钢箱梁焊接方案要点.doc

武汉市东湖新技术开发区
珞瑜路虹景立交钢箱梁

焊接工艺评定

中建三局第二建设工程有限责任公司

二零一四年四月

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目录
一、工程概况1
二、焊接方法及焊接材料3
2.1、焊接方法3
2.2、焊接材料3
三、试件接头形式及焊接方法和材料4
四、试件母材准备12
五、试件焊接13
5.1、焊接工艺参数13
5.2、焊接工艺措施13
六、试件焊缝检验15
6.1、焊接接头性能试验16
6.2、焊钉实验项目及方法16
6.3、实验结果要求及判定17

一、工程概况
珞瑜路与光谷大道是武汉城区两大城市主干道，珞瑜路横向连接鲁巷广场与森林公园，光谷大道纵向贯通关东、关南开发区，是武昌地区交通最为繁忙的两条道路。珞瑜路虹景立交工程主要分为东西向珞瑜路段及南北段光谷大道至喻家湖路段。本次项目设计主要为东西向珞瑜路段。珞瑜路采用高架桥形式上跨光谷大道（喻家湖路），珞瑜路高架桥全长358.08米，其中第二联为40m+50m+39m连续钢箱梁桥，标准段宽31米。
钢箱梁梁高2.1m，箱梁两侧分别绕设计高程点旋转形成桥面双向坡，箱梁顶、底板平行。钢箱梁截面为单箱7室结构（见如下示意图），顶、底板采用厚度16mm钢板，腹板厚20mm，纵肋厚10～16mm，U形肋厚8mm，横隔板为空心结构、厚度14mm，悬臂隔板厚度16mm，悬臂底板厚16mm，并设置6mm厚装饰板。面板顶部均布19×60剪力钉（圆柱头焊钉）。

钢箱梁主结构钢材采用Q345qd 和Q370qd，需满足《桥梁用结构钢》（GB/T 714-2008）标准。
圆柱头焊钉设计用料材质ML15，规格为φ19×60mm，焊钉的尺寸、化学成分、机械性能应符合《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》(GB/T 10433-2002)规定。
Q345qD钢的化学成分如表1所示：
Q345qD钢的化学成分（GB/T 714-2008） （表1）
牌号
C
Si
Mn
S
P
Nb
V
Ti
Cr
Ni
Cu
Mo
N
Als
Q345qD
≤0.18
≤0.55
0.90～1.70
≤0.020
≤0.025
≤0.06
≤0.08
≤0.03
≤0.80
≤0.50
≤0.55
≤0.20
≤0.012
≥0.015
Q345qD钢的力学性能如表2所示：
Q345qD钢的力学性能（GB/T 714-2008） （表2）
牌号
下屈服强度Rel/MPa
抗拉强度Rm/MPa
断后伸长率A/%
-20℃时的冲击功KV2/J
Q345qD
≥345
≥490
≥20
≥47
Q370qD钢的化学成分如表3所示：
Q370qD钢的化学成分（GB/T 714-2008） （表3）
牌号
C
Si
Mn
S
P
Nb
V
Ti
Cr
Ni
Cu
Mo
N
Als
Q370qD
≤0.18
≤0.55
1.00～1.70
≤0.020
≤0.025
≤0.06
≤0.08
≤0.03
≤0.80
≤0.50
≤0.55
≤0.20
≤0.012
≥0.015
Q370qD钢的力学性能如表4所示：
Q370qD钢的力学性能（GB/T 714-2008） （表4）
牌号
下屈服强度Rel/MPa
抗拉强度Rm/MPa
断后伸长率A/%
-20℃时的冲击功KV2/J
Q370qD

≥370
≥510
≥20
≥47
焊钉材料及机械性能如表5所示：
焊钉材料及机械性能（GB/T 10433-2002） （表5）
材料
标准
机械性能
ML15
GB/T 6478
σb≥400N/mm2
σs≥320N/mm2
δ5≥14%

根据设计文件和《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）的要求，钢箱梁结构施工前必须进行焊接工艺评定试验。

