Что необходимо обеспечить при вынужденном перерыве в термической обработке сварных соединений

Обновлено: 13.05.2024

В процессе сварки таких сталей околошовная зона закаливается и теряет пластичность, что резко повышает вероятность возникновения холодных трещин. Иногда некоторые из таких сталей сваривают без предварительного подогрева, но применяют специальные технологические приемы, обеспечивающие снижение скорости охлаждения сварного соединения . К таким приемам относятся сварка способами горка, каскадом, блоками, короткими участками на максимальных режимах. [31]

Низколегированные низкоуглеродистые стали 12ГС, 14Г, 14Г2, 14ХГС, 15ХСНД, 15Г2Ф, 15Г2СФ, 15Г2АФ при сварке могут образовывать закалочные микроструктуры и перегрев металла шва и зоны термического влияния. Количество закаливающихся структур резко уменьшается, если сварка выполняется с относительно большой погонной энергией, необходимой для уменьшения скорости охлаждения сварного соединения . Однако снижение скорости охлаждения металла при сварке приводит к укрупнению зерен ( перегреву) металла шва и околошовного металла вследствие повышенного содержания углерода в этих сталях. Стали 15Г2Ф, 15Г2СФ и 15Г2АФ менее склонны к перегреву в околошовной зоне, так как они легированы ванадием и азотом. Поэтому сварка большинства указанных сталей ограничивается более узкими пределами тепловых режимов, чем сварка низкоуглеродистой стали. [32]

Противоречивое влияние стабилизирующей обработки при 800 - 900 С на изменение скорости ножевой коррозии у стали 12Х18Н10Т зависит от исходного состояния металла, уровня граничных сегрегации, времени термической обработки сварного соединения. Если скорости охлаждения сварного соединения при сварке были велики и на границах сохранились высокие концентрации кар-бидообразующих элементов, то следует ожидать при стабилизирующей обработке дальнейшего роста объема карбидных частиц на границах и увеличения скорости ножевой коррозии. Если скорости охлаждения сварного соединения были малы и граничные выделения карбидов обильны, то с помощью термической обработки при 800 - 900 С можно весьма быстро достичь второй стадии фазовых превращений на границах: коагуляции и коалесценсии карбидных частиц, сопровождающихся изменением их формы и увеличением разряженности в распределении. [33]

Появление горячих трещин возможно только при изготовлении конструкций из трудносваривающихся металлов или при серьезных нарушениях технологического процесса сборки и сварки. Известно, что при сварке на морозе опасность возникновения трещин возрастает. Это объясняется повышением скорости охлаждения сварного соединения , а также ростом скорости деформации. Одной из технологических мер предупреждения горячих трещин является подогрев изделия при сварке. Повышение температуры подогрева снижает скорость охлаждения сварного соединения и скорость пластических деформаций в металле шва. Подогрев до 300 - 400 С эффективно уменьшает опасность возникновения горячих трещин в металле шва. Дальнейшее увеличение температуры подогрева существенной пользы не приносит. [34]

Независимо от условий хранения сварочные электроды и флюсы непосредственно перед сваркой прокаливали по заданным режимам. Сварочные электроды рекомендуется хранить на рабочем месте в специальных пеналах типа термоса, которые не дают электродам остывать после прокаливания и увлажняться. Чтобы при понижении температуры воздуха скорость охлаждения сварного соединения не изменялась, при ручной дуговой сварке поворотных и неповоротных стыков труб в зимнее время необходим предварительный подогрев. Температура стыка во время его сварки должна быть не ниже значений, приведенных в табл. 9.9. По окончании сварки стыка нельзя сбрасывать плеть или нитку трубопровода в снег. Если во время сварки стыка ( корня щва) был вынужденный перерыв более 3 мин, а после сварки корня шва - - - более 5 мин, то до возобновления сварки необходимо поддерживать температуру торцов труб на уровне требуемой температуры предварительного подогрева. Предварительный подогрев обязателен зимой при правке вмятин на концах труб. В этом случае место правки нагревают до температуры 100 - 150 С, а правку выполняют безударными разжимными устройствами. При двухсторонней автоматической сварке под флюсом предварительный подогрев не нужен, однако при температуре ниже 5 С необходима просушка стыка путем нагрева его до 20 - 50 С. Имеются определенные особенности сборки стыков трубопроводов при отрицательных температурах. Прежде всего при температуре сварки - 40 С и ниже трубы под сварку следует собирать с максимальным зазором. [35]

