本發(fā)明涉及橋梁用焊接材料領(lǐng)域技術(shù)，尤其涉及一種適用于橋梁用Q500QE鋼的配套焊條、制備方法及焊接方法。

背景技術(shù)：

我國鋼橋是在中華人民共和國建國后，在國外對我們實(shí)施經(jīng)濟(jì)、技術(shù)封鎖的情況下，自力更生成長起來的。

1957年，借助前蘇聯(lián)專家的技術(shù)和材料，中國建造完成了武漢長江公鐵兩用大橋。橋梁全長1155.5m，主跨128m，首次在長江上實(shí)現(xiàn)了“一橋飛架南北，天塹變通途”。這是在長江上建造的第一座大橋，是我國橋梁史上第一個(gè)里程碑。該橋所用鋼材為蘇聯(lián)生產(chǎn)的A3鋼(即Q235)。

20世紀(jì)60年代，為了連通京滬鐵路，決定修建南京長江大橋以取代南京輪渡。為解決無低合金結(jié)構(gòu)鋼料的困難，鞍山鋼鐵公司于1962年研制成功16錳低合金高強(qiáng)度橋梁鋼(16Mnq)，屈服點(diǎn)σs＝340MPa，南京橋除少部分仍用原蘇聯(lián)已進(jìn)口的低合金鋼外，其余全部用國產(chǎn)鋼材代替了原定進(jìn)口的鋼材，當(dāng)時(shí)這些鋼的研制成功，十分鼓舞人心，被稱之為“爭氣鋼”。

20世紀(jì)70年代初，九江長江公鐵路橋決定采用國產(chǎn)高強(qiáng)度鋼建造一座高強(qiáng)、輕型、整體的栓焊接構(gòu)方案。但采用這一方案面臨的困難很多，當(dāng)時(shí)沒有制造大跨度焊接鋼梁的材料。原來造橋采用的16錳橋鋼，在材質(zhì)和規(guī)格上已不符合制造大跨度焊接鋼橋的需要。因這種鋼材的板厚效應(yīng)很大，鋼材的強(qiáng)度、韌性隨板厚的增加下降很快，用原來的16錳橋鋼建橋，鐵路單線桁梁橋最大跨度只可能達(dá)到112m。為此，鐵道部和原冶金部決定研究開發(fā)15錳釩氮橋梁鋼(15MnVNq)，其屈服點(diǎn)比16錳橋梁鋼高，σs＝420MPa。由于當(dāng)時(shí)鋼鐵冶煉及軋制設(shè)備落后，合金元素不全，前后經(jīng)歷了20多年研究。通過大量的焊接及力學(xué)性能試驗(yàn)和在北京密云建造白河試驗(yàn)橋的工程實(shí)踐，優(yōu)化生產(chǎn)出了15錳釩氮C級正火橋梁鋼。這種鋼的板厚效應(yīng)小，板厚56mm，焊接性及力學(xué)性均較好。經(jīng)科研、設(shè)計(jì)、制造人員的艱苦努力，1993年用這種鋼建成了九江長江公鐵路大橋。該橋正橋鋼梁全長1806m，主跨是216m的剛性梁柔性拱，結(jié)構(gòu)雄偉壯觀，橋形秀麗。

20世紀(jì)90年代初，鐵路橋梁建設(shè)面臨蕪湖長江的建設(shè)，主跨達(dá)312米。橋梁鋼問題顯得愈加突出。為此大橋局和武鋼聯(lián)合共同開發(fā)了大跨度鐵路橋梁用鋼14MnNbq。該鋼采用降碳加鈮和超純凈的冶金方法，并通過鈮的微合金化作用進(jìn)行控制軋制，保證了屈服強(qiáng)度σs≥340MPa的基礎(chǔ)上，具有優(yōu)異的-4022低溫沖擊韌性。同時(shí)焊接性能也大大提高，解決了板厚效應(yīng)問題，可大批量供應(yīng)32-50mm厚鋼板。蕪湖橋建設(shè)后，14MnNbq鋼材全面滿足了鐵路橋梁建設(shè)的需要。如2009年建成的世界上最大的公鐵兩用橋--武漢天興洲長江大橋，它采用的鋼材就是高韌性、抗層裂14MnNbq(Q345)。

進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國橋梁建設(shè)又有了新的飛躍。橋梁的跨徑繼續(xù)擴(kuò)大，列車通過時(shí)速不斷提高。尤其是京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長江大橋的建設(shè)，繼續(xù)使用傳統(tǒng)的14MnNbq鋼已經(jīng)滿足不了其設(shè)計(jì)和施工要求。為此，鞍鋼研發(fā)了新一代高性能橋梁用鋼(Q345QE、Q420QE、Q500QE、Q690QE)，其韌性進(jìn)一步提高，冷裂紋敏感性和焊接熱影響區(qū)硬度進(jìn)一步降低，并具有優(yōu)良的耐大氣腐蝕性能。該系列高性能橋梁用鋼，具有良好的強(qiáng)度和韌性，可提高橋梁服役性能，降低維護(hù)成本，滿足國內(nèi)橋梁建設(shè)對高性能鋼種的急需，其實(shí)物性能水平達(dá)到了國際同類鋼種的先進(jìn)水平。

