论文部分内容阅读
摘 要：银川滨河黄河大桥所用钢板材质材质为Q345qE和Q420qE，本文对不同厚度错综复杂，银川属于高寒地带，低温焊接工艺应用及质量控制，给整个焊接工程增加了不少难度。
关键词：异种钢；低温焊接；全位置
引言：银川滨河黄河大桥，位于银川市中心城区和滨河新区之间，是沟通两区之间的主要过河通道。本项目路线全长6.599km，采用双向六车标准。标准断面全宽34.5m，其中主桥为整幅结构，其余桥梁均为双幅分离结构。主桥采用三塔四跨双索叠合梁自锚式悬索桥，跨径布置88m+218m+88m+218m共512m，桥宽41.5m，双主桥断面整幅布置。纵梁高度3.855m，吊索间距8m，整榀质量为19853.9吨位。
1.焊接重难点
银川滨河黄河大桥锚箱主体采用Q345qE钢，按照GB/T714-2000标准、Q345qE钢的化学成分应符合表1的规定，力学性能应符合表2的规定。
由于索塔刚锚箱采用的焊接方法主要有埋弧焊和CO2气体保护焊两种方法。在生产过程中所涉及的焊接接头进行工艺评定力学试验，钢板厚度20mm、30 mm、40 mm、50 mm共4种，力学性能均符合标准的规定。异种钢的拼装，高难度焊接位置立焊、横焊、仰焊、操作焊接人员需要高空作业，施焊难度较大，加上索塔钢锚箱所用钢板厚度大，为了防止焊接接头产生裂纹，保证焊接接头的各项性能达到图纸和相关标准的要求，焊接材料应选用熔敷金属氢含量低，焊接工艺性能和冶金性能好的焊条，焊剂和焊丝。
作为异种钢焊接材料，一般依据低匹配原则，则焊缝的强度与强度低的母材强度低的母材匹配.在JB/T4708-2000中，对异种钢焊缝评定要求是：“焊缝强度应不低于强度较低的母材强度”从中可以看出，只要选用与强度较低母材匹配的焊接材料（低匹配），焊缝是符合标准要求的。本工程中钢材Q345qE和Q420qE的强度不低于490Mpa，选用E5011T-TL药芯焊丝熔敷金属的强度是不低的强度不低于490Mpa，选用E5011T-TL药芯焊丝熔敷金属的强度是不低于430 Mpa，符合通用的焊接材料的选用要求。埋弧焊选用H10MnZ￠4mm焊丝，SJ101q焊剂。H10MnZ是C-Mn系低合金焊丝，广泛应用于低合金钢的焊接，焊缝金属具有优良的力学性能。SJ101q是中等碱度的氟碱型烧洁焊剂，由于含有较多的碱性氧化物，碱度系数在1.7左右，有利于清除焊缝中各种杂质，有利于提高焊缝低温冲击韧性，获得优良的焊缝金属力学性能。
冬季低温焊接施工难度大
由于银川地带处在高寒地带，昼夜温差大，加之项目工期短任务重，厚板焊接较多，冬季施工带来严峻的挑战。最低气温达到-25℃，严寒的冬季焊接施工，光有严密的焊接防护还不够，钢材由骤冷至焊接产生骤热，当焊接完成后，又进入骤冷状况，极易发生钢结构焊接接头区冷裂纹现象。因此，低温气候条件下进行焊接施工，焊前进行预热和焊后热处理以及施焊过程中的道间温度控制，对保障冬季焊接质量至关重要。当环境温度在-5℃以上时，可采取预热、焊接、后热、保温等一系列的措施，可以确保冬季钢柱、梁等结构的焊接质量；当环境温度低于-10℃时，即使采取上述一系列措施，也难以保证焊接的质量。因此在冬季施工过程中，需将密切关注工地周围气温的变化，如果一天的气温在-10℃上下范围内变动，将在高于-10℃的时间段内选择焊接量较小的一些接头进行焊接，尽量不使焊接工件延续到气温降至-10℃以下。当气温持续-10℃以下时。在这个时间段内将考虑停止现象的焊接工作。
2.焊接工艺评定试验（厚板焊接预热温度的确定）
按照相关标准，采用斜Y形坡口焊接裂纹试验确定焊接的预热温度，采用CO2气体保护焊对32mm，40mm2种板厚进行了小铁研试验，试验温度分别为5℃，50℃。抗裂性试验结果见表3。
根据以上试验结果可知，采用E501T-1 ￠1.2mm焊丝CO2气体保护焊焊接32mm厚的Q345qD钢板，当温度不低于5℃时可不预热；虽然在焊接40mm厚的Q345qD的钢板小铁研试验结果未裂，但考虑到施工情况，钢板尺寸大、结果刚度大、散热快等因素，最后确定在施工时需预热50℃以上。
3.焊接接头力学性能试验
根据银川滨河黄河大桥索塔钢锚箱设计图样要求和TB10212-1998（铁路钢桥制造规范），进行了对接接头、T形接头和圆柱头焊钉的力学性能试验。
（1）对接接头试验
薄板对接接头焊缝形成为I形，厚板对接接头焊缝的坡口形式为不对称U形坡口，焊接材料均为H10Mn2焊丝，SJ101q焊剂，焊接位置为平焊位，道间温度需控制在200℃以下，焊接热输入为29-34kj/cm。其力学性能试验结果见表4.
