0 前言

中国桥梁用钢的发展起步较早，20世纪60～80年代开发了16Mnq，15MnVq，15MnVNq等桥梁用钢。其中16Mnq钢应用广泛，但冲击韧性偏低。20世纪80年代九江大桥采用15MnVNq钢，但由于采用提高强度的V元素，导致钢板低温冲击韧性和焊接性能差。90年代开发了14MnNbq(Q370q)铁路桥梁用钢，具有优良的低温冲击韧性，可以满足桥梁建设的要求。2007年Q420qE钢通过原铁道部组织的评审，并成功应用于京沪高铁南京大胜关长江大桥，钢板厚度为12～68 mm。

沪通铁路长江大桥为四线铁路六车道公路合建桥梁，主航道桥采用主跨1 092 m的两塔五跨斜拉桥方案，铁路为四线，公路为六车道，建成后将成为世界上首座跨度超千米的公铁两用斜拉桥。要求采用更高强度的Q500qE钢建造关键部位构件，但是以往的焊接材料不能满足其高强度、高韧性的要求。因此研制适应Q500qE钢焊接用的烧结焊剂成为重要课题。

高碱度渣系的烧结焊剂容易获得高韧性焊缝，但要获得高强度、高韧性的焊缝金属和良好的焊接工艺性能仍具有很大的技术困难，特别是焊接厚度大于32 mm，甚至是60 mm的大厚钢板时，由于多层多道焊接，后焊的焊道对前道焊缝起到热处理的作用，使焊缝组织发生变化，容易造成焊缝金属低温冲击吸收能量下降和接头强度大幅度波动。

因此，采用原来的埋弧焊用烧结焊剂已不能满足高强度、高韧性的要求。若要满足Q500qE钢种的接头强度，提高焊缝金属低温冲击韧性是研制Q500qE高强度桥梁钢埋弧焊用烧结焊剂的技术关键。此外，由于大跨度高强度桥梁钢厚板埋弧对接焊时焊前不预热、焊后不进行热处理，所以研制的烧结焊剂必须满足在母材焊前不预热、焊后焊缝金属不进行热处理的要求。

发现法是由外国引进的一种教学模式，由美国教育学家布鲁纳提出，教师在教学中应充分发挥引导和启发作用，使学生的独立思考能力得到提高，并能够完成相关课题研究，从而掌握相应的原理以及结论[2]。通过发现法，能够培养学生独立思维能力，并积极参与到教学课程中去，同时能够对现代科学手段加以利用，使学生的动手能力以及解决问题能力得以提升。发现法在教学活动过程中应由教师应引导学生自己探寻结论，并根据自己的观察发现问题，并通过收集资料等手段总结结论。教师引导过程中应采用科学的方式方法，使学生学习的自觉性得以提高，并能够主动参与到科学知识的探索中，是2学生所学内容记忆更加深刻[3-4]。

1 技术要求

1.1 Q500qE桥梁钢技术要求

Q500qE桥梁钢需达到GB/T 714—2008《桥梁用结构钢》标准，Q500qE桥梁钢碳当量(CEV)按成分采用式(1)计算，并符合表1规定,即

在我国的高校中，不良的网络信息已经严重影响到学生的意识形态，但高校对于这一问题的管理显然不足。首先，管理难度较大，学生的意识形态通常是隐性存在，学校难以对其作出具体的判断；其次，高校的管理权限中对于学生意识形态的管理要求并不明确，在具体实施的过程中，学校往往以教育说服的方式对学生进行劝告，但这样的方法往往只能解决表面问题，因此效果不佳，最后，高校之间对于不良信息的界定存在较大差异，这一标准的混乱，使得在监管的过程中难以落实相关的政策。

 

(1)

采用H10Mn2NiE焊丝配合研制F1的YSF105Q烧结焊剂进行大跨度高强度、板厚32～60 mm的沪通铁路长江大桥等高强度Q500qE桥梁钢对接埋弧焊焊接。Q500qE母材厚度组合及焊接规范见表6。接头形式如图2所示。

 

(2)

Q500qE桥梁钢化学成分测量结果、碳当量和焊接冷裂纹敏感性指数计算结果如表2所示。Q500qE桥梁钢的力学性能测量结果如表3所示。

1.2 沪通铁路长江大桥埋弧焊要求

1.2.1 焊接工艺性能要求

采用H10Mn2NiE，H08Mn2NiE等焊丝配合YS-SJ105烧结焊剂的焊接工艺性能，在焊接过程中，熔渣的熔点、黏度适中，当熔池凝固时，焊缝表面不产生气体压痕。熔渣表面张力较小，焊后脱渣容易，且焊缝边缘过渡平稳，表面光滑，焊缝外观成形质量好。

