預熱本身時常被認為相當普通。它是指將待焊工件在焊接前或焊接中加熱到室溫以上?，F(xiàn)在的規(guī)范通常要求根據(jù)材料的應用標準分幾個預熱溫度等級。預熱的必要性、好處以及不恰當?shù)念A熱后果都將通過實例來說明。
預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)范都要求預熱。然而,在某些條件下,也可采用其它方式預熱。無論是否要求預熱,預熱都具有如下幾個優(yōu)點:
?減少焊縫與相鄰母材的收縮應力,這一點尤其適用于高應力值的焊縫。
?減緩焊縫冷卻過程中在關鍵溫度區(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。
?預熱的量,不是通過規(guī)范最低標準確定,而是通過下列的一種或多種方法確定:
?計算表
? 碳當量估算
?裂紋參數(shù)估算
? 火花試驗估算
?經(jīng)驗法則
預熱溫度范圍通常與各種焊縫坡口尺寸和約束條件相適應。盡管在許多規(guī)范中都規(guī)定了最低預熱溫度,但在一些情況下仍會使用更低的預熱溫度,而在另一些情況會使用更高的預熱溫度。
如果CE≤ 0.45%,預熱可以任意選擇
如果0.45 =< CE <= 0.60%,預熱溫度區(qū)間為200°F 到400°F (100°–200°C)
如果CE > 0.60%,預熱溫度區(qū)間為400° 到 700°F(200°–350°C)
當CE >0.5,至少考慮延遲最終的無損檢測(NDE)至少24小時,以確定是否有延遲裂紋產(chǎn)生。
如果Pcm ≤ 0.15%,預熱任意選擇
如果0.15% <Pcm< 0.26–0.28%,預熱到200°– 400°F (100°–200°C)。
如果Pcm> 0.26–0.28%,預熱到400°–700°F (200°–350°C)。
焊接過程中的技巧對工件的焊接收縮、殘余應力結果、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焊縫施焊。
弧坑和焊縫裂紋可以通過使用恰當?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%。
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,電子感應加熱等方法預熱。不管采用什么方法,預熱必須均勻,除非有特殊要求,否則預熱要穿透整個焊件厚度。圖1是采用電阻(無絕緣,后面應用)和感應加熱的設備。
圖1—電阻加熱(左)和感應加熱(右)
許多設備可以用來測量和監(jiān)控溫度。被焊組件或焊件應先預熱到熱完全浸透材料。如果可能,應檢測或評估熱浸透程度。通常,對多數(shù)焊接應用來說,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。
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)濟地確定預熱達到的最小溫度,比也就是說,指示筆熔化的溫度。缺點是如果工件溫度高于指示筆熔化溫度,它就不能起作用。當工件溫度過高時,需要使用更多具有不同熔化溫度的指示筆。
對預熱和焊接操作來說,也可以使用一些像接觸式高溫計或直接讀數(shù)熱電偶(帶有模擬或數(shù)字讀數(shù))的直接測量設備。所有的測量設備都要進行校準,或用某種方法 驗證他們測量溫度范圍的能力。因為熱電偶能夠連續(xù)監(jiān)測和進行數(shù)據(jù)存儲,所以它可以使用曲線記錄儀或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行預熱或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例。
許多“土法”確定預熱溫度是否足夠也用了幾十年了。當然,一個就是直接在工件上噴口水或煙液?？谒畤娚先r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。
另一個更精確的確定預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。當煙灰色消失時,表面溫度能達到400°F (200°C)以上。
要確保工件和焊件區(qū)域的整個厚度上都達到了預熱溫度。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,要求管管焊接時,達到整個工件厚度受熱。
預熱時必須仔細觀察,避免預熱母材過熱,尤其是應用電阻加熱或感應加熱方法時更要注意。現(xiàn)在許多貨主都要求在每個電阻加熱板或感應線圈組件下面放置熱電偶,監(jiān)測和避免過熱。
無論是否要求預熱,不管使用什么預熱方法,預熱都帶來以下等好處:減少焊縫和相鄰母材的收縮應力,對高約束的焊接接頭尤其有利;減緩工件在關鍵溫度區(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)間時的冷卻速率,使氫有更多時間從焊縫和相鄰母材處擴散,防止產(chǎn)生氫致裂紋;去除污染;預熱時最好在規(guī)定預熱溫度整個焊接厚度都均勻 受熱。局部加熱太多可能會導致材料破壞,盡量避免。
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