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2018造价师《安装计量》知识点:焊接热处理

浏览次数: 日期: 2018-03-22 11:40

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  焊接热处理

  热处理是通过加热和冷却固态金属的操作方法来改变其内部组织结构,并获得所需金属的物理、化学和力学性能的一种工艺。

  热处理一般由加热、保温和冷却三阶段组成。热处理工艺是通过确定加热温度、保温时间和冷却介质等参数,来达到改善材料性能的目的。

  安装工程施工中,常遇到的热处理是指焊接接头部位的热处理,包括设备、构件全部焊接接头同时进行的热处理。

  焊接热源的高温区不仅使被焊接金属熔化,而且使熔池接邻的母材都受到了热作用的影响(称为热影响区或近缝区)。焊接接头包括焊缝及热影响区。在焊接条件下,金属被加热的速度要快得多,其间金属内部组织结构来不及全部转化(即对碳素钢奥氏体的转化和碳化物熔解过程不充分)。以致影响冷却过程中接头处的组织与性能,也影响了设备、构件的使用性能等。如焊接部位常出现脆性破坏、延迟裂纹、应力腐蚀和氢腐蚀等。因此需要通过热处理工艺来使焊接残余应力松弛、淬硬区软化,改善内部组织结构,降低氢量,提高耐腐蚀性、冲击韧性、蠕变极限等。

  (一)常用热处理方法

  安装工程施工中的热处理一般分为焊前预热焊后热处理两部分。

  1.焊前预热

  预热可防止或减少应力的产生。对于焊接某些重要构件,如高压厚壁容器或塑性较差以及淬火倾向很强的焊件,都要进行焊前预热,以防止焊接过程中产生裂纹。预热的作用在于提高焊接接头温度,减少焊缝金属与母材间的温差,降低焊缝冷却速度,控制钢材组织转变,避免在热影响区中形成脆性马氏体,减轻局部硬化,改善焊缝质量,同时由于预热减缓熔池冷却速度,有利于排气、排渣,故可减少气孔、夹渣等缺陷。

  焊件是否需要预热以及预热的温度,应根据钢材的化学成分、板厚、容器的结构刚性、焊接形式、焊接方法和焊接材料及环境温度等综合考虑。具体情况可参照有关规范。通常情况下,当环境温度低于0℃时,一般除有色金属外都应进行适当预热。对35、45 钢预热温度可选用150-250°C;含碳量再增高或工件刚性很大时,可将预热温度提高到 250-400°C;局部预热的加热范围为焊口两侧150-200mm。对黄铜焊接时,当壁厚为 5-15mm,其预热温度为400-500°C ;壁厚大于15mm时,预热温度升局到550°C。

  2.焊后热处理

  焊后热处理应在外观检查和规定的无损检测合格后进行,对容易产生焊接延迟裂纹的钢材,焊后应及时进行焊后热处理。焊后热处理主要有退火、回火、正火及淬火工艺。

  (1)钢的退火工艺。

  根据钢材的加热温度、保持时间及冷却状况可分为完全退火、术完全退火、去应力退火二种。

  1)完全退火。完全退火是将钢件加热到临界点(对亚共析钢而言,是指珠光体全部转变为奥氏体、过剩相铁素体也完全消失的温度)以上的适当温度,在炉内保温缓慢冷却的工艺方法。其目的是细化组织、降低硬度、改善加工性能去除内应力。完全退火适用于中碳钢和中碳合金钢的铸、焊、乳制件等。

  2)不完全退火。不完全退火是将钢件加热到临界点Ac1?Ac3或Acm(Acl是指碳素钢加热时,珠光体开始转变为奥氏体的温度,Acm是指过共析钢中,珠光体完全转变为奥氏体、过剩相渗碳体也全部溶解的温度)之间的适当温度,保温后缓慢冷却的工艺方法。其目的是降低硬度、改善切削加工性能、消除内应力。常用于工具钢工件的退火。

  3)去应力退火。去应力退火是将钢件加热到临界点下的适当温度,保持一定时间后缓慢冷却的方法。其目的是为了去除由于形变加工、机械加工、铸造、锻造、热处理及焊接等过程中的残余应力。对于焊接钢件,一般加热温度为500-550°C。保温时间为2-4h。

