大型拱塔Q345qE鋼材焊接技術(shù)研究

□文/陳素環(huán) 張建利

大型拱塔Q345qE鋼材焊接技術(shù)研究

□文/陳素環(huán) 張建利

某大橋改建工程中應(yīng)用Q345qE的鋼材，為保證焊接質(zhì)量，對(duì)Q345qE焊接性能進(jìn)行分析，研究了焊接方法，設(shè)計(jì)了焊接接頭形式，對(duì)焊材進(jìn)行了對(duì)比選擇并進(jìn)行了大量的焊接工藝試驗(yàn)。

Q345qE；鋼材；焊接

Q345qE鋼材是橋梁專(zhuān)用的低合金結(jié)構(gòu)鋼。低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接性相對(duì)良好，但焊縫熱影響區(qū)具有不同程度的淬硬傾向，焊縫和熱影響區(qū)對(duì)冷裂紋都比較敏感并且這種冷裂紋具有延遲性，危害很大。此外，熱影響區(qū)被加熱到1 100℃以上的粗晶區(qū)，當(dāng)焊接線(xiàn)能量過(guò)大時(shí)，粗晶區(qū)的晶粒迅速長(zhǎng)大或出現(xiàn)魏氏組織而使韌性下降，出現(xiàn)脆化段。

為確保Q345qE鋼材焊接性能滿(mǎn)足指標(biāo)要求并保證焊接質(zhì)量，尤其是滿(mǎn)足其-40℃低溫沖擊韌性指標(biāo)，針對(duì)性進(jìn)行焊接工藝研究并提出合理可行的焊接工藝極為關(guān)鍵。

1 工程概況

某大橋?yàn)楠?dú)塔斜拉橋，其拱塔結(jié)構(gòu)為鋼箱結(jié)構(gòu)。從承臺(tái)頂算起，塔高約66.85 m，塔向新城區(qū)側(cè)傾斜15°。塔身為箱形變截面，縱橋向?yàn)樽儗挘瑱M橋向?yàn)闄E圓線(xiàn)形，見(jiàn)圖1。鋼板材質(zhì)均為Q345qE。

圖1 大橋拱塔

2 焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)

2.1 焊接接頭設(shè)計(jì)和焊接方法

鋼拱塔典型焊接接頭形式主要為對(duì)接和T型接頭，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙和焊接接頭形式對(duì)焊坡口形式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖2-圖6。

圖2 廠內(nèi)對(duì)接焊縫坡口

圖3 廠內(nèi)及橋位平（橫）對(duì)接焊縫坡口

圖4 廠內(nèi)及橋位立對(duì)接焊縫坡口

圖5 T型接頭平（橫）對(duì)接坡口

圖6 T型接頭平對(duì)接坡口

2.2 焊材選擇

Q345qE作為一種低溫低合金高強(qiáng)度橋梁專(zhuān)用結(jié)構(gòu)鋼，其中關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)是-40°低溫沖擊韌性不低于47 J。

焊材選用需與母材等強(qiáng)。定位焊采用焊條為J507Ni低氫焊條，埋弧焊接焊絲為H08Mn2E，焊劑為SJ101Q；CO2氣體保護(hù)焊焊絲選擇藥芯焊絲?？紤]主要焊接量為CO2氣體保護(hù)焊接，故焊絲選擇為重中之重，分別選用適用于母材的焊藥芯焊絲JQ.YJ501Ni-1及藥芯焊絲TWE-711Ni，分別進(jìn)行試件及焊接工藝評(píng)定相關(guān)試驗(yàn)，最終根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)，尤其是對(duì)焊接接頭沖擊試驗(yàn)的結(jié)果，藥芯焊絲TWE-711Ni試驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值為102 J,藥芯焊絲JQ.YJ501Ni-1試驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值為39 J。藥芯焊絲TWE-711Ni焊接的試板各項(xiàng)力學(xué)性能均能滿(mǎn)足要求，故藥芯焊絲最終選擇TWE-711Ni。

3 焊接工藝試驗(yàn)評(píng)定方案

3.1 焊接工藝評(píng)定試板的制備

試板采用數(shù)控切割機(jī)下料，刨邊機(jī)刨削坡口，同時(shí)注意坡口方向應(yīng)與鋼板軋制方向垂直。試板尺寸詳見(jiàn)圖7。

圖7 試板

3.2 焊接質(zhì)量檢查

1）試板外觀檢查。需滿(mǎn)足TB 10212—2009《鐵路鋼橋制造規(guī)范》第4.7.11第1款的規(guī)定。

2）試板無(wú)損探傷檢查。對(duì)接焊縫沿焊縫全長(zhǎng)進(jìn)行超聲波探傷，質(zhì)量等級(jí)為Ⅰ級(jí)并在200～300 mm的長(zhǎng)度范圍進(jìn)行X射線(xiàn)照相，質(zhì)量應(yīng)符合TB 10212—2009第4.7.11條第7款的規(guī)定。角焊縫應(yīng)沿焊縫全長(zhǎng)進(jìn)行超聲波探傷，質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

焊接接頭性能試驗(yàn)試件的截取、加工及試驗(yàn)方法均按GB 2649—2656《焊縫金屬及焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)》的規(guī)定進(jìn)行。機(jī)械性能試驗(yàn)驗(yàn)收應(yīng)按照TB 10212—2009附錄C焊接工藝評(píng)定部分C.3.6要求進(jìn)行。

4 焊接工藝措施

因該種鋼材焊接冷裂紋敏感性較強(qiáng)，故焊接過(guò)程中焊前、焊中、焊后溫度控制為焊接中重要因素，根據(jù)鋼材特點(diǎn)和板厚基本為10～30 mm，焊接前預(yù)熱溫度初步確定為100～120℃，層間溫度控制在100～140℃并需要焊后保溫0.5 h。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鋼塔Q345qE鋼材焊接工藝的研究，掌握了一套焊接技術(shù)，保證了鋼塔的焊接質(zhì)量，整個(gè)鋼塔所有焊縫檢驗(yàn)合格率為100%，焊縫質(zhì)量為一級(jí)焊縫。

□張建利/天津城建集團(tuán)。

U448.36

C

1008-3197（2013）04-65-02

10.3969/j.issn.1008-3197.2013.04.027

2013-03-27

陳素環(huán)/女，1973年出生，工程師，天津合一科技公司，從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制作安裝工作。