Виды Термической обработки (термообработки) сварных швов

Термообработка (Термическая обработка металлов)

Термообработка (Термической обработкой)  называется совокупность операций нагрева метала, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и  структуры. Термическая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств детали.

Термическая обработка сварных соединений состоит из нагрева их с определенной скоростью до нужной температуры, выдержки при этой температуре и охлаждения также с определенной скоростью. Различают следующие виды термической обработки: термический отдых; высокий отпуск; нормализация; аустенизация; стабилизирующий отжиг; улучшение, заключающееся в нормализации с последующим высоким отпуском. 

Наиболее часто в строительстве применяют высокий отпуск для углеродистых и легированных сталей с целью снижения сварочных напряжений и улучшения структуры. При этом обязательна небольшая скорость охлаждения после выдержки (300—400°С/ч) в интервале от температуры выдержки до 300 °С, после чего охлаждение на спокойном воздухе. Значительно реже применяют другие виды термообработки.

Нормализацию применяют главным образом для сварных соединений труб из легированной стали диаметром до 100 мм и небольшой толщины. Она заключается в нагреве при более высокой температуре, чем при высоком отпуске (для низколегированных сталей до 900—950 °С), выдерживании несколько минут и охлаждении в условиях утепления и предупреждения от сквозняков.
Термический отдых применяют для сварных соединений из низколегированной стали, имеющую склонность к образованию трещин вследствие выделения растворенного водорода, диффундирующего из шва в зону термического влияния. Нагрев производят до 250—300 °С и выдерживают несколько часов.

Аустенизацию применяют для получения в сварных соединениях из хромоиикелевых нержавеющих сталей однородной структуры аустенита, улучшения механических свойств (пластичности) и снижения сварочных остаточных напряжений на 70—80 %.

Стабилизирующий отжиг применяют для тех же сталей с целью снижения сварочных напряжений на 70—80%, обеспечения стабильной структуры и предупреждения появления коррозионных трещин. Улучшение относится к полной термической обработке и производится в стационарных термических печах. Оно снижает остаточные сварочные напряжения и полностью восстанавливает структуру и свойства металла, изменившиеся от сварки.

Для термической обработки применяют несколько способов нагрева:

в стационарных термических печах;

радиационный (электросопротивлением и газопламенный), индукционный; термохимический  смешанный  (электросопротивлением и индукционный токами промышленной частоты).

Аппаратура и технология термической обработки

Для проведения эффективной термообработки сварных соединений промышленностью и строительными ведомствами изготовляется широкий ассортимент оборудования, в комплект которого входят нагревательное устройство, источники питания и посты (пульты) управления и контроля за технологией термообработки.

Нагревательные устройства, их конструкция и технология использования должны соответствовать методам нагрева.

В строительно-монтажных организациях применяют нагревательные устройства для местной термической обработки сварных соединений, к которым относятся гибкие электронагреватели сопротивления ГЭН

Электронагреватели ГЭН состоят из набора пальцевых нагревателей, заизолированных керамическими втулками, внутри которых проходят плоские спирали из нихромовой проволоки. Подогреватель состоит из большого количества таких пальцев, гирлянда которых шириной до 160 мм достаточно гибкая для обхвата труб и корпусов конструкций диаметром от 0,1 до 5—6 м.

Большая удельная мощность ГЭН, возможность использования для нагрева спирали обычных сварочных трансформаторов и преобразователей, а также простота обслуживания и ремонта и другие качества обеспечили широкое применение   этих   нагревателей.

Комбинированные электронагреватели КЭН состоят из гирлянды керамических изоляторов, внутри которых проходит пучок нихромовых проволок. Как видно из 15.12,6, эта гирлянда, питаемая от одного источника (мощного сварочного трансформатора), подогревает сварное соединение за счет электронагрева нихромовой проволоки, а также наведения индукционных токов нагрева, что обеспечивает общую температуру подогрева до 1000 °С. КЭН применяют при строительстве тепловых электростанций для термической обработки стыков труб диаметром до 1620 мм.

Индукционные электроподогреватели представляют собой индукторы-соленоиды, выполненные из медной трубки или проволоки. Используют индукторы с воздушным и водяным охлаждением . При воздушном охлаждении медный неизолированный провод сечением 120—240 мм2 (при частоте 50 Гц) наматывают в один слой с зазором 15—20 мм на изделие, предварительно обмотанное теплоизоляцией. Применяют конструкцию из охлаждаемой водой латунной или медной гибкой гофрированной трубки, по наружной поверхности которой навит многожильный медный кабель, покрытый сверху гибкой асбестовой изоляцией.