現(xiàn)有技術(shù)中公開的焊條均不能用于橋梁用Q500QE鋼的焊接，如專利申請?zhí)枮?01110310536.X公開了一種X70等級管線鋼焊接用電焊條，用該焊條抗拉強(qiáng)度能夠滿足，沖擊溫度不能滿足，其沖擊溫度為-20℃，而橋梁用Q500QE鋼的焊接要求沖擊溫度為-40℃，所以，該焊條不能滿足橋梁用Q500QE鋼的焊接。專利申請?zhí)枮?00810046233.X公開了一種X80等級鋼油、氣輸送管手工焊接用電焊條，該焊條抗拉強(qiáng)度能夠滿足，沖擊溫度不能滿足，其沖擊溫度為-10℃，也不能滿足橋梁用Q500QE鋼的焊接。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一就在于提供一種用適用于橋梁用Q500QE鋼的配套焊條，該焊條表面光滑，成品率高，偏心穩(wěn)定。

技術(shù)方案是：一種適用于橋梁用Q500QE鋼的配套焊條，由焊芯和裹覆于焊芯表面的藥皮組成，該藥皮組成和含量為：大理石300～400重量份、螢石200～320重量份、金紅石30～100重量份、純堿4～7重量份、鋯英砂1～5重量份、鐵粉150～350重量份、電解錳10～20重量份、硅微粉10～40重量份、冰晶粉10～20重量份、鎳粉5～10重量份和鉬粉2～5重量份，鈦酸鉀5-10重量份，氟硅酸鉀5-10重量份。

作為優(yōu)選，所述大理石320～380重量份、螢石250～300重量份、金紅石50～80重量份、鋯英砂2～3重量份、鐵粉200～330重量份、電解錳15～18重量份、硅微粉15～20重量份、冰晶粉15～18重量份、鎳粉7～9重量份、鉬粉3～4重量份，鈦酸鉀6-8重量份，氟硅酸鉀5.5-8重量份。

作為優(yōu)選，C 0.05-0.10wt％、Mn 0.05-0.20wt％、0≤Si≤0.10wt％、0≤S≤0.015wt％和0≤P≤0.015wt％，余量為Fe及雜質(zhì)。

作為優(yōu)選，所述大理石為320重量份，螢石為300重量份，金紅石為50重量份，純堿為5重量份，鋯英砂為2重量份，鐵粉為200重量份，電解錳為15重量份，硅微粉為20重量份，冰晶粉為15重量份，鎳粉為7重量份，鉬粉為3重量份，鈦酸鉀6重量份，氟硅酸鉀8重量份。

作為優(yōu)選，所述大理石為360重量份，螢石為280重量份，金紅石為80重量份，純堿為5重量份，鋯英砂為2重量份，鐵粉為300重量份，電解錳為18重量份，硅微粉為15重量份，冰晶粉為12重量份，鎳粉為7重量份，鉬粉為3.5重量份，鈦酸鉀7重量份，氟硅酸鉀7重量份。

作為優(yōu)選，所述大理石為380重量份，螢石為250重量份，金紅石為60重量份，純堿為5重量份，鋯英砂為2重量份，鐵粉為330重量份，電解錳為18重量份，硅微粉為15重量份，冰晶粉為18重量份，鎳粉為8重量份，鉬粉為4重量份，鈦酸鉀8重量份，氟硅酸鉀5.5重量份。

作為優(yōu)選，所述大理石中，CaCO₃≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，顆粒度要求為：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；螢石中，CaF₂≥96％、SiO₂≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，顆粒度要求為：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；金紅石中，TiO₂≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，粒度要求為：-40目：≥100％、-160目：≤30％；純堿中，Na₂CO₃≥99％、NaCl≤0.70％，鋯英砂中，ZrO₂≥60％、SiO₂≤32％、S≤0.03％、P≤0.09％，顆粒度要求為：-40目：100％、-160目：≤50％；鐵粉中，F(xiàn)e≥97.0％、Mn≤0.40％、Si≤0.20％、C≤0.10％、S≤0.025％，P≤0.025％，顆粒度要求：-30目：100％；電解錳中，Mn≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；硅微粉中，SiO₂≥98.0％、Fe₂O₃≤0.20％、S≤0.025％，P≤0.025％；冰晶粉中，F(xiàn)：≥53％、Al≥13％、Na≤29，顆粒度要求-80目：100％；鎳粉中，Ni≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；鉬粉中，Mo≥99.9％，顆粒度要求-60：100％；鈦酸鉀中，TiO₂≥60％、K₂O≥30％、S≤0.05％，P≤0.05％，顆粒度要求：-170目：≤100％；氟硅酸鉀中，K₂SiF₆≥98.0％，Pb≤0.05％，S≤0.025％，P≤0.025％，顆粒度要求：-30目：100％。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種適用于橋梁用Q500QE鋼的配套焊條的制備方法。

