2024 年钢结构智能高效焊接技术交流会即将在广东广州召开

重要的提醒

“第二届钢结构智能高效焊接技术交流会”将于2024年5月14日至16日在广东广州举办，届时将有20多位行业顶尖专家学者为我们带来一场各类智能高效焊接技术盛宴，期待您的光临，钢结构制造企业工程技术人员可免费参会。

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1 前言

帕特洛大桥位于加拿大不列颠哥伦比亚省弗雷泽河上，为独塔合梁斜拉桥，主跨332m，横断面如图1所示。桥面全宽39.8m，两侧悬臂非机动车道宽5.4m。全桥主梁结构为工字形钢板梁，除塔根横梁外为箱形结构。包括主桥长530.13m、北引桥长241.07m、南引桥索塔长463.7m，总重约1.3万吨，采用符合美国标准ASTM A709/A709M:2011《桥梁结构钢》的耐候钢。 钢板多为HPS485W高强耐候钢，强度等级屈服强度≥485MPa，最大板厚100mm，制造标准符合加拿大标准CSA W47.1:2019《钢熔焊公司认证》和CSA W59:2018《焊接钢结构》。

美国标准ASTM A709/A709M:2011中的HPS485W高强耐候钢与国家标准GB/T 714-2015《桥梁结构钢》中的Q500qENH耐候钢相对应。Q500qENH和HPS485W耐候钢的化学成分如表1所示，力学性能要求如表2[1]所示。由于Q500qENH耐候钢在国内尚未得到广泛应用，为保证焊接质量，我们与国内某钢厂联合进行了Q500qENH耐候钢开发试验。

2 Q500qENH钢板母材试验结果

某钢厂采用TMCP+回火工艺生产Q500qENH/HPS485W钢板（以下简称Q500qENH）。对厚度为16mm、25mm、51mm、60mm、100mm的Q500qENH钢板母材进行了复验，试验内容包括母材化学成分、冷裂纹敏感性系数Pcm、耐大气腐蚀指数I，以及拉伸、弯曲、-40℃低温冲击、厚度方向性能等力学性能试验，结果见表3、表4。

从表3可以看出，钢板均满足美标ASTM A709/A709M:2011中高强度耐候钢HPS485W和国标GB/T 714-2015 Q500qENH耐候钢的要求，其中wC=0.06%～0.08%，wP=0.008%～0.018%，wS=0.001%～0.003%，裂纹敏感性系数Pcm=0.20%～0.22%。从钢板的化学成分来看，C、S、P含量及裂纹敏感性系数均较小，有利于提高钢板的焊接性。 该钢板耐大气腐蚀指数I为6.6～6.8，化学成分及耐候性能满足ASTM A709/A709M:2011和GB/T 714-2015的要求。

从表4可以看出，耐候桥梁钢的力学性能满足ASTM A709/A709M:2011中HPS485W高强耐候钢和GB/T 714-2015[2]中Q500qENH耐候钢的要求。屈强比≤0.86，-40℃低温冲击吸收功>190J，断口纤维率≥85%，具有较高的韧性储备。厚度方向性能满足GB/T 5313-2010《钢板厚度方向性能》中最高标准Z35级，抗层状撕裂性能良好。

3 Q500qENH钢板系列温度冲击试验

对板厚为16 mm、25 mm、60 mm、100 mm的Q500qENH耐候桥梁钢在室温、0℃、-20℃、-40℃、-60℃、-80℃下进行了一系列温度冲击试验，结果如表5所示，并绘制了韧脆转变曲线，典型的韧脆转变曲线如图2～图5所示。

由表5及图2～图5可知，厚度为16mm、25mm、60mm的Q500qENH钢板的低温韧脆转变温度ETT50为-70℃，厚度为100mm的Q500qENH钢板的低温韧脆转变温度ETT50为-60℃。

4 Q500qENH钢板焊接性试验

（1）Q500qENH钢板热影响区最大硬度试验对厚度为16mm、25mm、51mm、60mm、100mm的Q500qENH钢板分别进行热影响区最大硬度试验，采用直径为4mm的J607NiCrCu焊条进行焊接，焊接热影响区硬度试验结果见表6。

从表6中可以看出，板厚16 mm、25 mm、51 mm、60 mm、100 mm的Q500qENH钢板焊接热影响区最大硬度分别为288 HV10、306 HV10、318 HV10、320 HV10、325 HV10，均低于350 HV10，说明Q500qENH钢板焊接性良好。

（2）Q500qENH钢板斜Y型坡口焊接裂纹试验对板厚分别为25mm、51mm、60mm、100mm的Q500qENH钢板进行斜Y型坡口焊接裂纹试验。焊接采用电弧焊，焊接材料为直径4mm的J607NiCrCu焊条。25mm厚度的板材不预热，51mm厚度的板材预热至80℃，60mm厚度的板材预热至100℃，100mm厚度的板材预热至120℃，均未产生裂纹。焊接参数见表7。焊缝裂纹试件如图6所示。