При более низких температурах воздуха для компенсации тепловых потерь автоматическую сварку выполняют на повышенных режимах. Это мероприятие проводится для уменьшения скорости охлаждения сварного соединения за счет изменения энергии и получения нормального температурного режима для формирования сварного шва. [36]

Ослабление границ кристаллитов возникает при отпуске в результате сегрегации фосфора и его химических аналогов по этим границам и происходит по типу обратимой отпускной хрупкости, развитию которой способствует замедленное охлаждение сварных соединений. Обратимая отпускная хрупкость в основном развивается в диапазоне 400 - 550 С. Для снижения степени ослабления границ кристаллитов целесообразно увеличить скорость охлаждения сварных соединений в интервале 600 - 350 С. [37]

Однако эта методика не учитывает влияния химического состава основного и наплавленного металла на свойства и сопротивляемость образованию трещин. При определении режимов сварки для сталей, склонных к образованию трещин, необходимо проводить расчет с учетом скорости охлаждения сварного соединения . [38]

Холодные трещины образуются в корне контрольного шва и распространяются по шву или околошовной зоне. Трещины выявляют через 24 ч после сварки внешним осмотром поверхности шва, затем шов разрезают перпендикулярно к оси на темплеты для макрошлифов, по которым определяют размеры трещины в поперечном сечении шва. Степень разрушения определяют на поверхности сварного соединения, в корне шва и поперечном сечении как отношение суммарной длины разрушенного участка к общей длине контрольного шва. С, что позволяет уменьшать скорость охлаждения сварного соединения . [40]

С увеличением содержания водорода в сварном шве уменьшается также работа распространения трещины. Так, при концентрации водорода 1 0 см3 / 100 г для сварного соединения из стали 17Г1С при Woxa 4 0 С / с величина Арл - - 48 5 Дж / см2, а при увеличении скорости охлаждения до 8 0см3 / 100 г - снижается до 18 5 Дж / см2, т.е. примерно в 2 7 раза. Следует обратить внимание на изменение вида поверхности излома испытываемых образцов. Так, при [ Н ] 1 0 см3 / 100 г фрактограмма излома состоит на 90 - 95 % из волокнистой поверхности ( при Т 20 С), а при 8 0см3 / 100 г - на 30 - 40 %, что указывает на повышение критической температуры хрупкости. При достижении скоростью охлаждения сварного соединения величины 55 С / с работу Арл оказалось невозможно определить, т.к. на диаграмме статического изгиба наблюдался полный срыв. [41]

С увеличением содержания водорода в сварном шве уменьшается также работа распространения трещины. Так, при концентрации водорода 1 0 см3 / 100 г для сварного соединения из стали 17Г1С при WOXJi 4 0 С / с величина Арл, 48 5 Дж / см2, а при увеличении скорости охлаждения до 8 0 см3 / 100 г - снижается до 18 5 Дж / см2, т.е. примерно в 2 7 раза. Следует обратить внимание на изменение вида поверхности излома испытываемых образцов. Так, при [ Н ] 1 0 см3 / 100 г фрактограмма излома состоит на 90 - 95 % из волокнистой поверхности ( при Т - 20 С), а при 8 0см3 / 100 г - - на 30 - 40 %, что указывает на повышение критической температуры хрупкости. При достижении скоростью охлаждения сварного соединения величины 55 С / с работу Ар т оказалось невозможно определить, т.к. на диаграмме статического изгиба наблюдался полный срыв. [43]

Появление горячих трещин возможно только при изготовлении конструкций из трудносваривающихся металлов или при серьезных нарушениях технологического процесса сборки и сварки. Известно, что при сварке на морозе опасность возникновения трещин возрастает. Это объясняется повышением скорости охлаждения сварного соединения, а также ростом скорости деформации. Одной из технологических мер предупреждения горячих трещин является подогрев изделия при сварке. Повышение температуры подогрева снижает скорость охлаждения сварного соединения и скорость пластических деформаций в металле шва. Подогрев до 300 - 400 С эффективно уменьшает опасность возникновения горячих трещин в металле шва. Дальнейшее увеличение температуры подогрева существенной пользы не приносит. [44]