1.2.2 埋弧焊焊接接头力学性能要求

Q500qE高强度桥梁钢对接埋弧焊接，焊前不预热、焊后不进行热处理，其焊接接头力学性能应符合表3要求。

 

表1 Q500qE桥梁钢的碳当量要求

  

交货状态碳当量CEV(%)厚度<50 mm厚度50～100 mm淬火+回火;热机械轧制(TMCP);热机械轧制(TMCP)+回火≤0.46≤0.56

 

表2 Q500qE桥梁钢化学成分(质量分数，%)、CEV和Pcm

  

项目板厚δ/mmCSiMnPSNbNiCrMo标准值—≤0.18≤0.551.00～1.70≤0.020≤0.010≤0.060≤1.00≤0.80≤0.40实测值32 0.05 0.231.35 0.012 0.004 0.037 0.23 0.21 0.3550 0.06 0.241.28 0.013 0.002 0.050 0.25 0.22 0.3460 0.05 0.251.35 0.012 0.003 0.036 0.26 0.24 0.36项目板厚δ/mmTiVCuBNAlsCEV(%)Pcm(%)标准值—≤0.03≤0.08≤0.55≤0.004≤0.012≤0.015≤0.46≤0.23实测值32 0.018 0.041 0.058 0.0034 0.009 0.008 0.41 0.1750 0.021 0.035 0.061 0.0035 0.008 0.010 0.41 0.1960 0.022 0.036 0.055 0.0038 0.010 0.009 0.42 0.19

 

表3 Q500qE桥梁钢力学性能

  

项目下屈服强度ReL/MPa厚度≤50 mm厚度50～100 mm抗拉强度 Rm/MPa断后伸长率 A(%)(-40 ℃)冲击吸收能量KV2/J母材≥500≥480≥600≥16≥47焊缝金属≥500≥500≥600≥16≥120(单值≥90)

1.2.3 焊缝金属的碳当量、焊接冷裂纹敏感性指数和抗裂试验的要求

详细的YSF105Q烧结焊剂实施配方有3种，各种化学组成、焊剂的碱度(按照国际焊接学会推荐的碱度公式计算)。见表5。综合考虑焊缝金属低温冲击韧性和焊接工艺性能，最后选定F1编号作为生产的配方。

2 烧结焊剂配方设计

2.1 烧结焊剂渣系确定

采用不同护理模式下，观察组抢救时间（41.6±3.2）min要比对照组所用时间（54.3±4.3）min短，数据对比；差异有统计学意义（t=10.596，P＜0.05）。

为了保证熔敷金属具有良好的低温冲击韧性，采用高碱度氟碱型渣系。这种渣系含有大量的碱性氟化物和氧化物，如CaF2，MgO，CaO等，在焊接过程中，有利于净化焊缝金属，降低S，P杂质含量；减少合金元素的烧损，有利于向焊缝金属中过渡合金元素；高碱度的渣系，降低焊缝金属的氧含量，低温状态下容易得到高韧性的焊接接头。

为了保证良好的电弧稳定性、脱渣性能、焊缝成形等性能，采取在焊剂中添加K2O，Na2O等低电离电位碱性氧化物；调整离子键的组分(FeO，MnO，CaO，MgO，Al2O3)与极性键组分(TiO2，SiO2)的比例，降低熔渣的表面张力；调整熔渣的高温状态的黏度，使焊缝成形美观、过渡平滑、无咬边等表面缺陷。

添加SeO2，SeO2是表面活性氧化物，改变液态金属的表面性质，使氢难以进入液态金属，从而降低了熔敷金属的扩散氢含量，改善焊缝低温冲击韧性和降低裂纹敏感性。

2.2 焊剂组成的选择及其作用

CaF2：36%～38%，CaF2是不可缺少的造渣成分，具有提高焊剂碱度、稀释熔渣、降低熔渣熔点的作用，同时能显著降低熔敷金属中氧含量和降低熔敷金属扩散氢含量。焊剂中的CaF2含量小于36%时，由于形成焊接熔渣量不足，熔渣的熔点过高，流动性差，焊道的外观形状恶化，同时无法起到降低焊缝金属中氧含量和降低熔敷金属扩散氢含量的效果。另一方面，焊剂中CaF2含量大于38%时，电弧不稳定，容易产生断弧现象。熔渣的流动性大，容易造成焊缝成形不整齐。因此，焊剂中CaF2含量控制在36%～38%范围内。CaF2以萤石或者冰晶石等形式添加。