二、焊接方法及焊接材料
2.1、焊接方法
根据设计要求及本产品的实际制造情况，拟采用埋弧自动焊、CO2气体保护焊及电弧螺柱焊完成本项目钢结构的焊接工作。
埋弧自动焊用于工厂制造时顶板、底板和腹板的对接焊缝。
CO2气体保护焊用于埋弧自动焊前的打底焊接和厂内制造及现场安装的所有焊接。
电弧螺柱焊用于圆柱头焊钉的焊接。
2.2、焊接材料
（1）埋弧自动焊
采用H08MnA(φ4mm）焊丝，配SJ101焊剂，焊材应满足《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》（GB/T 12470-2003）的要求。
埋弧焊丝H08MnA的化学成分如表6所示：
H08MnA的化学成分（GB/T 12470-2003） （表6）
牌号
化学成份
C
Mn
Si
Cr
Ni
Cu
S
P
％
H08MnA
≤0.10
0.80～1.10
≤0.07
≤0.20
≤0.30
≤0.20
≤0.030
≤0.030
埋弧焊丝力学性能复验结果不得低于母材标准值。
（2）CO2气体保护焊
药芯焊丝CO2气体保护焊采用药芯焊丝E501T-1（φ1.2mm）；实芯焊丝CO2气体保护焊采用实芯焊丝ER50-6（φ1.2mm），保护气体CO2的纯度≥99.5%（体积法），其含水量不大于0.005%（重量法）。瓶装气体的瓶内压力不低于1Mpa。焊丝熔敷金属化学成份和力学性能应符合《碳钢药芯焊丝》（GB/T 10045-2001）和《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》（GB/T 8110-2008）的要求。
CO2气体保护焊焊丝化学成份、熔敷金属力学性能如表7、表8所示：
E501T-1焊丝化学成份、熔敷金属力学性能（GB/T 10045-2001） （表7）
牌号
化学成份
力学性能
C
Mn
Si
S
P
Cr
Mo
Rm
Rel
A
-20℃Akv
％
MPa
MPa
％
J
E501T-1
≤0.18
≤1.75
≤0.90
≤0.03
≤0.03
≤0.20
≤0.30
≥480
≥400
≥22
≥27
ER50-6焊丝化学成份、熔敷金属力学性能（GB/T 8110-2008） （表8）
牌号
化学成份
力学性能
C
Mn
Si
S
P
Cr
Mo
Rm
Rel
A
-30℃Akv
％
MPa
MPa
％
J
ER50-6
0.06～0.15
1.40～1.85
0.80～1.15
≤0.025
≤0.025
≤0.15
≤0.15
≥500
≥420
≥22
≥27

三、试件接头形式及焊接方法和材料
试件1：Q345qD+Q345qD，t=16+16（16×150×600，2件）。
焊接位置：平焊对接。
焊接方法：实芯焊丝CO2气体保护焊打底，埋弧自动焊填充、盖面。
焊接材料：ER50-6（φ1.2焊丝）/H08MnA（φ4.0焊丝） + SJ101（烧结焊剂）。适用于顶板、底板和腹板的厂内对接。试验接头坡口形式见下图：

试件2：Q370qD+Q370qD，t=45+45（45×150×400，2件）。
焊接位置：立焊对接。
焊接方法：药芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：E501T-1（φ1.2焊丝）。适用于封端板的现场对接。试验接头坡口形式见下图：

试件3：Q345qD+Q345qD，t=16+16（16×150×400，2件）。
焊接位置：平焊对接。
焊接方法：药芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：E501T-1（φ1.2焊丝）。适用于顶板和底板的现场对接。试验接头坡口形式见下图：

试件4：Q345qD+Q345qD，t=20+20（20×150×400，2件）。
焊接位置：立焊对接。
焊接方法：药芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：E501T-1（φ1.2焊丝）。适用于腹板的现场对接。试验接头坡口形式见下图：

试件5：Q345qD+Q345qD，t=20+16（20×150×400，1件；16×150×400，1件）。
焊接位置：平焊角接。
焊接方法：实芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：ER50-6（φ1.2焊丝）。适用于腹板与底板的厂内焊接。试验接头坡口形式见下图

试件6：Q345qD+Q345qD，t=20+16（20×150×400，1件；16×150×400，1件）。
焊接位置：仰焊角接。
焊接方法：实芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：ER50-6（φ1.2焊丝）。适用于腹板与顶板的厂内焊接。试验接头坡口形式见下图：

试件7：Q345qD+Q345qD，t=8+16（8×150×400，1件；16×150×400，1件）。
焊接位置：平焊角接。
焊接方法：实芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：ER50-6（φ1.2焊丝）。适用于U肋的厂内焊接。试验接头坡口形式见下图：

试件8：Q345qD+Q345qD，t=1416（14×150×400，1件；16×150×400，1件）。
焊接位置：平焊角接。
焊接方法：实芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：ER50-6（φ1.2焊丝）。适用于标准段横隔板与底板，纵肋的厂内焊接。试验接头形式见下图：

试件9：Q345qD+Q345qD，t=14+16（14×150×400，1件；16×150×400，1件）。
焊接位置：立焊角接。
焊接方法：实芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：ER50-6（φ1.2焊丝）。适用于标准段横隔板与腹板，竖肋的厂内焊接。试验接头形式见下图：

试件10：Q345qD+Q345qD，t=14+16（14×150×400，1件；16×150×400，1件）。
焊接位置：仰焊角接。
焊接方法：实芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：ER50-6（φ1.2焊丝）。适用于标准段横隔板与顶板的厂内焊接。试验接头形式见下图：

试件11：Q345qD+Q345qD，t=14+16（14×150×400，1件；16×150×400，1件）。
焊接位置：立焊角接。
焊接方法：药芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：E501T-1（φ1.2焊丝）。适用于标准段横隔板与腹板的现场焊接。试验接头形式见下图：

试件12：Q345qD+Q345qD，t=16+16（16×150×400，2件）。
焊接位置：平焊角接。
焊接方法：实芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：ER50-6（φ1.2焊丝）。适用于桥墩处横隔板与底板的厂内焊接。试验接头形式见下图：

试件13：Q345qD+Q345qD，t=16+16（16×150×400，2件）。
焊接位置：立焊角接。
焊接方法：实芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：ER50-6（φ1.2焊丝）。适用于桥墩处横隔板与腹板的厂内焊接。试验接头形式见下图：

试件14：Q345qD+Q345qD，t=16+16（16×150×400，2件）。
焊接位置：仰焊角接。
焊接方法：实芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：ER50-6（φ1.2焊丝）。适用于桥墩处横隔板与顶板的厂内焊接。试验接头形式见下图：

试件15：Q345qD+Q345qD，t=16+16（16×150×400，2件）。
焊接位置：立焊角接。
焊接方法：药芯焊丝CO2气体保护焊。
焊接材料：E501T-1（φ1.2焊丝）。适用于桥墩处横隔板与腹板的现场焊接。试验接头形式见下图：

试件16：Q345qD δ16钢+ML15 φ19×60焊钉（16×100×100，1件；φ19×60焊钉 1个），制作2组20件，其中一组10件用于拉伸试验，一组10件用于弯曲试验
焊接方法：电弧螺柱焊。
试验接头形式见下图：

四、试件母材准备
（1）试件材料选用本结构设计用料Q345qD和Q370qD，试件下料前，应收集核查钢材的炉批号及相应的质量证明书，并根据材质标准对所用材料进行化学成分及机械性能复验，复验结果应满足《桥梁用结构钢》（GB/T 714-2008）的要求。
（2）试件坡口采用机械加工的方法制备，组装前，焊接区母材表面作除锈、除尘处理。
（3）试件组装，两端安装引/熄弧板。

五、试件焊接
5.1、焊接工艺参数
本工程拟用焊接方法和焊接参数如表9所示：
各种焊接方法应采用的焊接工艺参数 （表9）
焊接方法
焊材规格
焊接位置
焊接电流
电弧电压
焊道厚度
（焊接速度）
气体流量
（l/min）
CO2气体保护焊
Φ1.2mm
平焊
220～260 A
28～30 V
4～6 mm/道
15～20
CO2气体保护焊
Φ1.2mm
立焊
140～180 A
24～26 V
4～6 mm/道
15～20
CO2气体保护焊
Φ1.2mm
仰焊
140～180 A
24～26 V
4～6 mm/道
15～20
埋弧自动焊
Φ4.0mm
平焊
500～600A
30～32V
32～36 cm/min
线能量：31～33kJ/cm
电弧螺柱焊
焊接电流
1500～1600A
焊接时间
0.7～0.8s
5.2、焊接工艺措施
5.2.1、埋弧自动焊及CO2气体保护焊
（1）各种焊丝表面的镀铜应均匀致密，焊丝表面应无锈蚀和油污。
（2）焊剂中不允许混入熔渣和杂物，重复使用的焊剂应用钢丝网筛过滤。
（3）焊剂必须按表10的规定烘干使用。
焊剂（SJ101）的烘干温度及保温时间 （表10）
焊接材料
烘干温度
保温时间
保存温度
说明
焊剂
300～350℃
2h
100～150℃
焊材从保温箱中取出4h以上应重新烘干，焊剂随用随取。
（4）焊工（包括定位焊），必须有焊接资格证书，且只能从事焊工资格认定范围内的工作。
（5）焊接前应检查并确认所使用的设备工作状态正常，仪表工具良好、齐全可靠，方可施焊。
（6）施焊应严格执行焊接工艺，焊工应按照焊接试验作业指导书进行作业，不得随意变更参数。
（7）焊接工作宜在室内进行，施焊时，环境温度不应低于5℃，空气相对湿度不应高于80%。环境温度低于5℃时，原不要求预热的接头应进行预热处理，预热温度80～100℃。相对湿度高于80%时，焊前应用烤枪对焊区进行烘烤除湿，焊剂在空气中暴露时间不宜超过2小时。室外作业时，宜在晴天进行，遇到风雨时，应设挡风板和遮雨棚。
（8）焊接选用直流电源，采用反极性连结（即试件接负极）。
（9）焊接前清除焊接区的锈尘。多道焊时应将前道熔渣清除干净，并经检查确认无裂纹等缺陷后再继续施焊。
（10）焊接尽量采用多道焊，手工焊接时，焊条作适当横向摆动。
（11）试件加工及组装，其坡口角度、钝边尺寸和组装间隙应满足试件图要求，并做好检测记录。
（12）焊接时应做好过程记录。
5.2.2、电弧螺柱焊
（1）焊接采用直流正接，即焊枪接焊接电源的负极，工件接正极；
（2）焊接前清除圆柱头焊钉头部及钢板待焊部位（大于2倍圆柱头焊钉直径）的铁锈、氧化皮、油污、水分等有害物，使钢板表面显露出金属光泽；
（3）受潮的瓷环在使用前应在150℃的烘箱中烘干2h；
（4）圆柱头焊钉应平位施焊，在焊缝金属完全凝固前不得移动焊枪；
（5）焊接环境温度≥0℃，相对湿度≤80%；
（6）焊接时应做好过程记录。