Газопламенные нагреватели представляют собой горелки (многопламенные, кольцевые, трубчатые с факельным устройством и др.), в которых в качестве горючего используются ацетилен, пропан, природный газ с добавлением кислорода или воздуха.

Для полной термообработки шаровых резервуаров и других корпусных конструкций используют специальные теплогенераторные установки с мощными факельными горелками, термообрабатывающими всю конструкцию.

Для термохимического нагрева применяют устройства, изготовленные из экзотермических смесей, в виде гибкого шнура, охватывающего стык с двух сторон, или в виде пакетов и ковриков, закрепляемых на стыке металлическими полосами. При сгорании они обеспечивают нагрев до высокого отпуска  (800°С).

Источниками питания электрических нагревателей служат в основном сварочные трансформаторы, мощность которых подбирается в зависимости от величины изделия. При необходимости используют сдвоенные трансформаторы для параллельного питания нагревателей. Для индукционного нагрева кроме токов промышленной частоты, на которых работают сварочные трансформаторы, используются высокочастотные токи от машинных преобразователей повышенной частоты на 2450, 2960 и 8000 Гц и от тиристорных преобразователей на 2400 Гц.

Для термической обработки сварных соединений труб и корпусов различных аппаратов, газгольдеров и емкостей с помощью перечисленных нагревателей и источников питания комплектуются установки (посты), имеющие ручное управление процессом, ручное дистанционное управление и программное управление-Установки с дистанционным и программным управлением могут обслуживать одновременно термообработку нескольких сварных соединений. Посты для газопламенной термообработки комплектуются горелками, коллекторами для газовых баллонов или емкостями с горючим.

Рабочие-термисты, обслуживающие установки для термообработки, должны пройти обучение и получить удостоверение на право производства работ по термообработке сварных соединений на имеющемся оборудовании. Работающие с электроподогревателями сопротивления или индукционными аппаратами должны иметь группу по электробезопасности не ниже II, а электромонтажники, монтирующие эти аппараты, и руководители работ — группу не ниже III.

Для контроля температур при термообработке применяют термоэлектрические пирометры, специальные термометры, приборы, регистрирующие температуру и время (самопишущие автоматические потенциометры), термоиндикаторные карандаши и краски.

После   окончания   термообработки   проверяют   ее качество путем замеров твердости наружной поверхности сварных соединений или испытанием контрольных соединений, а в необходимых случаях — испытанием образцов, вырезанных из конструкции.

Поделиться ссылкой:

Особенности местной термообработки сварных швов

20.05.2019 12:11:00

На строительной площадке постоянно что-то сваривается, греется, копается, заливается, устанавливается и закрепляется. Нашу компанию, как людей связанных с нагревом металла перед, во время и после сварки, интересуют именно вопросы технологии нагрева того или иного объема металла.

Конечно же, многое зависит от технологических условий, требований по точности и особенностей конкретной стройки. В рамках данной статьи мы остановимся на технологии нагрева сварных стыков трубопроводов перед, во время и после сварки.

Нагрев сварных швов трубопроводов в печи невозможен исходя из того, что трубопровод обычно имеет большую длину и сложную конфигурацию. Исходя из этого, для сварных швов трубопроводов основным способом является местный нагрев. Иными словами этот процесс называется местной термообработкой сварных швов. Существую несколько основных способов местной термической обработки сварных соединений: газовый нагрев, нагрев токами высокой частоты (индукционный) и нагрев сварных швов электронагревателями сопротивления (нагревательными ковриками, ГЭН, КЭН и т.д.).

Каждый из способов имеет свои плюсы и минусы.

• Газовый нагрев не требует сложного оборудования (греть можно прямо резаком). Однако при воздействии прямого пламени на поверхности металла происходят нежелательным процессы, связанные с ускоренным окислением металла и локальным изменением свойств металла из-за большой неравномерности нагрева.


• Индукционный метод нагрева может обеспечить очень большую скорость нагрева. Однако электромагнитное поле, являющееся источником нагрева, создает помехи в процессе сварки, что приводит к «уводу сварочной дуги» и ухудшению качества сварки, а также создает неблагоприятные условия для работы человека. Кроме того, индуктор наматывается по всей окружности трубы одинаково, что также приводит к неравномерности нагрева по окружности. На основании самых основных законов физики известно, что тепло всегда поднимается наверх. Соответственно, если в нижней части стыка будет выделяться столько же тепла, что и в верхней, то нижняя часть будет «подогревать» верхнюю не учитывая желание оператора-термиста. В результате верхняя часть стыка всегда будет нагрета сильнее, чем нижняя. Этот эффект будет усиливаться с увеличением диаметра стыка. Зачастую разница температур может превышать допуск на термообработку. Ввиду особенностей нагрева за счет вихревых токов, индукционный нагрев эффективен, в основном, только до температуры Кюри, при которой происходит резкое изменение ферро-магнитных свойств металла, что делает затруднительным нагрев свыше примерно 720 градусов Цельсия.


