焊前预热（preheat）是在施焊前对焊件局部或整体加热到规定温度并维持的过程。它的根本目的不是“把工件烤热”，而是：① 降低焊接接头的冷却速度，给氢充分逸出时间，防止氢致延迟裂纹（冷裂纹）；② 减小焊缝与母材的温度梯度，降低焊接残余应力与变形；③ 改善熔合区与热影响区的组织韧性，尤其对淬硬倾向大的低合金钢、Cr-Mo 钢至关重要。因此，“什么时候必须预热”本质上是材料淬硬倾向 + 厚度/拘束度 + 环境温度 + 扩散氢控制四个因素的综合判定。
一、本文引用的标准
| 标准 | 本文用到的主要条款 | 说明 |
|---|---|---|
| GB/T 150.4-2024《压力容器 第4部分：制造、检验和验收》 | §7.1.1（施焊环境）、§7.3.2（焊前预热和后热）、§8.4.3 及表4（PWHT 阈值） | 本文核心依据；条款文本已逐页从 PDF 文本层提取核对 |
| NB/T 47015-2023《压力容器焊接规程》 | §5.5 预热、表1 常用钢号推荐的最低预热温度 | 材料-钢号查表法的主要来源；当前磁盘为扫描件，表1 数值以标准印刷版为准 |
| GB/T 12337-2014《钢制球形储罐》 | §8.3.1.2 施焊环境 | 球罐专项，与 GB/T 150.4 的低温预热要求一致；当前磁盘为扫描件 |
| TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》 | 制造章引用 GB/T 150 | 全文检索无“预热”字样，不列具体数值；预热技术要求由 GB/T 150.4 + NB/T 47015 规定 |
注意：TSG 21-2016 是监察规程，其制造要求指向 GB/T 150。不要到 TSG 21 里去找“预热温度”——那里没有。技术数值在 GB/T 150.4-2024 与 NB/T 47015-2023。
二、什么时候必须预热——四类触发条件
把“要不要预热”拆成四道判定题，任一道命中即应预热（或禁止施焊）。
2.1 按材料类别（强制预热）
| 材料情形 | 预热要求 | 依据 |
|---|---|---|
| Fe-5C 类材料（如 2.25Cr-1Mo、1.25Cr-0.5Mo 等 Cr-Mo 钢）制压力容器及受压元件 | 焊前预热不宜低于 180 ℃ | GB/T 150.4-2024 §7.3.2 c) |
| Fe-3-3 组材料，且焊件厚度 ≥ 70 mm | 焊前预热温度宜不低于 170 ℃；焊接过程中焊件温度保持 170 ℃~300 ℃；焊后应立即进行不低于 300 ℃ 的后热，保温时间不少于 2 h | GB/T 150.4-2024 §7.3.2 a) |
| Fe-5A、Fe-5C 类材料 | 应保证焊接接头坡口及两侧各一倍壁厚（且不小于 100 mm）范围内的母材温度始终不低于预热温度，且不高于允许的最高层间温度，并保持至焊接完毕；焊接中断仍应维持，否则应进行中间消除应力热处理 | GB/T 150.4-2024 §7.3.2 b) |
| 其他非合金钢 / 低合金钢（Fe-1-1、Fe-1-2、Fe-3 等） | 按 NB/T 47015-2023 表1（按钢号 + 焊接方法）查取推荐的最低预热温度；当焊件厚度增大或拘束度增大时，应适当提高预热温度 | GB/T 150.4-2024 §7.3.2 d) + NB/T 47015-2023 §5.5 / 表1 |
NB/T 47015-2023 表1 以“材料分组（Fe-1-1 非合金 / Fe-1-2 低合金 / Fe-3 / Fe-5A / Fe-5C / Fe-8 奥氏体等）× 焊接方法”给出每种常用钢号的最低预热温度，是工程上“查表定预热”的主入口。由于当前手头该标准为扫描件，具体数值请直接查标准印刷版表1，本文化工引用其分组与查表逻辑，不 substitute 未核对的数字。
2.2 按环境温度（强制预热 / 禁止施焊）
| 焊件温度条件 | 要求 | 依据 |
|---|---|---|
| −20 ℃ ~ 0 ℃ | 应在始焊处 100 mm 范围内预热到 15 ℃ 以上 | GB/T 150.4-2024 §7.1.1.2 |
| 低于 −20 ℃ | 出现该情况且无有效防护措施时，不应施焊 | GB/T 150.4-2024 §7.1.1.1 e) |
| 球罐专项（同上的低温情形） | 0 ℃~−20 ℃ 时，施焊处 100 mm 范围内预热至 15 ℃ 以上 | GB/T 12337-2014 §8.3.1.2 |
环境温度这条最容易被现场忽视：它不是“天气冷才预热”，而是以焊件本体温度为准。东北冬季室外组焊、球罐现场安装尤其要测工件温度，而非看气温计。
2.3 按扩散氢 / 裂纹敏感性（工艺性预热）
