預(yù)熱本身時(shí)常被認(rèn)為相當(dāng)普通。它是指將待焊工件在焊接前或焊接中加熱到室溫以上。現(xiàn)在的規(guī)范通常要求根據(jù)材料的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)分幾個(gè)預(yù)熱溫度等級(jí)。預(yù)熱的必要性、好處以及不恰當(dāng)?shù)念A(yù)熱后果都將通過實(shí)例來說明。
預(yù)熱是指在焊接前或焊接中將待焊工件加熱到室溫以上。焊接前和焊接后的規(guī)范都要求預(yù)熱。然而,在某些條件下,也可采用其它方式預(yù)熱。無論是否要求預(yù)熱,預(yù)熱都具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn): ?減少焊縫與相鄰母材的收縮應(yīng)力,這一點(diǎn)尤其適用于高應(yīng)力值的焊縫。 ?減緩焊縫冷卻過程中在關(guān)鍵溫度區(qū)間的冷卻速度,防止過度硬化以及降低焊縫和熱影響區(qū)(HAZ)延展性。 ?在400°F溫度區(qū)間,減緩冷卻速度,使氫有更多時(shí)間從焊縫和相鄰母材中逸出,避免產(chǎn)生氫致裂紋。 ?去除污染物。 ?預(yù)熱的量,不是通過規(guī)范最低標(biāo)準(zhǔn)確定,而是通過下列的一種或多種方法確定: ?計(jì)算表 ? 碳當(dāng)量估算 ?裂紋參數(shù)估算 ? 火花試驗(yàn)估算 ?經(jīng)驗(yàn)法則 預(yù)熱溫度范圍通常與各種焊縫坡口尺寸和約束條件相適應(yīng)。盡管在許多規(guī)范中都規(guī)定了最低預(yù)熱溫度,但在一些情況下仍會(huì)使用更低的預(yù)熱溫度,而在另一些情況會(huì)使用更高的預(yù)熱溫度。 焊接過程中的技巧對(duì)工件的焊接收縮、殘余應(yīng)力結(jié)果、熱輸入控制以及避免裂紋產(chǎn)生等有很大影響。 弧坑和焊縫裂紋可以通過使用恰當(dāng)?shù)闹圃旃に嚋p小或消除。 在車間或野外,都可以采用火焰加熱(空氣燃料或乙炔燃料),電阻加熱,電子感應(yīng)加熱等方法預(yù)熱。不管采用什么方法,預(yù)熱必須均勻,除非有特殊要求,否則預(yù)熱要穿透整個(gè)焊件厚度。圖1是采用電阻(無絕緣,后面應(yīng)用)和感應(yīng)加熱的設(shè)備。 許多設(shè)備可以用來測(cè)量和監(jiān)控溫度。被焊組件或焊件應(yīng)先預(yù)熱到熱完全浸透材料。如果可能,應(yīng)檢測(cè)或評(píng)估熱浸透程度。通常,對(duì)多數(shù)焊接應(yīng)用來說,從焊縫邊緣一定距離監(jiān)測(cè)溫度已經(jīng)足夠。一定不能使監(jiān)測(cè)或讀取溫度數(shù)值等操作造成焊接坡口污染。 這些指示筆或類似鉛筆的工具在一定溫度值熔化,可用來簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)地確定預(yù)熱達(dá)到的最小溫度,比也就是說,指示筆熔化的溫度。缺點(diǎn)是如果工件溫度高于指示筆熔化溫度,它就不能起作用。當(dāng)工件溫度過高時(shí),需要使用更多具有不同熔化溫度的指示筆。 對(duì)預(yù)熱和焊接操作來說,也可以使用一些像接觸式高溫計(jì)或直接讀數(shù)熱電偶(帶有模擬或數(shù)字讀數(shù))的直接測(cè)量設(shè)備。所有的測(cè)量設(shè)備都要進(jìn)行校準(zhǔn),或用某種方法 驗(yàn)證他們測(cè)量溫度范圍的能力。因?yàn)闊犭娕寄軌蜻B續(xù)監(jiān)測(cè)和進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ),所以它可以使用曲線記錄儀或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱或PWHT操作。AWS D10.10提供了各種各樣的方案和熱電偶放置位置實(shí)例。
