При крупномасштабном изготовлении металлических конструкций и соединении трубопроводов проводится дополнительная обработка, про которую забывают начинающие сварщики. К одному из таких технологических процессов относится термообработка сварных швов. Оно позволяет улучшить характеристики готового крепления, продлить срок его эксплуатации.
Термообработка сварных швов
Оборудование для термической обработки
Оборудование для термической обработки может иметь различные возможности, которые способствуют выполнению определенных процессов. Это касается максимальной температуры, создаваемой в ней, количества одновременно обрабатываемого материала, типа выполняемой обработки.
Оборудование для термической обработки на различных предприятиях представлено:
- шахтными печами;
- камерными печами;
- печами с выдвижным подом;
- вакуумными печами;
- плавильными прессами;
Шахтные печи имеют высокую производительность и могут обрабатывать материалы, имеющие большие габариты. С их помощью можно производить термическую обработку для операции закалки, отжига, отпуска, нормализации цветных металлов. Применение оптимально для предприятий, которые не делают упор на точность проведения операций.
На сегодняшний день различными предприятиями выпускаются шахтные печи, которые имеют электрический и газовый нагрева. Установки данного типа могут применяться в эндогазовой, азотной, воздушной, вакуумной и водородной среде. Основным их применением является термообработка стальных элементов, которые имеют большие размеры. К ним относятся стальные детали и узлы, крупногабаритные отливки и поковки. Кроме этого производится их нормализация и прокат.
Камерные печи термообработки имеют меньшие габариты, поэтому используются для изменения свойств объектов небольших размеров. Установки данного типа имеют популярность на различных типах производств. Они могут использоваться как отдельно, так и вкупе с автоматизированными комплексами.
В состав комплекса оборудования для термической обработки могут входить:
- нагревательные печи;
- закалочный бак;
- моечные камеры;
- камеры отпуска;
Камеры отпуска в некоторых установках совмещаются емкостью для охлаждения, чтобы избегать отпускной хрупкости. Нередко используют камеры, в которых элементы обрабатываются холодом, это позволяет уменьшить остаточный аустенит. В состав автоматизированного комплекса может входить рельсовая транспортная система для погрузки и разгрузки.
Печи, имеющие выдвижной подол являются оптимальным инструментом бля термической обработки деталей или узлов, которые имеют крупные габариты. Для осуществления загрузки и выгрузки используют краны и кран-балки. Из недостатков можно отменить большую теплопотерю. Это происходит ввиду их габаритов. С их помощью производят аустенизацию, отжиг. Нередко используют для нагрева металла перед процедурой ковки. Для загрузки элементов могут использоваться небольшие манипуляторы и роботы. Рабочее пространство может нагреваться газовым и электрическим способом.
Химическая обработка
Лучшие результаты при обработке сварных соединений достигаются при сочетании механических и химических средств. Применяется два метода работы со швами: травление и пассивация.
Травление выполняется до механической шлифовки. Для проведения этой операции используются химические составы, обеспечивающие однородное покрытие, препятствующее коррозийным процессам. Кроме того, травление позволяет ликвидировать места, тронутые побежалостью. Дело в том, что в таких местах наблюдается скопление окислов никеля и хрома, в результате чего сталь подвергается ржавлению.
На незначительных по площади участках сварных соединений рекомендуется производить травление непосредственным нанесением состава на обрабатываемую поверхность. Если деталь достаточно большая или имеет сложную конфигурацию, ее следует помещать в емкость с раствором для травления. Время нахождения металла в травильном расходе рассчитывается в каждой ситуации индивидуально.
Когда травление закончено, наступает черед пассивации. Процесс представляет собой нанесение на металл особого состава, в результате чего образуется пленка. Данное защитное покрытие препятствует возникновению коррозии. С химической точки зрения, пассивацию можно объяснить следующим образом: оксиданты, взаимодействуя со сталью, удаляют с поверхности свободный металл, при этом активируя возникновение защитной пленки.
Завершается химическая обработка очисткой сварных соединений от реагентов. Смываемая вода содержит множество токсичных веществ, тяжелых металлов и кислот. Кислоты нейтрализуются при помощи щелочей, а затем оставшаяся жидкость фильтруется. Утилизировать отработку нужно только в специально отведенных для этого местах в соответствии с законодательством об охране окружающей среды.
Обработка сварных швов — обзор методов
Сварные швы отвечают за целостность металлической конструкции. В частности, соединение должно быть достаточно прочным, устойчивым к ржавлению, влажности. Обработка сварных швов призвана обеспечить выполнение этих задач.
Методы обработки
Существует три методики, с помощью которых защищаются сварные соединения:
- Термическая обработка. Благодаря этому способу можно убрать остаточные напряжения в материале, возникающие вследствие сварочных работ. Термообработка проводится по одной из двух технологий: местной, когда прогревается или охлаждается только само соединение, или общей — температурной обработке подлежит вся деталь.
- Механическая обработка. В данном случае задача состоит в удалении остатков шлака и проверке надежности соединения. Типичный пример механической обработки — простукивание шва молотком или выполнение его зачистки. Если шлак не удалить, возможно развитие коррозии.
- Химическая обработка. Нанесение защитных покрытий на соединение — один из способов борьбы с коррозийными процессами. Наиболее доступный вариант химической защиты — обработка шва грунтовочным лакокрасочным материалом.