技術(shù)方案是：一種適用于橋梁用Q500QE鋼的配套焊條的制備方法，包括以下步驟：

①將藥皮粉料拌混合均勻；

②加入藥皮總量的20-30％的粘結(jié)劑攪拌混合均勻，送入條壓機(jī)內(nèi)將其裹覆于焊芯上；

③經(jīng)低溫80～100℃烘焙2～3小時(shí)及高溫380～400℃烘焙1.5～2小時(shí)后得焊條。

本發(fā)明的目的之三在于提供一種橋梁用Q500QE鋼的焊接方法。

技術(shù)方案是：一種橋梁用Q500QE鋼的焊接方法，該焊接方法焊縫熔敷金屬化學(xué)成分為(wt％)：C 0.01-0.10wt％、Mn 1.00-1.60wt％、0≤Si≤0.60wt％、0≤S≤0.015wt％、0≤P≤0.020wt％、Ni 0.80-1.70wt％和Mo 0.10-0.40wt％，余量為Fe及雜質(zhì)。

作為優(yōu)選，所述焊縫熔敷金屬在焊態(tài)情況下，焊縫熔敷金屬力學(xué)性能的室溫抗拉強(qiáng)度Rm≥610Mpa，室溫屈服強(qiáng)Rp0.2≥500MPa，室溫伸長率A≥20％，-40℃沖擊功KV單值≥60J；在620℃±15℃保溫1小時(shí)情況下，焊縫熔敷金屬力學(xué)性能的室溫抗拉強(qiáng)度Rm≥610Mpa，室溫屈服強(qiáng)Rp0.2≥500MPa，室溫伸長率A≥20％，-40℃沖擊功KV單值≥60J；所述焊接方法焊條上述的焊條。

發(fā)明原理：本發(fā)明焊條通過焊接中各成分在制備時(shí)及焊接時(shí)的相互結(jié)合，相互影響，交互作用。

有益效果：

本發(fā)明采用的焊條通過藥皮以碳酸鹽、氟化物和硅酸鹽為主，同時(shí)添加少量的含二氧化鈦原材料和改善壓涂物質(zhì)，在各組成成分的綜合作用下，焊條性能優(yōu)良，焊條表面光滑，成品率高，偏心穩(wěn)定；直流反接焊接時(shí)電弧穩(wěn)定、基本無飛濺，脫渣性良好，焊條操作性能優(yōu)異，全位置焊接性能優(yōu)良；焊縫成型美觀，焊道高度適中，焊縫侵潤角適中，熔敷金屬理化性能適中。焊接時(shí)電弧穩(wěn)定、飛濺小、脫渣好，成型好，全位置操作性能好。所提供的焊條主要用于橋梁用Q500QE鋼的焊接，焊縫熔敷金屬化學(xué)成分控制嚴(yán)格，特別是S、P等有害雜質(zhì)元素控制極低。

本發(fā)明焊條是承壓設(shè)備專用堿性藥皮的高韌性焊條。全位置焊接操作性能良好。熔敷金屬具有良好的綜合力學(xué)性能，并具有良好的沖擊韌性和抗裂性能。適用于橋梁用鋼的焊接及相應(yīng)強(qiáng)度等級的低合金鋼結(jié)構(gòu)焊接。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，焊芯化學(xué)成分為(wt％)：C 0.05-0.10wt％、Mn 0.05-0.20wt％、Si≤0.10wt％、S≤0.015wt％、P≤0.015wt％，余量為Fe及雜質(zhì)。

本實(shí)施例中，當(dāng)焊芯為1000g時(shí)，藥皮組成成分及含量為(g)：大理石320、螢石300、金紅石50、純堿5、鋯英砂2、鐵粉200、電解錳15、硅微粉20、冰晶粉15、鎳粉7、鉬粉3。

將上述藥皮混合均勻后，加入濃度為43°的鉀鈉水玻璃250g攪拌混合均勻，送入條壓機(jī)內(nèi)按常規(guī)方法將其裹覆于規(guī)格4.0mm的上述焊芯上，再經(jīng)低溫88℃烘焙2小時(shí)、高溫380℃烘焙1.5小時(shí)，即得本實(shí)施例焊條。

