专利名称：一种特厚高强桥梁钢板焊接方法
技术领域：
本发明属于焊接技 术领域，特别是提供了一种特厚高强桥梁钢板焊接方法，高效低成本，该方法也适合其它低合金高强钢特厚板的焊接。
背景技术：
随着钢结构技术的发展，特厚钢板在桥梁等大型结构工程中的应用越来越广泛。高强度特厚钢板组成的构件因截面大、承载能力高，近些年来在大跨径结构中使用频繁。目前100 150mm特厚高强桥梁钢板需求量日益增多，国内特厚桥梁钢力学性能趋于稳定，但特厚高强桥梁钢板的配套焊接工艺并不完善，特别是基于常规焊接设备的高效焊接技术国内未见相关报道。特厚高强桥梁钢焊接过程存在以下焊接问题易出现焊接冷裂纹、再热裂纹等焊接缺陷；焊接接头特别是心部附近热影响区对焊接热输入较敏感，易出现接头脆化；由于钢板厚度大、填充量大，特厚板焊接效率低，窄间隙焊接专用设备由于价格昂贵且焊接质量对焊接工艺敏感，在国内特厚桥梁钢板焊接中应用较少，尚不普及；特厚板焊接变形难控制，变形超限厚难矫平。特厚高强桥梁钢焊接领域对基于常规焊接设备的特厚钢板高效焊接技术要求迫切，未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特厚高强桥梁钢板焊接方法，解决了特厚高强桥梁钢板焊接过程中易出现冷裂纹、再热裂纹等焊接缺陷，特厚板焊接变形难控制，焊接焊接效率低等问题。本发明的技术方案是本发明采用两种高效率焊接方法进行组合焊接，即气体保护焊打底及底部填充，双丝埋弧焊继续填充及盖面，两种方法均采用多层多道焊；焊接接头采用对称窄间隙U型坡口形式及合适的焊接顺序，达到减少填充量、避免未熔合焊接缺陷、减小焊接变形的目的；通过焊后缓冷实现免去焊后去应力热处理，避免再热脆化；为避免焊接接头脆化气体保护焊焊接热输入控制在30kJ/cm以下，双丝埋弧焊总焊接热输入控制在50kJ/cm以下；IOOmm 150mm厚高强桥梁钢焊前预热150°C以上,层间温度控制在150 200°C。通过以上措施达到利用常规焊接设备大幅度提高特厚高强桥梁钢板焊接效率，取消焊后热处理降低生产成本，避免焊接缺陷及接头脆化出现。本发明方法简单、易操作，易于推广。具体工艺步骤为(I)采用屈服强度彡370MPa、抗拉强度彡510MPa、延伸率彡20%、-40°C冲击功^ 41J、厚度为100 150mm的桥梁钢板进行同厚度平板对接；(2)为减小填充量并有效控制焊接变形，采用对称窄间隙U型坡口形式，钝边为I 2mm、间隙控制在2 4mm、上下坡口锥度为16 20°坡口底部的圆弧半径控制在8 IOmm ；(3)施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净，去除油污和铁锈；
(4)将钢板焊前预热150°C以上，层间温度控制在150 200°C ；(5)气体保护焊焊丝采用昆山京群焊材科技有限公司生产的直径￠1. 2mm，牌号为GFL-71Ni的药芯焊丝；双丝埋弧焊采用锦州天鹅焊材股份有限公司生产的直径05mm的H08Mn2E埋弧焊丝+SJlOlq焊剂；(6)采用两种高效率焊接方法进行组合焊接，打底焊及底部填充采用C02气体保护焊，中间填充及盖面采用双丝埋弧焊，两种焊接方法均为多层多道焊。C02气体保护焊工艺参数焊接电流180 280A，焊接电压20 32V，焊速2 5mm/s，气体流量20 25L/min ;双丝埋弧焊焊接工艺参数1丝(施焊时前面的焊丝)焊枪垂直，2丝(施焊时后面的焊丝)与垂直方向呈8 12°倾角，两丝丝间距控制在10 50mm，I丝焊接电流1000 600A，I丝焊接电压20 32V，2丝焊接电流900 500A，焊接电压25 40V，焊接速度8mm/s 25mm/s ;(7)焊后以硅酸铝板覆盖焊接接头进行缓冷，免除焊后去应力热处理避免再热脆 化。所述100 150mm厚桥梁钢板的化学成分及质量百分含量为C ^ 0. 17%, Mn