• Указанных выше недостатков лишен метод термообработки сварных стыков при помощи нагревательных ковриков. При данном нагреве строго соблюдается скорость нагрева, обусловленная и ограниченная требованиями нормативных документов, которые в основном не разрешают бесконтрольный быстрый нагрев сварного шва, а требуют равномерный и контролируемый процесс на всем протяжении от начала термообработки до температуры выдержки. Кроме того, чем больше диаметр сварного стыка трубопровода, тем больше нагревателей понадобится, значит, тем больше каналов управления и контроля температуры будет задействовано. Каждый канал управляется своей термопарой, закрепленной в соответствующей зоне, что ведет к полному и точному контролю температуры по всей окружности сварного шва, исключая недогревы и перегревы в разных зонах. Нагревательные коврики не создают электромагнитного поля и обеспечивают точный контроль теплового поля, что делает их незаменимыми помощниками при необходимости проведения предварительного и сопутствующего подогрева при сварке стальных трубопроводов из разных марок сталей, в том числе жаропрочных и особенно P91. Также, из-за отсутствия электромагнитного поля не создается ухудшения условия работы людей в непосредственной близости от зоны нагрева. Стандартные нагревательные коврики, выполненные из нихромовой проволоки, обеспечивают нагрев до температур 800-850 градусов без проблем, т.е. спокойно применяются для отпуска сварных швов из низкоулеродистых и жаропрочных сталей с целью снижения сварочных напряжений, который некоторые люди иногда называют отжигом сварных соединений. При необходимости нагрева до более высоких температур следует использовать высокотемпературные нагревательные коврики c фехралевым сердечником, который обеспечивает нагрев до 1100 градусов Цельсия, позволяя проводить аустенизацию сварных швов, нормализацию и стабилизирующий отжиг сварных соединений, подверженных межкристаллитной коррозии (МКК) и коррозионному растрескиванию (КР) и работающих в агрессивных средах.

Приведенные выше аргументы показывают, что местная термообработка сварных швов, выполненная при помощи нагревательных ковриков на многоканальных термопостах, имеет множество преимуществ, что обуславливает ее широкое применение на предприятиях химической, нефтяной, нефтемихической, энергетической, судостроительной и прочих отраслях промышленности.

Оборудование для термообработки сварных швов трубопроводов

Сварка трубопроводов высокого давления, термообработка сварных соединений трубопроводов

При изготовлении и монтаже трубопроводов высокого давления применяют все промышленные способы сварки. Учитывая особую ответственность сварки труб высокого давления, к выполнению этих работ допускаются только сварщики, имеющие удостоверение о сдаче испытаний в соответствии с правилами Госгортехнадзора.

Трубы высокого давления требуют выполнения некоторых особых условий сварки и контроля качества. Особые условия сварки вызваны технологическими затруднениями вследствие больших толщин стенок труб при сравнительно небольших диаметрах. При этом необходимо обеспечивать получение высоких механических свойств сварного шва при нормальных, отрицательных и повышенных температурах транспортируемой по трубопроводу среды, а также шва, стойкого против коррозии.

Трубопроводы из сталей 20 и ЗОХМА сваривают электродуговой или газовой сваркой в зависимости от их диаметра и толщины. Применение газовой сварки допускается только для углеродистых труб с условным проходом от 6 до 25 мм.

Автоматическую и полуавтоматическую сварку под слоем флюса при ручной подварке корня шва применяют для труб с условным проходом 100 мм и выше. Трубы меньшего диаметра сваривают ручной электродуговой сваркой. Трубы с условным проходом от 25 до 40 мм сваривают обычным швом с V-образной разделкой кромок, а более 60 мм — с подкладными кольцами или без них.

