1、6 试验与研究 焊接技术 2 0 0 1 年 5 月第 3 0卷第 3期 文章纳号：1 0 0 2 - 0 2 5 X( 2 0 0 1 ) 0 3 - 0 o 0 6 0 3 钢 焊 接 最 低 预 热 温 度 的 确 定 潘勇琨 ，王振家 ( 清华大学 机 械工程系 ，北京1 0 0 0 8 4 ) 摘 要 ：焊接冷舜 L 蛙走焊接高强饵 时极 昂出现的缺 陷，而焊前预 热走 薛止箕 出现的有利措施 。本文列举 了一些确定预 热温度 的经鞋 ，厶 、 式 ，井对箕来源、用逢压 应用范 围进行 了说 明，瞳利于焊接工作者在具体 的焊接过程 中选用告适 的冉式 皋确定焊前预 热温度。 美词 ：
2、焊前北理 ；疆热温度 ；经驻公式；来源 、用造及适用范 中田分类号：14 4 1 1 文献标识码 ：B 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 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 ”】 ，从 而 能 达 到 防 止
3、 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 验 方 法 和 钢 材 的 合 金 体 系 不 尽 相 同 ，因 此 有 必
4、收藕日期 ：2 0 0 0 - 0 4 0 3 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 ： ( 1 ) 国 际 焊 接 学 会 ( I I W ) 推 荐 的碳 当 量 公 式 C E )+ + f 2 i 坠 2 1 5 M皇 2 i 2 5 ( 1 ) 该式 主要适 用 于 中、高强度 的非 调质 低合金 高强 度钢 ( b ：5 0 09 0 0 MP a ) 。 当板 厚 2 0 mi l l 时 ，可 以 实 现 钽 钢 复 合
5、 板 管 板 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h 以 2 54 01 3 1 1 13 0 为 宜 。 4 结 论 ( 1 ) 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 问 化 合 物 。 ( 2 ) 复 层 厚 度 大 于 2 0 mm 时 ， 可 实 现 钽 钢 复 合 板 的 焊 接
6、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 2 54 0 n m。 参 考文献： 【 1 强 启 运 ，庄鸿 寿钎 焊手 册 M】 北京 ：机械 工业 出版 社 1 9 9 9 2 4 5 2 】 抄穆索诺夫 r B ，康土坦丁诺夫 B H 钽与铌 M 】 北京 ：工业 出艋社 ，1 9 5 9 1 8 21 8 8 维普资讯 http:/ We l d i n g T e c h n o l o g y o 1 3 0 N o 3 J u n 2 0 0 1 试验与研究 7 + + + + + f 丛壁 2+ ( 2 r ， 、 4 1 4
7、 该 式 主 要 适 用 于 低 碳 调 质 的 低 台 金 高 强 度 钢 ( = 5 0 01 o o O MP a ) 。 当 板 厚 也 5 mm，手 工 焊 线 能 量 为 1 7 k J e m 时 ， 确 定 的( 钢 材 ) 预 热 温 度 大 致 如 下 ： =5 0 0 b l P a ，c 一0 4 6 ， 不 预 热 ； =6 0 0 MP 且 ， C 一 0 5 2 预 热7 5 ； =7 0 ( 1 MP a ， c 一 0 5 2 ， 预 热 1 0 0 ； =8 0 0 MP 且 ， C 一0 6 2 预 热 1 5 0 。 公 式( 1 ) ， ( 2 ) 均
8、 适 用 于 含 碳 量 偏 高( 质 量 分 数 0 1 8 ) 的 钢 种 即 化 学 成 分 ( 质 量 分 数 ) ：C 0 2 0， S i 05 Mn 1 5 ， Cu 0 5 0， Ni 2 5 ， Cr 1 2 5 ， M o 0 7 0 ， V 01 ， B 0006 。 只 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 的 计 算 公 式 ： P衄 = )+ + 巡 +丛 + 巫 + +5 w ( B )6 0 ，( 3 ) 1 5 1 0 该 式 适 用 于 ( C) =0 0 7 0 2 2 ， b =4 0 0
9、1 0 0 0 MP a的低 台金 高 强 度 钢 。适 用 化 学成 分 范 围 (质量 分 数) ： C=0 0 7 0 2 2 ， S i ：0 O 6 1 3 ， M n= O 4 0 1 4 0， CU = O O 5 o， Ni=0 1 20， Cr= 0 1 20， M o= 0 070 V = 0 01 2 ， Nb =0 0 0 4， Ti 0 0 0 5 B = O O 0 05 。 伊 藤 等 又 根 据 ，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 ： = +【 H
10、 6 0+ h 6 0 0， ( 4 ) = + HI 6 0+R 4 0 0 0 0， ( 5 ) 式 中 ， P 一 冷 裂 敏 感 性 ； ( H卜 一 熔 敷 金 属 中扩 散 氢 含 量 ， 1 0 mLg( 甘油 法 )； R一 焊缝 拉伸 拘束度 ，9 8 NP a ； 一 板 厚 ，mm； 只 一 冷 裂 敏 感 指 数 。 当 o时 ， 即有 产 生 裂 纹 的 可 能 性 。利 用 公 式 ( 4) ， ( 5 )可 以计 算 出无 裂 纹 焊缝 所 需 预 热 温度 o ： t o= 1 4 40 R一 3 9 2。 公 式 ( 4) ， ( 5 ) 适 用 条 件 ：