Очень большое значение для качества сварных соединений, выполненных при низких температурах, имеет предварительный подогрев основного металла. С помощью подогрева ведут борьбу с трещшгообразованпем, улучшают пластические свойства сварного соединения, а при сварке в жестком контуре улучшают состояние металла, снимая внутренние остаточные напряжения. Кроме этого, подогревая кромки детали перед сваркой в зимних условиях, попутно очищают этим соединяемые участки от снега, влаги и ржавчины, предупреждая возможность образования пор в металле шва. Режим подогрева зависит от окружающей температуры и марки стали. Иногда, особенно при сварке легированных сталей, применяют подогрев и после окончания сварки с целью снизить скорость охлаждения сварного соединения и улучшить его качество. [45]

В зависимости от применяемых материалов и условий эксплуатации термическая обработка сварных конструкций может преследовать различные цели и одновременно выполнять многие функции. Целями проведения термической обработки теплоустойчивых сталей являются:

- получение необходимых свойств шва и околошовной зоны,

- снятие остаточных напряжений,

- стабилизация размеров конструкций при эксплуатации (особенно это важно энергетического оборудования, крупных конструкций, которые находится под воздействием различных температур и нагрузок).

Термическая обработка сварных конструкций должна рассматриваться с учетом характера изменения структуры и свойств не только в зоне повышения твердости, но и в зоне разупрочнения. При выборе режимов термической обработки сварных конструкций из теплоустойчивых сталей необходимо учитывать следующие металлургические и технологические особенности сварки:

1. В процессе многослойной сварки каждый последующий валик термически воздействует на предыдущий и околошвную зону. В результате металл шва и зоны термического влияния (за исключением верхнего слоя) подвергаются высокотемпературному нагреву, который происходит при больших скоростях и сопровождается быстрым охлаждением. При этом заметного роста зерна не наблюдается, т.к. время пребывания металла отдельных валиков и зоны термического влияния при высокой температуре кратковременное. Основные изменения связаны с прочностью и пластичностью сварного соединения в целом. В околощовной зоне наблюдается скачкообразное повышение и понижение твердости.

2. Температура термической обработки при улучшении свойств околошовной зоны должны обеспечить снижение внутренних напряжений первого рода до возможно минимального значения. (Например, в энергомашиностроении максимальные значения остаточных напряжений в сварных конструкциях не должно превышать 50 МПа).

3. В процессе термической обработки должны быть сохранены исходные механические свойства свариваемой стали. Т.е. двух-, трехкратная термическая обработка после сварки не должна приводить к разупрочнению сталей, металла шва и сварного соединения в целом.

4. Выбранный режим термической обработки должен обеспечить высокие пластические свойства околошовной зоны при длительной эксплуатации в условиях одновременного приложения температуры и нагрузки при одновременном обеспечении прочности в зоне разупрочнения.

Основными видами термической обработки теплоустойчивых сталей являются высокий отпуск и нормализация.

Высокий отпуск после сварки нельзя рассматривать как самостоятельную термическую обработку, наоборот её необходимо увязывать с исходным отпуском стали перед сваркой. В общем случае сварное соединение нагревается до температуры на 20…30 о С ниже температуры Ас₁, выдерживается в течение 1 - 5 часов и затем медленно охлаждается. В результате отпуска должно произойти:

- уменьшение уровня остаточных сварочных напряжений на 70 - 90 %,

- распад закалочных структур околошовной зоны, получение более равновесных, более пластичных структур (т.е. улучшение структуры околошовной зоны),

- получение оптимальных свойств (т.е. уменьшение твердости в околошовной зоне, повышение пластичности и ударной вязкости).

При выборе температуры отпуска следует оценивать комплексно все факторы, при этом необходимо ограничивать как верхний, так и нижний пределы температуры отпуска. Так при повышении содержания хрома, молибдена, ванадия и др. элементов повышается релаксационная стойкость стали, поэтому температура отпуска и время выдержки должны увеличиваться. При занижении температуры отпуска хромомолибденованадиевых сталей возможно дисперсионное твердение (выделение карбидов ванадия в околошовной зоне) и образование трещин при термической обработке.

Отпуску подвергаются изделия толщиной более 10 мм из хромомолибденовых сталей и более 6 мм из хромомолибденованадиевых сталей.

