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焊前預熱的作用

時間：2020-09-30 來源：盧梭說壓力容器 瀏覽：
焊前對焊件進行整體或焊接區(qū)域局部加熱的工藝措施稱為預熱。
而對于多層焊時，施焊后續(xù)焊道之前，相鄰焊道各層之間所應保持的最低溫度稱為層間溫度。控制層間溫度，實際上是維持多層焊道間的預熱工藝，其作用與預熱相同。
預熱的主要作用為：
1）降低焊接接頭的冷卻速度，延長奧氏體轉變的時間，從而減少鋼材的淬硬傾向；
2）有利于焊縫金屬擴散氫的逸出；
3）在一定程度上還可以調整或減輕焊接殘余應力。
因此，預熱被作為防止低合金高強度鋼、Cr - Mo鋼，特別是大厚度構件焊接裂紋的重要措施。
但是，預熱溫度和層間溫度太高，必然惡化焊工的操作條件。并且，對要求保持較高韌性的某些鋼材（特別是低溫鋼和調質鋼），若預熱溫度和層間溫度過高，焊接接頭在高溫停留時間過長，奧氏體轉變在較高溫度區(qū)段發(fā)生，使焊縫晶粒粗大，最終導致焊縫塑性和韌性降低。例如，18MnMoNb當層間溫度超過300℃時，焊縫和熱影響區(qū)的組織粗大，有明顯的方向性，其韌性差，強度也略有降低。
合適的預熱溫度，需要考慮鋼材的成分、性能、結構剛性、熱處理狀態(tài)、施焊方法及環(huán)境等因素，并結合工程經驗、標準規(guī)范、乃至試驗檢驗手段綜合確定。
上世紀80年代，國內某著名高校對工程機械用低合金高強鋼HG80（抗拉強度880 - 900MPa，屈服強度845 - 860MPa），進行焊接試驗，預熱從室溫到100℃（分若干檔），焊接方法為SMAW和MIG(Ar+20%CO2)。抗裂試驗用焊接熱影響區(qū)最高硬度法、斜Y坡口和深缺口插銷裂紋試驗等。試驗結果表明：
預熱對HG80鋼的組織有明顯影響，焊后狀態(tài)的熱影響區(qū)粗晶粒區(qū)主要為回火馬氏體。采取預熱后該區(qū)出現(xiàn)一定數(shù)量的貝氏體，有利于降低硬脆性，減少冷裂傾向。
此外，預熱在一定程度上還可以改變組織形態(tài)，因為預熱減緩了粗晶區(qū)的冷卻速度，使馬氏體轉變溫度升高，馬氏體中過飽和的碳易于析出，隨著碳的偏聚，晶格畸變程度降低，材料韌性提高。
該研究還表明：預熱對HG80鋼插銷斷口形貌也有影響，隨著預熱溫度的提高，焊縫中擴散氫降低，實測臨界斷裂應力隨之提高。預熱與不預熱的斷口相比，宏觀氫致延遲斷裂區(qū)域變小，最后失穩(wěn)斷裂區(qū)增大；微觀分析斷口上塑性變形量也明顯增加，從而表明：預熱可增加焊接熱影響區(qū)的塑韌性。
參考文獻
李平瑾, 徐道榮. 鍋爐壓力容器焊接技術及焊工問答. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2004
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