钢箱梁焊评报告

温州绕城高速公路立交钢箱梁制造焊接工艺评定试验总报告一.工程简介温州绕城高速公路采用120m连续钢箱梁结构，全桥立面简图见图1。钢箱梁梁高为2.3m，正交异性钢桥面板，顶、腹、底板设纵向加劲，隔板设竖向加劲，钢箱梁横断面见图2。钢箱梁主要材质为Q345qD钢板，总重量约1080吨。根据钢箱梁的接头形式、焊接位置等，确定了22组（对接焊缝11组、坡口部分熔透角焊缝8组， T形接头角焊缝3组）接头进行焊接工艺评定试验，编制了焊接工艺评定试验方案，并报该桥监理组和业主审批。评定试验以公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011) 为依据，并遵守设计图的相关规定。图1 全桥立面简图图2 钢箱梁横断面图1二. 试验材料及焊接设备1. 母材用于钢箱梁制造的钢板主要材质为Q345qD，钢材符合桥梁用结构钢（GB/T714-2008）的规定，板厚范围835mm。焊接工艺评定试验选择板厚8、12、16、20、24、30、40mm的Q345qD钢板进行，均为大生产用料。评定用试板的化学成分和力学性能见表1和表2。表1 钢板化学成分 (%)板厚(mm)批 号材 质CSiMnPSVNbTiAlCEV数据来源50Q345qD0.180.550.91.70.0250.020.080.060.030.0150.42标准8B422967700Q345qD0.140.281.490.0170.0020.0060.020.0090.030.39质保书0.120.251.420.0130.0030.010.020.010.0250.37复验12B422925900Q345qD0.140.281.490.0170.0020.0060.020.0090.030.39质保书0.130.261.420.0150.0020.010.020.010.0230.37复验16B422925100Q345qD0.140.281.490.0170.0020.0060.020.0090.030.39质保书0.120.251.410.0140.0020.010.020.010.0230.37复验6C03384200Q345qD0.140.301.350.0140.004-0.02-0.0320.38质保书0.150.271.460.0070.004-0.02-0.0320.42复验20B422958200Q345qD0.130.161.420.0120.0040.030.030.010.0380.37质保书0.120.151.410.0130.0040.020.030.010.0280.36复验240182369000H1Q345qD0.150.371.410.0140.0020.0020.0020.0040.0420.39质保书0.140.361.420.0110.0020.010.010.010.0300.38复验30B422925810Q345qD0.140.281.490.0170.0020.0060.020.0090.030.39质保书0.130.251.420.0150.0020.010.020.010.0230.37复验40B422925700Q345qD0.140.281.490.0170.0020.0060.020.0090.030.39质保书0.130.251.430.0150.0020.010.020.010.0220.38复验注：CEV=C+Mn/6+（Cr+ Mo+ V）/5+（Ni+Cu）/15表2 钢板力学性能板厚(mm)批 号材 质Rel(MPa)Rm(MPa)A(%)弯 曲1800KV2(J)交货状态数据来源50Q345qD34549020d=2a 完好-2047标准8B422967700Q345qD41053629.3d=2a 完好57，57，59控轧质保书41054031d=2a 完好80，76，78复验12B422925900Q345qD43554631d=2a 完好256，227，218控轧质保书43554030d=2a 完好285，310，280复验16B422925100Q345qD40754230.5d=2a 完好211，223，207控轧质保书39551030d=2a 完好320，310，315复验6C03384200Q345qD41155827d=2a 