1、!焊接技术#$ 年 ! 月第 %# 卷第 % 期孔之间的间隙向焊接熔池扩散，从试验过程可知由于上述扩散过程导致焊缝开裂的现象很多。由以上分析可知，钽钢复合板管板接头焊接首先要考虑的问题就是要防止焊接过程中复合板界面钢发生熔化。防止产生这种现象的首要因素就是适当增加复层厚度或采取其它措施降低界面温度，例如：在界面预先复合一层其它导热迅速的金属，以便在焊接时将热量迁移到四周。关于复层厚度和复合板焊接性的关系，经过大量试验，可以建立一个界面温度 !&与复层厚度 之间关系的模型图 %(。当 #) # * 时，界面钢发生熔化，+, 扩散到焊缝中，焊缝出现裂纹；当 -) # * 时，可以实现钽钢复合板管板
2、接头的焊接，且复层厚度越大，焊接性越好。一般情况下，复层厚度 以 ) . / 0) # *为宜。!结论$(复层厚度是影响钽钢复合板焊接性的重要因素。复层厚度与复合板界面温度有关，造成焊缝开裂的原因是复合板界面温度过高，钢发生熔化后与钽发生反应生成脆性金属间化合物。(复层厚度大于 ) # * 时，可实现钽钢复合板的焊接，且厚度越大焊接性越好。一般情况下，建议采用的复层厚度为 ) . / 0) # *。参考文献：1$2张启运，庄鸿寿 ) 钎焊手册 132 ) 北京：机械工业出版社，$444) 0.)12沙穆索诺夫 ! 5，康士坦丁诺夫 5 6) 钽与铌132) 北京：工业出版社，$4.4) $7
3、/ $77)$收稿日期：#8#08#%在常见的焊接冷裂纹中，多数被认为是氢致冷裂纹，预热为氢的扩散和逸出提供了温度和时间条件。钢种的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布和接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。预热对于三者都有影响，合理的预热工艺给三者带来积极的作用1$2，从而能达到防止冷裂纹的目的。钢的碳当量就是把钢中包括碳在内的，对淬硬、冷裂纹及脆化等有影响的合金元素含量（质量分数）换算成碳的相当含量。通过对钢的碳当量和冷裂敏感指数的估算，可以初步衡量低合金高强度钢冷裂敏感性的高低，这对焊接工艺条件如预热、焊后热处理、线能量等的确定具有重要的指导作用。由于各国所采用的试
4、验方法和钢材的合金体系不尽相同，因此有必要搞清楚各国所使用的碳当量公式的来源、用途及应用范围等，以免应用不当。确定预热温度的主要公式及方法如下：$(国际焊接学会99:(推荐的碳当量公式;# （3?）!# （;） # （3A） # （B）.# （CD） # （;E）$.，$(该式主要适用于中、高强度的非调质低合金高强度钢（!F= .# / 4# 3GH）。当板厚I# *，;I#) 0#J时，钢材淬硬倾向不大，焊接性良好，不需预热；当;= #) 0#J / #) !#J ，特别是 ;-#) .J 时，钢材易于淬硬，焊接前需预热。(日本推荐的碳当量公式日本 K9L 和 :L 标准规定的碳当量公式图
5、复层厚度与界面温度的关系钢 焊 接 最 低 预 热 温 度 的 确 定文章编号：$#8#.M#$(#%8#!8#%潘勇琨，王振家（清华大学 机械工程系，北京 $#70）摘要：焊接冷裂纹是焊接高强钢时极易出现的缺陷，而焊前预热是防止其出现的有利措施。本文列举了一些确定预热温度的经验公式，并对其来源、用途及应用范围进行了说明，以利于焊接工作者在具体的焊接过程中选用合适的公式来确定焊前预热温度。关键词：焊前处理；预热温度；经验公式；来源、用途及适用范围中图分类号：NO00$) $文献标识码：5试验与研究!#$%&( )#*+,$,(- .,$/ 01 2,/ 0 34/ 51167#89 ! （7）
6、 :! （;）:! （2&）1:! （7?）:! （;,）:! （.）65，A5B该式主要适用于低碳调质的低合金高强度钢 A !C911 D 6 111 ;EFB。当板厚G5 HH，手工焊线能量为6! I3 J *H 时，确定的（钢材）预热温度大致如下：!C9 11 ;EF，7#8%1/ K L 不预热；!C9 11 ;EF，7#8% 1/ 5K ， 预 热 ! M N !C9 !11 ;EF， 7#8%1/ 5K ，预热 611 M N !C9 O11 ;EF，7#8%1/ 5K ，预热 61 M。公式（6B，A5）均适用于含碳量偏高（质量分数&1/ 6OK ）的钢种，即化学成分 A 质量分
