预热包括在焊接前将母材加热到所需的特定温度，即预热温度，可以是整个母材，也可以是连接周围的区域。在焊接过程中可以继续加热，但通常焊接产生的热量足以维持所需的温度，而不需要外部热源的持续加热。焊道间温度，定义为第一道和最后一道焊道之间的母材温度，不能低于预热温度。这里不再进一步讨论通道间温度。预热可以产生许多有益的效果;然而，如果不了解相关的基本原理，就有浪费金钱的风险，甚至更糟的是，会降低焊件的完整性。

为什么预热?
利用预热有四种主要原因：（1）它降低了焊接金属和基础金属中的冷却速度，产生更具延展性的冶金结构，具有更大的抗裂性（2），较慢的冷却速率为任何氢气提供了机会可以存在于无害地扩散而不会引起破裂（3），它减少了焊缝和相邻的基底金属中的收缩应力，这在高度限制的关节和（4）中尤为重要，它在脆性骨折的温度上提高了一些钢发生在制造中。另外，预热可用于帮助确保特定的机械性能，例如缺口韧性。

什么时候需要预热?
在确定是否预热时，应考虑以下因素阵列：代码要求，截面厚度，基础金属化学，约束，环境温度，填充金属氢含量和先前的开裂问题。如果必须遵循焊接代码，则代码通常将指定给定基础金属，焊接过程和截面厚度的最小预热温度。无论基础金属化学的约束或变化如何，必须达到这个最小值;但是，如果需要，可以提高最小值。下一节中说明了一个例子。

当没有规范焊接时，必须确定是否需要预热，如果需要，什么预热温度是合适的。一般来说，对厚度小于1英寸(25毫米)的低碳钢通常不需要预热。然而，随着焊缝金属的化学成分、扩散氢含量、约束或截面厚度的增加，对预热的需求也随之增加。有几种方法可以确定给定母材和截面厚度所需的预热温度，这些将在下一节中讨论。

需要预热温度是多少？
焊接规范通常规定了预热温度的最小值，这可能足以也可能不足以在每次应用中防止开裂。例如，如果梁-柱连接是用ASTM A572-Gr50和A36巨型截面(厚度从4到5英寸)制成的低氢电极制作，则需要进行225°F(107°C)的最低预合格预热(AWS D1.1-96，表3.2)。然而，对于在大型型材中制作对接接头，建议将预热温度提高到超过美国钢铁公司(AISC)在大型型材中制作对接接头所要求的最低预合格水平，即350°F(175°C) (AISC LRFD J2.8)。此保守建议承认，AWS D1.1规定的最低预热要求可能不适用于这些高度受限的连接。

当没有指定焊接代码时，已经建立了预热的需要，如何确定适当的预热温度？作为讨论的基础，考虑AWS D1.1-96，ANNEX XI：“确定预热的准则”，这提出了两种方法，该程序是建立主要从实验室开裂试验中发育的预热温度。这些技术是有益的由于组成，约束，氢水平或较低的焊接热输入，裂化增加。

AWS D1.1-96附录XI概述的两种方法是:(1)热影响区(HAZ)硬度控制和(2)氢控制。热影响区硬度控制方法是基于如果热影响区硬度保持在某一临界值以下就不会发生裂纹的假设，该方法仅限于填角焊缝。这是通过控制冷却速度来实现的。给定硬度的临界冷却速率与钢的碳当量有关，其定义为:

CE = C + ((Mn + Si) / 6) + ((Cr +莫+ V) / 5) + ((Ni +铜)/ 15)

根据临界冷却速率，可以计算出最小预热温度。(Blodgett的论文题为“通过计算机编程计算冷却速率”，概述了基于冷却速率、热输入、板厚、冷却速率达到临界温度、预热温度、导热系数和比热的计算程序。)然而，应该指出，“尽管该方法可以用来确定预热水平，但其主要价值在于确定防止过度硬化的最小热输入(以及最小焊缝尺寸)”(附件十一，第3.4段，AWS D1.1-96)。

氢控制方法是基于这样一种假设:如果在接头冷却到大约120°F(50°C)后剩余的氢量不超过取决于钢的成分和约束的临界值，则不会发生开裂。这种方法对于具有高淬透性的高强度、低合金钢非常有用。然而，对碳钢来说，计算的预热温度可能过于保守。

氢控法的三个基本步骤是:(1)计算与碳当量相似的组成参数;(2)计算磁化率指数作为组成参数和填充金属扩散氢含量的函数;(3)从约束水平、材料厚度和磁化率指标确定最小预热温度。

如何进行预热?
在选择施加预热的方法时，应考虑材料厚度，焊接的尺寸和可用的加热设备。例如，可以在炉中最有效地加热小生产组件。然而，大型结构部件通常需要加热火炬，电动管加热器或感应或辐射加热器的堤岸。

对碳钢进行预热一般不需要很高的精度。虽然将工作加热到最低温度是很重要的，但超过该温度大约100°F(40°C)也是可以接受的。然而，对于淬火和回火(Q&T)钢却不是这样，因为在过热的Q&T钢上焊接可能在热影响区是有害的。因此，Q&T钢要求设定最高和最低预热温度，并密切跟踪。

当对要焊接的接头进行加热时，AWS D1.1规范要求最低预热温度的设定距离至少等于最厚构件的厚度，但不小于3英寸。(75毫米)从焊接点的所有方向。为了确保焊接接头周围的全部材料体积被加热，建议对要焊接的另一侧进行加热，并测量接头附近的表面温度。最后，应该检查钢的温度，以验证最小的预热温度已经建立在开始电弧之前的每个道次。

总结
预热可以防止开裂和/或确保特定的机械性能，如缺口韧性。

当适用的规范有规定时，必须进行预热;当没有规范适用于特定情况时，焊接工程师必须确定是否需要预热，给定母材和截面厚度需要什么温度。

AWS D1.1-96的附录XI提供了确定适当预热量的替代方法的指南:HAZ硬度控制方法，或氢控制方法。

预热可以在炉中进行，也可以使用加热炬、电条形加热器或感应或辐射加热器进行预热。碳钢不要求精确的温度精度，但感应或镭加热器，淬火钢和回火钢必须密切遵循最高和最低预热温度。

参考书目
ANSI/AWS D1.1-96结构焊接规范:钢美国焊接学会，1996。

Bailey，N.铁素体钢的可焊性。焊接研究所，1995年。

Bailey，N.等，没有氢气裂缝的焊接钢。焊接研究所，1973年。

Blodgett，0.“通过计算机编程计算冷却速率”，“焊接期刊。1984年3月。

焊接中冷裂控制的原理。自治领桥梁有限公司，1975年。

欧文，B。“预热：对氢气开裂的主要防御。”焊接期刊。1992年7月。

Stout, R.D.和Doty, w.d.，钢的焊接性。焊接研究委员会，1971年。

电弧焊工艺手册。詹姆斯·f·林肯电弧焊接基金会，1994年。