Режимы отпуска сварных соединений, сваренных дуговой сваркой

Марка стали	Толщина свариваемых деталей, мм	Минимальная продолжительность выдержки, ч	Температура отпуска, Т, о С
12МХ, 12ХМ, 15ХМ. 20ХМЛ	10 - 20 20 - 40 40 - 80 более 80	715 ± 15
12Х1МФ, 20ХМФЛ	6 - 10 10 - 20 20 - 40 40 - 80 более 80	735 ± 15
15Х1М1Ф, 15Х1М1ФЛ, 12Х2МФСР	6 - 10 10 - 20 20 - 40 40 - 80 более 80	745 ± 15

При нормализации сварное соединение нагревают до температуры выше критической точки Ас₃ на 20 - 30 о С, выдерживают в течение не продолжительного времени и охлаждают на спокойном воздухе. Нормализация позволяет получить однородную мелкозернистую структуру, улучшить механические свойства сварного соединения, снизить уровень остаточных напряжений. Нормализация чаще всего подвергаются сварные стыки толстенных труб малого диаметра и после газовой сварки.

Возможно сочетание нормализации и последующего высокого отпуска (сталь 15Х1М1Ф) для обеспечения высокого уровня исходной твердости (не наблюдается разупрочнения в зоне нагрева).

Рис. 6. Виды термической обработки сварных соединений теплоустойчивых сталей:

1 – термический отдых сварной конструкции, 2 – высокий отпуск, 3 – нормализация.

Работаю термистом на передвижной установке термической обработки, вернее совмещаю основную профессию. Наше предприятие специализируется на ремонтах в энергетике. Занимаемся изготовлением, монтажом и ремонтом различных трубопроводов. Кто в теме тот должен знать, что после заварки некоторых типов труб и деталей требуется нагрев, выдержка и остывание по режиму сварных соединений или наплавок для нормализации металла и снятия внутренних напряжений.

Таблица допустимых параметров твердости сварного соединения после термообработки

Возьмем пример термической обработки трубы из легированной стали 12Х1МФ. Температура нагрева и выдержки такого стыка должна быть 720-750 градусов. Допустимая твердость шва после термообработки (отпуска) должна быть в пределах 150-240 НВ (замеряется специальным прибором)

Что необходимо знать термисту- практику о тонкостях процесса термообработки?

Если твердость, ниже (стык мягкий) значит, произошел его перегрев (выше 750 градусов)

2. Если твердость сварного шва выше нормы – то это недогрев (ниже 720 градусов)

Термист должен понимать причину отклонений от нормы и принять меры, чтобы впредь не повторять ошибки и не допустить переварки стыка. Хотя можно доказывать, что все прошло по программе и виновата машина.

Ошибки термиста при настройке термопар

Холодный спай термопарного провода (два провода разного состава спаяны на конце) просто скручен и не обеспечено нормальное соединение.

Концы термопарного провода необходимо сваривать, желательно аргоном, без применения присадочных материалов. Иначе термопара неверно будет показывать температуру.

2. Присоединение термопарного провода к компенсационному кабелю не производится через специальные разъёмы для надежности и не свариваются аргонодуговой сваркой.

Присоединение холодного спая термопары к трубе необходимо производить с помощью контактной сварки (существуют специальные сварочные аппараты) или электросваркой через гайку с болтом.Но, к примеру, на некоторые стали запрещено вообще приваривать, что, то временно. В таком случае термопара крепится к трубе на металлические хомуты.

крепление термопары к трубе через прихваченную электросваркой гайку

3. Необходимо строго следить за тем, чтобы провода термопары нигде не соприкасались друг с другом или корпусом.Лучше конечно применять термопары в специальной металлической оболочке,вопрос цены и качества.

Если, к примеру, термопара закреплена, верно, но концы её сомкнулись на расстоянии 10 мм от спая, получим неверные показания и при идеальной диаграмме в отчете — брак по твердости стыка при контроле.

Одна из причин неверных показаний термопары при термообработке

4. Количество установленных термопар должно быть не менее двух на стык, с возможностью переключать их для управления режимами.

Когда замечаем по приборам, что одна сторона стыка перегревается, переключаем управление нагревом на другую термопару (это если управление осуществляется по одному каналу)

Наложение нагревателей и утеплителя при термообработке

Нагреватели бывают индуктивные и радиационные (в одном случае греем за счет индукции витков, в другом за счет обычных ТЭНОВ различных конструкций). Нагреватели накладывают так, чтобы обеспечить равномерный нагрев сварного стыка. Особенно это касается ТЭНОВ. Часто нагревательные коврики (ТЭН) не получается подобрать по диаметру и остаются непрогретые участки.

