專利名稱：一種特厚高強橋梁鋼板焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接技 術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種特厚高強橋梁鋼板焊接方法，高效低成本，該方法也適合其它低合金高強鋼特厚板的焊接。
背景技術(shù)：
隨著鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，特厚鋼板在橋梁等大型結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用越來越廣泛。高強度特厚鋼板組成的構(gòu)件因截面大、承載能力高，近些年來在大跨徑結(jié)構(gòu)中使用頻繁。目前100 150mm特厚高強橋梁鋼板需求量日益增多，國內(nèi)特厚橋梁鋼力學(xué)性能趨于穩(wěn)定，但特厚高強橋梁鋼板的配套焊接工藝并不完善，特別是基于常規(guī)焊接設(shè)備的高效焊接技術(shù)國內(nèi)未見相關(guān)報道。特厚高強橋梁鋼焊接過程存在以下焊接問題易出現(xiàn)焊接冷裂紋、再熱裂紋等焊接缺陷；焊接接頭特別是心部附近熱影響區(qū)對焊接熱輸入較敏感，易出現(xiàn)接頭脆化；由于鋼板厚度大、填充量大，特厚板焊接效率低，窄間隙焊接專用設(shè)備由于價格昂貴且焊接質(zhì)量對焊接工藝敏感，在國內(nèi)特厚橋梁鋼板焊接中應(yīng)用較少，尚不普及；特厚板焊接變形難控制，變形超限厚難矯平。特厚高強橋梁鋼焊接領(lǐng)域?qū)诔Ｒ?guī)焊接設(shè)備的特厚鋼板高效焊接技術(shù)要求迫切，未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種特厚高強橋梁鋼板焊接方法，解決了特厚高強橋梁鋼板焊接過程中易出現(xiàn)冷裂紋、再熱裂紋等焊接缺陷，特厚板焊接變形難控制，焊接焊接效率低等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明采用兩種高效率焊接方法進行組合焊接，即氣體保護焊打底及底部填充，雙絲埋弧焊繼續(xù)填充及蓋面，兩種方法均采用多層多道焊；焊接接頭采用對稱窄間隙U型坡口形式及合適的焊接順序，達到減少填充量、避免未熔合焊接缺陷、減小焊接變形的目的；通過焊后緩冷實現(xiàn)免去焊后去應(yīng)力熱處理，避免再熱脆化；為避免焊接接頭脆化氣體保護焊焊接熱輸入控制在30kJ/cm以下，雙絲埋弧焊總焊接熱輸入控制在50kJ/cm以下；IOOmm 150mm厚高強橋梁鋼焊前預(yù)熱150°C以上,層間溫度控制在150 200°C。通過以上措施達到利用常規(guī)焊接設(shè)備大幅度提高特厚高強橋梁鋼板焊接效率，取消焊后熱處理降低生產(chǎn)成本，避免焊接缺陷及接頭脆化出現(xiàn)。本發(fā)明方法簡單、易操作，易于推廣。具體工藝步驟為(I)采用屈服強度彡370MPa、抗拉強度彡510MPa、延伸率彡20%、-40°C沖擊功^ 41J、厚度為100 150mm的橋梁鋼板進行同厚度平板對接；(2)為減小填充量并有效控制焊接變形，采用對稱窄間隙U型坡口形式，鈍邊為I 2mm、間隙控制在2 4mm、上下坡口錐度為16 20°坡口底部的圓弧半徑控制在8 IOmm ；(3)施焊前采用機械處理方法將坡口表面清理干凈，去除油污和鐵銹；
(4)將鋼板焊前預(yù)熱150°C以上，層間溫度控制在150 200°C ；(5)氣體保護焊焊絲采用昆山京群焊材科技有限公司生產(chǎn)的直徑￠1. 2mm，牌號為GFL-71Ni的藥芯焊絲；雙絲埋弧焊采用錦州天鵝焊材股份有限公司生產(chǎn)的直徑05mm的H08Mn2E埋弧焊絲+SJlOlq焊劑；(6)采用兩種高效率焊接方法進行組合焊接，打底焊及底部填充采用C02氣體保護焊，中間填充及蓋面采用雙絲埋弧焊，兩種焊接方法均為多層多道焊。C02氣體保護焊工藝參數(shù)焊接電流180 280A，焊接電壓20 32V，焊速2 5mm/s，氣體流量20 25L/min ;雙絲埋弧焊焊接工藝參數(shù)1絲(施焊時前面的焊絲)焊槍垂直，2絲(施焊時后面的焊絲)與垂直方向呈8 12°傾角，兩絲絲間距控制在10 50mm，I絲焊接電流1000 600A，I絲焊接電壓20 32V，2絲焊接電流900 500A，焊接電壓25 40V，焊接速度8mm/s 25mm/s ;(7)焊后以硅酸鋁板覆蓋焊接接頭進行緩冷，免除焊后去應(yīng)力熱處理避免再熱脆 化。所述100 150mm厚橋梁鋼板的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量為C ^ 0. 17%, Mn