完好141，216，191控轧质保书42557030d=2a 完好182，199，157复验20B422958200Q345qD38951333.5d=3a 完好286，277，265控轧质保书39049530d=3a 完好310，325，320复验240182369000H1Q345qD39552532d=3a 完好266，275，262控轧质保书34551533d=3a 完好192，168，174复验30B422925810Q345qD40954231.9d=3a 完好272，273，264控轧质保书42053530d=3a 完好240，222，230复验40B422925700Q345qD41452926.8d=3a 完好263，255，260控轧质保书40553030d=3a 完好285，290，300复验2. 焊接材料2.1 埋弧自动焊1）钢板对接接料焊缝采用H08Mn2E（5mm）焊丝+SJ101q焊剂焊接。2）钢箱梁整体拼装、桥上顶板单元单面焊双面成型平位对接焊缝的填充、盖面焊道采用H10Mn2（5mm）焊丝+SJ101q焊剂焊接。3）钢箱梁整体拼装、桥上顶板单元大间隙对接焊缝的填充、盖面焊道采用H08MnMoA（5mm）焊丝+SJ101q焊剂焊接。2.2 CO2气体保护焊1）钢板对接接料焊缝的打底焊道；梁段整拼顶、底板对接焊缝的打底焊道，采用实心焊丝ER50-6（1.2mm）焊接。2）整体拼装底板单元对接焊缝，采用实心焊丝ER50-6（1.2mm）焊接。3）横隔板与底板间T形接头角焊缝；横隔板、底板加劲肋T形角焊缝等，采用实心焊丝ER50-6（1.2mm）焊接。4）腹板与底板间坡口角焊缝，采用实心焊丝ER50-6（1.2mm）焊接。5）腹板、横隔板对接焊缝，采用药芯焊丝E501T-1（1.2mm）焊接。6）挑臂梁腹板、下翼板与箱梁腹板间角焊缝，采用药芯焊丝E501T-1（1.2mm）焊接。7）顶板单元U肋坡口角焊缝，采用药芯焊丝E501T-1（1.2mm）焊接。8）腹板与顶板间仰位坡口角焊缝； U肋嵌补段对接焊缝及角焊缝；横隔板与腹板间立位角焊缝；横隔板与顶板间仰位角焊缝等，采用药芯焊丝E501T-1（1.2mm）焊接。2.3 定位焊采用焊条电弧焊或CO2气体保护焊，采用E5015（4）焊条或ER50-6（1.2mm）焊丝。2.4 焊接衬垫1）顶、底板单元纵向及横向对接焊缝；横隔板对接焊缝等，采用TG-2.0Z陶质衬垫；2）顶、底板单元大间隙对接焊缝，采用TG-2.02M陶质衬垫；焊丝、焊剂的化学成分和力学性能见表3。焊剂按产品说明书规定烘干后使用。CO2气体纯度大于99.5。表3 焊丝、焊剂的化学成分和力学性能焊材牌号批号规格化学成分 （%）力学性能数据来源CSiMnPSRel(MPa)Rm(MPa)A(%)KV2(J)焊丝H08Mn2E0.100.071.301.900.0150.010技术要求052598225.00.0760.0541.710.0140.00648058528.5162,171,165质保书0.080.071.690.0080.007复验焊丝H10Mn20.120.071.501.900.0350.035标准04121215.00.0720.0351.760.0160.02342149526-40，34J质保书0.050.071.680.0100.023复验H08MnMoA0.100.251.201.600.0300.030标准8185015.00.070.131.280.0080.01349665424-20，48J质保书0.090.191.280.0110.010复验焊丝ER50-60.060.150.801.151.401.850.0250.02542050022-30；27标准060711421.20.0690.871.470.0170.01144554030.5114,108,119质保书0.080.861.460.0160.0244705602552,66,60复验010137071.20.0690.931.510.0120.0124455502991,103,87质保书0.080.911.420.0210.01844055522.556,51,53复验E501T-10.180.901.750.030.0340048022-20；27标准120612141.20.0520.331.360.0090.00645