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高性能桥梁用低碳贝氏体钢焊接工艺研究周兰聚侯东华胡淑娥贾慧领（济钢集团有限公司，山东济南250101）摘要:采用焊接性理论分析、焊接热影响区最高硬度、斜Y坡口焊接裂纹试验等方法研究了济钢研发的低碳贝氏体钢Q500qE的焊接性，并进行了高性能桥梁钢焊接工艺评定，结果表明试验结果表明试验钢板焊接性良好，焊接 工艺可行，可应用于高性能桥梁的建设。关键词：500MPa 高性能桥梁钢焊接性焊接工艺为满足高速、重载、大跨度铁路钢桥轻量化、安全、长寿技术要求，国内外材料工作者提出高性能钢（HighPerformanceSteel,HPS）的概念，高性能钢材 除了具备较高强度外，钢材的焊接性能、低温韧性，尤其是耐腐蚀性能有较大幅 度提高[1-3]。作为国际钢铁材料研究开发的热点之一，如美国ASTM709中的HPS-70W 钢、HPS-100W和日本新日铁公司BHS500、BHS700W系列高强度钢等在国际上得到了较为广泛的应用[4] ,中国钢铁行业也不断加大HSLA钢的研发、生产和应用的 步伐,以第3代高强钢为代表的HSLA钢的研发与生产处于国际领先水平[5,6],大 量先进高强钢和高强、高性能新钢种的持续研发，桥梁用钢方面，一大批高等级 产品研发成功，京沪高铁南京大胜关长江大桥采用420MPa级桥梁钢，各大钢铁企 业相继研发出500MPa及Q500qE桥梁钢，但屈服强度500MPa级桥梁钢设计应用的前 期工作还在进行中，该材料未得到实际应用[7-11] ，其焊接性是业界关注的焦点[12]， 因此本文对该级别材料的焊接性以及焊接工艺进行了系统的研究。1试验材料及试验方法1.1试验材料试验材料选用济钢试制生产的Q500qE钢板，厚度为32mm和60，其主要化学成分如下：C：0.04%，Si：0.34%，Mn：1.53%，P：0.010%，S：0.002%，并添加了Cr、Mo、Cu、Ni以及少量微合金元素Nb、Ti、Al等，该钢板耐大气腐蚀指数I=6.4。钢板采用 TMCP+回火工艺生产，物性指标如下：屈服强度RP0.2=543MPa，抗拉强度Rm=696MPa，断后伸长率A=25%,-40℃纵向冲击吸收功KV2平均值在300J以上，钢520板具有良好的综合性能，屈强比低、塑韧性高。焊接材料方面选用了等强度匹配的焊材，手弧焊采用CJ607Q(Φ4)焊条；气体保护焊选用直径1.2mm的YCJ601Ni-QL焊丝，保护气体为纯度大于99.9%的CO2；埋弧焊选用直径5mm的H08Mn2E焊丝，配以SJ105q 焊剂。1.2试验方法（1）焊接性评价利用经验公式CEV和Pcm对该钢板的焊接性进行理论分析；根据桥梁工程设计， 钢板按照《焊接热影响区最高硬度试验方法》对厚度32mm、60mm的Q500q钢板进 行CO2气体保护焊和手工电弧焊两种方法的焊接热影响区最高硬度试验；按照《焊 接性试验斜Y坡口焊接裂纹试验方法》（GB4675.1—84）采用CO2气体保护焊和埋 弧自动焊焊接进行抗裂试验。（2）焊接工艺试验采用32mm+32mm Q500qE厚板组合进行熔透角接和非熔透T形角接焊接试验， 焊接方法选用CO2气体保护焊和埋弧自动焊。熔透角接试验采用K非对称型坡口。表1 焊接接头试验方案及具体工艺参数道间温度℃电流A电压V热输入量kJ/cm编号类型焊接方法1234熔透角焊缝熔透角焊缝 T形角焊缝 T形角焊缝平位埋弧焊平位气保焊 船位埋弧焊 平位气保焊80-15080-15080-15080-1506303007202603032303029154812表1为焊接接头试验方案及其工艺参数。1#熔透角焊缝平位埋弧焊采用气保焊打底、埋弧焊填充，3#T型角焊缝采用船位埋弧焊，2#和4#角焊缝直接采用气体保 护焊，气体保护焊气体流量控制在20～25l/min，对于T型角焊缝焊角尺寸为12mm。 焊接试样放置48小时后，超声波探伤检验合格后将试板解剖,对于熔透角焊缝试板 检验接头的拉伸、冲击等性能，并检验所有焊接接头的组织状况。2试验结果及分析2.1碳当量计算通常用碳当量、冷裂纹敏感性指数来评价钢的淬硬性倾向及焊接性。桥梁界广泛应用国家焊接学会推荐的公式计算，试验钢板的CEV=0.44%，一般认为CEV≤0.45%，钢板焊接性良好；试验钢Pcm=C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Mo/15+Ni/60521+V/10+5B=0.18%。按日本焊接协会标准WES3009《低焊接裂纹敏感性高强度》规定，当Pcm≤0.20%时，焊前不预热或低预热即可防止根部裂纹，钢板的抗冷裂纹能力优异，焊接性良好。2.2焊接热影响区最高硬度试验焊接热影响区最高硬度试验结果见图1、图2。图1 32mm钢板HAZ最高硬度曲线图2 60mm钢板HAZ最高硬度曲线在室温条件下，板厚32