7、数 B：7#1/ 51K ，=/ K ，;#6/ K ，74#1/ 1K ，2/ K ，7?#6/ 5K ，;,#1/ !1K ，.#1/ 6K ，P#1/ 11K 。! *H公式日本伊藤等人进行了大量试验后，提出了冷裂敏感指数 *H的计算公式Q5R：*H# ! （7） :! （=&）01:! （;） : ! （74） : ! （7?）51:! （2&）11 D6 111 ;EF 的低合金高强度钢。适用化学成分范围（ 质 量 分 数 ） ： 7 9 1/ 1!K D 1/ 55K ， =& 9 1 D1/ 1K D 6/ 1K ， 74 9 1 D 1/ 1K ，2& 9 1 D
8、6/ 51K ，7? 9 1 D 6/ 51K ，;, 9 1 D 1/ !1K ，. 9 1 D 1/ 65K ， 2C 9 1 D 1/ 1K ， )& 9 1 D 1/ 1K ，P 9 1 D 1/ 11K 。伊藤等又根据 *H，板厚或拘束度，建立了冷裂敏感性、冷裂敏感指数及防止冷裂所需预热温度的计算公式：S9 *H: QTR J 1 : $ J ）S9 *H: QTR J 1111，（）式中， S冷裂敏感性；QTR熔敷金属中扩散氢含量L 61U 5HV J (（甘油法）N %焊缝拉伸拘束度，W/ O;EF；$板厚，HH；*H冷裂敏感指数。当 SX1 时，即有产生裂纹的可能性。利用公式（
9、），（）可以计算出无裂纹焊缝所需预热温度&1J M：&19 61 SU 0W5。公 式 AB， AB 适 用 条 件 ： 扩 散 氢 含 量 QTR 9（6/ 1 D / 1） Y 61U 5HV J (，$ 9 6W D 1 HH，线能量为 6! D 01 I3 J *H，化学成分范围同公式 A0B。公式AB，AB不仅考虑了钢中化学成分的影响，还考虑到钢板厚度或拘束度，以及熔敷金属中的氢含量，利用这两个公式可以计算出防止冷裂纹所需的预热温度。新日铁的碳当量公式日本新日铁公司近年来为适应工程需要，提出新的碳当量公式Q0R：该式适用于 !A7B 9 1/ 10K D 1/ 5K 的钢种，是目前应
10、用较广、精度较高的碳当量公式。式中， A7B为碳的适用系数，A7B 9 1/ ! : 1/ 5 &()$ Z51 Q !A7B U 1/ 65 R 。A7B与钢中含碳量的关系见表 6。确定高强钢焊接预热温度的步骤：计算 72N 考虑热输入，根据图 6 确定 #726以修正 72N 考虑焊缝金属扩散氢含量，根据图 5 确定 #725以修正 72N 用修正后的（72: #726: #725）值，根据图 0 的曲线和坐标，确定斜 形坡口焊接裂纹试验临界预热温度（最低止裂温度）。据文献Q0R称 72所确定的预热温度误差最小，精度最高。（0）美国推荐的碳当量公式$ 计算预热温度的碳当量公式美国金属学会提
11、出用于计算预热温度的碳当量7经验公式Q5R：79 ! （7） :! （;）:! （7?）:! （74）60。A!B当 7G1/ K 时 ， 可 不 预 热 ； 79 1/ K D1/ 1K 时，预热 611 D 511 M ；7X1/ 1K 时，预热:! （7?） : ! （;,） : ! （.） : ! （2C）: ! （P） ， A:! （;）61/ 651/ !1/ 61/ W61/ 511/ WO1/ 51/ WW图 %由焊缝金属扩散氢含量修正 #&QTR 9 1/ 1 HV J (，热输入 6/ ! I3 J HH，环境温度 61 M图 ( 根据 #&确定斜 ) 形坡口裂纹试验临界预
12、热温度图 !由热输入修正 #&试验与研究!焊接技术#$ 年 % 月第 &# 卷第 & 期# &(# )。该式适用于碳钢和低合金高强钢。! 评定焊接性的碳当量公式美国金属学会提出用于评定淬火碳钢和低合金钢的焊接性的碳当量公式*+：,-. !/,0 1! （23）%1! （,4） 1 ! （25） 1 ! （6）71! （89） 1 ! （:9） 1 ! （,;）$7。/!0该式考虑了钢中 !/890 的影响，当 ,-时，通常不需预热和后热；,-. #= &7 #= 77 时，一般需预热；当 ,-?#= 77 时，可能既要预热，又要后热。美国焊接学会/A80提出的碳当量公式,-. !/,0 1!
13、（23）%1! （89）B1! （:9）$71! （,4）71! （25）B1! （,;）$&1! （C）。/D0该式适用于碳钢和低合金钢，适用的化学成分范围 / 质 量 分 数 0 如 下 ： , ， 23 ， :9， ,4， 25， ,; . #= 7 $= # ， C . #= #7 #= $7 （ 当 ,; 和 C 时可不计）。碳当量及所对应的板厚的焊接性和施焊条件分别见图 B 和表 。/B）其它公式#国产低合金高强钢在插销试验条件下，并在工程上进行考核，建立了预热温度 #E )的经验公式*B+：#. &B#FG1 $(= (*H+ 1 #= $B!I1 B= ($ J $B，/$#0
14、式中， *H+ 熔敷金属扩散氢含量（KL$7(%法），$#J GM E N； $板厚，GG； !I被焊金属抗拉强度，2CO。!斜 P 形坡口试件，CHQ考虑了氢在熔合区的聚集*B+R#HQ% #FG1 #= #! SN / &#T0 1 E B#，#. $B# #HQJ &# ，/$0式中， H#T有效氢浓度；$ . #= % 时 ，H#T . H；$ . #= B! 时，H#T . H E 。斜 P 形坡口试件，CH考虑了粗晶区有应力集中时造成氢的聚集*B+，#H. SN/#= %H0 J (，#. $!$#HJ $%，/$0式中，#$ (# 2CO 时，( . $= !B J （%= &
15、1 = %B U $#J B） #FG1 #= % U$#J B；?$ (# 2CO 时，( . = ($ J $= D #FGJ #= $!D U $#J B 。% ,-Q公式,-Q. !/,0 1! （23） 1 ! （25）$#1! （,4） 1 ! （,;）#1! （:9）B#7，#. (#,-Q1 $%# )*$（$ E &7） 1 % HV#= &71 （7&,-QJ &）+ J &# R/$&0式中， HV熔敷金属含氢量； $板厚，GG；W线能量，XY E GG。成分范围（质量分数）：, . #= #7 #= & R89R23 . #= 7 $= DR,4R,; R25 R :I
16、 ， :9 ， Q9 ，6 ，L 。上述碳当量公式评定钢的焊接性时，大致有以下两种类型：& = 只考虑钢中化学成分的影响，根据碳当量数值的大小，确定是否需要预热或预热温度范围； = 除考虑化学成分，还考虑了熔敷金属扩散氢含量、试板厚度或拘束度等因素，然后再计算防止开裂的预热温度。相对而言后者比前者较精确。上述两类计算焊接预热温度的公式，大部分只考虑了母材方面的因素，而未考虑焊接材料的选用以及焊接工艺所带来的影响。由于选用的焊接材料不同，焊接工艺的差异，使得焊缝的性能及组织、热影响区所受热循环不同导致的组织变化，使得焊接接头的焊后残余应力水平不同，残余扩散氢含量不同，导致焊接接头有可能在更低预热
17、温度焊接时不裂。因此只能用上述的碳当量公式做预测，具体的预热温度还需要通过焊接试验来确定。参考文献Z*$+周大鹏 = 焊接预热和后热浅析*Y+= 焊接技术R $D!/70*+曹良裕R 魏战江 = 钢的碳当量公式及其在焊接中的应用*Y+= 材料开发及应用R $DDD/$0*&+曹继明 = 用碳当量 ,-: 确定高强钢焊接预热温度 *Y+ = 焊接R$DD7/$0*B+周振丰R 张文钺 = 焊接冶金与金属焊接性*2+= 北京Z 机械工业出版社R $D!= $*7+A- VR HH:- H= V_4G93O_953 5 a;9_OIS G939G;G b4cO_93N_Gb4O_;4 54 _c F5Sd J F4OFX J 4 eSd93N 5 a_Sa*Y+ = ASd93NO3d ,;_93NR $DD$/70表 !钢的焊接性与施焊条件焊接性分类& 优良 较好(尚好)难焊普通酸性焊条不需预热预热 B# $# )预热 $7# )预热 $7# # )低氢焊条不需预热J $# )以上不需预热预热 B# $# )预热 $# )消除应力不需任意希望必要敲击处理不需任意希望希望图 焊接条件与碳当量的关系试验与研究
