1、筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 附录 确定预热温度的一些可用方法的指南 （指令性资料） (本附录是AWS D1.1:2000 钢结构焊接规范的一部分, 还包括用于这一规范的强制性要求。) 1 引言 本指南的目的是提出一些可供选用方法，以确定焊接条件（主要是预热），来避免冷裂纹。这些方法主要以世界范围内几个实验室多年来进行的小规模试验的研究工作为依据。没有一种方法用于所有情况下预测最佳条件都是有效的，但本指南着重考虑了表3.2的要求中明显没有包括的几个重要的因素，诸如氢的含量和钢的化学成份。因此，本指南在说明表3.2的要求是否过于保守或者在某些情况下是否不敷需要的方面也许是有价值的。 用
2、户可参阅条文说明，其中更详尽地介绍了引导所推荐的两种方法的科学和研究资料的背景。 当采用本指南作为表3.2的一种替代办法时，必须认真考虑所作的假设、所选的数值及以往的经 验 。 2 方法 采用下列两种方法作为估计防止冷裂纹的焊接条件的基础： (1) 控制热影响区 (HAZ) 的硬度 (2) 控制氢含量 3 控制热影响区的硬度 3.1 本指南有关使用这一方法的条款仅限于角焊缝。 3.2 本方法基于这种假设：只要热影响区的硬度保持在某个临界值之下，就不会发生裂纹。将冷却速度控制在某一临界值以下即可达到这一目的，而冷却速度的临界值却取决于钢的淬硬性。焊接时钢的淬硬性与钢形成硬的热影响区的倾向有关，并
3、且能以冷却速度为表征，而冷却速度是产生给定硬度的必要条件。所以，具有较高淬硬性的钢材与具有较低淬硬性的钢材相比，能够在较低冷却速度下产生硬的热影响区。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 在技术文献中可以找到关于焊缝的冷却速率与钢材构件厚度、接头型式、焊接条件和变素之间关系的方程式和图表。 3.3 选择临界硬度值将取决于若干因素，诸如：钢材的类型，氢的含量，拘束度以及工作条件。角焊缝的实验室试验表明，如果HAZ的维氏硬度值低于350Vh，即使使用高氢焊条，HAZ裂纹也不会发生。使用低氢焊条,则硬度达到400Vh也不会开裂。不过，在下述场合的使用中不可有如此高的硬度：存在增大应力腐蚀裂纹的危
4、险性， 或引发脆性破断或增大结构安全性和使用性的其他危险。 给定硬度值的临界冷却速度与钢材碳当量之间有近似 的关系（见图2）。由于关系只是大致的，所以图-2中的曲线，对普通碳素钢和普通碳锰钢来说可能偏于保守，因此采用高硬度曲线也无多大危险。 某些低合金钢，特别是那些含铌的钢，较之图-2所示可能更易淬硬，建议采用较低的硬度曲线。 3.4 虽然本方法能够用来确定预热温度，但其主要价值是确定能防止过分硬化所需的最小线能量 （因而是最小焊缝尺寸）。这对确定无需预热就能施焊的单道角焊缝的最小尺寸特别有用。 3.5 硬度法不考虑焊缝金属开裂的可能性。不过，根据经验，用此法确定的线能量对大多数角焊缝来说，通
5、常已足够防止焊缝金属的开裂，只要焊条（丝）不是高强度的填充金属，而焊接方法通常为低氢型（例如低氢 (SMAW) 焊条，气体保护熔化极电弧焊，药芯焊丝电弧焊，埋弧焊）即可。 3.6 因为本方法仅依赖于控制HAZ硬度，所以，很显然不考虑含氢量和拘束。 3.7 本方法不适用于调质钢。见5.2（3）的限制。 4 控制氢含量 4.1 控制氢含量方法是基于这种假设：如果接头冷却到大约 120F（ 50C）以后，残留在接头中的平均含氢量不超过某一临界值，则不会产生裂纹，而氢含量的临界值取决于钢的化学成份和拘束。运用此法能够估算足以使氢扩散出接头所必需的预热温度。 4.2 本方法主要建立在有拘束的接头部分熔透
6、（PJP）坡口焊缝试验结果的基础上；试验中所用的焊缝金属与母材匹配。本方法未用角焊缝作大量的试验；不过，由于考虑到拘束，所以也适当地适合于这种焊缝。 4.3 本控制氢含量方法需要确定拘束的程度及熔池中原来的含氢量。 在本指南中，拘束被分为高、中、低三级，且必须根据经验加以确定。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 4.4 控制含氢量方法是以代表一条根部焊道的低线能量单焊道以及假定热影响区硬化为基础的。所以，本方法对淬硬性很高的高强度、低合金钢特别有用，在那些场合硬度控制法始终不适用。因此，由于假设了热影响区完全变硬，所以，对碳素钢来说，估计的预热温度也许太保守。 5 方法的选择 5.1 建
