本发明涉及一种大跨度桥梁钢厚板的焊接方法，具体属于一种抗拉强度≥810mpa桥梁钢厚板埋弧复合焊接方法，其适用于焊接抗拉强度rm≥810mpa高强度桥梁结构用钢50mm、32mm等厚板接头的焊接。
背景技术
随着我国铁路、公路交通运输能力的大幅度提升,铁路和公路桥梁的建设规模不断扩大，技术水平不断提高，桥梁的功能、结构和建造技术向适应高速、重载、大跨度、整体性好、安全性高、采用全焊接节点钢结构的方向发展。因此，对桥梁用钢的强度、低温韧性、腐蚀等使用性能和焊接性能的要求越来越高。如我国拟建的江汉七桥是一座双向6车道公路桥梁，主桥远期拓宽为双向8车道条件，其主桥采用跨度为408米的重载公路桥。
为适应我国桥梁建设向高强、大跨、重载、高速方面发展的要求，宝武集团为该桥开发研制了我国新一代高强度、高韧性、高耐候性桥梁用钢q690qe（抗拉强度大于810mpa）。其在提高强度的同时低温冲击韧性、耐候性也有较大的提高。
但是，随着基材性能的提高，其对与之相匹配的焊接材料及焊接工艺也提出了迫切的要求。如不及时有效地解决高强度、高韧性、高耐候性桥梁钢种的焊接性及配套焊接材料和焊接工艺问题，将会直接阻碍我国桥梁钢的发展及新钢种的推广应用。因此，加快开展大跨度桥梁用钢焊接工艺及配套焊接材料研究，对我国桥梁用钢在大跨、重载、高速厚板桥梁结构制造技术的推广应用具有重大经济效益及社会效益，也为我国桥梁事业走出国门打下坚实的基础。
众所周知，随着建桥基材强度的增加，尤其从目前的以屈服强度级别为牌号的q420qe、q500qe提高到q690qe，在焊接过程中容易产生开裂问题，对于高强钢，焊前预热是防止焊接冷裂纹产生的重要工艺措施；而焊后缓冷或热处理可以使扩散的氢充分逸出，降低焊接残余应力，减少淬硬性，从而降低焊接冷裂纹倾向。宝武集团新研究的抗拉强度大于810mpa，屈服强度大于690mpa的桥梁钢，如果焊前不预热、焊后不进行缓冷或热处理，则难以保证焊接后结构不变形、无裂纹产生、焊接接头难以获得优良的力学性能，这是要解决的首要关键技术。然而大型钢结构制造过程进行焊前预热、焊后缓冷或热处理意味着施工条件恶化、制造成本增加及制造周期的困难，无法满足施工的技术要求。
开发研究的我国新一代高强度、高韧性、高耐候性桥梁用钢，其抗拉强度大于810mpa，屈服强度大于690mpa。这对焊接接头的性能提出了更高的要求，焊接接头必须具有与基材相当的强韧性匹配及耐候性能。采用目前国内现有810mpa级焊接材料与焊接工艺匹配，熔敷金属冲击功与实际焊接接头韧性以及接头耐候性能远不能满足新一代大跨度、重载荷桥梁结构制造的焊接技术要求；采用单一的埋弧焊，焊前不预热无法满足施工防裂的技术要求，在抗拉强度大于810mpa高强度桥梁钢厚板对接多层焊接情况下，焊接接头难以达到优良的强韧性匹配，无法满足新一代大跨度、重载荷桥梁结构制造的焊接技术指标要求。
经检索：中国专利申请号为cn200810048249.4的文献，其公开了《一种用于高强度桥梁钢厚板埋弧焊接方法》。该专利采用wnq570高强度桥梁钢，其力学性能特征为：wnq570钢屈服强度rel≥420mpa，抗拉强度rm≥570mpa，延伸率a≥18%，-40oc冲击功≥120j；厚板组合为36mm+44mm、50mm+50mm、60mm+60mm进行不同板厚组对接埋弧焊，焊前预热80~100℃，焊后不进行热处理；埋弧焊坡口采用双面v型非对称坡口，坡口角度为60°，钝边6mm；焊接材料匹配：焊丝ws03+焊剂sj105q；埋弧焊线能量32~35（kj/cm），采用多层多道连续施焊，层间温度控制在100~160(℃)。该文献不足在于钢种使用强度级别范围屈服强度rel≥420mpa，抗拉强度rm≥570mpa，桥梁钢不同板厚组对接埋弧焊时为达到施工的技术要求，焊前需要采取预热工序(预热温度80~100℃)，降低了焊接效率，增加了制造成本。
中国专利号为zl201210287003.9的《一种高强度低屈强比桥梁钢的复合焊接方法》专利文献，其适用的基板lyr690钢力学性能：抗拉强度rel≥500mpa、rm≥690mpa、a≥18%、-40℃kv2冲击功≥120j，对40mm等厚桥梁钢进行对接焊。对接复合焊坡口采用双面非对称x型坡口，坡口角度为60°，钝边为1mm，焊接线能量29~30kj/cm；匹配的焊丝抗拉强度≥700mpa；先进行富氩气保焊连续施焊，然后采用埋弧焊连续施焊。该文献主要是解决的是抗拉强度rm≥690mpa桥梁钢焊接接头韧性不足的问题，焊接配套材料强度低，且基材与焊接接头不具有耐候性，无法满足公路桥梁领域最新的408米大跨度、重载桥梁结构服役的技术要求。