MgO：13%～15%，MgO是不可缺少的造渣成分，具有提高焊剂碱度、显著降低熔敷金属中氧含量的作用。MgO的熔点高达2 800 ℃，给与焊剂耐高温性，大热输入焊接时，是保证焊缝成形的重要成分。较大热输入焊接时，焊缝形状稳定。焊剂中的MgO含量小于13%时，由于形成焊接熔渣量不足，焊道的外观形状恶化。焊剂中MgO含量大于15%时，熔渣的表面张力增大，熔渣的黏度提高，焊道根部的熔渣挤压熔融金属，焊道呈蛇形。因此，焊剂中MgO含量控制在13%～15%范围内。MgO的原料以重烧镁砂形式添加。

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Na2O/K2O：1%～2%，Na2O或K2O具有稳定电弧的作用。焊剂中的Na2O或K2O的合计小于1%时，电弧不稳定，焊道凸凹不平；焊剂中的Na2O或 K2O的合计大于2%时，焊剂耐吸潮性下降，容易产生麻坑或压痕。因此Na2O，K2O含量合计为1%～2%。Na2O或K2O的主要来源是钾长石以及粘结剂的钠水玻璃、钾钠水玻璃。

本研究选取了四川省A桥梁工程为研究对象，该工程为非对称外倾拱桥，桥梁全长218m，主跨长113m，其布置于半径为523m的曲线上。拱桥两侧的拱肋均独立倾斜于平面上，其倾斜度分别为27°和20°，拱肋的主要构成包括连续钢梁拱肋段和混凝土，并相交于主墩承台。

试验用Q500qE材质板厚有32 mm，50 mm和60 mm三种规格，焊缝金属焊接规范见表6。熔敷金属及接头拉伸和接头硬度力学性能及低温冲击韧性试验结果见表8和表9。

CaO：1%～3%，CaO是提高焊缝金属韧性的碱性造渣成分。具有提高焊剂碱度、显著降低熔敷金属中氧含量的作用。CaO小于1%时，碱性熔渣量不足，焊道的外观形状恶化，同时得不到降低熔敷金属中氧含量的效果。另一方面，焊剂中CaO含量大于3%时，熔渣的密度和表面张力增大，熔渣流动性差，焊道形状不好，脱渣性能下降。因此，焊剂中CaO含量控制在1%～3%范围内。CaO的来源于大理石、硅灰石等。

SiO2：14%～18%，SiO2是获得良好工艺性能的必要成分。但是SiO2是具有降低熔渣碱度、提高熔敷金属氧含量作用的成分。焊剂中SiO2含量小于14%时，焊缝成形不好，焊接工艺性能不理想。焊剂中SiO2含量大于18%时，降低焊剂的碱度，提高熔敷金属中的氧含量，降低熔敷金属的韧性。因此，焊剂中的SiO2含量控制在14%～18%范围内。SiO2以硅灰石、焦宝石等形式添加以及粘结剂带入。

SeO2：0.5%～1.0%，SeO2是表面活性氧化物，添加SeO2改变液态金属的表面性质，使氢难以进入液态金属，从而降低了熔敷金属的扩散氢含量。SeO2的添加量在：0.5%～1.0%为宜，低于0.5%时，效果不明显，超过1.0%时，造成焊缝成形不好。

根据焊剂的性能要求经过大量的试验研究，确定了焊剂的配方。焊剂的配方见表4。

3.4 应重视日常生活习惯 日常生活中的良好习惯对颈椎病的防治及康复都非常重要。本研究患者评估中发现患者均存在不同程度的生活习惯问题。比如长时间伏案工作和学习、睡眠姿势异常及枕头高低不当、颈背部直接受空调或电扇等冷风刺激、长时间上网或电脑工作等都容易导致颈椎病的发生。现代青年人较以往更多地从事曲颈活动，从而人为地加速和加重了颈椎退变，故易引起颈椎病复发［6］。患者入院后应进行系统的护理评估及制定个体化健康教育计划，并详细向患者传授所缺乏的自我护理知识和技术，使患者明确日常生活中的良好习惯对颈椎病的防治及康复都非常重要。

2.3 焊剂具体实施方案

焊缝金属的碳当量应小于0.46，焊接冷裂纹敏感性指数应小于0.23。斜Y形坡口拘束抗裂试验和T形接头拘束抗裂试验的表面和断面裂纹率为0%。

 

