趙保明

Q345qC橋鋼屬于低合金高強度特種鋼材,對焊接工藝要求高,焊接難度大,手工焊接雖然靈活性好,但效率低,埋弧自動焊工作效率高,但工藝參數(shù)要求復雜,各個數(shù)據(jù)牽涉因素較多,因此,要將二者結合起來,具有相當?shù)睦щy。

本技術主要根據(jù)鋼材的特點,結合埋弧焊的工藝要求以及國家關于鋼結構焊接標準要求,經(jīng)過理論設計,實際操作,反復試驗,工藝參數(shù)的調整,到質量檢驗,總結出一套完整的,可操作性很強的Q345qC橋鋼自動埋弧焊新技術,克服了傳統(tǒng)手工電弧焊的弊端,發(fā)揮了自動埋弧焊的優(yōu)勢,提高了生產效率,保證了焊接質量,在工程實踐中得到了很好的應用,取得了良好的效果,本文闡明了坡口的制作,焊接工藝參數(shù)的確定,相關制約因素,以及最后達到工程要求的質量標準,為今后Q345qC橋鋼的自動埋弧焊總結出了成功經(jīng)驗,創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟效益和社會效益,并填補了陽泉市一項空白。

1 課題的提出

隨著陽泉市建橋工業(yè)的不斷發(fā)展,鋼橋以其獨特的優(yōu)勢涌入橋梁建設勢在必行,然而鋼橋使用的材料,必須是強度高、抗震性好,具有良好的工藝性能,這就是造鋼橋的專用特種材料——橋鋼。另一方面,根據(jù)橋梁的承載狀況,鋼材的厚度、耗鋼量、焊接量很大,而且質量要求高,傳統(tǒng)的手工電弧焊已遠遠適應不了工程的需求,必須用新的方法,新的技術進行施工,于是在上級領導的支持下,成立了由領導、工程技術人員、有關焊接專家、操作技術工人共同組成的攻關小組,進行特種鋼材的自動埋弧焊新技術實驗研究,并付于實際工程。

2 Q345qC橋鋼的特性

橋梁用結構鋼是由建筑用熱軋?zhí)妓劁撝瞥?其屈服強度為345 MPa,其化學成分為C≤0.20%,Si≤0.60%,Mn:1.00%～1.6%,P≤0.035%,S≤0.035%,同時還會有Y,Nb,Ti,N等微量元素。其碳當量為0.43%,其力學性能屈服點 S≥345 N/mm2,抗拉強度b≥510 N/mm2,伸長率 S5≥21%,V形缺口沖擊功不小于 34 J,以及 180°彎曲,試驗合格,表面質量不應有裂紋,氣泡,結疤,折疊,夾渣。其主要特點:焊接熱影響區(qū)有明顯的淬硬傾向,焊后于800℃～500℃,冷卻速度越大,淬硬越嚴重,由于出現(xiàn)低塑性馬氏體組織冷裂紋敏感性增加,接縫區(qū)含氫量增多,結構剛性增加產生冷裂紋的傾向亦增加,輸入焊件線能量不可過低(焊接電流小,焊接速度高),否則熱影響區(qū)的淬硬組織易產生裂紋,而線能量過高,晶粒粗大,接頭塑性降低。

針對以上特性,對于手工電弧焊則可選塑性、韌性好的低氫焊條,而對于自動埋弧焊來講,則需要在焊劑和焊絲上考慮諸因素。

3 埋弧自動焊工藝

埋弧焊是以裸金屬焊絲與焊件(母材)間所形成電弧為熱源,以覆蓋在電弧周圍的顆粒狀焊劑及其熔渣做保護的電弧焊方法。焊絲由送絲機構連續(xù)送入電弧區(qū),并熔化為焊縫填充金屬。其優(yōu)點是:1)焊縫質量高。2)生產效率高。3)勞動條件好。其缺點是:1)只能適用于水平面俯位接縫焊接。2)只適用于長焊縫焊接。3)電弧弧柱電位梯度較大。焊接冶金過程的特點:1)電弧和焊接熔池在熔化了的焊劑所形成熔渣包圍下獲得可靠渣保護,有效地防止了空氣的入侵,因而獲得良好的塑性。2)焊劑中不含碳的成分、冶金過程會造成碳元素燒損,因而必須控制焊絲中的碳元素。3)脫氫高溫反應時能生成不溶于熔池的HF和OH,所以能夠達到去氫的目的。