中国专利申请号为cn201510605059.8的《一种高强度桥梁钢k型接头复合焊接方法》专利文献，焊接的钢种力学性能为rel=560~611mpa、rm=662~688mpa、a=23~24%、-40℃kv2冲击功=281~296j，对32mm+40mm的不等厚桥梁钢进行对接焊，采用双面k型不对称坡口，坡口角度为50度，钝边为2mm，埋弧焊采用wh65q焊丝+sj105q焊剂，焊丝直径为ф4.0mm，气保护焊丝采用wh70q，焊丝直径为ф1.2mm，焊接先采用气保焊接打底，后埋弧焊接直到焊缝填满。该文献其核心问题是解决厚度为32mm+40mm的不等厚桥梁钢k型接头韧性不足的问题。其存在焊接配套材料强度低，且基材及焊接接头不具有耐候性，焊接材料匹配与焊接工艺不适用于本发明所述的高强度桥梁钢的焊接工艺的不足。
技术实现要素：
本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，提出一种抗拉强度≥810mpa桥梁钢厚板埋弧复合焊接方法，以解决双向8车道，主桥采用跨度为408米的重载公路桥接头在焊前不预热、焊后不进行热处理，在保证安全服役的前提下，焊接后结构不变形、无裂纹产生，接头具有优良的综合力学性能及耐候性能的问题。
本发明的另一个目的是埋弧复合焊接对接接头力学性能，焊缝抗拉强度≥810mpa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃kv2≥100j，熔合线冲击功-40℃kv2≥106j，热影响区（1mm）-40℃kv2≥160j，接头三区平均冲击功远高于标准值要求，且焊缝耐腐蚀指数i值≥8.78。
实现上述目的的措施
一种抗拉强度≥810mpa桥梁钢厚板埋弧复合焊接方法，其步骤：
1）基材力学性能：力学性能特征为：屈服强度rel≥690mpa，抗拉强度rm≥810mpa，延伸率a≥14%，-40℃kv2冲击功≥120j；厚度为32mm、50mm等厚桥梁钢；
2）坡口采用双面v型对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；
3）匹配的两种焊丝：埋弧焊丝采用抗拉强度≥810mpa，焊丝直径ф4.0mm；焊剂为tg-sj690nhq，其焊剂碱度系数b=3.0，焊剂烘烤制度为350℃×1h；气保护焊丝采用抗拉强度≥810mpa，焊丝直径ф为1.2mm；
4）焊接工艺：
a)先采用气保焊接打底连续焊2道次，其焊接电流为260~270a、焊接电压在27~28v、焊接速度29~30cm/min、焊接线能量15kj/cm，并采用体积百分比为20%co2加上80%ar的富氩作保护气体，在其流量为25l/min的条件下进行施焊；
b）盖面进行埋弧焊，其采用多层多道连续施焊直至焊缝填满，其焊接电流为520~650a，焊接电压30~32v，焊接速度34~39cm/min，焊接线能量25~35kj/cm，层间温度控制在120~150℃。
其在于：所述气保护焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度rm为834mpa，延伸率a为21%，断面收缩率z为64%，-40℃kv2冲击功为92j。
其在于：所述埋弧焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度rm为888mpa，延伸率a为17%，断面收缩率z为65%，-40℃kv2冲击功为118j。
本发明公开具有如下优点：
(1)本发明提出的高强、高韧、高耐候性桥梁钢q690qe埋弧对接焊接方法，满足了我国拟建的江汉七桥厚板结构埋弧焊接工艺关键制造技术。接头的力学性能：焊缝抗拉强度rm≥810mpa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃kv2≥100j，熔合线冲击功-40℃kv2≥106j，热影响区（1mm）-40℃kv2≥160j，接头三区平均冲击功远高于标准值要求，且焊缝耐腐蚀指数i值≥8.78。
