焊材專題｜橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊接需要用哪些焊接材料

目前國內(nèi)橋梁結(jié)構(gòu)鋼主要采用Q345、Q370、Q390和Q420級(jí)別鋼板，符合《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 1591）或《橋梁用結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 714）標(biāo)準(zhǔn)。在橋梁鋼結(jié)構(gòu)制造上常用的焊接方法為埋弧焊和氣體保護(hù)焊，少量采用焊條電弧焊。

根據(jù)鋼橋所用結(jié)構(gòu)形式不同，所采用的焊接方法和焊接材料的比例也不同，對(duì)于公路鋼箱梁橋，氣體保護(hù)焊用量大，約占85%，埋弧焊用量較少，約占15%，焊條電弧焊僅占約2%；對(duì)于桁架橋，埋弧焊用量較大，約占58%，氣體保護(hù)焊用量約占40%，焊條電弧焊約占2%。不同強(qiáng)度級(jí)別鋼板所采用的焊接材料如表1所示。

2. 橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊接材料的應(yīng)用與發(fā)展

（1）研發(fā)高強(qiáng)度、高韌性焊材  隨著我國鐵路建設(shè)向高速、重載方向發(fā)展，鐵路鋼橋向高速、重載、大跨度、結(jié)構(gòu)美觀新穎及全焊方向發(fā)展，所采用的橋梁結(jié)構(gòu)鋼已經(jīng)不僅限于Q345q、Q370q和Q420q鋼，為了滿足主跨1 092m的世界第一跨度斜拉公鐵兩用大橋——滬通長江大橋設(shè)計(jì)需要，研發(fā)并應(yīng)用了強(qiáng)度級(jí)別更高的Q500qE鋼，該鋼板也即將在蕪湖長江公鐵大橋上應(yīng)用。由于Q500qE鋼的性能指標(biāo)高（屈服強(qiáng)度≥500MPa，抗拉強(qiáng)度≥630MPa，-40℃低溫沖擊吸收能量≥120J），為了滿足焊接接頭防裂、防斷要求，對(duì)Q500qE鋼板提出高標(biāo)準(zhǔn)接頭力學(xué)性能要求，對(duì)Q500qE鋼所采用的焊條、氣體保護(hù)焊絲、埋弧焊絲和焊劑等焊接材料提出更高要求（見表2）。

（2）耐候橋梁鋼焊材的需求  隨著我國一帶一路經(jīng)濟(jì)發(fā)展，位于東南沿海和西部的交通建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，為了降低橋梁鋼結(jié)構(gòu)建成后的維護(hù)成本，減少環(huán)境污染，將逐漸推廣建設(shè)免涂裝的耐候鋼橋梁，各大鋼廠正在研發(fā)耐海洋氣候和內(nèi)陸大氣腐蝕的耐候鋼，我公司制造的美國阿拉斯加鐵路免涂裝耐候鋼橋如圖1所示。

為了滿足耐候橋梁鋼焊縫耐候性需要，在保證其焊接接頭具有良好綜合力學(xué)性能的同時(shí)，焊縫也需要向母材一樣也具有耐候性能。參考美標(biāo)ASTM G101對(duì)鋼板的耐候性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即鋼材具有較好的耐大氣腐蝕性能時(shí)，經(jīng)計(jì)算得出的耐腐蝕性指數(shù)≥6.0，指數(shù)值越大的鋼板耐腐蝕性能越好。

因?yàn)楹缚p區(qū)域或多或少都會(huì)存在焊接殘余應(yīng)力，會(huì)降低焊縫的耐腐蝕性能，為了保證耐候鋼焊接接頭具有良好的耐腐蝕性能，要求耐候橋梁鋼焊接材料熔敷金屬的耐腐蝕性指數(shù)比鋼板標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)提高，耐候橋梁鋼焊接材料熔敷金屬的耐腐蝕性指數(shù)≥6.2，且熔敷金屬擴(kuò)散氫含量≤5mL/100g。

（3）復(fù)合鋼板焊材的需求?為了解決橋面防腐問題，正在建設(shè)中的平潭海峽大橋和正在設(shè)計(jì)中的五峰山長江大橋的橋面板結(jié)構(gòu)采用復(fù)合鋼板，即在橋梁結(jié)構(gòu)鋼基材表面復(fù)合3mm厚的316不銹鋼板。復(fù)合鋼板的焊接需要采用三種焊材，即基材焊接采用低合金結(jié)構(gòu)鋼焊材，基材與復(fù)層交界處采用不銹鋼焊材焊接過渡層，表面不銹鋼復(fù)層焊接需要與316不銹鋼板相匹配的不銹鋼焊材。在橋梁復(fù)合板焊接中，不銹鋼焊材用量將逐漸增加。