合金结构钢焊接，预热温度到底怎么定

腊月里，车间门口挂着厚棉帘，温度计指着四度。

焊工老赵蹲在工件旁边，手里拎着烤枪，不太情愿。工件是一根42CrMo的轴，要焊到Q355的法兰上，坡口已经开好，焊材烘过，就差预热。

焊接工程师小周走过来，说，两百五十度，测温枪打坡口两侧，别只烤表面。

老赵嘟囔，这么厚的板，焊起来自己就热了，还费这个劲。

小周没让。他说，这根轴焊完要等四十八小时才探伤，你现在省下的半小时，后面可能要用一根轴来赔。

老赵把烤枪点着了。

一、碳当量是起点，不是答案

合金结构钢为什么难焊？

一句话，它碳高、合金多，焊后冷却快，热影响区容易淬成马氏体。马氏体硬而脆，加上焊缝里的氢和拘束应力，三样凑齐，冷裂纹就有了条件。这种裂纹不一定当场出现，可能过一天、两天才响，所以叫延迟裂纹。

判断难焊程度，常用的第一把尺子是碳当量。把碳、锰、铬、钼、钒、镍、铜按各自的影响折算成一个数，数越大，淬硬倾向越强。42CrMo算下来不低，属于要当回事的料。

但碳当量只是起点。它告诉你这块料“底子”怎么样，不告诉你这个接头该怎么焊。同样牌号，二十毫米厚和一百毫米厚，焊出来是两个结果；自由状态和刚性固定，又是两个结果。

小周常说，碳当量是体检报告，预热温度是处方。拿体检报告直接当处方用，是要出事的。

二、板厚、拘束、环境温度，一起算

定预热温度，小周习惯问四件事。

第一件，多厚。板越厚，散热越快，焊缝冷却速度越高，淬硬倾向越大。厚板还要考虑道数多、层间反复受热，热影响区组织更复杂。

第二件，拘束多大。工件能不能自由收缩，差别很大。平板对接，焊缝能自由收缩，应力小；管子焊在法兰中间，四周刚性固定，收缩不了，应力全憋在焊缝里。拘束大的接头，预热温度要往上提，层间温度也要守住。

第三件，环境什么样。车间四度，和车间二十度，不是一回事。环境温度低、湿度大、穿堂风直吹，冷却速度都会加快。露天作业遇上大风，光预热不够，还得搭挡风棚。

第四件，什么焊材、什么方法。低氢焊材、氩弧焊打底、多层多道，这些都会影响氢的含量和冷却过程。

四件事凑在一起，才有一个初始的预热温度。这个温度不是拍出来的，是算出来、试出来、评出来的。

三、预热多少度，怎么烤，怎么测

预热不是把坡口烤黑就行。

烤枪要顺着坡口两侧来回摆，宽度一般是坡口两侧各一倍板厚，厚板还要加宽。烤完不能马上焊，要让热量往内部走一走，表面到了温度，芯部还没到，焊上去照样快冷。

测温也有讲究。测温枪打坡口边缘，离坡口十几毫米的位置，正反两面都要打。只测正面，背面可能还凉着。厚板最好用接触式测温，表面辐射温度会骗人。

层间温度是另一条线。太低，等于没预热；太高，热影响区晶粒粗化，韧性掉下来，还容易产生热裂纹。层间温度要有一个上限，不能一路烤到烫手。

小周给老赵定的规矩是：预热到温，开始焊；每焊完一道，测温；低于下限就补烤，高于上限就停一停，等它降下来。老赵嫌麻烦，小周说，麻烦的是测温枪，不麻烦的是返工。

四、焊材不是越强越好

很多人选焊材，第一反应是“跟母材一样强”。

对42CrMo这类中碳合金钢，这个思路常常帮倒忙。焊材强度选得越高，焊缝的拘束应力越大，氢致裂纹的风险越高。工程上更常见的做法是低强匹配：焊缝强度略低于母材，让焊缝先屈服，把应力卸掉一部分，母材和热影响区反而安全。

低强匹配有个前提：接头设计要按焊缝强度算，不能还按母材强度算。有人拿了低强焊材，却按母材许用应力设计，安全系数就虚了。

焊材的氢含量是另一条硬线。低氢焊材要烘干，烘干温度和时间按焊材说明书来，烘完放保温筒，随用随取。烘干箱里拿出来的焊条，在露天放半天，跟没烘差不多。

还有一条常被忘掉：定位焊。定位焊也是焊缝，也要预热，也要用同等级焊材。很多冷裂纹，就是从定位焊的几毫米小点上起头的。

五、焊后热处理，不是可选项

预热解决的是“焊的时候冷得太快”，焊后热处理解决的是“焊完了还剩什么”。

对42CrMo这种淬硬倾向明显的钢，焊后常用两道处理。一道是消氢，焊完趁热进炉或者用保温棉包起来，在两百多度保温一段时间，让氢跑出去。另一道是去应力退火，温度按母材的回火温度来定，不能超过它，否则母材本身的性能会被改掉。

时间窗口很关键。消氢要趁热，等工件凉透了再进炉，效果差一半。去应力可以晚一点，但也别拖到探伤之后。

焊后热处理还会带来变形。薄件、长件、结构复杂的件，进炉前要考虑支撑和夹具，出炉后要检查变形量。热处理不是万能药，它把裂纹的风险压下去，可能把变形的麻烦提上来。

六、工艺评定，才是那张底牌

老赵那根轴，最后焊完了，也探了伤。

四十八小时后，超声波在热影响区发现两条细裂纹，长度不大，位置在法兰侧的熔合线附近。返工的时候，老赵没再抱怨预热。

小周把这次的事做成案例，写进焊接工艺规程：预热温度、层间温度上限、焊材牌号、消氢时间，一条条列清楚。往后每批新产品先做工艺评定，过了才允许批量干。

工艺评定很多小厂觉得费钱，可它费的是几千块试板的钱，省的是几万块返工的钱。内容不复杂：按拟定工艺焊试件，做外观、探伤、拉伸、弯曲、冲击，必要时加硬度分布和金相，数据合格工艺才算立住。

也不是所有合金结构钢都要预热。薄板、低碳当量、拘束小、环境温度高，这些条件凑齐，可以不做预热，但要有评定数据支撑，不能凭“以前都这么干”。

合同里最好写明工艺评定的依据、预热和层间温度要求、焊后热处理制度、探伤时机。写清楚了出事按条款走，写不清楚只能各说各话。

和这批轴配套的还有一批40Cr的无缝管，之前写过20Cr、40Cr 合金结构钢无缝管，讲的是材料本身的特点，焊接前看一眼有好处。

有焊接工艺评定、预热方案或者焊后裂纹的麻烦，可以到钢管动力发布需求发出来，让做过同类接头的焊接工程师帮着看看。钢管动力，关联公众号：钢标控。