预热对夹送辊堆焊裂纹影响的学习体会

文献概况与研究意义

本文发表于2006年《热加工工艺》杂志，由西安航空职业技术学院王丽华与陕西压延设备厂惠渊博合作完成，通过实验研究了预热方法对消除夹送辊堆焊冷裂纹和热裂纹的影响。夹送辊是连轧生产线中用于夹持和输送轧件的辊子，其工作表面承受极高的接触应力和摩擦磨损，堆焊修复是延长其使用寿命的主要手段。然而，夹送辊堆焊过程中冷裂纹和热裂纹的产生是制约堆焊质量的核心难题。

裂纹类型与成因分析

冷裂纹

冷裂纹是夹送辊堆焊中最常见的缺陷类型，其产生需要三个条件同时满足：

冷裂纹通常在焊后数小时甚至数天后延迟产生，其危险性在于隐蔽性强，难以在焊接过程中及时发现。

热裂纹

热裂纹产生于焊缝凝固过程中或凝固后的高温阶段，主要与以下因素有关：

• 液态薄膜效应：低熔点共晶物在晶界形成液态薄膜，在应力作用下开裂
• 焊接应力：凝固收缩受到约束产生拉应力
• 材料成分：硫、磷等杂质元素促进低熔点共晶的形成

热裂纹在焊接过程中即可观察到，通常沿焊缝表面或内部呈网状分布。

预热的作用机制

预热是防止堆焊裂纹最有效的工艺措施之一。预热的核心作用体现在以下几个方面：

降低冷却速率

预热提高了母材初始温度，延长了焊缝从高温到室温的冷却时间，从而降低冷却速率。冷却速率降低后，马氏体形成量减少，贝氏体和铁素体等韧性较好的组织比例增加，堆焊层的淬硬倾向降低。

减少焊接应力

预热使母材与堆焊层的温度梯度减小，热应力降低。同时，较高的初始温度使材料的塑性变形能力增强，有利于应力的松弛和重新分布。

促进氢扩散

预热后较高的温度有利于焊缝中氢的扩散逸出，降低氢浓度，从而减弱氢脆效应。对于冷裂纹而言，氢是必要条件之一，控制氢含量是防裂的关键环节。

实验结果与工艺建议

文中通过实验对比了不同预热温度下的堆焊裂纹情况，验证了预热对冷裂纹和热裂纹的抑制效果。虽然文中未详细列出所有实验数据，但其结论表明：

• 适当的预热温度可以显著减少冷裂纹的产生
• 预热对热裂纹的抑制效果相对有限，需要结合其他措施
• 预热温度的选择需要平衡防裂效果与对堆焊层硬度的影响

预热温度选择的工程考量

工程实践启示

预热与其他防裂措施的协同

预热虽然有效，但不能单独解决所有裂纹问题。在实际生产中，应综合采用以下措施：

1. 焊材选择：选用低氢焊材，从源头控制氢来源
2. 多层多道焊：利用层间温度控制冷却速率，利用后道回火效应改善组织
3. 焊后热处理：堆焊后进行去应力退火，消除残余应力
4. 层间温度控制：保持适当的层间温度，避免过冷或过热

预热的局限性

预热对热裂纹的抑制效果有限，因为热裂纹主要与材料的低熔点共晶和凝固收缩应力有关。对于热裂纹的控制，需要从焊材成分优化（降低硫、磷含量）和堆焊工艺参数调整（降低热输入、优化焊接速度）入手。

学习心得

这篇文献虽然篇幅不长，但抓住了夹送辊堆焊裂纹防治的核心问题——预热。在工程实践中，很多技术人员对预热的理解停留在"提高温度"的层面，而忽略了预热背后的物理机制。通过理解预热如何影响冷却速率、焊接应力和氢扩散，技术人员可以更科学地选择预热温度，而不是盲目地提高温度。特别是对于热裂纹的控制，预热并非万能，需要结合焊材优化和工艺调整。这一认识对于提高堆焊质量、减少返修率具有直接的指导意义。