易被人們所忽視的焊接預熱常識

人們通常認為預熱是一件普通的事情。它包括將待焊件在焊接之前以及焊接過程中加熱到高于環境 的某個溫度?，F代規范通?；诓牧弦髮嵤╊A熱至某一等級（level）。本文將詳細說明預熱的要求、作用以及不恰當實施的種種做法。

一、預熱的作用

預熱包括將待焊件在焊接之前以及焊接過程中加熱到高于環境的某個溫度。構造和施工規范常 常規定預熱。然而，在某些條件下，可以采用其他可替代的方法來代替預熱。無論預熱是否需要，預熱都可以起到下述綜合的作用：

·降低焊縫與相鄰母材中的收縮應力，特別是高拘束焊接接頭。

·降低臨界溫度范圍的冷卻速度，從而避免焊縫和熱影響區（HAZ）過度硬化和延展性降低。

·降低 400°F 溫度范圍的冷卻速度，讓氫有更多的時間從焊縫和臨近母材中逸出，以避免氫致裂紋。

·清除污染物。

二、預熱的方法

除了標準的最低要求外，預熱總量可以通過以下一個或多個方法確定：

·計算器

·碳當量評估

·開裂參數評估

·火花試驗評估

·經驗評估

常常要根據不同的坡口形狀和拘束條件來確定預熱溫度范圍。雖然很多規范都規定了最低預熱溫度，但很可能是：某些情況下低得多的溫度就足夠了，而在其他情況下則需要高得多的溫度。

1.計算器

在歷史進程中可以得到各種各樣的“預熱計算器”。大部分為直線形的和圓形的，它們根據母材和厚度而預測預熱溫度。

2.碳當量

碳當量（CE）可以用作確定預熱的實際必要性和預熱等級的方法。碳當量計算公式如下：

當 CE > 0.5%，考慮到延遲裂紋的風險，應當將最終的無損檢查（NDE）至少延遲24小時。

3.開裂參數

當碳含量≤0.17（重量百分比），或涉及到高強鋼時，可以使用Ito & Bessyo裂紋量度參數 （Pcm）。對于何時需要預熱，何時要強制預熱，以及推薦什么預熱溫度，這種方法提供了更加準確的評估。公式如下：

4.火花試驗

用火花試驗評估碳鋼中的碳含量有數十年之久。更高含量的碳或者更細小的火花，則需要更多的預熱。本方法雖不夠精確，但確實提供了需要的預熱溫度相對等級的一種簡單方法。

5.經驗評估

根據每10個點的碳（重量百分比0.10%）采用的預熱溫度為100°F（50°C），這雖不夠精確，但卻是有效的方法。例如，如果碳含量為0.25%，那么，250°F（125°C）溫度也許是適當的，或者至少以此為最低值。

某些情況，諸如附近有涂層或者其他元件，從而使得原建造規范規定的預熱變得不宜進行或者操作。然而，如果焊接熱輸入接近所用的、經評定的焊接工藝熱輸入的最大值，那么，傳輸到裝配件的熱量可能通過熱輸入而平衡，結果導致受影響的母材加熱到、甚至超過最低預熱要求，從而允許放松從外部進行預熱的實施。

需要注意的是，這里使用的華氏和攝氏（°F——°C）的溫度范圍和不精確轉換。這樣做是故意為之的，因為預熱并非是一門精密的科學。許多情況下，不出現諸如要去除開裂這樣的麻煩時，是不會持續提高預熱溫度的 。相反地，即使預熱溫度低于已在實際應用采用了的、推薦或者規范的要求，也常常能夠成功。

三、預熱的實施

應當仔細控制預熱的實施工藝，以避免在執行中使預熱被忽視。如果作了優選，焊接方法和焊接耗材都不大會引入氫。某些工藝能夠最大限度地減少或降低殘余應力。應該仔細地監控以確保正確使用工藝方法。下面的介紹或許對成功實施這些工藝很重要。

