桥梁用耐候钢焊接技术研究

王秀菊，宋迪，张剑峰，黄河珍

中铁宝桥集团有限公司 陕西宝鸡 721000

辽宁省高等级公路建设局 辽宁沈阳 110005

1 序言

降低桥梁寿命周期成本已成为桥梁建造的趋势，但普通钢桥的耐久性问题比较突出。而耐候钢既有一般结构钢的优质特性，又能发挥无需涂装的防腐性能，从全寿命周期成本的观点出发，耐候钢在国内桥梁钢结构中的推广应用将成为一大趋势。

近年来我国高性能耐候钢的研究取得了巨大进步，相继开发了屈服强度达到345～690MPa级别的高性能桥梁耐候钢，并且345~420MPa级别的耐候钢已在工程建设中实施应用。耐候钢中加入有少量Cu、P、Cr、Ni、Mn、V、RE等合金元素，在使用过程中表面会逐渐形成一层致密的保护膜，阻止腐蚀性介质对基体进一步腐蚀，从而显著降低其腐蚀速度。为了更好地了解和掌握耐候钢的焊接性，使之能更好地运用在公路桥梁产品上，我们进行了Q345qENH和Q420qENH钢相关专题的试验研究，以满足加工制造工艺要求。

2 焊前研究内容

耐候钢的焊前技术研究需对其热加工性能进行综合研究开发，包括热切割、热矫形、焊接性等。

2.1 桥梁用耐候钢材料性能研究

选择Q345qENH和Q420qENH钢材进行必要的母材性能试验，充分掌握其力学性能、化学成分、微观金相组织及耐候指数等，为了解母材焊接性、选择匹配的焊接材料及制定焊接工艺打下基础。

2.2 桥梁用耐候钢焊接材料的选择

耐候钢的焊接既要满足强韧性匹配，还需满足成分匹配，这样的接头才能符合裸露使用要求。焊接接头均由焊接材料填充，为此要求焊接材料要同时达到强韧性和成分均与母材匹配。通过查阅及试验选定与Q345qENH和Q420qENH钢匹配的焊接材料及熔敷金属力学性能见表1。

表1 焊接材料及熔敷金属力学性能

2.3 焊接热影响区最高硬度试验

按照GB 4675.5—1984“焊接性试验 焊接热影响区最高硬度试验方法”，制定试验方案，测定焊接热影响区的最高硬度，评价钢材冷裂倾向。焊接热影响区最高硬度试验结果见表2，最高硬度均低于350 HV10。

表2 焊接热影响区最高硬度试验结果

2.4 热矫形试验

通过试验确定热矫形最高温度，保证受热区域各项性能满足使用要求，热矫形试验方案及受热区域力学性能检测结果见表3。试验结果表明，钢板及焊缝区域允许在不高于800℃进行热矫形。

3 焊接工艺研究试验

3.1 接头焊接试验

针对选定的钢材和焊接材料，设计具有代表性的焊接接头，制定焊接工艺及施焊措施，进行焊接应用研究，掌握耐候结构钢的焊接技术。焊接工艺研究试验项目见表4。

3.2 接头力学性能试验

试件焊接完成检测合格，按照标准进行力学性能试验。其中冲击吸收能量为多个试验数据的平均值。

表3 热矫形试验方案及受热区域力学性能检测结果

表4 焊接工艺研究试验项目

3.3 试验结果分析

从表3的焊缝金属拉伸试验结果可以看出，各种接头的焊缝强度均高于母材标准值。焊缝金属的伸长率均高于母材标准值。对接接头的弯曲试验结果均为完好，这表明焊接接头的塑性良好。从接头低温冲击试验结果可以看出，对接焊缝、全熔透角焊缝和棱角焊缝的-40℃低温冲击吸收能量均大于标准值，符合技术要求。对接接头硬度试验结果表明，接头各区的硬度均≤350 HV10。

4 结束语

耐候钢Q345qENH、Q420qENH钢试验研究经过了母材复验、焊接性试验、选焊材试验、钢板火焰切割试验、热矫形试验以及焊接工艺研究试验。

上述试验结果表明，Q345qENH、Q420qENH钢具有稳定的力学性能和较好的焊接性，能够满足桥梁结构的受力要求及钢梁的焊接需要。试验所选用的埋弧焊和气体保护焊及配套的焊材均能够满足Q345qENH、Q420qENH钢焊接接头性能匹配的需要，试验所用的焊接参数及工艺方法能够用于Q345qENH、Q420qENH耐候钢相关类产品的生产制造。