表4 烧结焊剂的配方范围(质量分数，%)

  

CaF2Al 2O3MgOSiO2CaONa2O/K2OSeO236～3827.5～29.013～1514～181～31～20.5～1.0

 

表5 YSF105Q烧结焊剂实施配方

  

焊剂编号烧结焊剂化学组成(质量分数,%)CaF2MgOCaONa2O+K2OAl2O3SiO2SeO2FeSi75-A碱度BIIW焊缝金属氧含量w(%)F137.21412.028.016.00.51.31.800.016 2F236.01331.029.016.30.71.01.700.016 7F336.81411.527.517.01.01.21.680.020 0

3 焊接工艺评定结果

3.1 YSF105Q烧结焊剂与焊丝组合的焊接工艺性能

使用研制的F1～F3 YSF105Q烧结焊剂配合H10Mn2NiE焊丝在焊接过程中性能均良好，均可达到焊接工艺的性能要求。焊接过程中电弧稳定。熔渣的熔点和黏度适中，当熔池凝固时，焊缝表面不产生气体压痕，具有良好的焊缝成形。熔渣表面张力较低，焊后脱渣容易，且焊缝边缘过渡平稳，表面光滑,均无咬边现象。焊缝外观成形质量好，具有良好的焊接工艺性能，如图1所示。

  

图1 焊缝表面形貌

3.2 焊接接头的化学成分及力学性能

Q500qE桥梁钢钢材的焊接冷裂纹敏感性指数(Pcm)可以代替碳当量评估钢材的焊接性，Pcm按式(2)计算，Pcm≤0.23，即

  

图2 接头形式

3.2.1 焊缝金属化学成分及碳当量和焊接冷裂纹敏感性指数

焊缝金属化学成分及碳当量和焊接裂纹敏性指数如表7所示。从表7中可以看出，焊缝金属的碳当量和焊接冷裂纹敏感性指数均满足母材和桥梁设计要求。

 

表6 Q500qE母材厚度组合与焊接规范

  

编号厚度组合δ/mm焊接电流I/A电弧电压U/V温度T/℃相对湿度RH(%)焊接速度v/(cm·min-1)热输入E/ (kJ·cm-1)QF1-3232+3268029256222.531.6QF1-5050+5070030287021.635.0QF1-6060+6070030365221.635.0

 

表7 焊缝金属化学成分(质量分数，%)、碳当量和焊接冷裂纹敏感性指数

  

试验编号CMnSiCrNiMoSPQF1-320.061.190.290.0240.220.340.0060.018QF1-500.061.180.270.0260.240.340.0070.016QF1-600.051.180.280.0310.260.300.0070.017试验编号VCuNbTiAlCEV(%)Pcm(%)QF1-320.0060.0700.0030.0090.0180.350.16QF1-500.0050.0400.0030.0110.0180.350.16QF1-600.0060.0420.0080.0090.0200.330.15

3.2.2 焊缝金属力学性能

Al2O3：27.5%～29%，Al2O3是改善粘渣的必要成分。Al2O3的分解压比FeO小，属于相对稳定的氧化物，不提高熔敷金属氧含量。Al2O3是熔点为2 050 ℃的高温耐火材料，是焊剂在大热输入条件下保证焊缝成形的重要成分。焊剂中Al2O3含量小于27.5%时，大热输入焊接时，焊后焊道粘渣，焊缝成形不好。焊剂中Al2O3含量大于29%时，焊缝窄，呈凸状焊缝，与母材熔合不好，产生夹渣。因此，焊剂中的Al2O3含量控制在27.5%～29%范围内。Al2O3主要以氧化铝、铝矾土、焦宝石等形式添加。

3.3 抗裂性焊接试验

抗裂性焊接试验分为斜Y形坡口拘束抗裂试验和T形接头拘束抗裂试验两种形式，试验接头如图3所示。试验用焊接规范参数及试验结果见表10。T形接头拘束抗裂试验也采用32 mm，50 mm和60 mm三种规格，试验参数及结果见表11。

 

表8 焊接接头拉伸、接头硬度和弯曲试验结果

  

编号焊缝拉伸试验下屈服强度ReL/MPa抗拉强度Rm/MPa断后伸长率A(%)接头拉伸试验抗拉强度Rm/MPa断裂位置接头硬度H(HV10)母材焊缝中心熔合线HAZ侧弯试验(α=180°,d=3a)QF1-3261068523715母材208,201,195,195,191,193200,189,193185,186,193,204,205,185212,212,186,196,213,192合格QF1-5062571025708母材185,184,184,185,184,185185,193,177182,182,189,178,185,193189,193,193,185,185,185合格QF1-6061470724719母材201,210,210,185,193,193171,210,185185,193,193,185,210,210210,201,201,185,185,186合格