1.焊接坡口幾何形狀與技術

焊接過程中所用的技術對于收縮、產生的殘余應力、控制熱輸入和避免裂紋等具有顯著作用。

比起長焊縫，短焊縫能夠最大限度地減少縱向收縮。當需要減少殘余應力時，可以采用分段退焊法或者特殊的焊接順序。

控制或最小的熱輸入。應當采用小幅度擺動的直線焊道，而非大幅度擺動的焊道。

2.最大程度減少開裂

實施合適的工藝技術，能夠最大限度地減少或者消除弧坑裂紋和焊道裂紋。

1）為了最大限度地避免裂紋，熔敷應使焊道呈圓截面而非薄且寬截面。

2） 應避免突然引弧或者?；?。同時結合操作方法和焊道成形技術，或通過焊接電源的電子控制，采用沿斜坡向下/向上的操作技巧。

3）為了避免來自收縮和常見的構造影響，應該熔敷足夠的材料以避免裂紋。為了避免由于熔敷的焊縫金屬不足而造成開裂，一個好的經驗（以及如許多構造規范所要求的那樣）是至少熔敷3/8 In.(10mm) 或者坡口焊縫厚度的25%。

3.預熱方法

在工廠或工地，可以用火焰（空氣-燃氣或氧-燃氣），電阻或者電感應方法進行預熱。除非另有規定，否則，不論采用何種方法加熱，預熱都應均勻并遍及整個厚度。

四、預熱的監控

有多種設備可用于測量和監測溫度。應當對要被焊接的組件或工件進行預熱，以使熱量滲透到材料中。只要有可能，這些都應該被監控和驗證。在大多數應用中，監控表面溫度所預定的距離焊縫邊緣的距離通常 1 英寸是足夠的。會導致或使焊縫坡口受到污染，這樣獲取讀數的方法是不可接受的。

1.溫度指示蠟筆

這些蠟筆或鉛筆狀工具被設計成在特定溫度下熔化。這可以作為一種簡單而經濟的方法來判定 是否已經達到最低預熱溫度，即蠟筆熔化的溫度。其局限是當部件預熱溫度高于蠟筆熔點時，則不能量化確定真實的預熱溫度。當擔心溫度過高時，可采用具有不同熔點溫度的蠟筆。

2.電氣/電子溫度監控

對預熱和焊接操作而言，可以采用具有模擬或數字讀數的接觸高溫計或直讀熱電偶這類瞬時裝 置。所有設備應當進行校準，或者可以用某些方法來驗證其測量的溫度范圍符合要求。因為它們提供連續監測和數據存儲的能力，用于預熱和焊后熱處理（PWHT）這兩者的瞬時測量裝置應采用具有圖表記錄或數據采集系統的熱電偶。

3.非傳統監控

在確定預熱溫度是否適當方面許多非傳統方法已使用了數十年之久。當然，其中之一是將唾液或煙絲汁滴在零件上。發出的“嘶嘶”聲的量是溫度的一個指標。雖然不精確，許多“老前輩”都曾經采用過這種做法。

另一種稍微精確的確定預熱溫度的方法是通過使用的氧-燃氣割炬。將火焰調節到高的碳化焰， 以使在需要預熱的區域積聚一層煙灰。然后，將火焰調節到中性焰并加熱煙灰區域。當煙灰消失時，表面溫度大約超過 400°F（200℃）。

確保焊件的整個厚度或焊件區域都已達到要求的預熱溫度是非常重要的，然而大多數監測僅針對外表面而已。同時要注意的是，必須避免對母材的預熱加熱過度，尤其在采用電阻加熱或者電磁感應加熱時?，F在，許多業主要求將熱電偶放置在每一個電阻加熱板或感應線圈下面，進行監測以避免出現過熱的情況。

五、小結

不管是否需要預熱，也不論所采用的方法，預熱都可以獲得下列好處：減少在焊縫和相鄰母材中的收縮應力，特別對高拘束的接頭；使通過臨界溫度范圍的冷卻速度更慢，以防止焊縫和熱影響區（HAZ）過度硬化和延展性降低；使得在400°F（200°C）溫度范圍冷卻更慢，允許焊縫和臨近母材區的氫擴散逸出的時間更長，從而避免氫致延遲裂紋的發生；還會去除污染物。使規定的預熱溫度穿透整個母材厚度總是人們所期望的，但必須避免經常不適當的局部預熱可能導致材料損壞。