四、焊接热处理

　　热处理一般由加热、保温和冷却三个阶段组成。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。

　　(一)常用热处理方法

　　1.焊前预热

　　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的冷却速度，有利于排气、排渣，故可减少气孔、夹渣等缺陷。

　　2.焊后热处理

　　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

　　1)完全退火。钢件加热到临界点 Ac3(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、轧制件等。

　　2)不完全退火。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。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。

　　(2)钢的正火工艺

　　将钢件加热到临界点 Ac3 或 Acm以上适当温度，保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体基体组织，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(16)。

　　经正火处理的工件其强度、硬度、韧性较退火为高，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。

　　(4)钢的回火工艺

　　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。

　　回火按加热温度的不同可分为：

　　1)低温回火。加热到 150～250℃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、流动轴承等的回火处理。

　　2)中温回火。将钢件加热到 250～500℃回火，使工件得到好的弹性、韧性及相应的硬度，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℃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。(12、14、16)

　　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。

　　【例题】与钢的退火工艺相比，正火工艺的特点为( )。

　　A.冷却速度快，过冷度较大

　　B.生产周期长，能耗较高

　　C.处理后的工件强度、硬度较低

　　D.处理后的工件韧度降低

　　『正确答案』A

　　『答案解析』本题考查的是焊接热处理。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、韧性比退火高，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。参见教材 P84。

　　五、无损探伤

　　目前应用最广泛的无损探伤方法主要是射线探伤、超声波探伤、渗透探伤、磁粉探伤和涡流探伤。

　　1.射线探伤(16)

　　(1)X 射线。由 X 射线发射管发出。X 射线探伤的优点是显示缺陷的灵敏度高于 γ 射线探伤，特别是当焊缝厚度小于 30mm 时。其次是照射时间短、速度快。缺点是设备复杂、笨重，使用成本高，操作麻烦，穿透力较 γ 射线小。

　　γ 射线。施工中多采用放射性同位素作为射线源。γ 射线波长比 X 射线更短，故其射线更硬，穿透力更强。

　　γ 射线探伤的特点是设备轻便灵活，特别是施工现场更为方便，而且投资少，成本低。但其曝光时间长，灵敏度较低。在石油化工行业现场施工时经常采用。

　　(2)中子射线探伤的独特优点是能够使检验封闭在高密度金属材料中的低密度材料如非金属材料成为可能，此方法与 X 射线法是互为补充的，在某些场合，试件既用 X 射线又用中子射线做全面的检测。

　　中子射线探伤的缺点是中子源和屏蔽材料大而重，便携源价格高，比 X 射线探伤曝光程序复杂，还需要解决工作人员的安全防护问题。

　　2.超声波探伤

　　超声波探伤与 X 射线探伤相比，具有较高的探伤灵敏度、周期短、成本低、灵活方便、效率高，对人体无害等优点。缺点是对试件表面要求平滑、要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、对缺陷没有直观性。超声波探伤适合于厚度较大试件的检验。

　　3.涡流探伤(13、14、16)

　　涡流探伤只能检查金属材料和试件的表面和近表面缺陷。在检测时并不要求探头与试件接触，为实现高速自动化检测提供了条件。涡流法可以一次测量多种参数，如对管材的涡流检测，除了可以检查缺陷的特征，还可以测量管材的内径、外径、壁厚和偏心率等。

　　涡流探伤的主要优点是检测速度快，探头与试件可不直接接触，无须耦合剂。主要缺点是只适用于导体，对形状复杂试件难作检查，只能检查薄试件或厚试件的表面、近表面缺陷。

　　4.磁粉探伤

　　磁粉探伤是用来检测铁磁性材料表面和近表面缺陷的一种无损检测方法。

　　磁粉探伤设备简单、操作容易、检验迅速、具有较高的探伤灵敏度，几乎不受试件大小和形状的限制;可用来发现铁磁材料镍、钴及其合金、碳素钢及某些合金钢的表面或近表面的缺陷，可检出的缺陷最小宽度约为 1μm，可探测的深度一般在 1～2mm;它适于薄壁件或焊缝表面裂纹的检验，也能显露出一定深度和大小的未焊透缺陷;但难于发现气孔、夹碴及隐藏在焊缝深处的缺陷。宽而浅的缺陷也难以检测，检测后常需退磁和清洗，试件表面不得有油脂或其他能黏附磁粉的物质。

　　5.渗透探伤(12，15，18)

　　渗透探伤包括荧光法和着色法。

　　渗透探伤的优点：

　　不需要特别昂贵和复杂的电子设备和器械，费用低廉;

　　检验的速度快，操作比较简便，大量的零件可以同时进行批量检验;

　　缺陷显示直观，具有相当高的灵敏度，能发现宽度 1μm 以下的缺陷;

　　不受被检试件几何形状、尺寸大小、化学成分和内部组织结构的限制，广泛应用于黑色和有色金属锻件、铸件、焊接件、机加工件以及陶瓷、玻璃、塑料等表面缺陷的检查。不受缺陷方位的限制，一次操作可同时检验开口于表面中所有缺陷，它能检查出裂纹、冷隔、夹杂、疏松、折叠、气孔等缺陷。

　　最主要的限制：只能检出试件开口于表面的缺陷，不能显示缺陷的深度及缺陷内部的形状和大小，对于结构疏松的粉末冶金零件及其他多孔性材料不适用。

　　【例题】某一形状复杂的非金属试件，按工艺要求对其表面开口缺陷进行探伤，方法应为( )。

　　A.涡流探伤

　　B.磁粉探伤

　　C.渗透探伤

　　D.超声波探伤

　　『正确答案』C

　　『答案解析』本题考查的是无损探伤。渗透探伤只能检出试件开口于表面的缺陷。选项 AB 主要用于金属材料检测;选项 D 超声波探伤对工作表面要求平滑。参见教材 P87。

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