如果CE≤ 0.45%,預(yù)熱可以任意選擇
如果0.45 =< CE <= 0.60%,預(yù)熱溫度區(qū)間為200°F 到400°F (100°–200°C)
如果CE > 0.60%,預(yù)熱溫度區(qū)間為400° 到 700°F(200°–350°C)
當(dāng)CE >0.5,至少考慮延遲最終的無損檢測(cè)(NDE)至少24小時(shí),以確定是否有延遲裂紋產(chǎn)生。
如果Pcm ≤ 0.15%,預(yù)熱任意選擇
如果0.15% <Pcm< 0.26–0.28%,預(yù)熱到200°– 400°F (100°–200°C)。
如果Pcm> 0.26–0.28%,預(yù)熱到400°–700°F (200°–350°C)。
短焊縫相對(duì)于長(zhǎng)焊縫來說,縱向收縮較小。也可使用反手焊接或特殊焊接順序減小殘余應(yīng)力。
控制或減小熱輸入。可采用小振蕩的線性焊縫而不是大擺動(dòng)焊縫施焊。
1)具有圓截面的焊縫與具有薄、寬截面焊縫相比,焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋最少。
2)避免驟然起焊或停止。焊接操作和焊縫成形使用上/下斜度焊接技巧或通過焊接電源的電氣方法控制。
3)要有足夠多的熔敷材料以免受焊接收縮或正常焊接影響而產(chǎn)生裂紋。避免產(chǎn)生由于焊縫熔敷材料不足(在許多生產(chǎn)規(guī)范中也有要求)而產(chǎn)生裂紋的經(jīng)驗(yàn)做法是:熔敷金屬的量至少為3?8-in. (10 mm)或是焊縫坡口厚度的25%。
圖1—電阻加熱(左)和感應(yīng)加熱(右)
許多“土法”確定預(yù)熱溫度是否足夠也用了幾十年了。當(dāng)然,一個(gè)就是直接在工件上噴口水或煙液。口水噴上去時(shí)的“響聲”大小就是溫度指示器。盡管不很精確,但許多“老手”使用它。 無論是否要求預(yù)熱,不管使用什么預(yù)熱方法,預(yù)熱都帶來以下等好處:減少焊縫和相鄰母材的收縮應(yīng)力,對(duì)高約束的焊接接頭尤其有利;減緩工件在關(guān)鍵溫度區(qū)間的 冷卻速率,防止工件過度硬化,減少焊縫和HAZ的軟化;減緩工件通過400°F (200°C)溫度區(qū)間時(shí)的冷卻速率,使氫有更多時(shí)間從焊縫和相鄰母材處擴(kuò)散,防止產(chǎn)生氫致裂紋;去除污染;預(yù)熱時(shí)最好在規(guī)定預(yù)熱溫度整個(gè)焊接厚度都均勻 受熱。局部加熱太多可能會(huì)導(dǎo)致材料破壞,盡量避免。
另一個(gè)更精確的確定預(yù)熱溫度的方法是采用乙炔焊炬。火焰被調(diào)整到高度碳化,在需要預(yù)熱區(qū)域聚集一層煙灰色。然后,再將焊炬調(diào)整到中煙,加熱煙灰色區(qū)域。當(dāng)煙灰色消失時(shí),表面溫度能達(dá)到400°F (200°C)以上。
要確保工件和焊件區(qū)域的整個(gè)厚度上都達(dá)到了預(yù)熱溫度。多數(shù)監(jiān)測(cè)只針對(duì)工件外表面。AWS D10.10推薦做法是為均熱區(qū)提供有用的指導(dǎo),要求管管焊接時(shí),達(dá)到整個(gè)工件厚度受熱。
預(yù)熱時(shí)必須仔細(xì)觀察,避免預(yù)熱母材過熱,尤其是應(yīng)用電阻加熱或感應(yīng)加熱方法時(shí)更要注意。現(xiàn)在許多貨主都要求在每個(gè)電阻加熱板或感應(yīng)線圈組件下面放置熱電偶,監(jiān)測(cè)和避免過熱。
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