合金鋼焊接工藝中焊前預熱與焊后熱處理的作用探析

劉進廠 裴先峰 陳小剛

摘要：焊前預熱與焊后熱處理屬于合金鋼焊接工藝的關鍵環節，處理效果對焊接質量有著極大影響，尤其是對厚部件和重要零件，一旦在處理中未能達到相應要求，就易形成冷裂紋和延遲裂紋等，導致焊接質量降低，甚至影響容器使用安全性。基于此，本文從合金鋼焊接工藝入手，重點分析焊前預熱和焊后熱處理作用。

關鍵詞：合金鋼;焊接工藝;焊前預熱;焊后熱處理

前言：合金鋼是將一種或多種合金元素加到優質碳素結構鋼中的金屬。近年來，形變熱處理技術、微合金鋼技術和精煉技術等先進冶金技術的應用，使得合金鋼材料性能和焊接質量明顯提升，改善了現代合金鋼焊接性。但現階段合金鋼焊接工藝在焊前預熱和焊后熱處理等環節中，依舊存在明顯的不足，因此，必須提高對該環節重視程度，掌握合金鋼焊接工藝以及焊前預熱和焊后熱的作用。

1合金鋼焊接工藝

合金鋼焊接工藝是保證合金材料生產質量的重要工藝技術，必須提升對工藝掌握，從而保證合金材料生產水平。而在進行合金材料生產中，主要從以下幾方面入手。

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

第二，預熱。采用預熱處理主要是為避免出現裂紋。同時通過預熱可改善接頭性能。但進行預熱操作也會導致勞動條件惡化，使得生產環境愈加復雜，且預熱時溫度過高，易造成接頭性能降低。因此，實際進行焊接前，應對鋼材料的結構形狀、成分、厚度、剛度以及環境溫度等條件進行綜合分析，判斷是否需要進行焊前預熱。以≥6mm的12Cr1MoV厚度鋼材為例，需進行焊前預熱處理，并將預熱溫度和層間溫度控制在200-300℃范圍內[1]。

第三，確定焊接線能量。在對碳含量相對較低的16Mn鋼和熱軋鋼進行焊接時，由于此類鋼材脆化、淬硬和冷裂傾向偏低，使得在焊接方面對焊接線能量要求較低。對15CrMo鋼進行焊接中，碳含量為0.14%，總量較低，可提升金屬強度。而含有的合金元素Cr、Mo，能夠發揮阻礙碳化物形核長大、推遲珠光體轉變效果，利于提升鋼材淬透性和鋼材中奧氏體穩定性。因此，在進行焊接時應選擇焊接較小焊接線能量，以此降低焊接應力，縮減焊接過熱區寬度，并對晶粒進行細化處理，從而提升焊縫金屬抗裂性能。

第四，后熱與焊后熱處理。在對12Cr1MoV鋼材料焊接結束后，需要即刻進行加入焊接處理，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，加快接頭內部的氫擴散，從而防止出現延遲裂紋。若焊接結構剛性高、容器壁較厚，需要在腐蝕性和低溫條件下展開相關操作時，焊接結束后應即刻進行高溫回火，及時消除殘余應力，并改善焊接件組織。

2焊前預熱和焊后熱處理作用

2.1焊前預熱作用

對合金金屬鋼材進行預熱處理，不僅可減少對焊接過程影響，而且可提升焊接穩定性，是合金鋼焊接工藝中重要技術。在具體進行焊前預熱中，其作用主要表現在以下方面：

一是，通過對焊接鋼材進行焊前預熱，利于減慢焊后冷卻速度，便于焊縫金屬中擴散氫溢出，能夠避免產生裂縫。同時，對合金鋼材進行焊前預熱處理，可降低熱影響區與焊縫淬硬程度，提高焊接接頭抗裂效果，保證焊接質量。

二是，對焊接鋼材進行焊前預熱處理，利于降低焊接應力。在焊接施工中，通過對焊件進行整體和局部均勻預熱，可縮減焊接區域和被焊工件間溫度差，既可降低焊接應力，又可降低焊接應變速率，提升對焊接裂縫控制效果，減少焊接裂紋產生[2]。

三是，通過焊前預熱，利于降低焊接結構拘束度，包括角接接頭拘束度。而焊件溫度會升高，裂紋發生率受溫度提升影響，會呈現降低趨勢。

此外，焊接過程中確定預熱溫度和層間溫度時，不僅應對鋼材和焊條化學成分進行考慮，而且還應考慮焊接方式、結構剛性和環境溫度，對多方面因素進行綜合分析后確定。由于鋼材板厚方向和焊縫區域均勻性預熱溫度，與焊接應力將密切相關，應關注局部預熱寬度，結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，以此提升預熱均勻性，若預熱不均勻，會導致焊接應

2.2焊后熱處理作用

焊后熱處理對保證焊接水平和質量具有重要作用，因此，為保證合金鋼工藝水平，應做好焊后熱處理工作，具體工作內容主要包含三方面。

2.2.1焊后消氫處理

焊后消氫處理指的是在焊接結束后，焊縫溫度未冷卻至100℃以下時，對被焊工件進行低溫熱處理。具體進行處理中，通過要求加熱到200-350℃范圍，并要求溫度維持時間為2-6小時。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內氫擴散速度，從而避免合金鋼焊接中形成焊接裂紋，以此保證焊接質量和效果。

2.2.2焊接應力消除處理

構件焊接結束后，受溫度等因素影響經常會出現焊接應力，進而影響焊接質量和效果。而導致焊接應力存在的原因，與構件拘束力、外部拘束力以及焊接中加熱與冷卻不均勻相關。一旦構件內部出現焊接應力，接頭位置承載力會出現下降現象，易造成塑性變形，嚴重時甚至對構件結構造成破壞[3]。

2.2.3消應力熱處理

消應力熱處理指的是在焊接結束后，工件處于高溫狀態時，通過降低焊件屈服強度，達到松弛焊接應力效果。而在具體消除應力環節中，常用方式包含兩種：一種是，對焊件進行整體高溫回火，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間內維持穩定，最后進行冷卻處理。另一種方式是，對局部進行高溫回火。實際操作用僅對焊縫及其附近區域實施加溫處理，并使其緩慢冷卻，使焊接應力峰值降低，并保證應力分布平緩，從達到消除焊接應力效果。

結論：

隨著冶金工藝技術發展，在各種先進技術工藝應用下，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，相應材料可被廣泛應用于建筑、電力和石油化工等領域中。在合金鋼焊接工藝中，焊前預熱和焊后熱處理直接影響著焊接質量。因此，焊接人員應加強對合金焊接工藝了解，明確焊前預熱及焊后熱處理工作意義，不斷提高焊接水平，保證合金材料生產質量。

參考文獻：

[1]陸洋.淺談焊前預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.預熱和焊后熱處理對G20Mn5/P355NL1異種鋼焊接接頭性能的影響[J].機械工程師，2019，000（008）：170-172.

[3]劉振，馬進，陳得潤.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.