橋梁用耐候鋼焊接技術研究

王秀菊，宋迪，張劍峰，黃河珍

中鐵寶橋集團有限公司 陜西寶雞 721000

遼寧省高等級公路建設局 遼寧沈陽 110005

1 序言

降低橋梁壽命周期成本已成為橋梁建造的趨勢，但普通鋼橋的耐久性問題比較突出。而耐候鋼既有一般結構鋼的優質特性，又能發揮無需涂裝的防腐性能，從全壽命周期成本的觀點出發，耐候鋼在國內橋梁鋼結構中的推廣應用將成為一大趨勢。

近年來我國高性能耐候鋼的研究取得了巨大進步，相繼開發了屈服強度達到345～690MPa級別的高性能橋梁耐候鋼，并且345~420MPa級別的耐候鋼已在工程建設中實施應用。耐候鋼中加入有少量Cu、P、Cr、Ni、Mn、V、RE等合金元素，在使用過程中表面會逐漸形成一層致密的保護膜，阻止腐蝕性介質對基體進一步腐蝕，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，使之能更好地運用在公路橋梁產品上，我們進行了Q345qENH和Q420qENH鋼相關專題的試驗研究，以滿足加工制造工藝要求。

2 焊前研究內容

耐候鋼的焊前技術研究需對其熱加工性能進行綜合研究開發，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鋼材進行必要的母材性能試驗，充分掌握其力學性能、化學成分、微觀金相組織及耐候指數等，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。

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達到強韌性和成分均與母材匹配。通過查閱及試驗選定與Q345qENH和Q420qENH鋼匹配的焊接材料及熔敷金屬力學性能見表1。

表1 焊接材料及熔敷金屬力學性能

2.3 焊接熱影響區最高硬度試驗

按照GB 4675.5—1984“焊接性試驗 焊接熱影響區最高硬度試驗方法”，制定試驗方案，測定焊接熱影響區的最高硬度，評價鋼材冷裂傾向。焊接熱影響區最高硬度試驗結果見表2，最高硬度均低于350 HV10。

表2 焊接熱影響區最高硬度試驗結果

2.4 熱矯形試驗

通過試驗確定熱矯形最高溫度，保證受熱區域各項性能滿足使用要求，熱矯形試驗方案及受熱區域力學性能檢測結果見表3。試驗結果表明，鋼板及焊縫區域允許在不高于800℃進行熱矯形。

3 焊接工藝研究試驗

3.1 接頭焊接試驗

針對選定的鋼材和焊接材料，設計具有代表性的焊接接頭，制定焊接工藝及施焊措施，進行焊接應用研究，掌握耐候結構鋼的焊接技術。焊接工藝研究試驗項目見表4。

3.2 接頭力學性能試驗

試件焊接完成檢測合格，按照標準進行力學性能試驗。其中沖擊吸收能量為多個試驗數據的平均值。

表3 熱矯形試驗方案及受熱區域力學性能檢測結果

表4 焊接工藝研究試驗項目

3.3 試驗結果分析

從表3的焊縫金屬拉伸試驗結果可以看出，各種接頭的焊縫強度均高于母材標準值。焊縫金屬的伸長率均高于母材標準值。對接接頭的彎曲試驗結果均為完好，這表明焊接接頭的塑性良好。從接頭低溫沖擊試驗結果可以看出，對接焊縫、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準值，符合技術要求。對接接頭硬度試驗結果表明，接頭各區的硬度均≤350 HV10。

4 結束語

耐候鋼Q345qENH、Q420qENH鋼試驗研究經過了母材復驗、焊接性試驗、選焊材試驗、鋼板火焰切割試驗、熱矯形試驗以及焊接工藝研究試驗。

上述試驗結果表明，Q345qENH、Q420qENH鋼具有穩定的力學性能和較好的焊接性，能夠滿足橋梁結構的受力要求及鋼梁的焊接需要。試驗所選用的埋弧焊和氣體保護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，試驗所用的焊接參數及工藝方法能夠用于Q345qENH、Q420qENH耐候鋼相關類產品的生產制造。