I.2 I. 6%，Si 彡 0. 50%，S 彡 0. 015%，P 彡 0. 020%，Als 彡 0. 015%，其余为 Fe 及杂质元素。所述的一种特厚高强桥梁钢板焊接方法，其特征在于，先焊面(首先进行焊接的一面)填充至变形10 15°时进行清根，然后将后焊面连续填满，再将先焊面连续填满。所述的采用两种高效率焊接方法组合焊接其中CO2气体保护焊焊接热输入控制在20 30kJ/cm，双丝埋弧焊焊接热输入控制在40 50kJ/cm。本发明提出的焊接工艺方法与现有焊接工艺相比有以下优点(I)可以利用常规焊接设备大幅提高焊接效率；(2)通过两种高效焊接技术组合焊接及焊接热输入控制，避免焊接接头各部位脆化(特别是心部附近接头脆化)，使接头性能满足屈服强度> 370MPa、抗拉强度> 510MPa、延伸率彡20%、-40°C冲击功彡41J ；(3)通过优化坡口形式的设计及焊接顺序，达到减少焊接填充量，避免焊接缺陷及有效控制焊接变形的目的；(4)通过焊后缓冷取消焊后热处理，降低生产成本，避免因焊后热处理温度选择不当造成焊接接头的再热脆化和再热裂纹的产生。
图IlOOmm+lOOmm等厚板组合的接头坡口形式图。图2150mm+150mm等厚板组合的接头坡口形式图。图3双丝埋弧焊示意图。
具体实施例方式实施例I :母材为热轧+正火工艺生产的IOOmm厚Q370qE桥梁钢板，屈服强度380MPa，抗拉强度530MPa，延伸率32%，板厚1/4处_40°C冲击功263J，板厚1/2处_40°C冲击功233J，焊接钢板厚度组合为100臟+100臟，试板尺寸为60011111^22011111^100111111，坡口形式见附图I
所示；焊接材料气体保护焊丝直径O I. 2mm,熔覆金属力学性能为屈服强度525MPa，抗拉强度595MPa，延伸率27%，-40°C冲击功76J ;埋弧焊丝直径①5mm，熔覆金属力学性能为屈服强度450MPa，抗拉强度560MPa，延伸率30%，_40°C冲击功125J。焊接工艺施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净，去除油污和铁锈；焊前预热150°C，层间温度控制在150 200°C ;气体保护焊焊接工艺参数焊接电流230 240A，焊接电压29 31V，焊接速度3. 5 4mm/s，焊接热输入20 23kJ/cm ;双丝埋弧焊焊接工艺参数1丝、2丝间距35_，2丝与垂直方向呈10°，I丝焊接电流690 710A，I丝焊接电压28 30V，2丝焊接电流550 600A，2丝电压34 36V，焊接速度13 14mm/s，总焊接热输入33 35kJ/cm ;先焊面采用气体保护焊填充至中心20mm，然后将另一面进行清根，采用气体保护焊+双丝埋弧焊将后焊面填满，再采用双丝埋弧焊将先焊面填满；焊后 采用硅酸铝板覆盖焊接接头进行缓冷。采用以上工艺焊接的IOOmm厚桥梁钢，焊接接头力学性能屈服强度385MPa，抗拉强度537MPa，断在母材；1/2板厚处焊缝_40°C冲击功74J，热影响区-40°C冲击功108J ；1/4板厚处焊缝-40°C冲击功98J，热影响区-40°C冲击功189J。实施例2 母材为热轧+正火工艺生产的150mm厚Q370qE桥梁钢板，屈服强度375MPa，抗拉强度520MPa，延伸率30%，板厚1/4处_40°C冲击功227J，板厚1/2处_40°C冲击功207J，焊接钢板厚度组合为150mm+150mm，试板尺寸为600mmX 220mmX 100mm，坡口形式见附图2所示；焊接材料气体保护焊丝直径￠1. 2mm，熔覆金属力学性能为屈服强度525MPa，抗拉强度595MPa，延伸率27%，-40°C冲击功76J ;埋弧焊丝直径①5mm，熔覆金属力学性能为屈服强度450MPa，抗拉强度560MPa，延伸率30%，_40°C冲击功125J。焊接工艺施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净，去除油污和铁锈；焊前预热150°C，层间温度控制在150 200°C ;气体保护焊焊接工艺参数焊接电流260 270A，焊接电压30 32V，焊接速度4 4. 