553529133,125,132质保书0.050.341.360.0100.00551057029.5173,190,168复验焊剂SJ101q0.0400.03040048065022-20；47标准20030.0360.0244655452778,69,62质保书0.0360.01350058528.592,80,108复验1470.0270.0284636252852,60,60质保书0.0370.02440051026.566,72,40复验注：焊剂SJ101q（2003批）的力学性能是配H08Mn2E焊丝的数值；焊剂SJ101q（147批）的力学性能是配H10Mn2焊丝的数值。3. 焊接设备1）埋弧自动焊采用威达ZD5(D)-1250直流电源配A2或MZ-1焊机焊接。2）CO2气体保护焊采用KR500型直流电源焊接。3）焊条电弧焊采用ZX7-500型焊机。以上焊接电源均为直流反极性接法。三. 焊接工艺评定试验（一）焊接工艺评定试验及结果1. 对接焊缝1） 对接焊缝坡口尺寸、焊接方法及代表焊缝 对接焊缝共焊接12组试件，接头板厚组合、坡口尺寸、焊接方法及焊接材料、代表焊缝见表4。表4 对接接头坡口尺寸、焊接方法及代表焊缝编号板厚组合(材质) 坡口形式焊接位置焊接方法及焊接材料代表焊缝D112+12(Q345qD) 平位埋弧自动焊H08Mn2E(5.0)+SJ101q814mm钢板对接接料焊缝D216+16(Q345qD)平位CO2气保护半自动焊打底+埋弧自动焊ER50-6(1.2)H08Mn2E(5.0)+SJ101q1119mm钢板对接接料焊缝D320+20(Q345qD) 平位CO2气保护半自动焊打底+埋弧自动焊ER50-6(1.2)H08Mn2E(5.0)+SJ101q2026mm钢板对接接料焊缝D416+16(Q345qD) 平位CO2气保护半自动焊打底+埋弧自动焊ER50-6(1.2) H10Mn2(5)+SJ101q顶、底板单元对接焊缝等D516+16(Q345qD)平位CO2气保护半自动焊打底+埋弧自动焊ER50-6(1.2) H10Mn2(5)+SJ101q顶、底板单元对接焊缝等D616+16(Q345qD) 平位CO2气保护半自动焊+埋弧自动焊ER50-6(1.2) H08MnMoA(5)+SJ101q顶、底板单元大间隙对接焊缝等D730+30(Q345qD) 平位CO2气保护半自动焊打底+埋弧自动焊ER50-6(1.2) H10Mn2(5)+SJ101q顶、底板单元对接焊缝等D824+24(Q345qD)平位CO2气保护半自动焊ER50-6(1.2)底板板单元对接焊缝等D924+24(Q345qD)立位CO2气保护半自动焊E501T-1(1.2)腹板节段对接焊缝；隔板立位对接焊缝等D108+8(Q345qD)立位CO2气保护半自动焊E501T-1(1.2)U形肋嵌补段对接焊缝D118+8(Q345qD)仰位CO2气保护半自动焊E501T-1(1.2)U形肋嵌补段对接焊缝2) 对接接头施焊状况及焊缝检验对接接头施焊状况见表5，其中陶质衬垫单面焊双面成型焊缝，试板组对时采用马板定位。焊后对焊缝进行外观检查，表面质量符合公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011)要求。24小时后，对D1D10焊缝全长进行超声波探伤检查，焊缝内部质量达到GB11345-89级要求。对D11D12焊缝全长进行磁粉探伤检查，焊缝质量达到JB/T6061-2007级要求。表5 对接焊缝施焊记录编号熔敷简图焊道道间温度 ()电流(A)电压(V)焊速(cm/分)焊接方法备注D11700720313255121（5）温度：26湿度：38%平位焊接2105740760313255D212402603032135（1.2）温度：26湿度：52%背面清根平位焊接285580600303242121（5）3160580600303242415058060030324251605806003032426120580600303242D312402603032135（1.2）温度：26湿度：38%背面清根平位焊接295640650303142121（5）31306406503031424125640650303142516564065030314261486406503031427150640650303142D41，22002202830135（1.2）温度：18湿度：20 %背面衬陶垫平位焊接395630640283037121（5）4，5160,1506503240D5131802002628135（5）温度：18湿度：20%背面衬陶垫平位焊接45120,1446003033121（5）67150680303240D6151802002628135（1.2）温度：18湿度：20 %背面衬陶垫平位焊接69120165620640303235121（5）1011135140660323340D712002202830135（1.2）温度：19湿度：15%背面衬陶垫平位焊接2902202403032341051206003235121（5）511113171680700323438D812002202830135（1.2）温度：5湿度：45%背面衬陶垫平位焊接29105140240260303210121201452402603032D911401602426136（1.2）温度：5湿度：45 %背面衬陶垫立位焊接24105140160180262851201601802628D1011601802628136（1.2）温度：26湿度：30%背面衬钢垫立位焊接2901601802628D1111802002628136（1.2）温度：26湿度：30%背面衬钢垫仰位焊接28618020026283110180200262841501802002628备注：1. 焊接方法：121埋弧自动焊；135实心CO2气体保护焊；136药芯CO2气体保护焊。2. CO2气体流量2025L/min。3) 对接接头试验结果对接接头分别进行了拉伸、弯曲（对D11、D12进行面弯和背弯试验，其它接头进行侧弯试验）、冲击（其中D11、D12不做）、断面酸蚀及接头硬度试验，拉伸及弯曲试验结果见表6，低温冲击试验结果见表7，接头硬度试验结果见附表1，焊缝金属化学成分见附表2。表6 对接接头拉伸及弯曲试验结果编号材质板厚组合焊缝金属拉伸接头拉伸弯曲 180Rel（MPa）Rm（MPa）A（ %）Rm（MPa）断口位置D1Q345qD12+1252061530570母材侧弯d=2a完好D2Q345qD16+1650560032535母材侧弯d=2a完好D3Q345qD20+2056063529505母材侧弯d=3a完好D4Q345qD16+1642053024.5555焊缝侧弯d=2a完好D5Q345qD16+1641551526.5540焊缝侧弯d=2a完好D6Q345qD16+1639053029.5545母材侧弯d=2a完好D7Q345qD30+3044554022.5565焊缝侧弯d=3a完好D8Q345qD24+2448058530535母材侧弯d=3a完好D9Q345qD24+2448558028545母材侧弯d=3a完好D10Q345qD8+8534母材面弯、背弯d=2a 完好D11Q345qD8+8543母材面弯、背弯d=2a完好表7 对接接头低温冲击试验结果 编号材质板厚组合-20 KV2 （J）焊缝金属热影响区 (线外1mm)D1Q345qD12+12116，56，52（75）230，252，250（244）D2Q345qD16+1678，92，95（88）250，222，235（236）D3Q345qD20+20125，130，135（130）280，285，275（280）D4Q345qD16+1692，57，55（68）44，65，47（52）D5Q345qD16+1661，73，88（74）126，129，105（120）D6Q345qD16+1651，82，60（64）144，136，134（138）D7Q345qD30+3089，95，88（91）49，45，143（79）D8Q345qD24+2441，60，65（55）140，112，141（131）D9Q345qD24+2486，82，80（83）120，121，141（127）备注：1.括号里的数值为平均值。2.坡口部分熔透角焊缝1）坡口部分熔透角焊缝接头板厚组合、坡口尺寸、焊接方法及代表焊缝坡口角焊缝共焊接9组试件，接头板厚组合、坡口尺寸、焊接方法焊接材料及代表焊缝见表12。