 

表9 焊接接头低温冲击韧性试验结果

  

编号板厚组合δ/mm(-40 ℃)冲击吸收能量KV2/J焊缝中心熔合线HAZ(1 mm)QF1-3232+32153, 114, 176/148255, 230, 242/242138, 228, 112/159QF1-5050+50200, 210, 158/189299, 210, 298/269299, 299, 284/294QF1-6060+60133, 117, 167/139251, 263, 299/271235, 299, 214/249

  

图3 抗裂试验形式

 

表10 斜Y形坡口拘束抗裂试验参数及结果

  

编号板厚δ/mm焊接参数焊接电流I/A焊接电压U/V焊接速度v/(cm·min-1)热输入E/(kJ·cm-1)裂纹率(%)表面断面KY3232+3269029～3129.542.100KY5050+5069029～313042.100KY6060+6069029～313042.100

 

表11 T形接头拘束抗裂试验参数及结果

  

编号板厚δ/mm焊接参数焊接电流I/A焊接电压U/V焊接速度v/(cm·min-1)热输入E/(kJ·cm-1)裂纹率(%)表面断面KT3232+3270029～31304200KT5050+5070029～31304200KT6060+6070029～31304200

3.4 焊接接头微观组织分析

不同板厚的母材、过热区、焊缝区的组织形貌相差不大。32 mm，55 mm和60 mm板厚组合的金相组织形貌如图4～6所示，3种厚度的焊缝组织均为先共析铁素体和针状铁素体，这是焊接接头获得优良低温冲击韧性的关键所在。

  

图4 厚度为32 mm的金相组织形貌

  

图5 厚度为50 mm的金相组织形貌

  

图6 厚度为60 mm的金相组织形貌

4 结论

(1) 研制的YSF105Q桥梁专用烧结焊剂配合H10Mn2NiE焊丝焊接Q500qE桥梁钢时，脱渣容易，且焊缝边缘过渡平稳，表面光滑，焊缝外观成形质量好，具有良好的焊接性能。

(2)研制的YSF105Q桥梁专用烧结焊剂配合H10Mn2NiE焊丝焊接不同厚度的Q500qE桥梁钢的焊缝金属力学性能，特别是低温冲击韧性完全达到沪通铁路长江大桥的技术要求。

该垃圾焚烧发电项目规模为3×500 t/d，NOx排放限值为130 mg/m3（11%O2，标态干基，小时均值），2019年NOx排放将提高标准，NOx调整至100 mg/m3（11%O2，干基，日均值）；采用SNCR+PNCR系统脱硝，设备投资成本约为1 400万元，运行以SNCR为主，PNCR为辅；SNCR脱硝还原剂采用20%氨水。

(3)焊缝金属的碳当量和焊接冷裂纹敏感性指数均满足设计要求。裂纹斜Y形坡口拘束抗裂试验和T形接头拘束抗裂试验表明，焊接接头的表面和断面裂纹率为0%，具有优良的抗裂性能。

(4)研制的YSF105Q桥梁专用烧结焊剂已在沪通铁路长江大桥建设中应用。

两支普通高中的学生篮球队，能在举办过亚运会的场馆里比赛，有电视台进行全程直播，亲友团们穿着特制的专属服装，打出精心设计的宣传海报，甚至还吸引到了易建联和朱芳雨在场边加油助威……这样的待遇相信是很多热爱篮球的孩子梦寐以求的场景，而参加广州高中篮球联赛的小队员们就享受过。

采用FDM技术进行3D打印的过程通常为：先通过计算机建模软件建模，再用切片软件将建成的三维模型进行切分成逐层的截面，而后打印机读取切片数据，对模型进行逐层打印，最终形成三维模型。下面以闸阀的制作为例，介绍3D打印模型的制作过程。

参考文献

[1] 宝鸡市宇生焊接材料有限公司.高碱度高韧性低氢型烧结焊剂及其制备方法：201210076252.3 [P].2014-03-26.

[2] 宝鸡市宇生焊接材料有限公司.一种Q500q钢埋弧焊用烧结焊剂及其制备方法：201410669256.1 [P].2017-09-05.

[3] 马彩铃，刘朝义，董近书，等.管线钢管焊接专用SJ101—G烧结焊剂的研制[J].机械工人，2002(7):25-27.