При ручной сварке труб из стали 20 применяют электроды типа Э42А марки УОНИ-13/45, а из сталей ЗОХМА, 20ХЗМВФ — электроды типа ЭП-60 марок ЦЛ-19ХМ и ВСН-2. Перед прихваткой и еваркой стыки труб всех диаметров из легированных сталей (ЗОХМА, 20ХЗМВФ и др.) предварительно подогревают до 300—350° С, а из стали 20 при толщине стенки более 27 мм — до 150—200° С. Температуру подогрева поддерживают в течение всего периода прихватки и сварки. Количество слоев сварки зависит от толщины стенки и составляет от 4 до 10.

Полуавтоматическую сварку под флюсом осуществляют с помощью полуавтомата ПШ-5 с удлиненным мундштуком и специальной воронкой. Сварку выполняют в несколько слоев в зависимости от толщины стенки трубы. Усиление шва должно быть в пределах 2—4 мм и обязательно с плавным переходом к основному металлу.

После любого вида сварки для снятия возникающих внутренних термических напряжений стыки на участке длиной не менее 200 мм (по 100 мм с обеих сторон шва) подвергают термической обработке. Стыки из стали 20 при толщине стенок труб более 27 мм подвергают отпуску при температуре 560—580° С с выдержкой 2,5—3 ч.

При сварке труб из некоторых марок легированных сталей, а также толстостенных труб из стали 20 вследствие высоких температур происходит изменение структуры металла шва и околошовной зоны основного металла, возникают внутренние термические напряжения и, как следствие, ухудшаются механические свойства сварного соединения. Чтобы снять внутренние термические напряжения, сварные соединения подвергают отжигу, а для улучшения структуры металла и повышения пластичности— нормализации. Для стыков толстостенных труб из стали 20 вполне достаточной термообработкой является высокий отпуск. Установка для термообработки сварных швов трубопроводов?

Режимы термообработки зависят от марки стали свариваемых труб и их толщины стенки; обычно они указаны в производственных инструкциях на сварку или на чертежах. На трубозаготовительных заводах или в цехах термообработку сварных соединений элементов и узлов трубопроводов (без арматуры) производят в специальных термических печах.

Рис. 86. Электрическая муфельная печь сопротивления:

1 — шплинты, 2 — керамиковые полуцилиндры, 3, 6 — контакты, 4 — замок, 5 — медная перемычка, 7— нихромовая лента, 8— установочные полукольца, 9 — шпильки, 10— корпус,
11, 12 — теплоизоляционный материал, 13 — стальной кожух, 14 — асбестовый лист, 15 – внешний вид на opti-myst engine 600

В монтажных условиях для термообработки сварных соединений труб применяют муфельные печи сопротивления, газовые кольцевые горелки и индукционные нагреватели. Электрические муфельные печи сопротивления (рис. 86) предназначены для нагрева сварных соединений труб диаметром от 30 до 325 мм со стенками любой толщины до 900—950° С. Печь — разъемная; состоит она из двух половин.

Рис. 87. Схема термообработки сварных стыков труб индукционным способом нагрева токами промышленной частоты:

1 — сварочный трансформатор, 2 — гибкий провод, 3 — конденсаторная батарея, 4 — нагреваемая труба, 5 — слой асбеста, 6—-нагревающие витки провода, 7 —термопары, 8 — переключатель, 9 — гальванометр

Индукционный способ нагрева токами промышленной частоты (50 гц) применяют при термообработке сварных стыков труб с условным проходом от 100 мм и выше при толщине стенки более 10 мм. Для этого стык и прилежащие к нему участки трубы (рис. 87) на 600—700 мм в каждую сторону обертывают листовым асбестом толщиной не менее 10 мм; поверх него укладывают 12—28 витков медного многожильного неизолированного провода сечением не менее 100 мм 2 . Провод наматывают на трубу достаточно плотно с расстоянием между витками 15—20 мм (во избежание замыкания).

Последние витки закрепляют хомутами. Провод подключают к источнику низкого напряжения при силе тока около 800—1000 а. Обычно используют сварочные трансформаторы ТСД-1000 и ТСД-2000.

При термической обработке сварных стыков трубопроводов торцы труб следует закрывать временными пробками, чтобы предотвратить создание воздушной тяги и охлаждение стыка.

При термической обработке с помощью хромель-алюминиевых термопар и гальванометров непрерывно контролируют температуру.

Выполняют термообработку сварных соединений трубопроводов специально обученные для этой цели слесари-трубопроводчики под наблюдением ответственного инженерно-технического работника.

1. В чем заключаются особенности сварки трубопроводов высокого давления?

2. Какие виды сварки применяют для трубопроводов высокого давления?

3. Для чего производится термическая обработка сварных соединений?

4. Какое оборудование и какие приспособления используют для термической обработки сварных соединений?