5mm/s,焊接热输入25 27kJ/cm ;双丝埋弧焊焊接工艺参数1丝、2丝间距35_，2丝与垂直方向呈10°，I丝焊接电流700 720A，I丝焊接电压29 31V，2丝焊接电流580 620A，2丝电压34 36V，焊接速度12 13mm/s，总焊接热输入35 40kJ/cm ;先焊面采用气体保护焊填充至中心30mm，然后将另一面进行清根，采用气体保护焊+双丝埋弧焊将后焊面填满，再采用双丝埋弧焊将先焊面填满；焊后采用硅酸铝板覆盖焊接接头进行缓冷。采用以上工艺焊接的150mm厚桥梁钢，焊接接头力学性能屈服强度380MPa，抗拉强度515MPa，断在母材；1/2板厚处焊缝-40°C冲击功65J，热影响区_40°C冲击功92J ；1/4板厚处焊缝_40°C冲击功83J，热影响区-40°C冲击功127J。
权利要求
1.一种特厚高强桥梁钢板焊接方法，其特征在于，工艺步骤为 (1)采用屈服强度彡370MPa、抗拉强度彡510MPa、延伸率彡20%、_40°C冲击功彡41J、厚度为100 150mm的桥梁钢板进行同厚度平板对接； (2)采用对称窄间隙U型坡口形式，钝边为I 2mm、间隙控制在2 4mm、上下坡口锥度为16 20°坡口底部的圆弧半径控制在8 IOmm ； (3)施焊前采用机械处理方法将坡口表面清理干净，去除油污和铁锈； (4)将钢板焊前预热150°C以上，层间温度控制在150 200°C； (5)气体保护焊焊丝采用直径￠1.2mm，牌号为GFL_71Ni的药芯焊丝；双丝埋弧焊采用直径O 5mm的H08Mn2E埋弧焊丝+SJlOlq焊剂； (6)采用两种焊接方法进行组合焊接，打底焊及底部填充采用C02气体保护焊，中间填充及盖面采用双丝埋弧焊； (7)焊后以硅酸铝板覆盖焊接接头进行缓冷，免除焊后去应力热处理避免再热脆化。
2.如权利要求I所述的一种特厚高强桥梁钢板焊接方法，其特征在于，步骤(6)C02气体保护焊工艺参数焊接电流180 280A，焊接电压20 32V，焊速2 5mm/s，气体流量20 25L/min ;双丝埋弧焊焊接工艺参数I丝焊枪垂直，2丝与垂直方向呈8 12°倾角，两丝丝间距控制在10 50_，1丝焊接电流1000 600A，1丝焊接电压20 32V，2丝焊接电流900 500A，焊接电压25 40V，焊接速度8mm/s 25mm/s。
3.如权利要求I所述的一种特厚高强桥梁钢板焊接方法，其特征在于，步骤(I)所述100 150mm厚桥梁钢板的化学成分及质量百分含量为C ^ 0. 17%, Mn I. 2 1.6%，Si 彡 0. 50%, S 彡 0. 015%, P 彡 0. 020%, Als 彡 0. 015%，其余为 Fe 及杂质元素。
4.如权利要求I所述的一种特厚高强桥梁钢板焊接方法，其特征在于，先焊面填充至变形10 15°时进行背面清根，然后将后焊面连续填满，再将先焊面连续填满。
5.如权利要求I所述的一种特厚高强桥梁钢板焊接方法，其特征在于，步骤(6)所述的采用两种高效率焊接方法组合焊接其中CO2气体保护焊焊接热输入控制在20 30kJ/cm，双丝埋弧焊焊接热输入控制在40 50kJ/cm。
6.如权利要求I所述的一种特厚高强桥梁钢板焊接方法，其特征在于，步骤(6)所述的两种焊接方法均为多层多道焊。
全文摘要
一种特厚高强桥梁钢板焊接方法，属于特厚板焊接技术领域。该方法试板采用对称窄间隙U型坡口形式，采取两种高效率焊接方法进行组合焊接，即气体保护焊打底及底部填充，双丝埋弧焊继续填充及盖面，达到减小填充量，充分发挥双丝埋弧焊焊接效率高、自动化程度高的目的，该方法可操作性强，可大幅提高特厚桥梁钢板的焊接效率，显著降低人力成本。此外，该方法通过选择合适的焊接顺序，解决了特厚板焊接变形难控制的难题。
文档编号B23K9/18GK102744498SQ20121023313
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月5日 优先权日2012年7月5日
发明者刘宏, 张楠, 张熹, 李战军, 牟淑坤, 章军, 董现春, 许良红, 郭占山, 陈延清, 鞠建斌 申请人:首钢总公司