焊前预热及焊后热处理的作用

焊前预热及焊后热处理的作用

重要构件的焊接、合金钢的焊接及厚部件的焊接，都要求在焊前必须预热。焊前预热的主要作用如下：

（1）预热能减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生氢致裂纹。同时也减少焊缝及热影响区的淬硬程度，提高了焊接接头的抗裂性。

（2）预热可降低焊接应力。均匀地局部预热或整体预热，可以减少焊接区域被焊工件之间的温度差（也称为温度梯度）。这样，一方面降低了焊接应力，另一方面，降低了焊接应变速率，有利于避免产生焊接裂纹。

（3）预热可以降低焊接结构的拘束度，对降低角接接头的拘束度尤为明显，随着预热温度的提高，裂纹发生率下降。

预热温度和层间温度的选择不仅与钢材和焊条的化学成分有关，还与焊接结构的刚性、焊接方法、环境温度等有关，应综合考虑这些因素后确定。另外，预热温度在钢材板厚方向的均匀性和在焊缝区域的均匀性，对降低焊接应力有着重要的影响。局部预热的宽度，应根据被焊工件的拘束度情况而定，一般应为焊缝区周围各三倍壁厚，且不得少于150-200毫米。如果预热不均匀，不但不减少焊接应力，反而会出现增大焊接应力的情况。

焊后热处理的目的有三个：消氢、消除焊接应力、改善焊缝组织和综合性能。

焊后消氢处理，是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100℃以下时，进行的低温热处理。一般规范为加热到200~350℃，保温2-6小时。焊后消氢处理的主要作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对于防止低合金钢焊接时产生焊接裂纹的效果极为显著。

在焊接过程中，由于加热和冷却的不均匀性，以及构件本身产生拘束或外加拘束，在焊接工作结束后，在构件中总会产生焊接应力。焊接应力在构件中的存在，会降低焊接接头区的实际承载能力，产生塑性变形，严重时，还会导致构件的破坏。

消应力热处理是使焊好的工件在高温状态下，其屈服强度下降，来达到松弛焊接应力的目的。常用的方法有两种：一是整体高温回火，即把焊件整体放入加热炉内，缓慢加热到一定温度，然后保温一段时间，最后在空气中或炉内冷却。用这种方法可以消除80%-90%的焊接应力。另一种方法是局部高温回火，即只对焊缝及其附近区域进行加热，然后缓慢冷却，降低焊接应力的峰值，使应力分布比较平缓，起到部分消除焊接应力的目的。

有些合金钢材料在焊接以后，其焊接接头会出现淬硬组织，使材料的机械性能变坏。此外，这种淬硬组织在焊接应力及氢的作用下，可能导致接头的破坏。如果经过热处理以后，接头的金相组织得到改善，提高了焊接接头的塑性、韧性，从而改善了焊接接头的综合机械性能

热裂纹（凝固裂纹）发生的要因及防止对策

在这里，对热裂纹中最有代表性的凝固裂纹的发生原因和防止对策进行说明。一般地，凝固裂纹是在冷却过程中的凝固温度附近，结晶粒界处残余的液相或脆弱的不纯物的液体薄膜不能支撑由于凝固进行而发生的收缩应力而发生开裂。

因此，凝固裂纹发生的原因是:

Ⅰ. 凝固形态

Ⅱ. 母材及焊接材料的化学成分

Ⅲ. 焊接施工条件等的冶金因素和机械的因素

实际上这些因素互相影响而发生裂纹。

种种发生要因和相应的防止对策总结如下:

A

材料的化学成分

(a) C,P,S的影响---焊缝金属中C,P,S的含有量高

防止对策: 尽可能选用低C,P,S的焊丝和母材。

用高Mn系焊丝，增加Mn/S的比。标准:C≦0.13%→Mn/S>20～30

焊缝金属中的P+S≦0.04。

用添加Ti,Zr,Nb的焊丝。

（ｂ）Ni的影响---焊缝金属中Ni的含有量高

防止对策: 尽可能选用成为低P,S焊缝的焊丝.标准: P+S≦0.02%

用高Mn系焊丝，增加Mn/S的比。标准: Mn/S≥50

（c）Si,Nb的影响---焊缝金属中Si,Nb的含有量高

防止对策: 避免多余的Si,Nb的添加如母材中Si,Nb的成分高时，用低Si的焊丝

B 焊接施工条件

（a）焊接电流・电弧电压・焊接速度

a----电流过大，会使熔深过深

防止对策: 以能得到安全的断面形状为限，降低电流值。

调整导电嘴和母材的距离，降低电流值。

焊接量有保证的场合，使用细径焊丝

以能获得熔深浅宽的焊缝，设定施工条件。

b-----电压过低，焊缝幅窄，最终凝固区域成为焊缝的内部

防止对策: 为获得适当的凝固形态，设定提高电压值的值

c-----速度过快，柱状晶的突出变成凝固

防止对策: 为使柱状晶的形成呈向上的状态，减慢速度

(b) 焊枪角度---焊枪太过于倾斜

防止对策: 焊枪角度以垂直±20°为标准

特别是后退角会使焊缝幅变窄，熔深变深，尽可能避免使用.

(c) 弧坑---弧坑处理不彻底

防止对策: 弧坑处电流为焊接电流×0.6～0.7

采用事后处理

C 其他

(a) 预焊---预焊部的处理不彻底

防止对策: 预焊尽可能不要熔断。(未熔合的根源，在预焊焊缝处裂纹发生焊缝裂纹的起点) 预焊焊缝不要过小。尽可能用低电流形成长的焊缝.

(b) 拘束度---拘束度过高,拘束应力过高

防止对策: 避免过高的拘束度

零件形状复杂时，要考虑焊接顺序，考虑不要有局部的拘束。

焊接时过度抑制应变将成为开裂的根源。

有可能时进行预热(250℃～300℃), (250℃～300℃时降伏应力急剧下降),

(c) 其他---电弧不稳定的要因管理不适当

防止对策: 除去焊接面(包括反面)的油、锈、涂料等

确保气体的保护性

整备焊丝的输送机构