- 低氢要求、厚板、高拘束、碳当量偏高的接头：预热用于降低冷却速度、促进扩散氢逸出，是防止冷裂纹的常规手段。
- Fe-5A / Fe-5C 类母材上堆焊第一层奥氏体不锈钢、镍及镍合金：焊前预热温度不应低于 100 ℃，道间温度不应超过 175 ℃；在其他钢材母材上堆焊第一层上述材料时，焊前预热温度宜不低于 NB/T 47015 规定的预热温度减 50 ℃，且不应低于 15 ℃。
- —— 依据 GB/T 150.4-2024 §7.3.2 e)。
2.4 预热与焊后热处理（PWHT）的联动——常被漏算的一条
预热不仅影响焊后质量，还直接改变是否需要焊后热处理的阈值。GB/T 150.4-2024 §8.4.3 表4 规定：对 Fe-1 类非合金 / 低合金钢，若焊前不预热，焊后热处理厚度 δPWHT > 32 mm 即需 PWHT；若焊前预热至 100 ℃ 以上，该阈值放宽到 δPWHT > 38 mm。
| 材料组 | 牌号示例 | 不预热时 PWHT 阈值 | 预热 ≥100 ℃ 时 PWHT 阈值 |
|---|---|---|---|
| Fe-1-1 | Q245R、10、20 | δPWHT > 32 mm | δPWHT > 38 mm |
| Fe-1-2 | Q345R、16Mn、16MnDR 等 | δPWHT > 32 mm | δPWHT > 38 mm |
| Fe-1-3 | Q370R、Q420R | δPWHT > 32 mm | δPWHT > 38 mm |
| Fe-1-4 | Q490R、12MnNiVR 等 | δPWHT > 32 mm | δPWHT > 38 mm |
判定的实际意义：一台 35 mm 厚的 Q345R 容器，若焊前预热到 100 ℃ 以上，可免于整体 PWHT；若不预热，则 33 mm 以上即触发 PWHT。预热在此既是裂纹防控措施，也是工艺经济性决策点。—— 依据 GB/T 150.4-2024 §8.4.3 表4。
三、预热不只是“烤一下”——实施要点
- 测温范围：Fe-5A / Fe-5C 类要求坡口及两侧各一倍壁厚（且不小于 100 mm）范围内母材温度始终不低于预热温度（§7.3.2 b）；一般也要保证坡口两侧足够范围内达标。
- 连续保持：焊接过程中维持，中途停焊仍须保温至重新开焊，否则应做中间消除应力热处理（§7.3.2 b）。
- 层间温度：不高于允许的最高层间温度，避免过热。
- 后热：焊后立即进行；若随即进行中间消应力或 PWHT，可免后热（§7.3.2 f）。Fe-3-3 厚板要求 ≥300 ℃ 后热 ≥2 h（§7.3.2 a）。
- 禁止施焊环境：焊条电弧焊风速 >10 m/s、气体保护焊风速 >2 m/s、相对湿度 >90%（药芯焊丝气体保护焊 >80%）、雨雪、焊件温度 <−20 ℃，且无防护时不应施焊（§7.1.1.1）。
预热温度以工件实测温度为准，不是加热枪出口温度，也不是环境温度。测温点应布置在坡口两侧规定范围内。
四、常见误区
- 误区1：预热 = 焊后热处理。二者完全不同——预热在焊前、为防冷裂；PWHT 在焊后、为消除残余应力 / 改善组织。GB/T 150.4 中分属 §7.3.2 与 §8.4，不可混为一谈。
- 误区2：只看“天冷不冷”。材料类别（Cr-Mo 钢、厚板）才是强制预热的主因；环境温度只是一条独立的、与环境相关的触发线。
- 误区3：引用旧版 NB/T 47015-2011 §4.6。NB/T 47015-2023（2024-06-28 实施）已取代 2011 版，原通用 PWHT 规则删除、转由 GB/T 30583 规定；预热与后热分别落在 §5.5、§5.7。引用时务必用 2023 版条款号。
- 误区4：到 TSG 21 里找预热数值。TSG 21-2016 全文并无“预热”具体条款，其制造要求指向 GB/T 150；预热数值在 GB/T 150.4-2024 与 NB/T 47015-2023。
五、一分钟判定清单
- ① 是 Cr-Mo 钢（Fe-5C）吗？→ 预热不宜低于 180 ℃。
- ② 是 Fe-3-3 且厚度 ≥70 mm 吗？→ 预热宜不低于 170 ℃，焊后 ≥300 ℃ 后热 ≥2 h。
- ③ 其他低合金 / 非合金钢？→ 查 NB/T 47015-2023 表1（钢号 + 焊接方法）得最低预热温度；厚 / 高拘束则提高。
- ④ 工件温度在 −20~0 ℃ 吗？→ 始焊处 100 mm 内预热到 15 ℃ 以上。
- ⑤ 工件温度 <−20 ℃ 吗？→ 无防护不应施焊。
- ⑥ 打算预热到 100 ℃ 以上吗？→ 可把 PWHT 阈值从 δ>32 mm 放宽到 δ>38 mm（Fe-1 类）。
