yīng)力集中的問題，提出一種不僅焊前不預(yù)熱、焊后不進(jìn)行熱處理，采用埋弧焊接工藝與匹配材料焊接大跨度、異鋼種、不同強(qiáng)度級別及不同厚度的橋梁鋼角接結(jié)構(gòu)件組合焊接，并能解決接頭超強(qiáng)度匹配、應(yīng)力集中這些關(guān)鍵技術(shù)的角接埋弧焊接方法。實(shí)現(xiàn)上述目的技術(shù)內(nèi)容
一種不同強(qiáng)度及板厚橋梁鋼組合的角接埋弧焊接方法，由以下述工藝措施組成
1)焊接母材為抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度在51(T550MPa的HMnNbq與抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度在 57(T650MPa的WNQ570兩種橋梁鋼母材的組合焊接；鋼板厚度為44飛0 mm ;匹配的焊接材料焊絲熔敷金屬抗拉強(qiáng)度Rm :475 MPa，焊絲直徑Φ5. 0mm，焊劑為SJlOlQ ；
2)角接埋弧焊坡口采用K型對稱坡口，坡口角度為55°，鈍邊為18 20mm;
3)焊接條件焊接電流68(Γ700Α，焊接電壓3(T31V，焊接速度2廣22m/h，焊接線能量35 36kJ/cm，焊劑烘烤制度為350°C Xlh ；
4)埋弧焊采用多層多道連續(xù)施焊，層間溫度控制在10(Tl5(rC。其特征在于所述的WNQ570鋼的屈服強(qiáng)度ReL彡420MPa,抗拉強(qiáng)度Rm彡570MPa,延伸率A彡18%, -40°CKV2沖擊功彡120J ；
所述的HMnNbq的屈服強(qiáng)度ReL彡370MPa,抗拉強(qiáng)度Rm彡51OMPa,延伸率A 彡 21%, -40°CKV2 沖擊功彡 120J。其特征在于所述埋弧焊絲的化學(xué)組分及重量百分比為C ( O. 10、Si ( O. 07、Mn O. 80 I. 10、P ^ O. 015, S彡O. 006、Ni :0. 15 O. 30，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(I)本發(fā)明完全能滿足大跨、重載、高速、高強(qiáng)度、高韌性新一代橋梁結(jié)構(gòu)異種鋼厚板角接頭關(guān)鍵埋弧焊接工藝制造技術(shù)；其埋弧焊接頭抗拉強(qiáng)度、冷彎性能優(yōu)良；接頭三區(qū)沖擊功達(dá)到較高水平，接頭具有較高的沖擊韌性儲備及安全裕度。(2)由于本發(fā)明埋弧焊異種鋼接頭過熱區(qū)主要為貝氏體組織，焊縫金屬主要為細(xì)小的針狀鐵素體組織，故使焊縫具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性，接頭具有優(yōu)良的抗裂性能、抗疲勞性能、抗時(shí)效性能及優(yōu)良的斷裂韌性。(3)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對于不同強(qiáng)度級別的橋梁鋼厚板角接焊接中焊前不預(yù)熱、焊后不進(jìn)行熱處理的焊接工藝方法，采用多層多道連續(xù)施焊時(shí)焊縫仍具有較高的沖擊功，并且操作簡便、適用方便、節(jié)能，適用工廠大跨度橋梁鋼制造推廣應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明埋弧焊角接頭坡口的鈍邊為20mm的示意圖 圖2為本發(fā)明埋弧焊角接接頭坡口的鈍邊為18mm的示意圖。
具體實(shí)施例方式先面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明予以詳細(xì)描述實(shí)施例I
基材為熱軋WNQ570鋼板與HMnNbq鋼板的組合；厚板角接組合為44mm+60mm ；14MnNbq橋梁鋼其厚度為44mm，其鋼板的力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度R^390MPa，抗拉強(qiáng)度Rm:530MPa,延伸率A :34%，-,CKV2沖擊功:172 J ；WNQ570橋梁鋼其厚度為60mm，其鋼板的力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度R&490 MPa,抗拉強(qiáng)度Rm:585MPa，延伸率A :23%，-40°CKV2沖擊功269J;試板尺寸為IOOOmmX600mmX60 mm (44 mm);埋弧焊坡口采用K型對稱坡口，坡口角度為55°，鈍邊20mm;
焊接材料匹配
匹配的焊接材料焊絲的化學(xué)組分及重量百分比為C:0. 06、Si:0. 05, Mn :0. 95、Ni :0. 25,P ( O. 015,S ( O. 010，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)；焊絲直徑為Φ5. 0mm，并與燒 結(jié)焊劑SJlOlQ匹配進(jìn)行焊接；
將上述兩種鋼板進(jìn)行角接埋弧焊接其焊接工藝參數(shù)為焊接電流680A，焊接電壓30V，焊接速度21m/h，焊接線能量35kJ/cm，焊劑烘烤制度為350°C Xlh ;埋弧焊采用多層多道連續(xù)施焊，層間溫度控制在10(Γ120 ，焊前不預(yù)熱、焊后不進(jìn)行熱處理的焊接工藝，也無需進(jìn)行清根。經(jīng)檢測，本實(shí)施例的焊縫拉伸結(jié)果焊縫屈服強(qiáng)度:425MPa，焊縫抗拉強(qiáng)度Rm 540MPa，延伸率 A :28%，接頭沖擊功焊縫 _40°C KV2=124 J，熱影響區(qū)(Imm) -40°C KV2=198J0其完全滿足了建造橋梁焊接結(jié)構(gòu)要求高參數(shù)、大型化發(fā)展的要求，即不僅要有良好的綜合力學(xué)性能，而且要有良好的加工工藝性能的要求。實(shí)施例2:
基材為熱軋WNQ570鋼板與HMnNbq鋼板的組合；厚板角接組合為44mm+60mm ；14MnNbq橋梁鋼其厚度為44mm，其鋼板的力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度R^390MPa，抗拉強(qiáng)度Rm:530MPa,延伸率A :34%，-,CKV2沖擊功:172 J ；WNQ570橋梁鋼其厚度為60mm，其鋼板的力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度R&490 MPa,抗拉強(qiáng)度Rm:585MPa，延伸率A :23%，-40°CKV2沖擊功269J;試板尺寸為IOOOmmX600mmX60 mm (44 mm);埋弧焊坡口采用K型對稱坡口，坡口角度為55°，鈍邊18mm;
焊接材料匹配
匹配的焊接材料焊絲的化學(xué)組分及重量百分比為C:0. 06、Si:0. 05, Mn :0. 95、Ni :0. 25,P ( O. 015,S ( O. 010，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)；焊絲直徑為Φ5. 0mm，并與燒結(jié)焊劑SJlOlQ匹配進(jìn)行焊接；
將上述兩種鋼板進(jìn)行角接埋弧焊接其焊接工藝參數(shù)為焊接電流700A，焊接電壓31V，焊接速度22m/h，焊接線能量36kJ/cm，焊劑烘烤制度為350°C Xlh ;埋弧焊采用多層多道連續(xù)施焊，層間溫度控制在13(T150°C，焊前不預(yù)熱、焊后不進(jìn)行熱處理的焊接工藝，也無需進(jìn)行清根。經(jīng)檢測，本實(shí)施例的焊縫拉伸結(jié)果焊縫屈服強(qiáng)度L :415MPa，焊縫抗拉強(qiáng)度Rm 535MPa，延伸率 A :29%，接頭沖擊功焊縫 _40°C KV2=223 J，熱影響區(qū)(Imm) -40°C KV2=175J。其完全滿足了建造橋梁焊接結(jié)構(gòu)要求高參數(shù)、大型化發(fā)展的要求，即不僅要有良好的綜合力學(xué)性能，而且要有良好的加工工藝性能的要求。
權(quán)利要求
1.ー種不同強(qiáng)度及板厚橋梁鋼組合的角接埋弧焊接方法，由以下述エ藝措施組成 1)焊接母材為抗拉強(qiáng)度在51(T550MPa的HMnNbq與抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度在57(T650MPa的WNQ570兩種橋梁鋼母材的組合焊接；鋼板厚度為44飛0 mm ;匹配的焊接材料焊絲熔敷金屬抗拉強(qiáng)度Rm :475 MPa，焊絲直徑Φ5. Omm，焊劑為SJlOlQ ； 2)角接埋弧焊坡ロ采用K型對稱坡ロ，坡ロ角度為55°，鈍邊為18 20mm； 3)焊接條件焊接電流68(Γ700Α，焊接電壓3(T31V，焊接速度22m/h，焊接線能量35 36kJ/cm，焊劑烘烤制度為350°C Xlh ； 4)埋弧焊采用多層多道連續(xù)施焊，層間溫度控制在100 150で。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種不同強(qiáng)度及板厚橋梁鋼組合的角接埋弧焊接方法，其特征在于所述的WNQ570鋼的屈服強(qiáng)度L≤420MPa,抗拉強(qiáng)度Rm≤570MPa，延伸率A ≤ 18%, -40°CKV2 沖擊功≤ 120J ； 所述的HMnNbq的屈服強(qiáng)度L≤370MPa,抗拉強(qiáng)度Rm≤51 OMPa,延伸率A ≤ 21%, -40°CKV2 沖擊功≤ 120J。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種不同強(qiáng)度及板厚橋梁鋼組合的角接埋弧焊接方法，其特征在于所述埋弧焊絲的化學(xué)組分及重量百分比為c≤O. 10,Si≤O. 07、Mn O. 80 I. 10、P ^ O. 015, S≤O. 006、Ni :0. 15 O. 30，其余為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
一種不同強(qiáng)度及板厚橋梁鋼組合的角接埋弧焊接方法，其工藝措施組成焊接母材為Rm在510~550MPa的14MnNbq與Rm在570~650MPa的WNQ570的組合焊接且板厚為44~60mm；焊絲熔敷金屬Rm475MPa，直徑Ф5.0mm，焊劑為SJ101Q；坡口為K型對稱形，坡口角度為55°，鈍邊為18~20mm；焊接電流680~700A，電壓30~31V，速度21~22m/h，線能量35~36kJ/cm，焊劑烘烤制度為350℃×1h；采用多層多道連續(xù)施焊。本發(fā)明不僅焊前不預(yù)熱、焊后不熱處理，采用埋弧焊接工藝與匹配材料焊接大跨度、異鋼種、不同強(qiáng)度級別及不同厚度的橋梁鋼角接結(jié)構(gòu)件組合焊接，更主要是解決了接頭超強(qiáng)度匹配、應(yīng)力集中這些關(guān)鍵技術(shù)問題。
文檔編號B23K103/04GK102861974SQ20121035244
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者繆凱, 牟文廣, 黃治軍, 李立軍, 王靚, 胡家國, 胡因洪, 鐘如濤, 陳浮, 方要治 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司