六、试件焊缝检验
焊缝检验标准执行《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）和设计文件要求。
所有试件焊接后均经焊缝外观检查和内部超声波探伤。焊缝外观成型应良好，无气孔、夹碴、咬边、尺寸不足等缺陷。焊接完成24小时后做超声波探伤检验，超声波按《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）规定检测，对接焊缝质量等级应达到Ⅰ级，T型接头熔透角焊缝质量等级应达到Ⅰ级，角焊缝质量等级应达到Ⅱ级。
圆柱头焊钉焊接后应获得完整的360°周边焊缝。圆柱头焊钉焊缝的宽度、高度等尺寸应满足：焊缝沿圆柱头焊钉轴线方向的平均高度hm应不小于0.2d；最小高度hmin应不小于0.15d；在钢板侧焊趾的平均直径和应不小于1.25d（d为圆柱头焊钉直径）。
6.1、焊接接头性能试验
焊接接头试验项目如表11所示：
接头焊接试验项目 （表11）
试件型式
试验项目
试样数量
试验方法
对接接头试件
接头拉伸（拉板）试验
1件
GB/T 2651-2008
焊缝金属拉伸试验
1件
GB/T 2652-2008
接头弯曲试验
1件（弯曲角α=180°）
GB/T 2653-2008
低温冲击试验
6件（缺口开在焊缝中心及熔合线外1.0mm或0.5mm处各3件）
GB/T 2650-2008
接头硬度试验
1件
GB/T 2654-2008
宏观断面酸蚀试验
1件
GB/T 226-1991
T型接头熔透角焊缝试件
焊缝金属拉伸试验
1件
GB/T 2652-2008
接头硬度试验
1件
GB/T 2654-2008
宏观断面酸蚀试验
1件
GB/T 226-1991
T型接头角焊缝试件
焊缝金属拉伸试验
1件
GB/T 2652-2008
接头硬度试验
1件
GB/T 2654-2008
宏观断面酸蚀试验
1件
GB/T 226-1991
6.2、焊钉实验项目及方法
（１）拉伸试验
焊钉试件拉伸试验应符合下图的要求。

（２）弯曲试验方法
焊钉试件弯曲试验应符合下图的要求，采用锤击圆柱头焊钉的方法，弯曲角度30°。

6.3、实验结果要求及判定
（1）拉伸试验的屈服强度、抗拉强度及延伸率不低于母材标准值。当试验结果低于母材标准值时，允许从同一试件上再取一个试样重新试验，若重新试验的结果不低于母材标准值，则仍可判为合格。
（2）弯曲试验，试样受拉面没有裂纹，或仅在棱角处有撕裂且裂纹长度不大于3mm。当试验结果未满足上述要求时，则允许在同一试件上再取一个试样重新试验，若重新试验的结果满足上述要求，则仍可判为合格。
（3）冲击试验，对接焊缝与组合焊缝均为-20℃/47J。每组3个试件中，平均值不低于规定值，且每个实验值都不小于规定值的70%。当试验结果未满足上述要求时，则允许从同一试件上再取一组（3个）附加试样重新试验，若总计6个试验值的平均值不小于规定值，且低于规定值的试验值不多于3个（其中，不得有2个以上的试验值低于规定的70%，也不得有任一试验值低于规定值的50%），则仍可判为合格。
（4）焊接接头的硬度试验测试结果应不大于HV350。
（5）宏观断面酸蚀试验不应有未焊透、未熔合、裂纹等超标缺陷。
（6）焊钉拉伸试验断裂在焊钉部位，且拉力载荷满足GB/T 10433-2002的规定，则焊钉焊缝合格，否则为不合格。
（7）弯曲试验采用锤击圆柱头焊钉的方法，弯曲角度为30°。当焊钉焊脚未出现肉眼可见裂缝时，该焊钉焊缝判为合格，否则为不合格。