（2）T形接头试验
T形接头的焊缝是采用药芯焊丝E501T-1 ￠1.2mm，CO2气体保护焊，焊接位置为平焊位、横焊位、立焊位和仰焊位，道间温度控制在200℃以下，其力学性能试验结果见表5。
从上述各种接头的力学性能试验结果表明：①所有对接接头焊缝金属的屈服强度、抗拉强度、伸长率均不低于母材标准值，接头侧弯未裂，焊缝及热影响区冲击吸收功均不低于34J（-20℃）；②所有T形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HV10<350；④所有接头的宏观断面检验未发现裂纹等缺陷，接头熔合良好。
4 结论
（1）对于银川滨河黄河大桥所采用的Q345qD钢板厚度来说，当板厚为40mm时，采用焊条电弧焊或CO2气体保护焊焊接时需要预热50℃以上。
（2）Q345qD钢在各种焊接试验位置下得到的焊接接头和焊缝金属都具有良好的力学性能。
（3）夏比V形缺口冲击试验结果表明，Q345qD钢焊接接头抗脆裂性能满足要求。
（4）试验的各种焊接接头经外观检验、超声波检验、宏观断面检验，质量合格。
（5）试验的各种各种焊接接头的力学性能均能满足银川滨河黄河大桥的设计图纸要求。
参考文献
[1] 异种难焊材料的焊接及应用.
[2] 化学工业出版社.作者李亚江、王娟、刘鹏编著.
[3] 张文钺.焊接冶金学[M].北京：机械工业出版社，1981.
[4] 孟培元，孙昌茂，陶祖纪.铁路钢桥整体节点的焊接技术[J].焊接技术，1997，26（1）：18-21.
[5] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（2版）（第2卷）[M].北京：机械工业出版社，2001.
关键词：异种钢；低温焊接；全位置
引言：银川滨河黄河大桥，位于银川市中心城区和滨河新区之间，是沟通两区之间的主要过河通道。本项目路线全长6.599km，采用双向六车标准。标准断面全宽34.5m，其中主桥为整幅结构，其余桥梁均为双幅分离结构。主桥采用三塔四跨双索叠合梁自锚式悬索桥，跨径布置88m+218m+88m+218m共512m，桥宽41.5m，双主桥断面整幅布置。纵梁高度3.855m，吊索间距8m，整榀质量为19853.9吨位。
1.焊接重难点
银川滨河黄河大桥锚箱主体采用Q345qE钢，按照GB/T714-2000标准、Q345qE钢的化学成分应符合表1的规定，力学性能应符合表2的规定。
由于索塔刚锚箱采用的焊接方法主要有埋弧焊和CO2气体保护焊两种方法。在生产过程中所涉及的焊接接头进行工艺评定力学试验，钢板厚度20mm、30 mm、40 mm、50 mm共4种，力学性能均符合标准的规定。异种钢的拼装，高难度焊接位置立焊、横焊、仰焊、操作焊接人员需要高空作业，施焊难度较大，加上索塔钢锚箱所用钢板厚度大，为了防止焊接接头产生裂纹，保证焊接接头的各项性能达到图纸和相关标准的要求，焊接材料应选用熔敷金属氢含量低，焊接工艺性能和冶金性能好的焊条，焊剂和焊丝。
作为异种钢焊接材料，一般依据低匹配原则，则焊缝的强度与强度低的母材强度低的母材匹配.在JB/T4708-2000中，对异种钢焊缝评定要求是：“焊缝强度应不低于强度较低的母材强度”从中可以看出，只要选用与强度较低母材匹配的焊接材料（低匹配），焊缝是符合标准要求的。本工程中钢材Q345qE和Q420qE的强度不低于490Mpa，选用E5011T-TL药芯焊丝熔敷金属的强度是不低的强度不低于490Mpa，选用E5011T-TL药芯焊丝熔敷金属的强度是不低于430 Mpa，符合通用的焊接材料的选用要求。埋弧焊选用H10MnZ￠4mm焊丝，SJ101q焊剂。H10MnZ是C-Mn系低合金焊丝，广泛应用于低合金钢的焊接，焊缝金属具有优良的力学性能。SJ101q是中等碱度的氟碱型烧洁焊剂，由于含有较多的碱性氧化物，碱度系数在1.7左右，有利于清除焊缝中各种杂质，有利于提高焊缝低温冲击韧性，获得优良的焊缝金属力学性能。