I.2 I. 6%，Si 彡 0. 50%，S 彡 0. 015%，P 彡 0. 020%，Als 彡 0. 015%，其余為 Fe 及雜質(zhì)元素。所述的一種特厚高強橋梁鋼板焊接方法，其特征在于，先焊面(首先進行焊接的一面)填充至變形10 15°時進行清根，然后將后焊面連續(xù)填滿，再將先焊面連續(xù)填滿。所述的采用兩種高效率焊接方法組合焊接其中CO2氣體保護焊焊接熱輸入控制在20 30kJ/cm，雙絲埋弧焊焊接熱輸入控制在40 50kJ/cm。本發(fā)明提出的焊接工藝方法與現(xiàn)有焊接工藝相比有以下優(yōu)點(I)可以利用常規(guī)焊接設(shè)備大幅提高焊接效率；(2)通過兩種高效焊接技術(shù)組合焊接及焊接熱輸入控制，避免焊接接頭各部位脆化(特別是心部附近接頭脆化)，使接頭性能滿足屈服強度> 370MPa、抗拉強度> 510MPa、延伸率彡20%、-40°C沖擊功彡41J ；(3)通過優(yōu)化坡口形式的設(shè)計及焊接順序，達到減少焊接填充量，避免焊接缺陷及有效控制焊接變形的目的；(4)通過焊后緩冷取消焊后熱處理，降低生產(chǎn)成本，避免因焊后熱處理溫度選擇不當(dāng)造成焊接接頭的再熱脆化和再熱裂紋的產(chǎn)生。


圖IlOOmm+lOOmm等厚板組合的接頭坡口形式圖。圖2150mm+150mm等厚板組合的接頭坡口形式圖。圖3雙絲埋弧焊示意圖。
具體實施例方式實施例I :母材為熱軋+正火工藝生產(chǎn)的IOOmm厚Q370qE橋梁鋼板，屈服強度380MPa，抗拉強度530MPa，延伸率32%，板厚1/4處_40°C沖擊功263J，板厚1/2處_40°C沖擊功233J，焊接鋼板厚度組合為100臟+100臟，試板尺寸為60011111^22011111^100111111，坡口形式見附圖I
所示；焊接材料氣體保護焊絲直徑O I. 2mm,熔覆金屬力學(xué)性能為屈服強度525MPa，抗拉強度595MPa，延伸率27%，-40°C沖擊功76J ;埋弧焊絲直徑①5mm，熔覆金屬力學(xué)性能為屈服強度450MPa，抗拉強度560MPa，延伸率30%，_40°C沖擊功125J。焊接工藝施焊前采用機械處理方法將坡口表面清理干凈，去除油污和鐵銹；焊前預(yù)熱150°C，層間溫度控制在150 200°C ;氣體保護焊焊接工藝參數(shù)焊接電流230 240A，焊接電壓29 31V，焊接速度3. 5 4mm/s，焊接熱輸入20 23kJ/cm ;雙絲埋弧焊焊接工藝參數(shù)1絲、2絲間距35_，2絲與垂直方向呈10°，I絲焊接電流690 710A，I絲焊接電壓28 30V，2絲焊接電流550 600A，2絲電壓34 36V，焊接速度13 14mm/s，總焊接熱輸入33 35kJ/cm ;先焊面采用氣體保護焊填充至中心20mm，然后將另一面進行清根，采用氣體保護焊+雙絲埋弧焊將后焊面填滿，再采用雙絲埋弧焊將先焊面填滿；焊后 采用硅酸鋁板覆蓋焊接接頭進行緩冷。采用以上工藝焊接的IOOmm厚橋梁鋼，焊接接頭力學(xué)性能屈服強度385MPa，抗拉強度537MPa，斷在母材；1/2板厚處焊縫_40°C沖擊功74J，熱影響區(qū)-40°C沖擊功108J ；1/4板厚處焊縫-40°C沖擊功98J，熱影響區(qū)-40°C沖擊功189J。實施例2 母材為熱軋+正火工藝生產(chǎn)的150mm厚Q370qE橋梁鋼板，屈服強度375MPa，抗拉強度520MPa，延伸率30%，板厚1/4處_40°C沖擊功227J，板厚1/2處_40°C沖擊功207J，焊接鋼板厚度組合為150mm+150mm，試板尺寸為600mmX 220mmX 100mm，坡口形式見附圖2所示；焊接材料氣體保護焊絲直徑￠1. 2mm，熔覆金屬力學(xué)性能為屈服強度525MPa，抗拉強度595MPa，延伸率27%，-40°C沖擊功76J ;埋弧焊絲直徑①5mm，熔覆金屬力學(xué)性能為屈服強度450MPa，抗拉強度560MPa，延伸率30%，_40°C沖擊功125J。