Витки индуктивных нагревателей укладывают с зазором и, по возможности, между витками прокладывается асбестовый (или другой жаростойкий) шнур. Необходимо избежать замыкания на корпус. Нагревательные коврики перед установкой надо внимательно осмотреть на наличие оборванных проволок, при нагреве такие коврики, как правило, отгорают.

При наложении нагревателей нужно понимать, что расположенные рядом по схеме элементы трубопроводов большой массы (тройники, арматура и т.д.) могут забирать на себя (оттягивать) выделяемое тепло. Что бы уйти от этой проблемы можно установить дополнительные нагреватели на эти элементы или, если есть возможность, увеличить мощность на установке.

Процесс термообработки пошел, но как, то не так

В процессе нагрева мы можем наблюдать такие неприятности:

Установка не может дотянуть нагрев до заданной температуры.
Скорость нагрева либо медленней заданной, либо температура стоит на каком-то пределе и не растет.

Причина может, как я писал выше в нехватке мощности из-за оттягивания тепла на массивные детали трубопровода. Вторая причина — это сквозняк снаружи или изнутри трубы. Если есть возможность, всегда глушите трубы с двух сторон. Следите, что бы в помещении были закрыты ворота, и не гулял ветер, особенно в зимний период.

Часто, при ремонте приходится производить термообработку цеховых трубопроводов. Во время крупных ремонтов в длинной цепочке километров труб никто не может сказать, где какой участок труб открыт, а в трубе происходит тяга воздуха, мешающая прогреву стыка. В таких случаях перед заваркой стыка обязательно проверьте тягу в трубе, например зажженной спичкой. А в процессе нагрева используйте пирометр для замера температуры трубопровода до и после стыка.

Если температура, с одной стороны, заметно выше — принимайте срочные меры, ищите, откуда сквозняк, или увеличивайте мощность (это возможно при индуктивном методе термической обработки сварных стыков)

Успешной и грамотной Вам работы по термообработке. Прочтите статьи из практики термиста и какие установки стоит выбирать

Для создания крупных магистральных трубопроводов используют коллекторы с большим внутренним диаметром. Это применяется в теплосетях и системах водоснабжения. Из-за большого веса проходящей жидкости возрастает и давление на стенки коммуникации. Поэтому последние выполняются из материалов достаточной толщины, чтобы выдерживать большие нагрузки. Но это создает новую проблему — сложно качественно сварить стороны с такой толщиной, обеспечив длительную последующую эксплуатацию. При такой массе изделия прогрев достигает сравнительно небольшой зоны, что приводит к ряду физических процессов, неблагоприятно сказывающихся на дальнейшем использовании материала. Для решения этой проблемы разработана и применяется термообработка сварных соединений. Что это такое? В каких случаях необходима термообработка после сварки? Каким оборудованием и как выполняется процесс?

Суть и назначение процесса

Термообработка после сварки нужна для того чтобы улучшить ухудшившиеся характеристики материала при скреплении. К ним относятся:

Изменение параметров металла из-за перегрева. При использовании сварочного оборудования детали нагреваются до 5000 градусов. Появляются крупные зёрна металла, что приводит к ухудшению показателя пластичности.
Вокруг готового шва образуется место закалки. Эта область не устойчива для ударов.
Удалённые области обладают малым показателем прочности. Связано это с кратковременным сильным нагревом.

Главный недостаток, который образуется на соединенной конструкции после сварки — внутренние напряжения. Это приводит к деформации изделия при эксплуатации. Остаточное напряжение становится причиной разрушения соединений из-за чего трубопроводы, металлоконструкции приходят в негодность.

Тепловая обработка проводится при температуре до 1000 градусов по Цельсию. Состоит технологический процесс из трёх этапов:

С помощью специального оборудования происходит равномерный прогрев в области шва. Это изменяет механические свойства материала.
Сохранение рабочей температуры на определённый промежуток времени. Длительность зависит от того, насколько нужно изменить свойства и структуру материала.
Последним этапом является охлаждение. Температура должна опускаться равномерно, чтобы добиться повышения пластичности и ударной вязкости.

Термообработка после сварки позволяет снять остаточные напряжения, выровнять металлическую структуру, избавиться от крупных зёрен.

