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。
01、工藝
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。
02、計(jì)算表
歷來有各種各樣的“預(yù)熱計(jì)算表”可供利用。許多“預(yù)熱計(jì)算表”采用線性或圓計(jì)算尺的形式，通過對母材的材料和母材的厚度的識(shí)別，預(yù)測預(yù)熱溫度。
03、碳當(dāng)量
碳當(dāng)量（CE）是確定是否需要預(yù)熱以及預(yù)熱到什么程度的一種方式。
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（NDE）至少24小時(shí)，以確定是否有延遲裂紋產(chǎn)生。
04、裂紋參數(shù)
當(dāng)碳當(dāng)量等于或小于0.17 wt-%，或使用高強(qiáng)鋼時(shí)，可采用Ito &Bessyo參數(shù)裂紋檢測（Pcm）。這種方法能精確地預(yù)測什么時(shí)候進(jìn)行預(yù)熱，什么時(shí)候強(qiáng)制預(yù)熱，預(yù)熱到什么溫度。具體說
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)。<="" span="">
如果Pcm> 0.26–0.28%，預(yù)熱到400°–700°F (200°–350°C)。
05、火花檢驗(yàn)
火花檢驗(yàn)用了幾十年了，是估計(jì)碳鋼中碳含量多少的一種方法。碳含量越高，火花越好，越需要預(yù)熱。這種方法，雖然不很精確，但是方法簡便。可確定出預(yù)熱溫度的相對高低。
06、經(jīng)驗(yàn)法則
另外一種不太精確但也很有效的選擇預(yù)熱溫度的方法是根據(jù)每10個(gè)點(diǎn)的碳含量（0.10 wt-%）預(yù)熱溫度增加100°F (50°C)來計(jì)算。比如，如果碳含量為0.25 wt-%，那么預(yù)熱溫度就為250°F (125°C)或是至少從250°F (125°C)開始預(yù)熱。 如果焊縫附近涂層或有其它組件存在，那么根據(jù)原始生產(chǎn)規(guī)范確定的預(yù)熱溫度就不合適了。然而，如果焊接熱輸入在標(biāo)準(zhǔn)工藝所允許的最大范圍附近，那么傳遞到焊 接組件上的熱就可能被焊接熱輸入均衡，造成受影響的金屬被加熱到或超過預(yù)熱要求的最小值，因此，可通過外部方法更寬松預(yù)熱。
需要注意的是這里使用的是范圍和不精確的換算（°F to°C）。它是有意為之。預(yù)熱不是一門十分精確科學(xué)。在許多情況下，持續(xù)提高預(yù)熱溫度直到問題解決（比如裂紋消失）也很正常。相反地，在某些特定場合， 即使使用比推薦值或規(guī)范要求的溫度更低的預(yù)熱溫度也能達(dá)到目的。
07、實(shí)際應(yīng)用
實(shí)際操作的技巧也要十分注意，以避免出現(xiàn)預(yù)熱導(dǎo)致的材料軟化問題。要選擇那些很少引入氫的焊接工藝和焊條。某些技巧可以減小或降低殘余應(yīng)力。小心監(jiān)測，確保預(yù)熱方法使用正確。下面的一些描述對這些技巧的成功運(yùn)用非常重要。
08、焊接坡口尺寸和技巧
焊接過程中的技巧對工件的焊接收縮、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。
短焊縫相對于長焊縫來說，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。
09、減小裂紋
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。
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%。
10、預(yù)熱方法
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。
11、預(yù)熱監(jiān)控
許多設(shè)備可以用來測量和監(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)檢測或評估熱浸透程度。通常，對多數(shù)焊接應(yīng)用來說，從焊縫邊緣一定距離監(jiān)測溫度已經(jīng)足夠。一定不能使監(jiān)測或讀取溫度數(shù)值等操作造成焊接坡口污染。
12、溫度指示筆
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。
13、電子溫度監(jiān)測
對預(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)）的直接測量設(shè)備。所有的測量設(shè)備都要進(jìn)行校準(zhǔn)，或用某種方法 驗(yàn)證他們測量溫度范圍的能力。因?yàn)闊犭娕寄軌蜻B續(xù)監(jiān)測和進(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。
14、“土法”監(jiān)測
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。
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)測只針對工件外表面。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)測和避免過熱。
15、總結(jié)
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。
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