4 焊接材料的選擇

1)焊絲的選擇?？紤]強度要與母材匹配,同時考慮與焊劑的匹配,所以確定選擇焊氫 10錳2,H10Mn2,C≤0.12,Mn:1.5～1.9,其化學成分與母材相近。

2)焊劑的選擇。即考慮母材焊接需要低氫,又要考慮與焊絲匹配,所以選擇燒結型SJ101,其屬于堿性(氯堿型),適合焊接重要普通低合金結構鋼,焊劑顆粒度為10目～60目,電流種類,交、直流均可,使用前焙烘350℃/2 h。

3)坡口的選擇。接頭的設計和坡口的選擇取決于焊件的結構形狀和板厚,接頭的力學和冶金性能要求,以及施工條件等,根據(jù)國家標準GB 985規(guī)定和施工實際情況,對接接頭采用加墊板V形坡口,見圖1;角接接頭采用加墊板單邊 V形坡口,見圖2。

坡口的制備:用XBJ-9銑邊機,進行機械切削。對于較長構件,采用火焰切割后用磨光機打磨氧化層,直至有金屬光澤。

4)焊接工藝規(guī)范的選擇。焊接工藝規(guī)范決定著熔池形狀和焊縫的形狀。焊縫的形狀是焊縫熔化區(qū)橫截形狀,一般以熔深H,縫寬B和余高a三個參數(shù)表征,其直接決定著焊接的質量,焊縫成型的基本規(guī)律,由焊接電流,電弧電壓和焊接速度等因素決定,即埋弧自動焊的規(guī)范參數(shù),其基本規(guī)律見圖3～圖5。

由圖3～圖5可見,選擇焊接工藝規(guī)范是由多方因素決定的,通過理論計算和反復實驗確定的結果見表1。

表1 經(jīng)理論計算和反復實驗的結果

5 焊接質量的檢驗

根據(jù)鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范,對焊縫進行100%超聲波探傷和20%的X射線拍片檢驗,開始試驗階段,第一遍打底有未焊透現(xiàn)象,未焊透部分有夾渣,查找分析原因是電流偏小,熔深不夠,而電流過大又容易將襯板燒穿,后經(jīng)過反復調整,克服了缺點,焊縫形狀也很理想。在施工過程中,進行實時探傷檢驗,也發(fā)現(xiàn)有個別超標缺陷,經(jīng)現(xiàn)場分析原因,是由于電網(wǎng)電壓波動影響焊接電流所造成,進行局部返修,最終焊接工程質量達到設計和驗收規(guī)范要求,合格率100%。

6 典型代表工程,經(jīng)濟效益和社會效益

陽泉市四礦口大橋為陽泉市跨越桃河的一座標志性景觀橋梁,造型新穎,寓意深遠,主橋采用2跨,共 81 m,下承式拱橋,跨徑39.5 m,拱高10.97 m。

主縱梁:2根,為鋼箱梁結構,梁高2.0 m,寬1.5 m;

端橫梁:4根,長16 m,1.2 m×1.2 m。

采用本方法焊接角焊縫940 m,對接焊縫300 m,焊接后均采用超聲波探傷和X射線拍片檢驗。

經(jīng)濟效益:整個大橋的工程量,焊接點有很重要的比重,焊接工作量所起的經(jīng)濟效益是很大的,粗略計算達248 000元之多。

社會效益:本技術在陽泉市的焊接界尚屬首例,山西省這樣的鋼橋亦為數(shù)不多,因而為今后的Q345qC橋鋼焊接起著至關重要的作用。

7 結語

在各級領導的支持下和工程技術人員,具體操作工人的共同努力下,成功的解決了Q345qC橋鋼的埋弧自動焊技術,并應用于實踐中,取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益,從技術上解決了各種難點,不僅推進了工程進度,并保證了工程質量。本文從實踐中總結出了各種技術參數(shù),適用性強,可操作性強,具有極高的推廣價值,為陽泉市今后的鋼橋建筑奠定了良好的基礎,本技術打破了傳統(tǒng)的手工焊技術,發(fā)揮了埋弧自動焊的自身優(yōu)點,工作效率高,焊接質量好,并結合特種鋼材的特點總結了一整套完整的焊接工藝參數(shù)。

[1] 李 標.爆炸焊施工的探討[J].山西建筑,2009,35(14):138-139.