Отжиг крупногабаритных сварных конструкций

В термическую обработку сварных изделий входит термическая подготовка деталей перед сваркой, термическая обработка в процессе сварки и термическая обработка готового сварного изделия. Термическая подготовка деталей перед сваркой выполняется для улучшения свариваемости металла. Поэтому свариваемую сталь перед сваркой рекомендуется подвергать отжигу или высокому отпуску, режимы которых зависят от состава стали. Выбор теплового режима сварки зависит от свойств свариваемых металлов и сплавов, жесткости конструкции и состояния ее при сварке. При сварке черных металлов термический режим состоит в подогреве сваривае мых деталей. Причем для стали чем выше склонность ее к закатке и трещинам, тем выше должна быть температура подогрева.

Термическая обработка после сварки проводится для снятия напряжений, полученных в результате сварки и для улучшения механических свонств При сварке применяют следующие виды термической обработки.

Отжиг для снятия внутренних напряжений. После сварки изделие помещают в нагревательную печь, нагрев осуществляют постепенно Для низко- и среднеуглеродистых сталей температура нагрева достигает 600—680°С. После нагрева изделие выдерживают в печи при этой температуре в течение 2,5 мин на 1 мм толщины металла, и охлаждают вместе с печью.

Для полного отжига стальное изделие нагревают до температуры 820—930°С, выдерживают при этой температуре и затем медленно охлаждают. Время выдержки изделия при данной температуре такое же, как и при отжиге для снятия напряжений, но не менее 30 мин. Затем изделие охлаждают вместе с печью со скоростью 50—75°С в час до температуры 300°С, после чего его вынимают из печи и охлаждают на воздухе. При полном отжиге устраняются внутренние напряжения и улучшается структура металла. Металл становится мелкозернистым и более пластичным.

Нормализация — это термическая обработка, подобная отжигу, но с более быстрым охлаждением изделий, которое обычно проводят на воздухе. При нормализации сварное изделие нагревают до температуры 850—900°С, выдерживают при этой температуре и затем охлаждают на воздухе. В этом случае металл шва и околошовной зоны приобретает мелкозернистую структуру, повышается его прочность и твердость. Отпуск применяется для сталей, склонных к закалке, для уменьшения внутренних напряжений и хрупкости. Изделие нагревают до температуры 400—700°С, выдерживают при этой температуре из расчета 2,5 мин на 1 мм толщины металла, медленно охлаждают вместе с печью до нормальной температуры. Поскольку изделия в этом случае нагреваются до температуры, лежащей ниже критической (723°С), структурных изменений в сварном шве и околошовной зоне не происходит.

Подогревают стальные изделия до 650—900°С, что соответствует темно-красному цвету. Скорость перемещения пламени при нагреве — 500—600 мм/мин. Чем быстрее выполняется нагрев, тем успешнее проводится процесс правки изделия

Виды термообработки

Термообработка сварных соединений может проводиться несколькими способами. К наиболее эффективным относятся:

Нагревание деталей до сваривания. Применяется при работе с низкоуглеродистыми сталями. Сварщик нагревает рабочие поверхности до 200 градусов. После сваривания конструкция должна остыть при комнатной температуре.
Отпуск металла. Подразумевает под собой нагрев деталей до критических температур. Заготовки выдерживаются в таком режиме до 5 часов. Затем материал медленно охлаждается.
Термический отдых. Заготовки разогреваются до 300 градусов. При такой температуре они выдерживается до трех часов. Постепенно остаточные нагрузки исчезают, шов становится прочнее.
Нормализация. Проводится для уменьшения крупных зёрен структуры материала, увеличения показателей прочности.
Аустенизация. Перед сваркой детали разогревают до 1100 градусов. Выдержка при такой температуре составляет 90 минут. Процесс охлаждения происходит на свежем воздухе. Механические свойства улучшаются, остаточное напряжение исчезает.
Стабилизирующий отжиг. Готовый шов нагревают до 800 градусов. На протяжении трех часов температура поддерживается на одном уровне. Снижается риск образования ржавчины.

Метод термической обработки зависит от используемого материала.

Применение нагревательных элементов

Методы нагрева швов

Сварочные швы и соединения могут нагреваться несколькими способами. Среди наиболее распространенных можно выделить специальные гибкие нагревательные изделия, муфельные печи, индукционные и газопламенные приспособления.

Метод нагрева шва выбирается исходя из возможности установки дополнительного оборудования, доступа к трубам, диаметра детали и прочих субъективных факторов. Проще говоря, выбор метода нагрева не регламентируется нормами и правилами. Самое главное — нагревательные приспособления должны беспрепятственно монтироваться на деталь, весить немного и осуществлять равномерный нагрев, без перепадов температур. Такая обработка называется локальной или местной.

