橋梁用耐候鋼焊接技術(shù)研究

王秀菊，宋迪，張劍峰，黃河珍

中鐵寶橋集團(tuán)有限公司 陜西寶雞 721000

遼寧省高等級(jí)公路建設(shè)局 遼寧沈陽(yáng) 110005

1 序言

降低橋梁壽命周期成本已成為橋梁建造的趨勢(shì)，但普通鋼橋的耐久性問(wèn)題比較突出。而耐候鋼既有一般結(jié)構(gòu)鋼的優(yōu)質(zhì)特性，又能發(fā)揮無(wú)需涂裝的防腐性能，從全壽命周期成本的觀點(diǎn)出發(fā)，耐候鋼在國(guó)內(nèi)橋梁鋼結(jié)構(gòu)中的推廣應(yīng)用將成為一大趨勢(shì)。

近年來(lái)我國(guó)高性能耐候鋼的研究取得了巨大進(jìn)步，相繼開(kāi)發(fā)了屈服強(qiáng)度達(dá)到345～690MPa級(jí)別的高性能橋梁耐候鋼，并且345~420MPa級(jí)別的耐候鋼已在工程建設(shè)中實(shí)施應(yīng)用。耐候鋼中加入有少量Cu、P、Cr、Ni、Mn、V、RE等合金元素，在使用過(guò)程中表面會(huì)逐漸形成一層致密的保護(hù)膜，阻止腐蝕性介質(zhì)對(duì)基體進(jìn)一步腐蝕，從而顯著降低其腐蝕速度。為了更好地了解和掌握耐候鋼的焊接性，使之能更好地運(yùn)用在公路橋梁產(chǎn)品上，我們進(jìn)行了Q345qENH和Q420qENH鋼相關(guān)專(zhuān)題的試驗(yàn)研究，以滿足加工制造工藝要求。

2 焊前研究?jī)?nèi)容

耐候鋼的焊前技術(shù)研究需對(duì)其熱加工性能進(jìn)行綜合研究開(kāi)發(fā)，包括熱切割、熱矯形、焊接性等。

2.1 橋梁用耐候鋼材料性能研究

選擇Q345qENH和Q420qENH鋼材進(jìn)行必要的母材性能試驗(yàn)，充分掌握其力學(xué)性能、化學(xué)成分、微觀金相組織及耐候指數(shù)等，為了解母材焊接性、選擇匹配的焊接材料及制定焊接工藝打下基礎(chǔ)。

2.2 橋梁用耐候鋼焊接材料的選擇

耐候鋼的焊接既要滿足強(qiáng)韌性匹配，還需滿足成分匹配，這樣的接頭才能符合裸露使用要求。焊接接頭均由焊接材料填充，為此要求焊接材料要同時(shí)達(dá)到強(qiáng)韌性和成分均與母材匹配。通過(guò)查閱及試驗(yàn)選定與Q345qENH和Q420qENH鋼匹配的焊接材料及熔敷金屬力學(xué)性能見(jiàn)表1。

表1 焊接材料及熔敷金屬力學(xué)性能

2.3 焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)

按照GB 4675.5—1984“焊接性試驗(yàn) 焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)方法”，制定試驗(yàn)方案，測(cè)定焊接熱影響區(qū)的最高硬度，評(píng)價(jià)鋼材冷裂傾向。焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，最高硬度均低于350 HV10。

表2 焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)結(jié)果

2.4 熱矯形試驗(yàn)

通過(guò)試驗(yàn)確定熱矯形最高溫度，保證受熱區(qū)域各項(xiàng)性能滿足使用要求，熱矯形試驗(yàn)方案及受熱區(qū)域力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼板及焊縫區(qū)域允許在不高于800℃進(jìn)行熱矯形。

3 焊接工藝研究試驗(yàn)

3.1 接頭焊接試驗(yàn)

針對(duì)選定的鋼材和焊接材料，設(shè)計(jì)具有代表性的焊接接頭，制定焊接工藝及施焊措施，進(jìn)行焊接應(yīng)用研究，掌握耐候結(jié)構(gòu)鋼的焊接技術(shù)。焊接工藝研究試驗(yàn)項(xiàng)目見(jiàn)表4。

3.2 接頭力學(xué)性能試驗(yàn)

試件焊接完成檢測(cè)合格，按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。其中沖擊吸收能量為多個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。

表3 熱矯形試驗(yàn)方案及受熱區(qū)域力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

表4 焊接工藝研究試驗(yàn)項(xiàng)目

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

從表3的焊縫金屬拉伸試驗(yàn)結(jié)果可以看出，各種接頭的焊縫強(qiáng)度均高于母材標(biāo)準(zhǔn)值。焊縫金屬的伸長(zhǎng)率均高于母材標(biāo)準(zhǔn)值。對(duì)接接頭的彎曲試驗(yàn)結(jié)果均為完好，這表明焊接接頭的塑性良好。從接頭低溫沖擊試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對(duì)接焊縫、全熔透角焊縫和棱角焊縫的-40℃低溫沖擊吸收能量均大于標(biāo)準(zhǔn)值，符合技術(shù)要求。對(duì)接接頭硬度試驗(yàn)結(jié)果表明，接頭各區(qū)的硬度均≤350 HV10。

4 結(jié)束語(yǔ)

耐候鋼Q345qENH、Q420qENH鋼試驗(yàn)研究經(jīng)過(guò)了母材復(fù)驗(yàn)、焊接性試驗(yàn)、選焊材試驗(yàn)、鋼板火焰切割試驗(yàn)、熱矯形試驗(yàn)以及焊接工藝研究試驗(yàn)。

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，Q345qENH、Q420qENH鋼具有穩(wěn)定的力學(xué)性能和較好的焊接性，能夠滿足橋梁結(jié)構(gòu)的受力要求及鋼梁的焊接需要。試驗(yàn)所選用的埋弧焊和氣體保護(hù)焊及配套的焊材均能夠滿足Q345qENH、Q420qENH鋼焊接接頭性能匹配的需要，試驗(yàn)所用的焊接參數(shù)及工藝方法能夠用于Q345qENH、Q420qENH耐候鋼相關(guān)類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。