表12 坡口部分熔透角焊缝坡口尺寸、焊接方法及代表焊缝编号板厚组合(材质) 坡口形式焊接位置焊接方法及焊接材料代表焊缝P18+20(Q345qD)船位CO2气保护半自动焊E501T-1(1.2)顶板单元上的U形肋坡口角焊缝P28+20(Q345qD)平位CO2气保护半自动焊E501T-1(1.2)顶板单元上的U形肋坡口角焊缝P38+16(Q345qD)仰位CO2气保护半自动焊E501T-1(1.2)U肋嵌补段坡口角焊缝P420+30(Q345qD)平位CO2气保护半自动焊ER50-6(1.2)箱梁腹板与底板间坡口角焊缝等P520+40(Q345qD) 仰位CO2气保护半自动焊E501T-1(1.2)箱梁腹板与顶板间坡口角焊缝等P640+40(Q345qD) 平位CO2气保护半自动焊ER50-6(1.2)支座处隔板与底板间角焊缝；底板上的板肋坡口角焊缝；支座处加劲肋角焊缝P740+40(Q345qD)立位CO2气保护半自动焊E501T-1(1.2)支座隔板与腹板间角焊缝；支座处加劲板与隔板间角焊缝P840+40(Q345qD) 仰位CO2气保护半自动焊E501T-1(1.2)支座处隔板与顶板间坡口角焊缝等2）坡口部分熔透角焊缝施焊状况及焊缝检验坡口部分熔透角焊缝施焊状况见表13。焊后对焊缝进行外观检查，表面质量符合公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011)要求。24小时后对P4P9试件进行超声波探伤检查，焊缝内部质量达到GB11345-89级要求。对P1P3试件进行磁粉探伤检查，焊缝质量达到JB/T6061-2007级要求。表13 坡口部分熔透角焊缝施焊状况编号熔 敷 简 图焊道道间温度 ()电流(A)电压(V)焊速(cm/分)焊接方法备 注P11280300303246136(1.2)温度：26湿度：52%船位焊接2115300320323432P211802002628136(1.2)温度：26湿度：30%平位焊接250200220303231302002203032P311601802628136(1.2)温度：26湿度：30 %仰位焊接270180200262831101802002628P412302503032135(1.2)温度：26湿度：38 %平位焊接295250270303231252502703032413025027030325125250270303261352502703032P51801902102830136(1.2)温度：24湿度：38 %仰位焊接2135190210283031501902102830416219021028305146190210283061551902102830P61802402603032135(1.2)温度：23湿度：38 %平位焊接210024026030323115240260303241602402603032510130180260280323411161401702602803234P71801802002830136(1.2)温度：23湿度：38 %立位焊接21031802002830311718020028304121180200283051411802002830614418020028307118180200283081461802002830P81801902102931136(1.2)温度：23湿度：38 %仰位焊接29019021029313789137190210293181211214219021029311317131151190210293118211391531902102931备注：1. 焊接方法：135实心CO2气体保护焊；136药芯CO2气体保护焊。2. CO2气体流量2025L/min。3）坡口部分熔透角焊缝试验结果焊后对P4P9试件分别进行了焊缝金属拉伸、断面酸蚀和接头硬度分析试验，P1P3试件进行了断面酸蚀、接头硬度试验。焊缝金属拉伸试验结果见表14，接头硬度试验结果见附表1，焊缝金属化学成分见附表2。表14 坡口部分熔透角焊缝焊缝金属拉伸试验结果编 号材 质板厚组合焊缝金属拉伸Rel（MPa）Rm（MPa）A（%）P4Q345qD20+3046556532P5Q345qD20+4062568027P6Q345qD40+4053062029P7Q345qD40+4049057031P8Q345qD40+40530585264. T形接头角焊缝 1) T形接头角焊缝试板尺寸、焊接方法及代表焊缝T形接头角焊缝共焊接3组试件，接头板厚组合、焊脚尺寸、焊接方法、焊接材料及代表焊缝见表15。