由斜Y型坡口焊接裂纹试验结果（环境温度≥5℃，环境湿度≤80%）可确定Q500qENH钢板焊接的预热温度：当板厚≤25mm时，无需预热；当板厚大于25-51mm时，预热至80℃；当板厚大于51-60mm时，预热至100℃；当板厚大于60-100mm时，预热至120℃。

（3）Q500qENH钢板对接焊缝温度冲击试验系列对板厚组合为25mm+25mm、60mm+60mm的Q500qENH钢板对接接头焊缝金属及热影响区（熔合线外1mm）进行室温至-60℃的温度冲击试验，确定Q500qENH钢板对接接头低温韧脆转变温度ETT50。对接焊缝采用气保焊打底、埋弧焊填充焊接。气保焊采用直径1.2mm的HTW-62GNH实心焊丝焊接，埋弧焊采用直径5mm的JQ.MH62NH焊丝+JQ.SJ105NH焊剂焊接。焊接材料、焊接位置及焊缝坡口尺寸见表8，焊接参数见表9。

焊接结束后对焊缝外观进行检查，焊缝外观质量满足Q/CR 9211-2015《铁路钢桥制造规范》的要求。24小时后对焊缝进行超声波检测，焊缝内部质量满足Q/CR 9211-2015《铁路钢桥制造规范》一级的要求。之后对焊缝金属及热影响区进行从室温至-80℃的一系列温度冲击试验，结果见表10，一系列温度冲击韧脆转变曲线如图7至图10所示。

由表10及图7至图10可以看出，25mm+25mm厚度板材焊缝金属及热影响区的韧脆转变温度ETT50为-50℃；60mm+60mm厚度板材焊缝金属韧脆转变温度ETT50为-55℃，热影响区的韧脆转变温度ETT50为-45℃[3，4]。

5 焊接工艺评定试验

针对加拿大帕特罗大桥钢结构典型焊缝，采用Q500qENH高强耐候桥梁钢进行焊接工艺评定试验。采用直径1.2 mm的HTW-62GNH焊丝进行实芯丝气保护焊，采用直径1.2 mm的JQ.YJ621NiCrCu-1焊丝进行药芯丝气保护焊，采用直径5 mm的JQ.MH62NH焊丝+JQ.SJ105NH焊剂进行埋弧焊。试验板材质、接头板厚组合、坡口尺寸、焊接参数见表11[5]。

焊后24小时对焊缝外观进行检查，焊缝外观质量符合Q/CR 9211-2015的要求。焊后48小时进行超声波检测，对接焊缝和全熔透角焊缝符合Q/CR 9211-2015 I级要求，T形角焊缝符合Q/CR 9211-2015 II级要求。随后进行了接头力学性能、接头硬度和焊缝金属成分分析试验，结果见表12[6,7]。

按照Q/CR 9211-2015、CSA W47.1:2019及CSA W59:2018的规定对接头性能进行评定。从表12可以看出，各类接头焊缝强度、塑性均高于母材标准值，对接接头弯曲试验结果全部合格，表明焊接接头塑性良好；对接焊缝、渗透角焊缝的-40℃低温冲击试验结果均大于Q/CR 9211-2015（≥54J）和CSA W47.1:2019（≥27J）的规定；接头各区域硬度均低于380HV10。 由焊缝金属化学成分计算得出的耐候指数为6.94~7.43，大于母材耐候指数（6.6~6.8），满足技术要求。

六，结论

1）新开发的Q500qENH/HPS485W高强耐候桥梁钢板化学成分、力学性能满足美国标准ASTM A709/A709M:2011对HPS485W高强耐候钢和国家标准GB/T 714-2015对Q500qENH耐候钢的要求。耐大气腐蚀指数I为6.6-6.8，C、S、P含量及碳当量较低，裂纹敏感性系数Pcm较小​​，有利于提高钢板的焊接性。钢板的抗拉强度和塑性满足设计要求，屈强比≤0.86，-40℃冲击吸收功>190J，韧脆转变温度低于-60℃，低温冲击韧性优良。 厚度方向性能满足Z35级要求，抗层状撕裂性能良好，采用TMCP+回火工艺生产的Q500qENH高强耐候桥梁钢板综合力学性能优良。

2）Q500qENH/HPS485W钢板焊接热影响区最大硬度≤350HV10；厚度≤25mm的钢板无需预热，厚度≥25～51mm的应预热至80℃，厚度≥51～60mm的应预热至100℃，厚度>60～100mm的应预热至120℃，可防止焊接裂纹的产生；埋弧焊对接接头低温韧脆转变温度<-40℃。

3）Q500qENH/HPS485W钢板典型接头焊接工艺评定试验结果表明：接头力学性能、焊缝金属耐腐蚀指标均满足Q/CR 9211-2015、CSA W47.1:2019、CSA W59:2018的要求，焊接材料与母材匹配，焊接参数合适，可作为加拿大Partlow大桥焊接工艺编制依据。

参考文献：（略）