
在焊接过程中,由于母材经历了焊接热循环,焊缝及热影响区的会发生变化,这会直接影响焊接接头的力学性质。为了保证焊接结构的性能和质量,防止焊接缺陷的产生,特别是在焊接厚板、易淬硬钢以及高刚度结构时,我们需要采取一系列工艺措施,如预热、后热和焊后热处理等。
一、预热
预热是在焊前对焊件全部或局部进行加热的工艺措施。对于重要的构件、合金钢的焊接以及厚部件的焊接,预热是焊前必不可少的步骤。
预热的作用主要有:
1. 减缓焊后冷却速度,有效防止裂纹的产生。适当延长800~500℃区间的冷却时间,有利于焊金属中扩散氢的逸出,避免氢致裂纹的产生。也可以减少焊缝及热影响区的淬硬程度,提高焊接接头的抗裂性。
2. 均匀的局部预热或整体预热,可以降低被焊工件各部分的温度差(即温度梯度)。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,有助于避免焊接裂纹的产生。
3. 预热还可以降低焊接结构的约束度,尤其是在角接接头中效果更为明显。随着预热温度的提高,裂纹发生率会下降。
预热的温度和时间要根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头的约束程度、焊接方法和环境以及相关的技术标准进行综合考虑。重要的结构需要经过裂纹试验来确定不产生裂纹的最低预热温度。
预热的方式可以是整体预热或局部预热。大型结构整体预热有困难甚至不可能,因此常采用局部预热的办法来防止裂纹的产生。局部加热一般采用气体火焰加热或线加热。预热温度常用表面温度计进行测量。
二、后热
后热是在焊接后立即对焊接结构整体或局部进行加热,并保温一定时间,然后再空冷的工艺措施。后热可以在降低预热温度甚至不预热的情况下,达到与预热相同的效果。
后热的作用主要包括:
1. 加速扩散氢的逸出,防止延迟裂纹的产生。后热对于防止高强度低合金钢和约束度较大的焊接结构产生延迟裂纹特别有效,因此也被称为消氢处理。
2. 有利于降低预热温度。在某些含合金元素较多的低合金钢的实际焊接中,如果仅依靠预热来避免氢致裂纹,则需要选择较高的预热温度,这可能会恶化操作环境并产生其他不良影响(如热应力裂纹或结晶裂纹等)。然而增加后热则可以避免这种影响。
后热的温度及保温时间与工件的厚度有关,一般后热的温度在200~350℃,保温时间不低于半小时。由于后热过程中可以达到除氢的目的,所以焊后立即进行后热的焊件就不需要再进行热处理。但如果不能立即进行热处理且必须除氢的焊件,则需要在焊后立即进行后热处理,否则可能会产生延迟裂纹。
三、焊后热处理
焊后热处理是通过加热、保温、冷却等过程改善固态金属的内部,从而获得预期性能的工艺过程。其作用主要包括:降低或消除焊接残余应力;消除焊接热影响区的淬硬,改善焊接接头的与性能;促使残余氢逸出,防止延迟裂纹的产生;提高结构的几何稳定性;增强构件抵抗应力腐蚀的能力等。
常用的焊后热处理工艺包括消除应力退火、正火或正火加回火以及调质处理等。其中消除应力退火的加热温度范围与高温回火相同,一般是将焊件整体或局部加热到550~650℃,经充分保温后缓慢冷却。局部消除应力退火可以使用线加热器、工频感应加热器等进行局部加热。正火是将钢加热到Ac3以上,然后进行快速冷却,以获得细晶粒,从而改善力学性能。调质处理则适用于调质钢或其他要求焊后进行调质处理的焊接结构。淬火是将钢加热到临界点Ac1或Ac3以上30~50℃,然后进行快速冷却,以获得高硬度的热处理工艺方法。在进行焊后热处理时,需要注意一些细节问题如温度控制、加热均匀性、防止再热裂纹等以确保处理效果及安全性。