Также используются муфельные печи. Они вполне эффективны при работе с трубами небольшого диаметра. Но здесь есть один нюанс: чтобы прогрев был равномерным нужно устанавливать печь так, чтобы ее ось вращения не совпадала с геометрической осью.

Индукционные приспособления также довольно распространены. Они недорогие и эффективные. Широко применяются при нагреве швов как раз на трубах. В качестве нагревательного элемента здесь выступают многожильные медные кабели, которые охлаждаются с помощью воздуха. При нагреве шва труб нужно оставить небольшой зазор между самой трубой и кабелями. Такая установка для термообработки сварных швов позволяет прогреть соединения равномерно и быстро. Ниже представлена таблица с характеристиками индукторов.

Газопламенный метод нагрева предполагает использование многопламенных газовых горелок. Принцип работы такой специальной горелки ничем не отличается от обычной бытовой зажигалки, разве что каналов выхода пламени в десять раз больше. Здесь пламя образуется при сгорании кислорода и горючего газа. Газопламенный метод хорош в труднодоступных местах, но может занимать больше времени.

Виды оборудования

Для проведения термической обработки используют определённое оборудование. Его выбор зависит от металла, толщины заготовок, возможностей сварщика. К нему относятся:

Индукционные установки. Представляют собой аппараты, которые вырабатывают высокочастотное напряжение. Дополнительно на установке закрепляется нагревательный провод. Его другой конец обматывается вокруг шва. Важно оставлять между витками по 2,5 см.
Радиационное оборудование. Для разогревания области вокруг креплений и самого соединения используются нихромовые провода. На них подаётся напряжение, которое способствует нагреванию рабочей поверхности.
Газопламенное оборудование. Простой способ нагрева рабочих поверхностей. Для этого применяются газовые горелки, к которым подключается ацетилен, кислород. Чтобы увеличить зону прогрева, на горелку закрепляется широкий мундштук.

Прежде чем начинать использовать то или иное оборудование нужно изучить особенности работы с ним. Применение нагревательных машин требует определённых навыков.

Пошаговая термическая обработка соединений

Термическая обработка сварных швов должна происходить в определённой последовательности. Проведение работ:

Нагреваемое место покрывается теплоизолирующим материалом.
Сверху закрепляются нихромовые провода, через которые будет идти ток.
С помощью напряжения задаётся температура нагрева.

Нагревательные элементы снимаются с места соединения. Поверхность освобождается от лишнего материала.

Термообработка сварных швов считается необходимым технологическим процессом для улучшения механических показателей соединённой конструкции. Без дополнительного нагревания остается внутреннее напряжение, которое может привести к разрушению соединения.

Химическая обработка

Зачистка сварочных швов после сварки будет намного эффективнее и качественнее, если механические приспособления совмещать с химическими средствами. В этом плане наиболее популярными и действенными считаются два метода: травление и пассивация.

Травление

Это стадия обработки стыков, выполнять которую нужно перед механической шлифовкой. Выполняется с помощью химических составов, образующих на поверхностях деталей однородные и прочные антикоррозионные покрытия. Кроме этого методом травления удаляются затронутые побежалостью участки, в которых скапливаются побудители ржавления, например, окисленные никель и хром.

Когда очистке подлежат небольшие участки, то растворы наносятся непосредственно на поверхность стыков. Большие по размерам детали со сложной конфигурацией помещают в емкости, заполненные травильным раствором. В зависимости от типа металла время химического воздействия определяется индивидуально.

Пассивация

Это зачистка швов после сварки посредством обработки металлических поверхностей специальными составами, образующими пассивную к коррозионным образованиям защитную пленку. Химический процесс происходит следующим образом. При взаимодействии с металлической поверхностью оксиданты мягкого действия удаляют с нее свободный металл, образуя при этом защитную пленку.

После завершения процесса обязательно нужно смыть водой используемые реагенты. Поскольку после такой смывки в воде содержится множество тяжелых металлов и кислот, поэтому с целью предотвращения негативного воздействия на окружающую среду отработанную жидкость необходимо утилизировать.

Чтобы правильной и безопасной была химическая зачистка сварных швов после сварки нормы предусматривают нейтрализацию кислот специальными щелочными соединениями, после чего раствор следует профильтровать и утилизировать согласно требований природного законодательства.