Все материалы раздела “Сварка труб” :

Дополнительная информация:

Индукционная термообработка труб и трубопроводов может быть как местной, когда касается непосредственно сварного шва или соединения, так и полной, когда нагревается вся конструкция, включая стыки. Нагревательные коврики для термообработки сварных швов? Независимо от масштаба операции выделяется три основных этапа термообработки шва: вначале идет нагрев до нужной температуры с определенной скоростью, затем сварное соединение выдерживается некоторое время, и, наконец, охлаждение, которое также проходит с заранее заданной скоростью.

Об обработке швов и изделий под воздействием температур и поговорим дальше. Для чего необходима термическая обработка сварных изделий? Необходимость термической обработки всех сварных изделий обуславливается потребностью улучшить сварные свойства материала.

Нейтрализации остаточных явлений от электродуговой сварки необходимо подвергать все трубопроводы диаметром от 108 мм, имеющими стенку 10 мм и более. Для этого используют индукционный нагрев изделия током с частотой 50 Гц. Термообработка способна воздействовать на металл трубы со стенкой 45-60 мм, для чего применяют гибкие электронагревательные проволоки или муфельные печи. Если толщина стенки конструкции не более 25 мм, то можно использовать газопламенный способ нагрева.

Во всех случаях важен фактор равномерности распределения температуры во все стороны от сварочного соединения.

1. Подготовительный этап – нагрев изделия перед началом сварочных работ. Производится для придания металлу эластичности.
2. Промежуточная термообработка – постоянный нагрев изделия в процессе произведения сварочных работ. Производится для достижения максимальной эластичности металла, вследствие чего образуется минимальное напряжение.
3. Термообработка сварных швов – нагрев изделия непосредственно после проведения всех сварочных работ. Производится для максимального избавления изделия от остаточного напряжения металла в местах соединения.

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.

Керамические электронагреватели продольного нагрева КЭН П применяются для термической обработки толстостенных изделий и при необходимости локально расширить зону нагрева. КЭН П широкое используются для термообработки сварных швов трубопроводов и резервуаров.

• Предварительный подогрев. Это один из самых распространенных способов. Контроль швов сварных соединений до термообработки? Он применяется чаще всего для низколегированных и низкоуглеродистых сталей, которые относятся к перлитному классу. Подогрев осуществляется постепенно до температуры около 200 градусов Цельсия. Особенно актуально это при низкой температуре окружающей среды. Прогревание делается для предотвращения появления трещин. После окончания процедуры температура также постепенно опускается.

Термическая обработка сварного стыка трубопроводов

Сварка — самый надежный, быстрый и экономичный способ создания неразъемных соединений металлов и их сплавов. В ходе сварочного процесса металл нагревается до температуры плавления. Это вызывает в нем внутренние напряжения. Кроме того, на поверхности сварочного шва остается шлак. Для удаления шлака и снятия внутренних напряжений в металле применяются различные способы обработки сварного шва.

Основные способы обработки сварных соединений

Наиболее распространенными стали следующие методы обработки сварного шва:

• Термическая. Применяется для ликвидации внутренних остаточных напряжений. Проводится путем локального или общего прогрева.
• Механическая. Зачистка сварных швов после сварки удаляет шлаки и окалину с поверхности соединения.
• Химическая. Состоит из обезжиривания и покрытия защитным слоем. Препятствует возникновению коррозионных очагов. Метод используют для обработки материалов, подверженных коррозии, которым предстоит работать в активных средах.

Способ воздействия выбирают, применяясь к техническим требованиям к конструкции и условиям ее эксплуатации. Часто применяют последовательно все три метода.

Термообработка

Термическая обработка сварных соединений обязательно проводится после сварки тонкостенных изделий, особо подверженных деформациям под воздействием внутренних напряжений. К таким конструкциям относятся трубопроводы, различные емкости, сосуды давления.

Термическая обработка сварного шва

Проводится термообработка и для большинства ответственных конструкций, таких, как корпуса атомных и химических реакторов.

Заключается термообработка в нагреве детали и ее последующем охлаждении по строго заданному температурному графику.

Зачем нужна

В ходе сварки нагревается небольшая область детали в районе шва. Неравномерный прогрев и приводит к возникновению внутренних напряжений, способных деформировать или даже разрушить деталь. Кроме того, в зоне неравномерного нагрева изменяется структура кристаллической решетки металла, что приводит к ухудшению его физико-механических и химических свойств.