接头具有优良的高强、高韧、高耐候性匹配，接头三区具有较高的冲击韧性储备及安全裕度。
(2)采用本发明焊接工艺技术，埋弧焊接头过热区主要为贝氏体组织，焊缝金属主要为细小的针状铁素体组织，从而使焊缝具有优良的低温冲击韧性，接头具有优良的抗裂性能及优良的断裂韧性。
(3)采用本发明焊接工艺技术实现了高强度桥梁钢厚板结构制造过程焊前不预热、焊后不进行热处理的焊接工艺，采用多层多道连续施焊工艺时焊缝仍具有较高的冲击功。
且本发明焊接工艺操作简便、适用方便、高效、节能、能使工厂大批量制造大跨度、重载荷桥梁钢厚板。
附图说明
附图1为本发明32mm厚双v型接头坡口示意图；
附图2为本发明50mm厚双v型接头坡口示意图。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
实施例1
采用基材试板尺寸为600mm×400mm×50mm进行等厚焊接；
一种抗拉强度≥810mpa桥梁钢厚板埋弧复合焊接方法，其步骤：
1）基材力学性能：力学性能特征为：屈服强度rel694mpa，抗拉强度rm817mpa，延伸率a17%，-40℃kv2冲击功231j；厚度为50mm等厚桥梁钢；
2）坡口采用双面v型对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；
3）匹配的两种焊丝：埋弧焊丝采用抗拉强度888mpa，焊丝直径ф4.0mm；焊剂为tg-sj690nhq，其焊剂碱度系数b=3.0，焊剂烘烤制度为350℃×1h，埋弧焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度rm为888mpa，延伸率a为17%，断面收缩率z为65%，-40℃kv2冲击功为118j；
气保护焊丝采用抗拉强度834mpa，焊丝直径ф为1.2mm，其气保护焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度rm为834mpa，延伸率a为21%，断面收缩率z为64%，-40℃kv2冲击功为92j；
4）焊接工艺：
a)先采用气保焊接打底连续焊2道次，其焊接电流为260~264a、焊接电压在27v、焊接速度29cm/min、焊接线能量15kj/cm，并采用体积百分比为20%co2加上80%ar的富氩作保护气体，在其流量为25l/min的条件下进行施焊；
b）盖面进行埋弧焊，其采用多层多道连续施焊直至焊缝填满，其焊接电流为540~550a，焊接电压30v，焊接速度39cm/min，焊接线能量25kj/cm，层间温度控制在140~150℃。
经对其焊接的复合接头进行力学性能检测：焊缝抗拉强度rm=844mpa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃kv2=140j，熔合线冲击功-40℃kv2=190j，热影响区（1mm）-40℃kv2=167j，接头三区平均冲击功远高于工程技术要求（接头三区冲击功-40℃kv2大于47j）标准值。焊缝耐腐蚀指数i=8.78，焊缝具有优良的强韧性匹配，低温冲击韧性及优良的焊缝耐腐蚀指数i值达到8.78，其远高于标准值大于6的技术要求，完全满足我国新一代高强、高韧、高耐候性桥梁钢种的配套焊接技术要求。
实施例2
采用基材试板尺寸为600mm×400mm×32mm进行等厚焊接；
一种抗拉强度≥810mpa桥梁钢厚板埋弧复合焊接方法，其步骤：
1）基材力学性能：力学性能特征为：屈服强度rel705mpa，抗拉强度rm874mpa，延伸率a16%，-40℃kv2冲击功210j；厚度为32mm等厚桥梁钢；
2）坡口采用双面v型对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；
3）匹配的两种焊丝：埋弧焊丝采用抗拉强度888mpa，焊丝直径ф4.0mm；焊剂为tg-sj690nhq，其焊剂碱度系数b=3.0，焊剂烘烤制度为350℃×1h，埋弧焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度rm为888mpa，延伸率a为17%，断面收缩率z为65%，-40℃kv2冲击功为118j；
