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焊前预热的作用

时间：2020-09-30 来源：卢梭说压力容器 浏览：
焊前对焊件进行整体或焊接区域局部加热的工艺措施称为预热。
而对于多层焊时，施焊后续焊道之前，相邻焊道各层之间所应保持的最低温度称为层间温度。控制层间温度，实际上是维持多层焊道间的预热工艺，其作用与预热相同。
预热的主要作用为：
1）降低焊接接头的冷却速度，延长奥氏体转变的时间，从而减少钢材的淬硬倾向；
2）有利于焊缝金属扩散氢的逸出；
3）在一定程度上还可以调整或减轻焊接残余应力。
因此，预热被作为防止低合金高强度钢、Cr - Mo钢，特别是大厚度构件焊接裂纹的重要措施。
但是，预热温度和层间温度太高，必然恶化焊工的操作条件。并且，对要求保持较高韧性的某些钢材（特别是低温钢和调质钢），若预热温度和层间温度过高，焊接接头在高温停留时间过长，奥氏体转变在较高温度区段发生，使焊缝晶粒粗大，最终导致焊缝塑性和韧性降低。例如，18MnMoNb当层间温度超过300℃时，焊缝和热影响区的组织粗大，有明显的方向性，其韧性差，强度也略有降低。
合适的预热温度，需要考虑钢材的成分、性能、结构刚性、热处理状态、施焊方法及环境等因素，并结合工程经验、标准规范、乃至试验检验手段综合确定。
上世纪80年代，国内某著名高校对工程机械用低合金高强钢HG80（抗拉强度880 - 900MPa，屈服强度845 - 860MPa），进行焊接试验，预热从室温到100℃（分若干档），焊接方法为SMAW和MIG(Ar+20%CO2)。抗裂试验用焊接热影响区最高硬度法、斜Y坡口和深缺口插销裂纹试验等。试验结果表明：
预热对HG80钢的组织有明显影响，焊后状态的热影响区粗晶粒区主要为回火马氏体。采取预热后该区出现一定数量的贝氏体，有利于降低硬脆性，减少冷裂倾向。
此外，预热在一定程度上还可以改变组织形态，因为预热减缓了粗晶区的冷却速度，使马氏体转变温度升高，马氏体中过饱和的碳易于析出，随着碳的偏聚，晶格畸变程度降低，材料韧性提高。
该研究还表明：预热对HG80钢插销断口形貌也有影响，随着预热温度的提高，焊缝中扩散氢降低，实测临界断裂应力随之提高。预热与不预热的断口相比，宏观氢致延迟断裂区域变小，最后失稳断裂区增大；微观分析断口上塑性变形量也明显增加，从而表明：预热可增加焊接热影响区的塑韧性。
参考文献
李平瑾, 徐道荣. 锅炉压力容器焊接技术及焊工问答. 北京: 机械工业出版社, 2004
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