Рядом со сварным швом зона закалки, в которой прочность повышена, а упругость, наоборот, понижена. Ее окружает зона разупрочнения, в которой пластичность сохраняется, а прочность становится ниже, чем была до сваривания.

Термическая обработка сварных соединений призвана восстановить внутреннее строение металла и его свойства, вернуть характеристики прочности, пластичности и коррозионной устойчивости к проектным значениям.

Особенности проведения

Обработка осуществляется при высоких температурных значениях, в диапазоне 600- 1000 °С. Это позволяет преодолеть негативные последствия неравномерного нагрева и приблизить структуру шва и околошовной зоны к структуре самой детали.

Обработка проходит в три стадии:

• Нагревается область рядом со швом.
• Конструкция выдерживается некоторое время в нагретом состоянии.
• Изделие охлаждается в соответствии с графиком обработки.

Процесс термообработки швов на трубопроводе

Существует несколько видов обработки сварного шва. Выбор зависит от конфигурации конструкции, толщины детали и цели, которую собираются достигнуть.

Для каждого вида обработки применяется свой специфический график нагрева, выдержки и охлаждения.

Достоинства и недостатки

К достоинствам обработки нагревом относят:

• Восстановление целевых характеристик прочности и пластичности;
• Снятие внутренних напряжений, обеспечение долговечности шва и всей конструкции;
• Улучшение, при необходимости, этих показателей.

Отрицательные моменты при проведении обработки нагревом следующие:

• Высокие требования к квалификации работников.
• Необратимость процессов. В случае несоблюдения графика термообработки сварных швов исправить брак практически невозможно.
• Требуется дорогостоящее и громоздкое оборудование
• Высокое энергопотребление, низкая экологичность.

В большинстве случаев преимущества перевешивают недостатки.

Что подвергают обработке

Термообработке подвергают сварные швы в ответственных конструкциях. Сюда входят

• магистральные трубопроводы
• сварные конструкции различных механизмов и станков, испытывающих высокие нагрузки
• изделия, которым предстоит работать в сложных условиях эксплуатации.

При термообработке сравнительно небольших изделий используют муфельные печи.

Самодельная муфельная печь

Для обработки нагревом габаритных конструкций применяют нагрев пламенем газовых горелок или индукционный способ. В отдельных случаях применяют радиационный метод.

Термообработку для повышения коррозионной стойкости следует проводить по возможности скорее по окончании сварки.

Параметры проведения процесса

Продолжительность процесса во многом определяется маркой сплава и толщиной заготовки. Для хром-молибденовых сплавов применяют индукционный или радиационный способы нагрева. С увеличением толщины типовая продолжительность нагрева (в минутах) растет:

Индукционный способ требует меньшего времени на обработку, но отличается большими энергозатратами. Перед обработкой следует обязательно выполнить зачистку сварочного шва.

Используемое оборудование

Термообработка сварных швов выполняется с использованием нескольких основных способов, каждый требует своего набора оборудования:

• Индукционный. Требует генератора высокочастотного переменного тока большой мощности. Нагревательным элементом является катушка индуктивности, намотанная поверх участка детали, подлежащего нагреву.
• Радиационный. Используется инфракрасное излучение от нагретой нихромовой проволоки, через которую пропускается сильный электрический ток. Требует мощных источников тока. Может применяться для прогрева материалов со слабыми электромагнитными свойствами.
• Газовый. Наиболее экономичный по энергозатратам способ. Используется специальная горелка. Факел пламени формируется так, чтобы равномерно прогневать зону термообработки.

Выбор метода нагрева проводят, сопоставляя цель обработки, толщину конструкций, характеристики материала и экономические соображения.

Виды термической обработки

Виды термообработки сварных швов различаются по своей цели. Специалисты отличают следующие процессы:

• Отдых. Конструкцию доводят до 300 °С и выдерживают полтора — два часа. Снижает механические напряжения и снижает содержание водорода в материале шва.
• Отпуск. Состоит в нагреве до 700 °С и трехчасовой выдержке. Практически полностью снимает напряжения, дает возможность повысить пластичность.
• Нормализация. Всю конструкцию, включая шов, нагревают до 800 °С и выдерживают 30-40 минут. Позволяет достичь однородности и мелкозернистости структуры металла. Используется на изделиях малой толщины.
• Аустенизация. Изделие нагревают до 1100 °С и выдерживают 120 минут. Охлаждение проводят при комнатной температуре. Повышает пластичность высоколегированных сплавов за счет преобразования их кристаллической структуры.
• Отжиг. Нагрев до 960 ° С, трехчасовая выдержка и остывание при комнатной температуре. Используется для высоколегированных сплавов для повышения коррозионной стойкости.