焊接工藝施焊前采用機械處理方法將坡口表面清理干凈，去除油污和鐵銹；焊前預(yù)熱150°C，層間溫度控制在150 200°C ;氣體保護焊焊接工藝參數(shù)焊接電流260 270A，焊接電壓30 32V，焊接速度4 4. 5mm/s,焊接熱輸入25 27kJ/cm ;雙絲埋弧焊焊接工藝參數(shù)1絲、2絲間距35_，2絲與垂直方向呈10°，I絲焊接電流700 720A，I絲焊接電壓29 31V，2絲焊接電流580 620A，2絲電壓34 36V，焊接速度12 13mm/s，總焊接熱輸入35 40kJ/cm ;先焊面采用氣體保護焊填充至中心30mm，然后將另一面進行清根，采用氣體保護焊+雙絲埋弧焊將后焊面填滿，再采用雙絲埋弧焊將先焊面填滿；焊后采用硅酸鋁板覆蓋焊接接頭進行緩冷。采用以上工藝焊接的150mm厚橋梁鋼，焊接接頭力學(xué)性能屈服強度380MPa，抗拉強度515MPa，斷在母材；1/2板厚處焊縫-40°C沖擊功65J，熱影響區(qū)_40°C沖擊功92J ；1/4板厚處焊縫_40°C沖擊功83J，熱影響區(qū)-40°C沖擊功127J。
權(quán)利要求
1.一種特厚高強橋梁鋼板焊接方法，其特征在于，工藝步驟為 (1)采用屈服強度彡370MPa、抗拉強度彡510MPa、延伸率彡20%、_40°C沖擊功彡41J、厚度為100 150mm的橋梁鋼板進行同厚度平板對接； (2)采用對稱窄間隙U型坡口形式，鈍邊為I 2mm、間隙控制在2 4mm、上下坡口錐度為16 20°坡口底部的圓弧半徑控制在8 IOmm ； (3)施焊前采用機械處理方法將坡口表面清理干凈，去除油污和鐵銹； (4)將鋼板焊前預(yù)熱150°C以上，層間溫度控制在150 200°C； (5)氣體保護焊焊絲采用直徑￠1.2mm，牌號為GFL_71Ni的藥芯焊絲；雙絲埋弧焊采用直徑O 5mm的H08Mn2E埋弧焊絲+SJlOlq焊劑； (6)采用兩種焊接方法進行組合焊接，打底焊及底部填充采用C02氣體保護焊，中間填充及蓋面采用雙絲埋弧焊； (7)焊后以硅酸鋁板覆蓋焊接接頭進行緩冷，免除焊后去應(yīng)力熱處理避免再熱脆化。
2.如權(quán)利要求I所述的一種特厚高強橋梁鋼板焊接方法，其特征在于，步驟(6)C02氣體保護焊工藝參數(shù)焊接電流180 280A，焊接電壓20 32V，焊速2 5mm/s，氣體流量20 25L/min ;雙絲埋弧焊焊接工藝參數(shù)I絲焊槍垂直，2絲與垂直方向呈8 12°傾角，兩絲絲間距控制在10 50_，1絲焊接電流1000 600A，1絲焊接電壓20 32V，2絲焊接電流900 500A，焊接電壓25 40V，焊接速度8mm/s 25mm/s。
3.如權(quán)利要求I所述的一種特厚高強橋梁鋼板焊接方法，其特征在于，步驟(I)所述100 150mm厚橋梁鋼板的化學(xué)成分及質(zhì)量百分含量為C ^ 0. 17%, Mn I. 2 1.6%，Si 彡 0. 50%, S 彡 0. 015%, P 彡 0. 020%, Als 彡 0. 015%，其余為 Fe 及雜質(zhì)元素。
4.如權(quán)利要求I所述的一種特厚高強橋梁鋼板焊接方法，其特征在于，先焊面填充至變形10 15°時進行背面清根，然后將后焊面連續(xù)填滿，再將先焊面連續(xù)填滿。
5.如權(quán)利要求I所述的一種特厚高強橋梁鋼板焊接方法，其特征在于，步驟(6)所述的采用兩種高效率焊接方法組合焊接其中CO2氣體保護焊焊接熱輸入控制在20 30kJ/cm，雙絲埋弧焊焊接熱輸入控制在40 50kJ/cm。
6.如權(quán)利要求I所述的一種特厚高強橋梁鋼板焊接方法，其特征在于，步驟(6)所述的兩種焊接方法均為多層多道焊。
全文摘要
一種特厚高強橋梁鋼板焊接方法，屬于特厚板焊接技術(shù)領(lǐng)域。該方法試板采用對稱窄間隙U型坡口形式，采取兩種高效率焊接方法進行組合焊接，即氣體保護焊打底及底部填充，雙絲埋弧焊繼續(xù)填充及蓋面，達到減小填充量，充分發(fā)揮雙絲埋弧焊焊接效率高、自動化程度高的目的，該方法可操作性強，可大幅提高特厚橋梁鋼板的焊接效率，顯著降低人力成本。此外，該方法通過選擇合適的焊接順序，解決了特厚板焊接變形難控制的難題。
文檔編號B23K9/18GK102744498SQ20121023313
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者劉宏, 張楠, 張熹, 李戰(zhàn)軍, 牟淑坤, 章軍, 董現(xiàn)春, 許良紅, 郭占山, 陳延清, 鞠建斌 申請人:首鋼總公司