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本文主要针对Q500qE高强钢的埋弧焊接研制开发出一种新型CaO-CaF2-MgO-Al2O3-SiO2为主的氟碱型渣系焊剂。使用制备的烧结焊剂,通过熔敷金属试验、对接焊试验充分分析其力学性能和微观组织。考虑到桥梁钢结构在周期载荷服役条件下对抗裂纹和低温冲击韧性有较高的要求,桥梁构件向高强度、大跨度、重载荷方向发展。在设计焊剂配方时严格控制杂质元素S、P含量,综合考虑CaO可以提高渣的碱度,提高焊剂抗大电流能力;CaF2作为造渣剂、稀释剂并起去氢的作用;MgO提高焊剂碱度,同时也是主要造渣成分;Al2O3主要作用是造渣,提高熔渣粘度,增大熔渣表面张力;SiO2作为酸性氧化物,可以降低熔渣碱度,有利于改善脱渣。经过采用均匀设计法,设计12组焊剂配方,通过试焊,观测焊缝成型状态、咬边、气孔和粘渣等缺陷,并对成分做进一步改善。使用制备的X105-3焊剂,匹配直径φ4.0 mm的H65Q焊丝进行熔敷金属试验,共熔敷6层13道。焊接工艺参数控制为:电流500-550A,电压32V,焊速50cm/min。加工熔敷金属试样,测得拉棒屈服强度为576MPa,抗拉强度为672MPa,拉棒伸长率达到30%,-40℃低温冲击韧性为191J。对焊缝处微观组织使用金相显微镜和扫描电镜观测分析得到:焊缝处主要分布着大量均匀细小的针状铁素体和珠光体组织,热影响区出现少量的侧板条状铁素体。X105-3焊剂的熔敷金属扩散氢含量为4.51 ml/100g、4.67 ml/100g、3.80 ml/100g。通过对接20mm厚度的Q500qE钢板,开单面V形坡口,从坡口方向先正面焊4层6道,反面清根处理后焊2层3道,层间温度控制在120℃左右。焊接工艺参数为:电流500-550A,电压30-32V,焊速50cm/min。通过测试拉棒力学性能得到:焊接接头横向拉伸为653MPa,拉伸断裂位置在母材区,-40℃低温冲击韧性为160J。焊接接头焊缝处和母材的微观组织都分布着大量均匀细小的针状铁素体,接头焊缝中心位置夹杂着珠光体组织。因为采用多层多道焊,在每一道焊缝界面处,焊接热循环过程会限制奥氏体晶粒的长大,前一层对后一层预热处理,后一层又对前一层相当于回火处理,提高了焊缝的力学性能。焊缝中心区域维式硬度为234.19,低于母材300.61。焊缝区域软化现象较为明显。焊缝中Mn元素含量为1.327%,含量较高有利于锰元素的过渡,降低焊缝韧性-脆性转变温度和奥氏体向铁素体的转变温度,从而抑制高温铁素体的生成,有利于焊缝中针状铁素体的形成。