冬季低温焊接施工难度大
由于银川地带处在高寒地带，昼夜温差大，加之项目工期短任务重，厚板焊接较多，冬季施工带来严峻的挑战。最低气温达到-25℃，严寒的冬季焊接施工，光有严密的焊接防护还不够，钢材由骤冷至焊接产生骤热，当焊接完成后，又进入骤冷状况，极易发生钢结构焊接接头区冷裂纹现象。因此，低温气候条件下进行焊接施工，焊前进行预热和焊后热处理以及施焊过程中的道间温度控制，对保障冬季焊接质量至关重要。当环境温度在-5℃以上时，可采取预热、焊接、后热、保温等一系列的措施，可以确保冬季钢柱、梁等结构的焊接质量；当环境温度低于-10℃时，即使采取上述一系列措施，也难以保证焊接的质量。因此在冬季施工过程中，需将密切关注工地周围气温的变化，如果一天的气温在-10℃上下范围内变动，将在高于-10℃的时间段内选择焊接量较小的一些接头进行焊接，尽量不使焊接工件延续到气温降至-10℃以下。当气温持续-10℃以下时。在这个时间段内将考虑停止现象的焊接工作。
2.焊接工艺评定试验（厚板焊接预热温度的确定）
按照相关标准，采用斜Y形坡口焊接裂纹试验确定焊接的预热温度，采用CO2气体保护焊对32mm，40mm2种板厚进行了小铁研试验，试验温度分别为5℃，50℃。抗裂性试验结果见表3。
根据以上试验结果可知，采用E501T-1 ￠1.2mm焊丝CO2气体保护焊焊接32mm厚的Q345qD钢板，当温度不低于5℃时可不预热；虽然在焊接40mm厚的Q345qD的钢板小铁研试验结果未裂，但考虑到施工情况，钢板尺寸大、结果刚度大、散热快等因素，最后确定在施工时需预热50℃以上。
3.焊接接头力学性能试验
根据银川滨河黄河大桥索塔钢锚箱设计图样要求和TB10212-1998（铁路钢桥制造规范），进行了对接接头、T形接头和圆柱头焊钉的力学性能试验。
（1）对接接头试验
薄板对接接头焊缝形成为I形，厚板对接接头焊缝的坡口形式为不对称U形坡口，焊接材料均为H10Mn2焊丝，SJ101q焊剂，焊接位置为平焊位，道间温度需控制在200℃以下，焊接热输入为29-34kj/cm。其力学性能试验结果见表4.
（2）T形接头试验
T形接头的焊缝是采用药芯焊丝E501T-1 ￠1.2mm，CO2气体保护焊，焊接位置为平焊位、横焊位、立焊位和仰焊位，道间温度控制在200℃以下，其力学性能试验结果见表5。
从上述各种接头的力学性能试验结果表明：①所有对接接头焊缝金属的屈服强度、抗拉强度、伸长率均不低于母材标准值，接头侧弯未裂，焊缝及热影响区冲击吸收功均不低于34J（-20℃）；②所有T形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HV10<350；④所有接头的宏观断面检验未发现裂纹等缺陷，接头熔合良好。
4 结论
（1）对于银川滨河黄河大桥所采用的Q345qD钢板厚度来说，当板厚为40mm时，采用焊条电弧焊或CO2气体保护焊焊接时需要预热50℃以上。
（2）Q345qD钢在各种焊接试验位置下得到的焊接接头和焊缝金属都具有良好的力学性能。
（3）夏比V形缺口冲击试验结果表明，Q345qD钢焊接接头抗脆裂性能满足要求。
（4）试验的各种焊接接头经外观检验、超声波检验、宏观断面检验，质量合格。
（5）试验的各种各种焊接接头的力学性能均能满足银川滨河黄河大桥的设计图纸要求。
参考文献
[1] 异种难焊材料的焊接及应用.
[2] 化学工业出版社.作者李亚江、王娟、刘鹏编著.
[3] 张文钺.焊接冶金学[M].北京：机械工业出版社，1981.
[4] 孟培元，孙昌茂，陶祖纪.铁路钢桥整体节点的焊接技术[J].焊接技术，1997，26（1）：18-21.
[5] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（2版）（第2卷）[M].北京：机械工业出版社，2001.