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) 焊角度---焊太过于倾斜

防止对策: 焊角度以垂直±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