宁波湾头大桥钢梁焊接工艺评定

宁波湾头大桥钢梁焊接工艺评定裴雪峰张健峰孙立雄摘要：针对宁波湾头大桥钢梁所用Q345-qD和Q370-qE钢，对各种焊接焊头进行了焊接工艺评定试验。各项力学性能试验结果表明，试验所选择的焊接材料匹配合适，焊接工艺参数合理，各项力学性能指标满足设计及相关规范要求。关键词：焊接工艺评定；焊接接头；力学性能1工程概况宁波湾头大桥位于姚江湾头三江口东侧江面上，其中主桥为下承式连续钢桁架拱桥。拱肋（主梁）箱型梁断面大，焊接接头形式多样，焊缝空间位置齐全，且普遍的采用了熔透焊缝。同时局部操作空间有限，因此，钢箱梁焊接工作具有相当大的难度。2试验用钢材大桥主体结构采用Q370-qE（δ=35，40，50mm）及Q345-qD（δ=16，20，25，30mm）钢，供货状态为正火，按照GB/T714-2000《桥梁用结构钢》标准，化学成分应符合表1的规定，力学性能应符合表2的规定。试验用钢板厚度Q345-qD为16，30mm。Q370-qE为40，50mm共4种规格，经出厂检验和工厂复验，其化学成分和力学性能均符合标准的规定。3焊接材料的选择焊接材料应选用熔敷金属含氢量低、焊接工艺性能和冶金性能好的焊条、焊剂和焊丝。经过多次反复试验后，选定的焊接材料如下：埋弧自动焊：H08Mn2E+SJ101q气体保护焊：E501T-1(Φ1.2),保护气体CO2Supercored71H(Φ1.2),保护气体CO2ER50-6（Φ1.2），保护气体CO2、手工电弧焊：SHJ507Ni(Φ4,Φ5)H08Mn2E焊丝是在国产标准焊丝H10Mn2和H08MnA的基础上，降低碳含量以降低焊缝强度，降低S、P含量并在内部控制N、O、A1等含量以提高焊缝韧性。焊剂SJ101q是在SJ101的基础上，降低焊剂中的S、P等杂质含量，并要求其熔敷金属有更高的韧性，同时限定熔敷金属强度的上限，以利于焊缝金属达到高韧低强。药芯焊丝CO2气体保护焊选用E501T-1和韩国现代Supercored71H（相当于AWSA5.20E71T-96J）,Supercored71H是一种适用于大电流全位置焊接的钛型药芯焊丝，高热输入时具有良好的冲击性能，电弧稳定，脱渣性能好。实芯焊丝采用ER50-6，手工电弧焊选用SHJ507Ni焊条。4焊接工艺评定试验4.1厚板焊接预热温度的确定选用本桥中较厚的钢板进行铁研试验，确定厚板焊接预热温度如表3。4.2焊接接头工艺性能试验力学性能试验根据设计图的要求按照TB10212-98《铁路钢桥制造规范》和大桥的具体接头形式进行了对接接头、棱角接头和T型接头的试验。4.2.1对接接头试验对接接头焊缝的坡口形式为单边V形坡口和双侧不对称V形坡口（两侧交替施焊，反面焊前清根），焊接位置为平位。层间温度控制在200℃以下。工艺参数见表4，力学性能试验结果见表5.4.2.2棱角接头试验棱角焊缝为熔透焊缝，开不对称V形坡口，平角位施焊。内侧焊缝为药芯焊丝CO2气体保护焊（FCAW）；外侧焊缝为埋弧自动焊（SAW），焊前清根，确保焊缝熔透。层间温度200℃以下，焊接线能量27.9～38.4kj/cm。工艺参数见表6，力学性能试验结果见表7.4.2.3T型熔透角接接头试验T型熔透接头的焊缝坡口形式为双侧不对称V形坡口，为确保焊缝熔透，反面焊前清根。焊接位置为平角位和横位。工艺参数见表8，力学性能试验结果见表9。各种接头的力学性能试验结果表明：1）所有对接焊缝金属的屈服强度、接头抗拉强度、伸长率均不低于母材标准值，接头侧湾（d=3a,180℃）未裂，焊缝及热影响区-20℃（-40℃）Akv冲击功均不低于34J（41J）,并且很大储备；2）所有棱角接头和T型接头焊缝金属的屈服强度、伸长率均不低于母材标准值；3）所有接头的最高维氏硬度小于350；4）所有接头的宏观断面检验未发现裂纹等，接头熔合良好。5结论1）对于板厚不大于30mm的Q345-qD钢板，采用CO2气体保护焊或手工电弧焊是可不预热；对于板厚等于40mm(含35mm)的Q370-qE钢板，采用CO2气体保护焊或手工电弧焊需预热50℃以上；对于板厚等于50mm的Q370-qE钢板，采用CO2气体保护焊或手工电弧焊需预热80℃以上，可防止裂纹产生。2）试验的各焊接接头经外观检验、超声波探伤检验、宏观断面检验，质量合格。3）试验的各焊接接头的力学性能试验结果满足设计及相关标准要求。4）V型缺口冲击试验表明Q345-qD、Q370-qE焊接接头抗脆断性能满足要求。5）试验过程按照TB10212-98的相关规定进行，所选择的焊接材料与母材匹配，焊接工艺参数合理可靠，能够满足本桥钢梁焊缝性能要求。参考文献[1]孙建华，罗军。钢桥制造的焊接工艺评定[J]。桥梁工程，2004（增）：98-99.[2]孟培元，孙昌茂，陶祖纪。铁路桥梁整体节点的焊接技术[J]。焊接技术，1997（1）：18-21.、[3]张文钺。焊接冶金学[M]。北京：机械工业出版社，1981.[4]中国机械工程学会焊接分会。焊接手册[M]。2卷。北京：机械工业出版社，2001.[5]芜湖长江大桥钢梁制造技术编委会，芜湖长江大桥钢梁制造技术[C]。北京：科学出版社，2001.