Термическая обработка деталей металлоконструкций, предназначенных для сварки, проводится в несколько этап. Подобная термообработка необходима для повышения качества сварного соединения и предотвращения деформации металла во время сварочного процесса.

Термообработка сварных соединений проводится практически для всех видов металла. Температуры и способы обработки также зависят от стали: ее свойств, входящих в состав элементов и прочего.

Отметим, что термообработка сварных соединений проводится в несколько этапов, на которых и остановимся детальнее

Пошаговая термическая обработка соединений.

Термическая обработка металлоизделий проводится перед свариванием, собственно, во время сварки и по окончанию работ по соединению частей металлоизделия методом сварки.

Для чего необходима обработка изделий перед началом сварочных работ? Это, по сути, подготовка деталей конструкции, которая будет свариваться, к процессу соединения. Такая предварительная подготовка позволяет значительно улучшить сварные свойства стали.

Обычно, для подготовки металла к сварочному процессу выполняют один из двух видов термообработки: это, так называемые, высокий отпуск и отжиг деталей металлоизделий. В одной из статей мы уже рассказывали об особенностях каждого из этих видов обработки металла. Отметим, только что при такой термической обработке металлоизделие сначала нагревается до определенной температуры, а потом охлаждается либо принудительно, либо в естественных условиях.

Режим обработки тем или иным способом определяется по типу стали, жесткости металлоизделия в целом и его состоянию. Например, для сварки черных металлов обычно применяется режим подогрева деталей. Температура обработки стали зависит от того, насколько материал склонен к тресканию и закатке.

Еще один этап обработки, на котором следует заострить внимание – обработка металлоизделия после сваривания. Такая обработка необходима, чтобы убрать напряжение, которое изделие получило во время сварки. Кроме того, обработка шва позволяет значительно повысить его свойства и характеристики, улучшить механические показатели.

Обработка в момент сварки также влияет на свойства самого сварного соединения, и необходима для получения качественного шва, который не потрескается и не разрушится.

Режимы и виды термообработки.

В этой статье более детально остановимся на видах обработки металла для сварки и распишем режимы, при которых происходит нагревание конструкции и охлаждение.

Итак, отжиг сварных металлоконструкций. Этот вид обработки применяется для того, чтобы снять внутреннее напряжение в металле. По окончанию сварочных работ металлоизделие отправляют в специальную печь. Нагревание происходит постепенно. Температура зависит от типа металла. Так, средне- и низкоуглеродистые стали нагревают до температуры 600-680 градусов. При такой температуре металлоизделие находится в печи на протяжении двух с половиной минут для каждого миллиметра толщины стали. То есть изделие из металла толщиной в три миллиметра будет держаться в печи с необходимой температурой около семи с половиной минут. Охлаждение металлоизделия происходит также постепенно совместно с печью.

Существует и такой подвид обработки, как полный отжиг. В этом случае температура нагрева будет достигать 820-930 градусов Цельсия. Металлоизделие также некоторое время держится в печи при такой температуре и потом медленно охлаждается вместе с печью. Отметим, что время, которое конструкция находится в разогретой печи, определяется по принципу, описанному не много ранее. Однако, время держания металлоизделия в печи не может быть меньше получаса. А скорость охлаждения конструкции составляет порядка 50-75 градусов в час. Металлоизделие должно охладиться до температуры не ниже трехсот градусов Цельсия. После этого процесс охлаждения продолжается в естественных условиях.

Для чего необходим полный отжиг? Этот вид обработки способствует так же, как и обычный отжиг, снятию напряжения внутри конструкции, а, кроме того, влияет на собственно структуру стали: то есть металл, из которого изготовлено изделие, приобретает мелкозернистость и пластичность.

Следующий вид – нормализация. От предыдущего вида отличается тем, что охлаждение металлоизделия происходит значительно быстрее. Нагрев конструкции осуществляется до 900 градусов. Остывает же разогретое изделие на воздухе. Такой способ обработки также влияет на мелкозернистость шва и зоны вокруг него, кроме того делает его более твердым и прочным.

Для сталей расположенных к трещинам и закалке используют отпуск. Температура нагрева может достигать 700 градусов. Время выдержки такое же, как при отжиге. Охлаждение происходит в печи.

Режимы отжига и отпуска для разных металлов определяются техническими условиями термообработки. Нагревают изделия либо в печах, либо в специальных ямах и горнах. Также допустимо применение индукторов.

Читайте также: