a-埋弧自动焊（SAW）；b- 熔化极活性混合气体保护焊（MAG）
注:30°≤β≤40° ； 8≤c1≤12mm
50°≤a1、a2≤60°； 4mm≤c≤6mm h≈t/3。
图2 两种方法焊接试板的坡口形式
3.2 焊接方法和焊接材料
根据现场的实际情况，确定两种焊接方法：埋弧自动焊（SAW）和熔化极活性混合气体保护焊（MAG）；因MAG焊具有焊接质量好、生产率高，适用范围广等优点，所以重点采用；但在大平板、大板厚对接方面，采用埋弧自动焊无论是焊接质量的控制，还是在焊缝强度、劳动条件、生产率方面优越性更加明显，所以在钢箱梁的大平底板或大厚底板的焊接中采用埋弧自动焊。需要完成这两种焊接方法的焊接工艺评定工作，同时为保证焊缝熔透，焊接另一面采用碳弧气刨进行清根处理。
焊接材料的选择按等强匹配的原则进行。实践证明，按等强匹配原则选择的焊接材料进行焊接，其焊缝强度高于母材且接头质量优异。当采用熔化极惰性气体保护焊时，选用的焊接材料是ER50-6实芯焊丝。焊丝尺寸：φ1.2；符合AWS A5.18 E70S-6及GB/T8110-2008《气体保护电弧焊用碳钢，低合金钢焊丝》，该焊丝的试验抗拉强度为550 MPa。
采用埋弧自动焊时采用的焊接材料为：CHW-S3(型号：F5A2-H10Mn2)焊丝和JH-SJ101（型号：F5A4-H10Mn2）焊剂。符合GB/T5293-1999《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》，焊丝规格为：φ4.0，该焊丝的实测抗拉强度为560MPa。
3.3预热及层间温度
预热是焊接淬硬倾向高的钢板的一个重要的工艺，焊前合理的预热有利于焊缝中扩散氢的逸出，降低焊接接头的冷却速度，从而防止淬硬的马氏体组织，有效的防止冷裂纹的产生；同时预热还可以降低焊接应力，并有助于氢从焊接接头中的逸出。预热温度的确定主要与材料成分（碳当量）、焊缝中扩散氢的含量板厚、焊件结构形状、拘束度和环境温度等因素有关；但预热往往恶化劳动条件，使生产工艺复杂化。在本工艺的制定过程中，对以上各种因素进行了综合分析，依照GB/T714-2000相关规定如表4，并结合生产实际（应用Q370q-D钢板厚度为40mm），确定在此工艺评定预热温度为100℃。在焊接过程中要求层间温度不低于预热温度，为降低焊缝中扩散氢含量、使合金元素不致大量烧损，保证每层焊缝质量，并且层间的最大温度不超过150℃。即层间温度：100～150℃。
表 4 推荐用于轧制和正火状态低合金高强钢的预热温度 ℃
厚度
/mm 焊材类型 最低屈服强度/MPa
310 345 380 413 448
10～19 普通 不预热 38 66 93 121
低氢 不预热 不预热 21 21 21
19～38 普通 66 66 93 121 —
低氢 不预热 不预热 66 66 —
38～51 普通 93 121 149 — —
低氢 66 66 107 — —
注：不预热是指母材温度必须高于10℃，若低于10℃，必须预热到21～38℃。
3.4 焊接工艺
根据TB10212-98规定：“各种焊接方法和焊接位置不得相互覆盖，凡‘评定’均应进行对接接头试验和T型接头试验。”在焊接时采用预先拟定的焊接工艺评定实施方案（WPS）中的焊接参数，如：焊道数和焊层数；焊丝和焊条的直径；焊接电流的类型；极性和安培数；电弧电压和焊接速度等。试验过程中，将实际测出的焊接规范数据计入焊接工艺评定记录（PQR），由二环线汉口段工程监理监测焊接试验全过程。焊接工艺平评定前，监理方对所用试板的质量证书、焊接材料的质量证书、焊材的批号和焊工资质等认真审核，整个焊接工艺评定的过程严格按照TB10212-98标准进行。
装配前去除工件坡口及两侧的氧化皮、油污等。对于熔化极惰性气体保护焊，采用CO2（20%～25%）和Ar（75%～80%）的混合气体做为保护气，先进行打底焊，再进行填充和盖面层的焊接，一面完成后再对另一面进行碳弧气刨清根，打磨去除氧化皮，填充至完成；对于埋弧自动焊，采用反面加陶质衬垫的方法进行焊接，具体的焊接工艺参数（WPS）数据如表5和表6所示。
表 5 熔化极活性混合气体保护焊（MAG）焊接工艺参数
焊接层次 焊接方法 填充材料 焊接电流 电弧电压
（V） 焊接速度
(cm/min)
型号 直径（mm） 极性 电流（A）
打底 MAG ER50-6 1.2 直流反接 160～200 20～24 14～24
填充（正、反） 200～240 20～24 18～28
盖面（正、反） 200～240 20～24 18～28
表 6 埋弧自动焊（SAW）焊接工艺参数
焊接层次 焊接方法 填充材料 焊接电流 电弧电压
（V） 焊接速度
(cm/min)
型号 直径（mm） 极性 电流（A）
打底 SAW JH-SJ101
CHW-S3 4.0 直流反接 450～550 28～32 35-45
填充 550～600 28～32 35-45
盖面 550～600 28～32 35-45
3.5焊接工艺评定试验结果
焊接工艺评定是为验证所拟定的焊接工艺的正确性而对焊接试件的力学试验或其它性能进行试验的过程及结果评价。因此，焊接工艺评定的试验结果决定了此次焊接工艺试验的成败。
试板焊接完成后首先进行外观检查（VT），试板目检合格再经24h后，进行超声波检测（UT），超声波检测合格，进行射线检测（RT）。以上检验项目全部合格后，方可进行力学试验试样的机加工。按照图2所示进行力学性能试验用试样加工，按照TB10212-98要求，对每项熔透焊板对接试件进行以下试验：横向拉伸试验1件；纵向拉伸试验；横向侧弯试样2件；-20℃焊缝中心、熔合线外1mm处夏比V型冲击试验各1组（试样V型缺口加工位置如图3所示）；焊缝、熔合线、热影响区硬度测试各1组（焊缝断面维氏硬度试验点的分布如图4所示）；宏观金相检测1件（焊缝断面维氏硬度HV10测定和宏观金相检测为一个试样），检测点间距为0.5～2mm；试样加工前先将两端各25mm舍去。
图3 试样的加工
焊缝中心位置
2-距熔合线1mm处；每处各取3个试样
图4 冲击试样V型缺口加工位置
此次试验在通过国家质量监督局认证，具有湖北省一级检验资质的武汉中和工程质量检测有限公司进行。经严格试验，得出两组试板的试验结果如下：
1）埋弧自动焊（SAW）：焊缝横向拉伸值为 540 MPa,断裂在母材的位置，侧弯试验时，两个试样均未发现裂纹等缺陷；-20℃低温冲击试验的数值：焊缝中心为148、188、200 J（冲击吸收能量平均值179 J），焊缝外距熔合线1mm处为204、226、230 J（冲击吸收能量平均值220 J）；硬度试验（HV10）的结果是最高硬度出现在焊缝区，为205.0，根据《铁路钢桥制造规范》（TB10212-98）规定：“当焊接接头的硬度值不大于HV350时，则判为合格”，该硬度试验符合要求。
2）熔化极活性混合气体保护焊（MAG）。焊缝横向拉伸值为505MPa，断裂在母材的位置；侧弯试验时，无裂纹发生；-20℃低温冲击试验的数值：焊缝中心为84、56、64 J（冲击吸收能量平均值68 J）；焊缝外距熔合线1mm处为208、129、167 J（冲击吸收能量平均值168 J）；硬度试验（HV10）的结果是最高硬度出现在热影响区200.5，符合要求。
综合以上2组试验数据，符合TB10212-98的要求，该工艺得到了监理方和专家的认可，证实了制定此工艺的合理性。
4 结 语
经过具体的焊接工艺评定试验后，得出Q370q-D钢板详细现场施工焊接工艺规程。按照本工艺参数进行焊接施工，经检验基本无缺陷发生，焊接的质量得到保证，达到了理想的现场安装效果。
参考文献
[1] 中国机械工程学会. 焊接手册；2卷[M].3版.机械工业出版社，2008.
[2] TB10212-98铁路钢桥制造规范[S].
[3] GB/T714-2000桥梁结构钢[S].
[4] JGJ81-2002）建筑钢结构焊接技术规程[S].
[5] 英若采，金属材料焊接[M].北京；机械工业出版社，2000.