劉進(jìn)廠 裴先峰 陳小剛

摘要：焊前預(yù)熱與焊后熱處理屬于合金鋼焊接工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，處理效果對(duì)焊接質(zhì)量有著極大影響，尤其是對(duì)厚部件和重要零件，一旦在處理中未能達(dá)到相應(yīng)要求，就易形成冷裂紋和延遲裂紋等，導(dǎo)致焊接質(zhì)量降低，甚至影響容器使用安全性?；诖?，本文從合金鋼焊接工藝入手，重點(diǎn)分析焊前預(yù)熱和焊后熱處理作用。

關(guān)鍵詞：合金鋼;焊接工藝;焊前預(yù)熱;焊后熱處理

前言：合金鋼是將一種或多種合金元素加到優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的金屬。近年來(lái)，形變熱處理技術(shù)、微合金鋼技術(shù)和精煉技術(shù)等先進(jìn)冶金技術(shù)的應(yīng)用，使得合金鋼材料性能和焊接質(zhì)量明顯提升，改善了現(xiàn)代合金鋼焊接性。但現(xiàn)階段合金鋼焊接工藝在焊前預(yù)熱和焊后熱處理等環(huán)節(jié)中，依舊存在明顯的不足，因此，必須提高對(duì)該環(huán)節(jié)重視程度，掌握合金鋼焊接工藝以及焊前預(yù)熱和焊后熱的作用。

1合金鋼焊接工藝

合金鋼焊接工藝是保證合金材料生產(chǎn)質(zhì)量的重要工藝技術(shù)，必須提升對(duì)工藝掌握，從而保證合金材料生產(chǎn)水平。而在進(jìn)行合金材料生產(chǎn)中，主要從以下幾方面入手。

第一，選取適合的焊接材料。根據(jù)需求合金材料的強(qiáng)度等級(jí)要求，確定合金鋼焊接中使用的材料，促使合金鋼材料強(qiáng)度等級(jí)，與熔敷金屬保持一致。

第二，預(yù)熱。采用預(yù)熱處理主要是為避免出現(xiàn)裂紋。同時(shí)通過(guò)預(yù)熱可改善接頭性能。但進(jìn)行預(yù)熱操作也會(huì)導(dǎo)致勞動(dòng)條件惡化，使得生產(chǎn)環(huán)境愈加復(fù)雜，且預(yù)熱時(shí)溫度過(guò)高，易造成接頭性能降低。因此，實(shí)際進(jìn)行焊接前，應(yīng)對(duì)鋼材料的結(jié)構(gòu)形狀、成分、厚度、剛度以及環(huán)境溫度等條件進(jìn)行綜合分析，判斷是否需要進(jìn)行焊前預(yù)熱。以≥6mm的12Cr1MoV厚度鋼材為例，需進(jìn)行焊前預(yù)熱處理，并將預(yù)熱溫度和層間溫度控制在200-300℃范圍內(nèi)[1]。

第三，確定焊接線(xiàn)能量。在對(duì)碳含量相對(duì)較低的16Mn鋼和熱軋鋼進(jìn)行焊接時(shí)，由于此類(lèi)鋼材脆化、淬硬和冷裂傾向偏低，使得在焊接方面對(duì)焊接線(xiàn)能量要求較低。對(duì)15CrMo鋼進(jìn)行焊接中，碳含量為0.14%，總量較低，可提升金屬?gòu)?qiáng)度。而含有的合金元素Cr、Mo，能夠發(fā)揮阻礙碳化物形核長(zhǎng)大、推遲珠光體轉(zhuǎn)變效果，利于提升鋼材淬透性和鋼材中奧氏體穩(wěn)定性。因此，在進(jìn)行焊接時(shí)應(yīng)選擇焊接較小焊接線(xiàn)能量，以此降低焊接應(yīng)力，縮減焊接過(guò)熱區(qū)寬度，并對(duì)晶粒進(jìn)行細(xì)化處理，從而提升焊縫金屬抗裂性能。

第四，后熱與焊后熱處理。在對(duì)12Cr1MoV鋼材料焊接結(jié)束后，需要即刻進(jìn)行加入焊接處理，保證將其溫度控制在720-750℃范圍間，確保其溫度處于恒溫條件，加快接頭內(nèi)部的氫擴(kuò)散，從而防止出現(xiàn)延遲裂紋。若焊接結(jié)構(gòu)剛性高、容器壁較厚，需要在腐蝕性和低溫條件下展開(kāi)相關(guān)操作時(shí)，焊接結(jié)束后應(yīng)即刻進(jìn)行高溫回火，及時(shí)消除殘余應(yīng)力，并改善焊接件組織。

2焊前預(yù)熱和焊后熱處理作用

2.1焊前預(yù)熱作用

對(duì)合金金屬鋼材進(jìn)行預(yù)熱處理，不僅可減少對(duì)焊接過(guò)程影響，而且可提升焊接穩(wěn)定性，是合金鋼焊接工藝中重要技術(shù)。在具體進(jìn)行焊前預(yù)熱中，其作用主要表現(xiàn)在以下方面：

一是，通過(guò)對(duì)焊接鋼材進(jìn)行焊前預(yù)熱，利于減慢焊后冷卻速度，便于焊縫金屬中擴(kuò)散氫溢出，能夠避免產(chǎn)生裂縫。同時(shí)，對(duì)合金鋼材進(jìn)行焊前預(yù)熱處理，可降低熱影響區(qū)與焊縫淬硬程度，提高焊接接頭抗裂效果，保證焊接質(zhì)量。