7、议将下列步骤作为指南，确定是选择硬度控制法还是氢含量控制法。 确定碳含量和碳当量： 15Cu)(Ni5V)Mo(Cr6Si)(MnCCE+= 然后找出该钢材在图1中的区域位置（见6.1.1有关取得化学成分的不同途径）。 5.2 每区的性能特征及推荐的做法如下： (1) 区 裂纹未必会出现，但在高氢含量或高拘束度的情况下也可能发生。使用控制氢含量方法来确定该区内钢材的预热温度。 (2) 区 必须选用硬度控制法，并使用选定的硬度来确定无需预热的单道角焊缝的最小线能量。 若估出的线能量不实用，则用控制氢含量方法确定预热温度。 对于坡口焊缝，必须用控制氢含量方法来确定预热温度。 对于高碳钢，角焊缝和坡
8、口焊缝这两种焊缝，也许都需要确定最小线能量以控制硬度和确定预热温度以控制氢含量。 (3) 区 必须用控制含氢量方法。在那些限制线能量以保持热影响区性能的场合（例如某些调质钢），应采用控制含氢量方法来确定预热温度。 6 细则 6.1 硬度法 6.1.1 必须按下式计算碳当量：15Cu)(Ni5V)Mo(Cr6Si)(MnCCE+= 化学成份可取自： （1） 钢厂化验证明书 （2） 典型产品化学成分（来自钢厂） （3） 技术规格中的化学成分表（用最大值） 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 6.1.2 必须按照选定的最大热影响区硬度为400Vh或350Vh从图-2中确定临界冷却速度。 6.1.
9、3 必须根据适当的“翼缘板”和“腹板”的厚度，从图-3中选取合适的曲线并确定单道角焊缝的最小线能量。这种线能量适用于埋弧焊。 6.1.4 对于其它的焊接方法，单道角焊缝最小线能量可以估算如下：按6.1.3估计出用于埋弧焊（SAW）方法的线能量，再乘以下述系数： 焊接方法 系 数 SAW 1 SMAW 1.50 GMAW，FCAW 1.25 6.1.5 图-4可用来确定角焊缝尺寸，角焊缝尺寸为线能量的函数。 6.2 氢含量控制法 6.2.1 化学成份参量Pcm值必须按下式计算： 5B10V15Mo20Cr60Ni20Cu20Mn30SiCPcm+= 化学成分必须按6.1.1确定。 6.2.2 含
10、氢量必须按下述方法确定和解释： (1) H1 超低氢含量 这些焊接材料为：使用ISO36901976标准测定，扩散氢含量小于5ml/100g熔敷金属；或根据AWS A5.1 或A5.5要求，焊条药皮含水率不超过0.2。这种数据可由下述办法确定：将所用的焊接材料从包装或容器中取后敞露放置一段预先打算的时间，适当考虑即将使用前的实际贮存条件，然后测试每一种型号、每一种商标或每一种焊丝 / 焊剂组合的焊接材料。可以采取下列措施来满足这一要求： （a） 从密闭防潮容器中取出的低氢焊条，在700F800F (370430C)烘焙 1小时，取出后两小时内使用。 （b） GMAW使用清洁的实芯焊丝。 (2)
11、 H2 低氢含量 这类焊接材料为：使用ISO36901976标准测定，扩散氢含量小于10ml/100g熔敷金属；或按AWS A5.1 标准测定的焊条药皮含水率不超过0.4。这种数据可以通过测试所使用的每一种型号、每一种商标的焊条（焊丝）或者每一种焊丝/焊剂组合而获得。可以采取下列措施来满足这一要求： （a） 从符合本规范5.3.2.1要求的密闭防潮容器中取出的低氢焊条，并在取出后4小时内使用。 （b） 使用干燥焊剂的埋弧焊。 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM (3) H3 不控制含氢量 不符合H1或H2要求的所有其他焊接材料。 （B）1/4 in. (6mm)厚度翼缘板和不同厚度腹板的单