表15 T形接头角焊缝焊脚尺寸、焊接方法及代表焊缝编号板厚组合(材质) 坡口形式焊接位置焊接方法及焊接材料代表焊缝T112+20 (Q345qD)平位实芯焊丝气保护半自动焊ER50-6(1.2)隔板与底板间角焊缝；板单元加劲肋角焊缝等T212+20 (Q345qD)立位药芯焊丝气保护半自动焊E501T-1(1.2)隔板与腹板间角焊缝等T312+20 (Q345qD)仰位药芯焊丝气保护半自动焊E501T-1(1.2)隔板与顶板间角焊缝等2) T形接头角焊缝施焊状况及焊缝检验T形接头角焊缝施焊状况见表16，焊后经外观检查，焊缝外观及焊脚尺寸符合公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50-2011)要求。24小时后进行磁粉探伤检查，焊缝质量达到JB/T6061-2007级要求。表16 T形接头角焊缝施焊状况编号熔 敷 简 图焊道道间温度 ()电流(A)电压(V)焊接方法备 注T112402603234135（1.2）温度：24湿度：56%平位焊接2240260323431552402603234T211902102628136（1.2）温度：24湿度：56%立位焊接21902102628T312002202830136（1.2）温度：26湿度：56%仰位焊接2475120200220283051002002202830681151502002202830备注：1. 焊接方法：135实心CO2气体保护焊；136药芯CO2气体保护焊。2. CO2气体流量2025L/min。3) T形接头角焊缝试验结果对试件进行焊缝金属拉伸、断面酸蚀和接头硬度试验，焊缝金属拉伸试验见表17，接头硬度试验结果见附表1，焊缝金属化学成分见附表2。表17 T形接头角焊缝焊缝金属拉伸试验结果编 号材 质板厚组合焊缝金属拉伸Rel（MPa）Rm（MPa）A（%）T1Q345qD12+2048058528T2Q345qD12+2047557030T3Q345qD12+2060664824（二）试验结果分析与评定1. 接头力学性能评定标准1) 焊缝强度：焊缝屈服强度(Rel)和抗拉强度(Rm)不低于母材标准。2) 焊缝金属伸长率(A)：不低于母材标准。3) 接头韧性：对接焊缝和全熔透角焊缝的 -20 V形缺口冲击功不低于27J 。4) 弯曲：对接接头弯曲180，试样受拉面上的裂纹总长不大于试样宽度的15 %，且单个裂纹长度不大于3 mm，则判为合格。5) 接头硬度：不大于380 HV10。2. 结果分析与评定2.1焊缝强度由表6、表10、表14和表17的试验结果可以看出，各种接头的焊缝强度均高于母材标准值，满足设计要求。焊缝金属强度分析见表18。表18 焊缝金属强度分析接头形式屈服强度Rel (MPa)抗拉强度Rm (MPa)备注范围范围对接焊缝390560505570试验值全熔透角焊缝558610619661坡口部分熔透角焊缝465625565680T形接头缝4756065706482.2塑性由表6、表10、表14和表17的焊缝金属拉伸试验结果可以看出，焊缝金属的伸长率A的试验结果均满足技术要求。对接试板的弯曲检验结果均完好，这表明焊缝及接头塑性良好。焊缝金属伸长率分析见表19。表19 焊缝金属伸长率分析接头形式焊缝金属伸长率A （%）范围对接焊缝22.532全熔透角焊缝2329坡口部分熔透角焊缝2634T形接头角焊缝24302.3韧性从表7、表11的接头低温冲击试验结果可以看出，对接焊缝和全熔透角焊缝的 -20 V形缺口冲击功均大于27J，满足技术要求。焊缝金属冲击韧性分析见表20。表20 低温冲击值分析接头形式冲击试验温度焊缝金属 (J)热影响区(线外1mm) (J)范围范围对接焊缝-205513052280全熔透角焊缝-2078981382292.4 接头硬度接头硬度试验结果（见附表1）表明，接头各区的硬度均低于380 HV10，满足技术要求。四. 结论1. 温州绕城高速路钢箱梁22组焊接工艺评定试验结果表明，焊接接头的力学性能全部满足公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011），以及设计图的要求。2. 焊接工艺评定试