气保护焊丝采用抗拉强度834mpa，焊丝直径ф为1.2mm，其气保护焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度rm为834mpa，延伸率a为21%，断面收缩率z为64%，-40℃kv2冲击功为92j；
4）焊接工艺：
a)先采用气保焊接打底连续焊2道次，其焊接电流为266~270a、焊接电压在28v、焊接速度30cm/min、焊接线能量15kj/cm，并采用体积百分比为20%co2加上80%ar的富氩作保护气体，在其流量为25l/min的条件下进行施焊；
b）盖面进行埋弧焊，其采用多层多道连续施焊直至焊缝填满，其焊接电流为520~530a，焊接电压31v，焊接速度38cm/min，焊接线能量25kj/cm，层间温度控制在130~140℃。
经对其焊接的复合接头进行力学性能检测：焊缝抗拉强度rm=834mpa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃kv2=104j，熔合线冲击功-40℃kv2=106j，热影响区（1mm）-40℃kv2=186j，接头三区平均冲击功远高于工程技术要求（接头三区冲击功-40℃kv2大于47j）标准值。焊缝耐腐蚀指数i=9.8，焊缝具有优良的强韧性匹配，低温冲击韧性及优良的焊缝耐腐蚀指数i值达到9.8远高于标准值大于6的技术要求。其完全满足我国新一代高强、高韧、高耐候性桥梁钢种的配套焊接技术要求。
实施例3
采用基材试板尺寸为600mm×400mm×50mm进行等厚焊接；
一种抗拉强度≥810mpa桥梁钢厚板埋弧复合焊接方法，其步骤：
1）基材力学性能：力学性能特征为：屈服强度rel694mpa，抗拉强度rm817mpa，延伸率a17%，-40℃kv2冲击功231j；厚度为50mm等厚桥梁钢；
2）坡口采用双面v型对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；
3）匹配的两种焊丝：埋弧焊丝采用抗拉强度888mpa，焊丝直径ф4.0mm；焊剂为tg-sj690nhq，其焊剂碱度系数b=3.0，焊剂烘烤制度为350℃×1h，埋弧焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度rm为888mpa，延伸率a为17%，断面收缩率z为65%，-40℃kv2冲击功为118j；
气保护焊丝采用抗拉强度834mpa，焊丝直径ф为1.2mm，其气保护焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度rm为834mpa，延伸率a为21%，断面收缩率z为64%，-40℃kv2冲击功为92j；
4）焊接工艺：
a)先采用气保焊接打底连续焊2道次，其焊接电流为260~264a、焊接电压在27v、焊接速度29cm/min、焊接线能量15kj/cm，并采用体积百分比为20%co2加上80%ar的富氩作保护气体，在其流量为25l/min的条件下进行施焊；
b）盖面进行埋弧焊，其采用多层多道连续施焊直至焊缝填满，其焊接电流为640~650a，焊接电压32v，焊接速度35cm/min，焊接线能量35kj/cm，层间温度控制在130~140℃。
经对其焊接的复合接头进行力学性能检测：焊缝抗拉强度rm=839mpa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃kv2=128j，熔合线冲击功-40℃kv2=170j，热影响区（1mm）-40℃kv2=172j，接头三区平均冲击功远高于工程技术要求（接头三区冲击功-40℃kv2大于47j）标准值。焊缝耐腐蚀指数i=8.9，焊缝具有优良的强韧性匹配，低温冲击韧性及优良的焊缝耐腐蚀指数i值达到8.9远高于标准值大于6的技术要求。其完全满足我国新一代高强、高韧、高耐候性桥梁钢种的配套焊接技术要求。
实施例4
采用基材试板尺寸为600mm×400mm×32mm进行等厚焊接；
一种抗拉强度≥810mpa桥梁钢厚板埋弧复合焊接方法，其步骤：
1）基材力学性能：力学性能特征为：屈服强度rel705mpa，抗拉强度rm874mpa，延伸率a16%，-40℃kv2冲击功210j；厚度为32mm等厚桥梁钢；
2）坡口采用双面v型对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；