11、扩 散 氢 含 量 【 H】 = ( 1 05 0 ) 1 0 mL g ， h=1 95 0 mm，线 能 量 为 1 73 0 k J e m， 化 学 成 分 范 围 同 公 式 ( 3 ) 。 公 式 ( 4) ， ( 5 ) 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 玲裂 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 ”
12、】 ： c ) + A ( c ) + + + 1 2 1 型 f 丛璺 2 f 2 5 】 + 5 w ( B ) ， ( 6 ) 该 式 适 用 于 ( C) =0 0 3 4 0 2 5 4 的 钢 种 ，是 目 前应 用 较 广 、精 度 较 高 的碳 当 量 公式 。式 中 ，A( C) 为碳 的适 用 系 数 ， A( c )=0 7 5十0 2 5 。 n 2 0 【 ( c)一0 1 2 。 A( c) 与 钢 中含 碳 量 的关 系 见 表 1 。 裹 1 t c ) 与钢中吉穰 的关 系 确 定 高 强 钢 焊 接 预 热 温 度 的 步 骤 ：计 算 C ； 考 虑 热
13、输 入 ，根 据 图 1确 定 Ac 一 以修 正 C 考 虑 焊 缝 金 属 扩 散 氢 含 量 ， 根 据 图 2确 定 Ac 以修 正 C 用 修 正 后 的( c n+A c t +AC 啪 ) 值 ，根 据 图 3的 曲 线 和 坐 标 ，确 定 斜 Y 形 坡 口 焊 接 裂 纹 试 验 临 界 预 热 温 度( 最 低 止 裂 温度 ) 。据文 献 3 称 C 一所确 定 的预 热 温 度 误 差 最 小 精 度 最 高 。 ” 0 U 啦 一O 0 司 孵 一0 一0 C E = 0 1 2 3 4 5 热输 k J c m ) C 根据 w标准计算 用 1由热输修正 c 州
14、赠 垂 j 韪 酥 兽 害 -0 塞 - o 1 5 1 0 5 0 1 0 0 色谱击或水银法所穗定的焊缝盘属 扩散氢古量 1 0 m L g ) 用 2 由焊缝盒扩散氲吉 修正 C 翻 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 碳当量 C It = 0 0 5m L g 热输 1 7 k J m m ，环境温度 1 0 圈 3 根据 c 盯 确定斜 Y形坡 口裂蚊试验临界预热沮鹰 ( 3)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 出 用 于 计 算 预 热 温 度 的 碳 当 量 c 经 验 公 式 ： c
15、z = ( c ) + + + 十世4+ 1 3。 ( 7 ) o J 当c E o 6 0 时 ， 预 热 维普资讯 http:/ 8 试验 与研究 焊接技 术 2 0 0 1 年 6月第 3 O 卷第 3期 2 0 03 7 0 。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 ： c =小)+ + i 1 2 i 丛 2 1 5 ( 2 i 2 l 5 。 ( 8 ) 该 式 考 虑 了 钢 中 ( S i ) 的 影 响 ， 当 C 0 5 5 时 ，可
16、 能 既 要 预 热 ，又 要 后 热 。 美 国焊接学 会 ( AWS ) 提 出的碳 当量 公式 C + + + + + + + 。 ( ) 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 ) 如 下 ： C O 6 0 ， Mn 1 6 ， Ni 3 ，Cr 1 0 ，Mo 0 6， Cu =0 5 1 0 ， P=0 0 5 0 1 5 (当c u 0 5 O 和P 2 1 7 0 0 MP a时 ， G = 2 71 1 1 9 P 01 8 9 1 0 。 C E r 公 式 C = )+ + ( Ni )【 】 40 t
17、o=7 0 0 C +1 6 0 t o m & ( h 3 5 ) +6 2 HD 。 ” + ( 5 3 c E r 一3 2 ) p一3 3 0， ( 1 3 】 式 中 ， Ho 一 熔 敷 金 属 含 氢 量 ； h 一 板 厚 ， mm； Q一 线 能 量 ，k J mm。 成 分 范 围( 质 量 分 数 ) ： C=0 0 5 0 3 2 ， Si 08， M n = 05 19， Cr 1 5， Cu 0 7 1V I o 0 7 5 ， Nb O 06 ，Ni 2 5，Ti 012 V ( o1 8， B0005 。 上 述 碳 当 量 公 式 评 定 钢 的焊 接 性 时
18、 ， 大 致 有 以下 两 种 类 型 ： I 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
19、 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 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： f I 周大鹏焊接 预热和后热拽析f
20、 J 焊接技 术， 1 9 8 8 ( 5 ) f 2 曹良裕 魏战江钢的碳当量公式及其在焊接中的应用f J 材料 开发及应用，I 9 9 9 ( 1 ) I 3 曹继暇用碳当量 C E N确定高强钢焊接预热温度f J 焊接 1 9 9 5 ( 1 ) f 4 周振 丰， 张文锇焊接冶盘与金属焊接性 f M 北京： 机械工 业出 版社 I 9 8 8 1 I f 5 U WE R D， I t OIt N E H D e t e m t i n a fi o n o f s u i t a b l e眦mu m p r e h e a t i n t e mp e r a tur e f o r t h e c o l d c k f r e e w e l d i n g B e 1 日 f J We l d i n g 且 n d C t t i n g 1 9 9 1 ( 5 ) 维普资讯 http:/