將本實(shí)施例所得的焊條進(jìn)行焊接試驗(yàn)(直流反接焊接，焊接母材為橋梁用Q500QE鋼)，電弧穩(wěn)定、基本無飛濺、脫渣性能好，焊縫成形美觀。

熔敷金屬化學(xué)成分為：C：0.070wt％、Mn：1.25wt％、Si：0.25wt％、S：0.008wt％、P：0.009wt％、Ni：1.51wt％、Mo：0.25wt％，余量為鐵及雜質(zhì)。

熔敷金屬力學(xué)性能如表1：

表1焊條熔敷金屬力學(xué)性能

實(shí)施例2

實(shí)施例焊芯成分與實(shí)施例1相同。

本實(shí)施例中，當(dāng)焊芯為1000g時(shí)，藥皮組成成分及含量為(g)：大理石360、螢石280、金紅石80、純堿5、鋯英砂2、鐵粉300、電解錳18、硅微粉15、冰晶粉12、鎳粉7、鉬粉3.5。

將上述藥皮混合均勻后，加入濃度為43°的鉀鈉水玻璃250g攪拌混合均勻，送入條壓機(jī)內(nèi)按常規(guī)方法將其裹覆于規(guī)格3.2mm焊芯上，再經(jīng)低溫88℃烘焙2小時(shí)、高溫380℃烘焙1.5小時(shí)，即得本實(shí)施例焊條。

將本實(shí)施例所得的焊條進(jìn)行焊接試驗(yàn)(直流反接焊接，焊接母材為橋梁用Q500QE鋼)，電弧穩(wěn)定、基本無飛濺、脫渣性能好，焊縫成形美觀。

熔敷金屬化學(xué)成分為：C：0.077wt％、Mn：1.35wt％、Si：0.20wt％、S：0.005wt％、P：0.010wt％、Ni：1.50wt％、Mo：0.23wt％，余量為鐵及雜質(zhì)。

熔敷金屬力學(xué)性能如表2：

表2焊條熔敷金屬力學(xué)性能

實(shí)施例3

實(shí)施例焊芯成分與實(shí)施例1相同。

本實(shí)施例中，當(dāng)焊芯為1000g時(shí)，藥皮組成成分及含量為(g)：大理石380、螢石250、金紅石60、純堿5、鋯英砂2、鐵粉330、電解錳18、硅微粉15、冰晶粉18、鎳粉8、鉬粉4。

將上述藥皮混合均勻后，加入濃度為43°的鉀鈉水玻璃250g攪拌混合均勻，送入條壓機(jī)內(nèi)按常規(guī)方法將其裹覆于規(guī)格5.0mm焊芯上，再經(jīng)低溫88℃烘焙2小時(shí)、高溫380℃烘焙1.5小時(shí)，即得本實(shí)施例焊條。

將本實(shí)施例所得的焊條進(jìn)行焊接試驗(yàn)(直流反接焊接，焊接母材為橋梁用Q500QE鋼)，電弧穩(wěn)定、基本無飛濺、脫渣性能好，焊縫成形美觀。

熔敷金屬化學(xué)成分為：C：0.082wt％、Mn：1.31wt％、Si：0.23wt％、S：0.006wt％、P：0.008wt％、Ni：1.55wt％、Mo：0.29wt％，余量為鐵及雜質(zhì)。

焊條熔敷金屬力學(xué)性能如表3：

表3焊條熔敷金屬力學(xué)性能

本發(fā)明中，大理石：CaCO₃≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，顆粒度要求為：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；螢石：CaF₂≥96％、SiO₂≤3.0％、C≤0.08％、S≤0.03％、P≤0.03％，顆粒度要求為：-30目：100％、-40目：≥97％、-170目：≤70％；金紅石：TiO₂≥96％、S≤0.03％、P≤0.03％，粒度要求為：-40目：≥100％、-160目：≤30％；純堿：Na₂CO₃≥99％、NaCl≤0.70％，鋯英砂：ZrO₂≥60％、SiO₂≤32％、S≤0.03％、P≤0.09％，顆粒度要求為：-40目：100％、-160目：≤50％；鐵粉：Fe≥97.0％、Mn≤0.40％、Si≤0.20％、C≤0.10％、S≤0.025％，P≤0.025％，顆粒度要求：-30目：100％；電解錳：Mn≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；硅微粉：SiO₂≥98.0％、Fe₂O₃≤0.20％、S≤0.025％，P≤0.025％；冰晶粉：F：≥53％、Al≥13％、Na≤29，顆粒度要求-80目：100％；鎳粉：Ni≥99.9％，顆粒度要求-60目：100％；鉬粉：Mo≥99.9％，顆粒度要求-60：100％。

總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。