3）匹配的两种焊丝：埋弧焊丝采用抗拉强度888mpa，焊丝直径ф4.0mm；焊剂为tg-sj690nhq，其焊剂碱度系数b=3.0，焊剂烘烤制度为350℃×1h，埋弧焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度rm为888mpa，延伸率a为17%，断面收缩率z为65%，-40℃kv2冲击功为118j；
气保护焊丝采用抗拉强度834mpa，焊丝直径ф为1.2mm，其气保护焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度rm为834mpa，延伸率a为21%，断面收缩率z为64%，-40℃kv2冲击功为92j；
4）焊接工艺：
a)先采用气保焊接打底连续焊2道次，其焊接电流为266~270a、焊接电压在28v、焊接速度30cm/min、焊接线能量15kj/cm，并采用体积百分比为20%co2加上80%ar的富氩作保护气体，在其流量为25l/min的条件下进行施焊；
b）盖面进行埋弧焊，其采用多层多道连续施焊直至焊缝填满，其焊接电流为620~630a，焊接电压32v，焊接速度34cm/min，焊接线能量35kj/cm，层间温度控制在120~130℃。
经对其焊接的复合接头进行力学性能检测：焊缝抗拉强度rm=830mpa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃kv2=100j，熔合线冲击功-40℃kv2=109j，热影响区（1mm）-40℃kv2=160j，接头三区平均冲击功远高于工程技术要求（接头三区冲击功-40℃kv2大于47j）标准值。焊缝耐腐蚀指数i=9.1，焊缝具有优良的强韧性匹配，低温冲击韧性及优良的焊缝耐腐蚀指数i值达到9.1远高于标准值大于6的技术要求。其完全满足我国新一代高强、高韧、高耐候性桥梁钢种的配套焊接技术要求。
实施例5
采用基材试板尺寸为600mm×400mm×32mm进行等厚焊接；
一种抗拉强度≥810mpa桥梁钢厚板埋弧复合焊接方法，其步骤：
1）基材力学性能：力学性能特征为：屈服强度rel705mpa，抗拉强度rm874mpa，延伸率a16%，-40℃kv2冲击功210j；厚度为32mm等厚桥梁钢；
2）坡口采用双面v型对称坡口，坡口角度为60°，钝边1mm；
3）匹配的两种焊丝：埋弧焊丝采用抗拉强度888mpa，焊丝直径ф4.0mm；焊剂为tg-sj690nhq，其焊剂碱度系数b=3.0，焊剂烘烤制度为350℃×1h，埋弧焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度rm为888mpa，延伸率a为17%，断面收缩率z为65%，-40℃kv2冲击功为118j；
气保护焊丝采用抗拉强度834mpa，焊丝直径ф为1.2mm，其气保护焊丝的熔敷金属的力学性能：抗拉强度rm为834mpa，延伸率a为21%，断面收缩率z为64%，-40℃kv2冲击功为92j；
4）焊接工艺：
a)先采用气保焊接打底连续焊2道次，其焊接电流为266~270a、焊接电压在28v、焊接速度30cm/min、焊接线能量~15kj/cm，并采用体积百分比为20%co2加上80%ar的富氩作保护气体，在其流量为25l/min的条件下进行施焊；
b）盖面进行埋弧焊，其采用多层多道连续施焊直至焊缝填满，其焊接电流为585~595a，焊接电压31v，焊接速度36cm/min，焊接线能量30kj/cm，层间温度控制在120~130℃。
经对其焊接的复合接头进行力学性能检测：焊缝抗拉强度rm=838mpa，接头冷弯d=3a，180°合格，焊缝冲击功-40℃kv2=109j，熔合线冲击功-40℃kv2=116j，热影响区（1mm）-40℃kv2=172j，接头三区平均冲击功远高于工程技术要求（接头三区冲击功-40℃kv2大于47j）标准值。焊缝耐腐蚀指数i=9.2，焊缝具有优良的强韧性匹配，低温冲击韧性及优良的焊缝耐腐蚀指数i值达到9.2远高于标准值大于6的技术要求。其完全满足我国新一代高强、高韧、高耐候性桥梁钢种的配套焊接技术要求。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。