Как правило, перед термообработкой проводится зачистка сварного соединения.

Контроль температуры

При проведении термообработки ключевое значение имеет температура нагрева конструкции. Для контроля температуры применяют:

• Термокарандаш и термокраска. Представляют собой химическое соединение, меняющее цвет по мере изменения температуры. Наносятся на поверхность изделия.
• Тепловизоры и пирометры. Электронные устройства, дистанционно измеряющие температуру.

Термокарандаши и термокраска – традиционные средства, достаточно трудоемкие в применения и требующие постоянного визуального контроля со стороны оператора и его оперативного вмешательства в случае выхода параметров за пределы допустимых значений.

Тепловизоры и пирометры обладают большей точностью и могут быть встроены в автоматическую систему поддержания постоянной температуры.

Другие виды обработки

Кроме термообработки, широко используются также механические и химические виды очистки сварных швов.

Механическая

Проводится с использование проволочных щеток или абразивных дисков. В промышленных условиях щетка, диск или лепестковая абразивная насадка закрепляет в угловой шлифовальной машинке (в быту называемой «болгарка»)

Способом механической зачистки с поверхности соединения удаляют шлаки, окалину, брызги застывшего металла и оксидную пленку.

Механическая обработка сварного шва

Зачистка сварного шва после сварки применяется перед термообработкой или покраской.

Химическая

Призвана удалить с поверхности шва следы жира, смазки, оксидные пленки и другие загрязнения. Проводится перед нанесением на конструкцию покрытий, предохраняющих от коррозии.

Травление — обработка сильнодействующими кислотами — проводится перед механической обработкой. После нее проводят пассивацию — нанесение вещества, образующего на поверхности защитную пленку.

Химическая обработка сварного шва

Химическая обработка металла проводится химически активными веществами, многие из которых пожароопасны и могут причинить серьезный вред здоровью. Поэтому следует строго соблюдать правила техники безопасности.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

17.1. Общие положения

17.2. Режимы термообработки

17.3. Оборудование, материалы и оснастка

17.4. Технология термообработки

17.5. Контроль температуры при термообработке

17.1. Общие положения

17.1.1. Термообработка сварных соединений труб производится индукционным способом токами промышленной (50 Гц) и средней (до 8000 Гц) частоты, а также радиационным способом — электронагревателями сопротивления (в том числе комбинированного действия) и газопламенными горелками.

17.1.2. Основным способом нагрева при термообработке стыков трубопроводов диаметром 108 мм и более со стенкой толщиной свыше 10 мм является индукционный нагрев током промышленной и средней частоты.

Термообработку сварных соединений радиационным способом с помощью электронагревателей сопротивления можно применять при толщине стенок труб не более 50 мм, а газопламенным способом — при толщине не более 25 мм. При радиационном электронагреве стыков труб со стенкой толщиной более 25 мм следует устанавливать внутри трубы на расстоянии 300-500 мм от шва тепловые заглушки, а также строго соблюдать требования к равномерности нагрева и измерению температур, изложенные в этом разделе.

17.1.3. Стыки труб из сталей 12Х1МФИ 15X1М1Ф (соответственно и из литых деталей) при толщине стенки более 45 мм независимо от диаметра труб и при толщине стенки более 25 мм при диаметре труб 600 мм и более необходимо подвергать термообработке сразу после окончания сварки, не допуская охлаждения стыка ниже 300°С. Если по техническим причинам (прекращение электропитания, повреждение оборудования, необходимость перестановки индуктора и т. п.) невозможно провести термообработку этих сварных соединений непосредственно после сварки, необходимо медленно охладить стык под слоем тепловой изоляции толщиной 8-15 мм. При восстановлении электрического питания стык следует сразу подвергнуть термообработке. Во всех остальных случаях термообработку нужно производить не позднее чем через 3 суток после окончания сварки.

17.1.4. До термообработки подвергать сварные соединения воздействию нагрузок, снимать блоки с опор, кантовать, транспортировать и т.п. запрещается.

Перед термообработкой необходимо для трубопроводов, расположенных горизонтально, установить временные опоры на расстоянии не более 1 м по обе стороны от сварного соединения, а для трубопроводов, расположенных вертикально, следует разгрузить сварное соединение от веса трубопровода путем его закрепления ниже термообрабатываемого стыка. Временные опоры можно убирать только после полного остывания стыка.