二是，對(duì)焊接鋼材進(jìn)行焊前預(yù)熱處理，利于降低焊接應(yīng)力。在焊接施工中，通過(guò)對(duì)焊件進(jìn)行整體和局部均勻預(yù)熱，可縮減焊接區(qū)域和被焊工件間溫度差，既可降低焊接應(yīng)力，又可降低焊接應(yīng)變速率，提升對(duì)焊接裂縫控制效果，減少焊接裂紋產(chǎn)生[2]。

三是，通過(guò)焊前預(yù)熱，利于降低焊接結(jié)構(gòu)拘束度，包括角接接頭拘束度。而焊件溫度會(huì)升高，裂紋發(fā)生率受溫度提升影響，會(huì)呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。

此外，焊接過(guò)程中確定預(yù)熱溫度和層間溫度時(shí)，不僅應(yīng)對(duì)鋼材和焊條化學(xué)成分進(jìn)行考慮，而且還應(yīng)考慮焊接方式、結(jié)構(gòu)剛性和環(huán)境溫度，對(duì)多方面因素進(jìn)行綜合分析后確定。由于鋼材板厚方向和焊縫區(qū)域均勻性預(yù)熱溫度，與焊接應(yīng)力將密切相關(guān)，應(yīng)關(guān)注局部預(yù)熱寬度，結(jié)合被焊工件拘束度條件，確定具體厚度，通常要求不可低于15-20cm，以此提升預(yù)熱均勻性，若預(yù)熱不均勻，會(huì)導(dǎo)致焊接應(yīng)

2.2焊后熱處理作用

焊后熱處理對(duì)保證焊接水平和質(zhì)量具有重要作用，因此，為保證合金鋼工藝水平，應(yīng)做好焊后熱處理工作，具體工作內(nèi)容主要包含三方面。

2.2.1焊后消氫處理

焊后消氫處理指的是在焊接結(jié)束后，焊縫溫度未冷卻至100℃以下時(shí)，對(duì)被焊工件進(jìn)行低溫?zé)崽幚?。具體進(jìn)行處理中，通過(guò)要求加熱到200-350℃范圍，并要求溫度維持時(shí)間為2-6小時(shí)。焊后消氫熱處理工藝，使用中其主要作用為加快焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)氫擴(kuò)散速度，從而避免合金鋼焊接中形成焊接裂紋，以此保證焊接質(zhì)量和效果。

2.2.2焊接應(yīng)力消除處理

構(gòu)件焊接結(jié)束后，受溫度等因素影響經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)焊接應(yīng)力，進(jìn)而影響焊接質(zhì)量和效果。而導(dǎo)致焊接應(yīng)力存在的原因，與構(gòu)件拘束力、外部拘束力以及焊接中加熱與冷卻不均勻相關(guān)。一旦構(gòu)件內(nèi)部出現(xiàn)焊接應(yīng)力，接頭位置承載力會(huì)出現(xiàn)下降現(xiàn)象，易造成塑性變形，嚴(yán)重時(shí)甚至對(duì)構(gòu)件結(jié)構(gòu)造成破壞[3]。

2.2.3消應(yīng)力熱處理

消應(yīng)力熱處理指的是在焊接結(jié)束后，工件處于高溫狀態(tài)時(shí)，通過(guò)降低焊件屈服強(qiáng)度，達(dá)到松弛焊接應(yīng)力效果。而在具體消除應(yīng)力環(huán)節(jié)中，常用方式包含兩種：一種是，對(duì)焊件進(jìn)行整體高溫回火，將焊件整體放置于加熱爐中，促使其緩慢升至特定溫度，并保證其溫度在一段時(shí)間內(nèi)維持穩(wěn)定，最后進(jìn)行冷卻處理。另一種方式是，對(duì)局部進(jìn)行高溫回火。實(shí)際操作用僅對(duì)焊縫及其附近區(qū)域?qū)嵤┘訙靥幚恚⑹蛊渚徛鋮s，使焊接應(yīng)力峰值降低，并保證應(yīng)力分布平緩，從達(dá)到消除焊接應(yīng)力效果。

結(jié)論：

隨著冶金工藝技術(shù)發(fā)展，在各種先進(jìn)技術(shù)工藝應(yīng)用下，合金材料性能明顯提升，在抗高壓高溫、耐磨損和耐腐蝕等方面具有良好性能，相應(yīng)材料可被廣泛應(yīng)用于建筑、電力和石油化工等領(lǐng)域中。在合金鋼焊接工藝中，焊前預(yù)熱和焊后熱處理直接影響著焊接質(zhì)量。因此，焊接人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)合金焊接工藝了解，明確焊前預(yù)熱及焊后熱處理工作意義，不斷提高焊接水平，保證合金材料生產(chǎn)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸洋.淺談焊前預(yù)熱和焊后熱處理在合金鋼焊接工藝中的作用[J].智能城市，2018，4（19）：170-171.

[2]楊紅偉，蔡曉妍，阮小丹.預(yù)熱和焊后熱處理對(duì)G20Mn5/P355NL1異種鋼焊接接頭性能的影響[J].機(jī)械工程師，2019，000（008）：170-172.

[3]劉振，馬進(jìn)，陳得潤(rùn).有缺陷的2.25Cr-1Mo合金鋼鑄件返修焊接后的局部熱處理[J].鑄造工程，2016，23（58）：124-125.