焊接质量控制的工艺措施

1. 预热焊接冷却速度影响焊接接头热影响区的最高硬度。其中最为关键的是由Ac₃ 到 Tmi( 奥  氏体最不稳定的温度)或Ms  (马氏体开始转变温度)温度区段的冷却速度。对低合金高强  钢，该温度范围大致在800～500℃。通过预热可以显著降低该温度范围的焊接冷却速度， 从而减少淬硬倾向。预热对焊接热影响区晶粒粗化的影响较小，同时预热述有利于焊缝中氢  的逸出，因此是一种较好的降低高强钢焊接冷裂倾向的措施。预热温度一般选择在50～250℃之间。预热温度与施焊时的环境温度、钢种的强度级 别、坡口的形式、焊接材料类型或焊缝金属的含氢量等有关。钢材焊接所需的预热温度通常 通过焊接性试验确定，或采用经验公式计算确定。焊前预热的有利作用可归纳为如下几点：(1) 可改变焊接过程的循环，降低焊接接头各区的冷却速度，遏制或减少了淬硬组织的 形成。(2) 减小焊接区的温度梯度，降低焊接接头的内应力，并使其分布均匀。(3)扩大焊接区的温度场，使焊接接头在较宽的区域内处于塑性状态，减弱了焊接应力 的不利影啊。(4)改变焊接区应变集中部件，降低残余应力峰值。(5)延长焊接区在100℃以上温度的停留时间，有利于氢从焊缝金属中逸出。2. 焊接能量参数焊接能量参数是指焊接电流、电弧电压和焊接速度。焊接能量参数选择是一个复杂问题，涉及多因素，包括材料和焊接方法等。焊接能量参数不当，有可能导致焊接接头不合格。工艺规定的焊接能量参数是通过焊接工艺评定得出的，因而对焊接接头性能是有保证的，实际施焊时应严格控制。不认真执行或任意改变焊接能量参数可能会导致焊接接头性能 恶化，产生各种问题。在焊接各种合金钢时，焊接能量参数通常以热输人(线能量),即熔焊时由焊接能源输 入给单位长度焊缝上的热能来表征。线能量影响焊缝和热影响区的冷却速度，由此也影响低 合金钢和中合金钢焊接接头的淬硬程度、氢的扩散速度以及焊接残余应力水平，最终影响到 接头的冷裂倾向。在低合金钢焊接中，适当增大线能量是有益的。采用焊接热输入高的焊接方法，如埋弧焊和电渣焊，或增大线能量可增加高温停留时间，使800℃→500℃的冷却时间A增大。从而提高了接头的抗冷裂性。对不同焊接方法，通过增大线能量降低接头的冷却速度的作用并不相同。在线能量相同时，埋弧焊的冷却速度最慢，手弧焊最快，氩弧焊比埋弧焊的冷却速度快一些。此外，在焊接电流或速度相差很大时，即使线能量相同，产生的影响也可能不一致。但增大线能量时必须注意避免奥氏体晶粒粗化。如线能量控制不当，形成粗大马氏体将是十分有害的。对于某些合金钢来说，过高的热输入会明显地降低接头的冲击韧度和强度。对低合金低温钢的焊接，焊接线能量的控制更严格。低温钢焊接要求尽量采用小的焊接线能量，盲目增大焊接线能量，会导致焊缝和热影响区韧性下降。在铬镍奥氏体不锈钢的焊接中，过高的焊接热输入会扩大近缝区的敏化温度区间并延长了在高温的停留时间，最终将导致接头热影响区耐蚀性的降低。对于含铌稳定元素的铬镍不锈钢，高的热输入还可能导致焊缝热裂纹的形成。因此，对于这类钢，应在保证接头各层焊缝良好熔合的前提下，采用尽可能低的焊接热输入，即以较低的焊接电流和较高的焊接速度施焊。3. 多层焊多道焊实际生产中常常是多道焊或多层焊，因此，有必要了解多道焊热循环作用的特点。多道焊或多层焊的热循环特性，实际是构成多道焊的每一单道焊热循环的综合。而在控制多道焊或多层焊热循环的特性上，要特别注意焊道数目(或层数)N和层间温度T;。多道焊时，开始焊接后一焊道时前一焊道所具有的最低温度，即称为层间温度。