■ 貝玉成，徐向軍

1. 概述

蕪湖長江公鐵大橋是新建商合杭鐵路的控制性工程，是集客運專線、城市軌道交通與市政道路于一體的重大基礎(chǔ)設(shè)施?？缃鳂驗殡p塔雙索面高低塔鋼箱鋼桁組合梁斜拉橋，全長1234.6m。

主橋鋼箱鋼桁組合梁斜拉橋跨度布置為（99.3+238+588+224+85.3）m，主梁上層為板桁結(jié)合，下層為鋼箱結(jié)合鋼桁梁，三角型桁架，兩片主桁，上層主桁中心距33.8m，下層主桁中心距為38m，桁高15.0m，節(jié)間長度14m，大橋效果如圖1所示。

圖1 蕪湖長江公鐵大橋效果圖

由于本橋采用大跨度公鐵兩用斜拉橋，桿件受力大，Q370q和Q420q鋼板已經(jīng)不能滿足大橋的制造需要，在受力大的高塔區(qū)16個節(jié)間下弦桿及鐵路橋面采用了我國第六代橋梁鋼Q500qE。下弦桿效果如圖2所示，高塔區(qū)下弦桿受力大，且內(nèi)有錨箱構(gòu)造，鋼板厚度大，為保證工程焊接質(zhì)量，需要對Q500qE鋼進行全面地焊接性試驗研究。

圖2 下弦桿效果圖

2. 試驗內(nèi)容

針對蕪湖長江公鐵大橋用高性能Q500qE鋼板進行了焊接性試驗，試驗項目包括：①焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗。②斜Y坡口焊接裂紋試驗。③對接接頭剛性拘束焊接裂紋試驗。

3. 試驗用鋼板和焊接材料

（1）試驗用鋼板 試驗采用板厚32mm和50mm的Q500qE鋼板進行，采用熱機械軋制（TMCP）+回火（T）工藝軋制，鋼板的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1和表2所示，均符合《商合杭鐵路蕪湖長江公鐵大橋鋼板供貨技術(shù)條件》要求。鋼板采用超聲波檢測復(fù)驗，符合《厚鋼板超聲波檢驗方法》GB/T 2970 —2004 II級要求。

（2）試驗用焊材 焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗采用J607Q（φ4mm）焊條焊接；斜Y坡口焊接裂紋試驗分別采用J607Q（φ4m m）焊條和藥芯焊絲JQ.YJ621K2-1（φ1.2mm）焊接；對接接頭剛性拘束焊接裂紋試驗分別采用氣體保護焊和埋弧焊方法焊接，氣體保護焊采用HTW-58（φ1.2mm）焊絲焊接；埋弧焊采用H65Q（φ4mm）焊絲+SJ105q焊劑焊接。氣體保護焊用CO2氣體純度＞99.5%。焊接材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能如表3所示。

4. 焊接性試驗

（1）焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗 試驗標準：焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗按照《焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗方法》（GB4675.5—1984）的規(guī)定進行。

試件制備、焊接材料及焊接設(shè)備：對于板厚32m m、50m m 的鋼板，保留鋼板的一個軋制面，加工成尺寸為20mm×75mm×200mm的標準試件。試驗焊縫采用焊條電弧焊，采用J607Q（φ4mm）焊條焊接，焊條使用前嚴格按照產(chǎn)品說明書規(guī)定烘干后使用。焊條電弧焊焊接設(shè)備為ZX7－500型直流電源，反極性接法。

焊接試驗：焊前用砂輪打磨試件表面，露出金屬光澤。焊接時在試件兩端支起，離開地面。沿試件軋制表面的中心線焊出約125mm長的焊縫，焊接參數(shù)如表4所示。熔敷簡圖如圖3所示。

圖 3

表1 試板化學(xué)成分 (質(zhì)量分數(shù)) （%）

表2 試板力學(xué)性能

硬度試驗：試件焊接24h后，截取硬度測試試樣，然后在垂直焊縫中部的斷面上檢測硬度。

試樣的檢測面經(jīng)研磨后，加以腐蝕，劃一條既與熔合線底部相切，又平行于試板軋制面的直線，在此直線上，每隔0.5mm進行維氏硬度的測定，切點兩側(cè)各測七點（見圖4）。焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗結(jié)果如表5所示。

表3 焊材的化學(xué)成分和力學(xué)性能

表4 焊接參數(shù)

表5 焊接熱影響區(qū)最高硬度值（焊條電弧焊） （HV10）

圖4 硬度測試點示意

由表5的試驗結(jié)果可以看出：板厚32m m和50m m的Q 5 0 0 q E鋼板焊接熱影響區(qū)最高硬度分別為272H V10和264HV10，低于380 HV10，說明Q500qE鋼板的焊接性良好。

（2）斜Y坡口焊接裂紋試驗 試驗標準：試驗按照《焊接性試驗斜Y坡口焊接裂紋試驗方法》（GB4675.1—1984）進行。

試件制備、焊接材料及焊接設(shè)備：試件加工時，先刨削試驗焊縫坡口，然后用火焰切出試件兩端的拘束焊縫坡口。拘束焊縫采用CO2氣體保護焊焊接。試驗焊縫分別采用J607Q（φ4mm）焊條和藥芯焊絲JQ.YJ621K2-1（φ1.2mm）焊接，焊條使用前嚴格按照產(chǎn)品說明書規(guī)定烘干后使用。

焊條電弧焊焊接設(shè)備為ZX7－500型直流電源；氣體保護焊焊接設(shè)備為KR500型直流電源，均為反極性接法。

焊接試驗：試件按規(guī)定組對后，用CO2氣體保護焊焊接拘束焊縫，焊接時嚴格控制了試件的角變形。拘束焊縫焊接24h后，完成試驗焊縫的焊接。對板厚32 mm的鋼板不預(yù)熱，對板厚50mm的鋼板預(yù)熱80℃，分別采用焊條電弧焊和氣體保護焊進行焊接試驗。

焊接結(jié)果：試驗焊縫完成48h后，檢測焊縫表面，均無裂紋產(chǎn)生。然后解剖磨制斷面，用40倍放大鏡觀測斷面裂紋，板厚32mm的鋼板不預(yù)熱，板厚50mm的鋼板預(yù)熱80℃均無裂紋產(chǎn)生。斜Y坡口焊接裂紋試驗結(jié)果如表6所示。

由表6的試驗結(jié)果可以確定Q500qE鋼板焊接預(yù)熱溫度（當(dāng)環(huán)境溫度不低于5℃，環(huán)境濕度不大于80%時）：板厚≤32mm的Q500qE鋼板不需要預(yù)熱；板厚＞32～50mm的Q500qE鋼板預(yù)熱80℃，可以防止焊接裂紋的產(chǎn)生。

（3）對接接頭剛性拘束焊接裂紋試驗 試驗標準：試驗按照《對接接頭剛性拘束焊接裂紋試驗方法》（GB/T 13817—1992）進行。

試件制備、焊接材料及焊接設(shè)備：采用板厚32mm的Q500qE鋼板進行試驗，試件的形狀和尺寸如圖5所示。對接焊縫采用火焰切割坡口。拘束焊縫采用CO2氣體保護焊焊接。

圖5 對接接頭剛性拘束焊接裂紋試件

焊接兩組試件，第一組試件模擬弦桿上水平板對接焊縫，40°V形坡口，根部5mm間隙，背面襯陶質(zhì)襯墊焊接，采用HTW－58（φ1.2mm）焊絲CO2氣體保護焊；第二組試件模擬鋼板對接焊縫，60°Y形坡口，根部1mm間隙，采用埋弧焊，H65Q（φ4mm）焊絲+SJ105q焊劑焊接，焊劑使用前嚴格按照產(chǎn)品說明書規(guī)定烘干后使用。

氣體保護設(shè)備為KR500型直流電源，埋弧焊設(shè)備為ZD5（D）-1250直流電源，均為反極性接法。

表6 斜Y坡口焊接裂紋試驗結(jié)果

試件按規(guī)定組對后，用CO2氣體保護焊焊接拘束焊縫。拘束焊縫焊接24h后，完成試驗焊縫的焊接。對兩組試件不預(yù)熱進行焊接試驗，焊接參數(shù)如表7所示。

試驗焊縫完成48h后，檢測焊縫表面，兩組試件表面均無裂紋產(chǎn)生。然后解剖磨制斷面，用40倍放大鏡觀測斷面裂紋，均無裂紋產(chǎn)生。對接接頭剛性拘束焊接裂紋試驗結(jié)果如表8所示。

由表8的試驗結(jié)果可以確定Q500qE鋼板焊接性良好，對接焊縫不預(yù)熱（當(dāng)環(huán)境溫度≥5℃，環(huán)境濕度≤80%時）焊接，不會產(chǎn)生焊接裂紋。

表7 對接接頭剛性拘束焊接裂紋試驗焊接參數(shù)

表8 對接接頭剛性拘束焊接裂紋試驗結(jié)果

5. 結(jié)語

（1）通過焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗、斜Y坡口焊接裂紋試驗、對接接頭剛性拘束焊接裂紋試驗，驗證了高性能Q500qE鋼焊接性良好。

（2）通過試驗確定Q500qE鋼板的預(yù)熱溫度、打底焊道工藝參數(shù)等焊接工藝參數(shù)，保證了蕪湖長江公鐵大橋的焊接質(zhì)量。