12、道埋弧焊（SAW）角焊缝 图-3 确定埋弧焊单道角焊缝的冷却速率曲线图（见6.1.3） * 原文（B）图中无此注，可能是遗漏，（E）图同样如此。现将注加进此二图中，请使用者注意。 译注 （C）1/2 in. (12mm)厚度翼缘板与不同厚度腹板的单道埋弧焊（SAW）角焊缝 （D）1 in. (25mm)厚度翼缘板和不同厚度腹板的单道埋弧焊（SAW）角焊缝 （E）2 in. (50mm)厚度翼缘板与不同厚度腹板的单道埋弧焊（SAW）角焊缝 （F）4 in. (100mm)厚度翼缘板与不同厚度腹板的单道埋弧焊（SAW）角焊缝 （A）药皮焊条手工电弧焊（SAMW） （B）埋弧焊（SAW） 6.2.3
13、 必须根据表1确定敏感度指数分组 6.2.4 最低的预热温度和道间温度 必须采用表2给出的最低预热温度和道间温度。表-2给出了拘束的三个等级。所用的拘束等级必须根据6.2.5确定。 6.2.5 拘束度 属于不同拘束等级的焊缝类型分类应根据经验、工程判断、研究成果或计算确定。 三级拘束为： (1) 低拘束 这级拘束是指普通的角焊缝和坡口焊缝的接头，在接头中构件有适当的活动自由度。 (2) 中拘束 这级拘束指如下切角焊缝和坡口焊缝的接头：由于构件已连接于结构产品，所以接头中活动自由度减少。 (3) 高拘束 这级拘束是指如下焊缝：被连接的构件几乎没有活动自由度（例如返修焊缝，特别是在厚的材料中）。
14、表1 以含氢量“H”和化学成份参量Pcm为函数的敏感度指数分组（见6.2.3） 敏感度指数2分组 碳当量=P1cm 含氢量, (H) 0.18 0.23 0.28 0.33 0.38 H1 A B C D E H2 B C D E F 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM H3 C D E F G 注： 1、 5B10V15Mo20Cr60Ni20Cu20Mn30SiCPcm+= 2、敏感度指数 12Pcmlog10H 3、从A至G的敏感度指数分组，按注2所示公式，包括了化学成份参数Pcm和氢含量H的组合作用。将已知Pcm值和下述H值（ ml/100g焊缝金属）（见 6.2.2，a，b，c）
15、代入注2公式即可求得敏感度指数的精确数值： H15； H210； H330 为使用方便，敏感度指数分组已用字母作了表格化处理，从A到G的每一字母都包括了敏感度指数的一小 段范围，如下述： A=3.0，B=3.13.5，C=3.64.0；D=4.14.5；E=4.65.0；F=5.15.5；G5.67.0 表-2中，将这些分组与拘束和厚度相结合，用以确定最小低预热温度和道间温度。 表2 三个拘束等级的最低预热温度和道间温度（见6.2.4） 最低预热温度和层道间温度（F） 敏感度指数分组 拘束 等级 厚度 * in. A B C D E F G 3/8 65 65 65 65 140 280 30
16、0 3/83/4 65 65 65 140 210 280 300 3/41-1/2 65 3 65 65 100 200 250 280 300 3/8 65 65 65 65 160 280 320 3/83/4 65 65 65 175 240 290 320 3/41-1/2 3 200 250 280 300 320 320 320 3/8 65 65 65 100 230 300 320 3/83/4 3 240 265 300 300 320 320 320 *厚度为被焊的较厚部件厚度 表2 三个拘束等级的最低预热和的道间温度（见6.2.4） 最低预热温度和道间温度（C） 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 敏感度指数分组 拘束 等级 厚度 * mm A B C D E F G 10 20 20 20 20 60 140 150 1020 20 20 20 60 100 140 150 2038 20 75 20 20 40 95 120 140 150 10 20 20 20 20 70 140 160 1020 20 75 95 120 140 150 160 160 160 10 20 20 20 40 110 150 160 1020 75 115 130 150 150 160 160 160 *厚度为被焊的较厚部件厚度