显然，对后一焊道而言，前一焊道具有预热的作用，层间温度即相当于预热温度；对前一焊道来说，后一焊道应该起“后热”的作用，产生一定的热处理效果。若层间温度等于室温，自然就谈不到预热作用。但在这种情况下，仍然存在后一焊道对前一焊道的“后热”作用。与只焊一层的情况相比，多层焊能够显著地减少根部裂纹。但要求在第一层焊道尚未产生根部裂纹的潜伏期内完成第二层的焊接。这是因为第二层的焊接热可促使第一层中的氢迅速逸出，并可使第一层焊道热影响区的淬硬层软化。在这样的情况下，预热温度则可以适当降低。但是，重要的问题是层间温度或两层焊接的时间间隔必须加以控制。降低预热温度同时 ，必须缩短两层焊接的间隔时间，特别是第一层与第二层焊接之间的间隔时间，应尽可能控制在几分钟之内，以保证第一层焊后不至于形成冷裂纹。不过，多层焊可能产生较大的角变形，根部的应力应变集中程度将增大。高的层间温度并非对任何钢种都适合，低温钢和铬镍奥氏体不锈钢的焊接都不希望层间温度高。以低温钢焊接为例，采用快速多道焊是低温钢焊接的重要原则之一。快速多道焊有利于细化晶粒，提高焊缝的韧性。在多道焊中，为了减小焊道过热，应尽可能降低层间温度，也就是尽可能不要连续施焊。4. 紧急后热由于冷裂纹存在潜伏期，例如根部裂纹一般要在焊后几分钟以后才会产生，所以，在裂 纹产生以前若及时进行加热处理，即所谓紧急后热，将有利于防止冷裂纹的产生。紧急后热 温度一般在300～600℃。焊后及时后热处理一般可产生三种有利作用：(1)减轻残余应力。(2)改善组织，降低淬硬性。(3)减少扩散氢。对于要求高温预热的钢种，有时因产品结构条件(如形状复杂，在结构内部施焊等)的 限制，高温预热无法实施。此时，可考虑采用后热并配合低温预热。为防止产生延迟裂纹，后热温度有一个下限，低于下限温度时，后热就不能防止延迟裂 纹的产生。后热下限温度与碳当量有关，碳当量越大，后热下限温度越高。如果从排除扩散氢的角度考虑，对于奥氏体焊缝进行后热显然是没有必要的。另外，较低的后热温度对于消除残余应力并无明显效果，对强度级别较高的高强钢尤其 如此。但低温后热对于改善组织或多或少有一定好处。如果为了更好地消除残余应力和改善组织，必须进行焊后消除应力热处理。5. 焊条烘烤和坡口清洁焊接过程中因焊件或焊接材料不清沾而造成气孔是常见现象。不洁之物包括水分、油类 和铁锈等杂质。在焊接高温下，水、油和铁锈会分解，分解产物主要是氢气，也有部分一氧 化碳。高温时氢在金属中有很高的溶解度，因此焊接熔池内的熔融金属和熔滴金属能吸收大 量的氢。在冷却过程中，随着温度下降，氢在金属中的溶解度也下降，特别是熔融金属发生 结晶，从液态转变为固态时，氢的溶解度急剧降低，可从32 ml/100   g降至10ml/100   g。在 熔池金属氢含量很高冷却速度又很快的情况下，析出的氢气来不及逸出，就会留在焊缝金属 中形成气孔。对焊条和焊剂进行烘烤是减少气孔，提高焊接质量的重要措施。水在焊条药皮、焊剂、 焊丝药芯中可以各种形式存在，如结晶水、化合水、吸附水等。除去结晶水所需的烘烤温度  较高，对酸性焊条，烘烤温度一般在200℃左右。碱性焊条对氢的敏感性大，因此烘烤温度  更高，一般要求350～450℃。烘烤后的焊条应保温以防止回潮，并应及时使用掉。焊前对坡口进行清洁，保证其无水、无油、无锈也是减少气孔的重要措施。同样，焊条 和焊丝也应保持清洁。为防止焊丝生锈，其表面有时须作镀铜处理。

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