В случае печной термообработки сварных соединений элементов котлов и трубопроводов допускается их транспортировка до печи при условии принятия мер, обеспечивающих разгрузку сварных соединений от изгибающих напряжений в процессе транспортировки и во время нагрева.

17.1.5. Термообработку стыков труб следует выполнять до холодного натяга трубопровода, т. е. до сборки и сварки замыкающего стыка.

ЭЛЕКТРОННАЯ СИЛОВАЯ ТЕХНИКА

Гарантийный срок оборудования ООО «ЭЛСИТ» составляет 24 месяца

Продукция «ЭЛСИТ»

Для чего нужна термообработка сварных стыков трубопроводов

Термообработка сварных стыков трубопроводов производится для того, чтобы придать металлу высокую прочность и защитить его от преждевременного старения. Известно, что во время сварки в металле образуется излишнее напряжение, которое неблаготворно сказывается на качестве изделия. Термообработка помогает разгладить напряжение металла, а также дает возможность защитить изделие от коррозийного образования.
Термообработка сварных швов производится в три этапа. Каждый из них немаловажен, ведь если упустить один, то нельзя будет добиться наилучшего результата.

1. Первый этап термообработки производится в целях обработки металла и подготовки изделия к сварке. Под воздействием токов высокой частоты трубопровод будет нагрет для достижения хорошей эластичности.
2. Второй этап обработки – это нагрев изделия в процессе произведения сварочных работ. Данный этап немаловажен, потому что позволяет разглаживать напряжение металла, нагревая изделие не только в области сварки, но и по всей поверхности, поддерживая тем самым эластичность металла.
3. Третий этап – это сама термообработка сварных швов. Во время нагрева остаточное напряжение в местах сварных швов разглаживается.

Термообработка сварных стыков трубопроводов повышает качество изделия, продляя его срок эксплуатации. Трубы, прошедшие обработку будут надежно защищены от коррозии, а также получат более высокую прочность.

Термообработка сварных швов

Сварные соединения, выполненные дуговыми способами, непосредственно после процесса сварки характеризуются неоднородностью структуры и свойств сварного шва, зоны термического влияния, а также наличием в них сварочных напряжений.

Неоднородность структуры и свойств металла зависят главным образом от неравномерности нагрева при сварке. Металл шва в процессе сварки в расплавленном состоянии имеет температуру свыше 2000°С, в то время, как соседние слои металла находятся в твердом состоянии при намного более низких температурах. Вдоль сварного шва возникает область металла, которая при сварке нагревается до очень высокой температуры, а потом охлаждается до комнатной. Эта область называется зоной термического влияния (ЗТВ).

Все металлы сжимаются при снижении температуры. Этому процессу в области сварки препятствуют окружающие холодные слои металла и как следствие в области сварного шва и в ЗТВ возникают остаточные сварочные напряжения. Сварочные напряжения могут достигать значительных величин, близких к пределу текучести (250-350 МПа). Сварочные напряжения опасны тем, что могут вызвать появление трещин в сварных соединениях, особенно выполненных из легированных сталей. Кроме того, эти стали в производственных условиях при сварке быстро остывают, что приводит к образованию закалочных структур в сварном шве и ЗТВ, также способствующих образованию трещин. При больших остаточных напряжениях в присутствии определённых химических веществ могут происходить особый вид разрушения – коррозионное растрескивание. Например, очень малые концентрации хлоридов могут серьёзно воздействовать на обычно устойчивые нержавеющие стали.

Ещё одна проблема – водород. Если в зоне сварки окажется вода, она может попасть под электрическую дугу. Под воздействием электричества вода будет разложена на кислород и водород, который, в свою очередь, попадет в расплав. Присутствие водорода может привести к серьезным проблемам при сварке.

Одним из основных средств решения этих проблем и повышения надежности сварных соединений является нагрев или термическая обработка, в результате которой снижается уровень сварочных напряжений, улучшается структура и свойства металла соединения, удаляется водород.

• Предварительный подогрев перед сваркой;
• Сопутствующий подогрев во время сварки;
• Послесварочный нагрев.

• Термический отдых;
• Высокий отпуск;
• Нормализация;
• Стабилизирующий отжиг;
• Аустенизация.

Термообработка сварных швов является важной стадией технологического процесса. Неправильно проведенная термообработка сварных соединений может свести на «нет» все предыдущие усилия.

В зависимости от размера и вида обрабатываемого изделия, марки стали, вида термообработки, а также количества сварных швов на изделии экономически и технически целесообразным могут быть разные виды термообработки: местная (пошовная) термообработка отдельных сварных швов или объемная (внепечная) термообработка всего изделия.