  (2)钢的正火工艺。

  正火是将钢件加热到临界点Ac3或Acm以上的适当温度,保持一定时间后在空气中冷却,得到珠光体基体组织的热处理工艺。其目的是消除应力、细化组织、改善切削加工性能及淬火前的预热处理,也是某些结构件的最终热处理。

  正火较退火的冷却速度快,过冷度较大,其得到的组织结构不同于退火,性能也不同,如经正火处理的工件其强度、硬度、韧性较退火为高,而且生产周期短,能量耗费少,故在可能情况下,应优先考虑正火处理。

  (3)钢的淬火工艺。

  淬火是将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却,使工件在横截面内全部或一定范围内发生马氏体不稳定组织结构转变的热处理工艺。其目的是为了提高钢件的硬度、强度和耐磨性,多用于各种工模具、轴承、零件等。

  (4)钢的回火工艺。

  回火是将经过淬火的工件加热到临界点Acl以下的适当温度,保持一定时间,随后用符合要求方式冷却,以获得所需的组织结构和性能。其目的是调整工件的强度、硬度、韧性等力学性能,降低或消除应力,避免变形、开裂,并保持使用过程中的尺寸稳定。

  回火按不同的加热温度可分为:

  1)低温回火。将钢件加热到150-250°C回火,稳定组织,以得到高的硬度与耐磨性,降低内应力及脆性。主要用于各种高碳钢的切削工具、模具、滚动轴承等的回火处理。

  2)中温回火。将钢件加热到250-500°C回火,使工件得到好的弹性、靭性及相应的硬度,一般适用于中等硬度的零件、弹簧等。

  3)高温回火。将钢件加热到500-700°C回火,即调质处理,因此可获得较高的力学性能,如高强度、弹性极限和较高的韧性。主要用于重要结构零件。钢经调质处理后不仅强度较高,而且塑性、韧性更显著超过正火处理的情况。

  3.热处理方法的选择

  焊后热处理一般选用单一高温回火或正火加高温回火处理。对于气焊焊口采用正火加高温回火处理。这是因为气焊的焊缝及热影响区的晶粒粗大,需细化晶粒,故采用正火处理。然而单一的正火不能消除残余应力,故需再加高温回火,以消除应力。单一的中温回火只适用于工地拼装的大型普通低碳钢容器的组装焊缝,其目的是为了达到部分消除残余应力和去氢。绝大多数场合是选用单一的高温回火。高温回火温度范围为500-780°C (一般要求不超过800°C)。

  习题:焊后热处理一般选用( )。

  A.正火

  B.正火加高温回火

  C.单一高温回火

  D.回火

  答案:BC

  (二)焊后热处理的加热方法

  1.感应加热

  钢材在交变磁场中产生感应电势,因涡流和磁滞作用使钢材发热,即感应加热。

  现在工程上多采用设备简单的工频感应加热,其中中频感应加热有效率高、省电、升温速度快、调节方便、无剩磁等优点,但设备结构复杂、成本高、维护困难。

  2.辐射加热

  辐射加热由热源把热量辐射到金属表面,苒由金属表面把热量向其他方向传导。所以,辐射加热温度差别大,其加热效果较感应加热差。辐射加热常用火焰加热法、电阻炉加热法、红外线加热法。

  工程上常采用氧和乙炔气燃烧产生的高温作为局部焊后热处理方法,采用柴油加热内燃法作为焊后整体热处理方法。采用以上火焰加热方法,虽然热量损失大,温度难以控制,但不需专门设备。为了达到热处理的目的,常可用保温材料进行保温,同时在热处理部位安装热电偶加以控制温度,可获得较理想的结果。

  电阻炉是目前小管子焊缝热处理广泛采用的加热设备,虽然加热效果不及感应加热, 但是结构简单,使用方便。

  红外线加热即是把能量转换为波长2-20μm的红外线形式辐射到焊件上,使焊件表面吸收了红外线自身发热,再把热量向其他方向传导。红外线加热可适用于各种尺寸、各种形状的焊接接头的热处理,加热效果仅次于感应加热。

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