Термическая обработка
Помимо уменьшения остаточных напряжений металла, термообработка позволяет добиться следующих целей:
- сделать структуру шва и околошовных зон более приспособленной к воздействию внешних факторов;
- оптимизировать физические и эксплуатационные свойства материала, в частности, повысить стойкость к ржавлению, жаропрочность и т.д.
Термическая обработка сварных соединений предполагает нагрев на определенное время сварного соединения или всего металла до заданной температуры. Далее происходит искусственное охлаждение, которое также производится по определенному сценарию.
Оборудование для термообработки
Для термической обработки стыков может использоваться четыре вида технологического оборудования:
- Индукционные устройства. Индукционный нагрев часто применяется во время прокладки трубопроводов. Суть этого метода состоит в использовании медных индукторов, включающих в себя многожильный медный кабель с воздушным охлаждением. Во время монтажа индуктора на трубопровод нужно принимать во внимание расстояние между трубой и индуктором. Общее правило: чем больше зазор между объектами, тем хуже используется мощность оборудования.
- Гибкие нагреватели сопротивления. Данный способ считается одним из самых удобных и доступных способов обработки сварных швов.
- Муфельные печи. При работе с этим видом оборудования нужно особое внимание уделять равномерности нагрева соединения, что достигается нецентрированной установкой детали в печь.
- Нагрев с помощью газопламенного оборудования. При газопламенном нагреве применяются сварочные и особые многопламенные газовые горелки. Газовые нагреватели выделяют тепловую энергию, возникающую в результате сгорания смеси горючего газа с кислородом.
Оборудование для нагрева подбирается исходя из монтажных условий, доступности того или иного вида устройств и прочих обстоятельств. Нагревательное оборудование должно отвечать определенным требованиям: четко стыковаться со сварными швами, иметь не слишком большую массу и обеспечивать равномерный нагрев соединения как в ширину, так и в длину.
Чтобы сократить теплопотери, при термообработке сварных соединений используются всевозможные теплоизоляторы.
Теплоизоляция должна быть теплоустойчивой при небольшой теплопроводности, прочной, но в то же время гибкой, устойчивой к износу и безопасной в эксплуатации.
Способы термообработки
Известно несколько методов термической обработки сварных соединений:
- Предварительный нагрев. Используется как до проведения сварочных работ, так и в момент сваривания деталей. Данная разновидность термической обработки применяется при сварке конструкций из низкоуглеродистой стали. Металл прогревается до 150-200 градусов по Цельсию.
- Высокий отпуск. Методика состоит в нагреве материала до 650-750 градусов по Цельсию (конкретный показатель температуры зависит от сорта стали). Температура поддерживается в течение 5 часов. Технология позволяет уменьшить напряжения на 80%, а также повысить устойчивость материала к механическим воздействиям и увеличить его эластичность.
- Нормализация. Применяется по отношению к углеродистым и низколегированным маркам стали. Подобная термическая обработка соединения осуществляется при температурах от 950 градусов по Цельсию. По окончании нагрева производится выдержка и охлаждение в условиях окружающей среды. Нормализация дает возможность уменьшить зернистость металла, сократить напряжение, а также увеличивает прочность шва.
- Аустенизация. Представляет собой закалку сварного соединения путем его нагрева до температуры 1070 градусов и выше. Деталь греется в течение 60 минут, а затем производится быстрое искусственное охлаждение. Методика широко распространена для закалки аустенитных сталей. Результат аустенизации — возросшая эластичность сварного соединения.
- Стабилизация. От аустенизации стабилизирующий отжиг отличается более низкой температурой и менее продолжительным периодом выдержки металла.
- Термический отдых. Технология заключается в нагреве сварного шва до 250-300 градусов по Цельсию. Затем осуществляется выдержка металла в разогретом состоянии. В результате процедуры в сварном соединении снижается уровень диффузного водорода, и уменьшаются внутренние напряжения.
Выбор способа, которым будет осуществляться термическая обработка сварных соединений, зависит от физико-химических характеристик стали (определяется ее маркой). Особое значение имеет выполнение технологических требований, в противном случае происходит ухудшение качества сварного соединения.
Ключевые параметры, которые нужно учитывать при проведении местной термообработки:
- ширина нагреваемого участка;
- равномерность нагревания по толщине стенки и ширине нагреваемого участка;
- период выдержки;
- интенсивность охлаждения.
Механическая обработка
Механическое устранение недостатков сварочных работ осуществляется при помощи проволочной щетки. Можно значительно упростить задачу и сделать зачистку качественнее, если использовать портативное шлифовальное устройство или болгарку с лепестковой насадкой. Вместо насадки также можно применить абразивный круг.
Механическая очистка позволяет убрать следующие дефекты сварного соединения:
- окалины;
- заусенцы;
- окислы;
- последствия побежалостей.
Несмотря на простоту и дешевизну технологии, существует ряд нюансов, касающихся выбора насадки, знание которых позволит выполнить работу качественнее:
- Прежде всего, нужно выбрать шлифовальный круг из подходящего материала. Лучше всего для механической очистки подойдет круг из цирконата алюминия. Преимущество этого материала в том, что он, во-первых, провоцирует коррозийные процессы, а во-вторых, цирконат алюминия прочнее оксида алюминия, из которого также изготавливаются некоторые виды насадок.
- Лепестки шлифовального круга должны быть на тканевой составляющей. Ткань надежнее и устойчивее к большим нагрузкам в сравнении с бумагой, которая иногда применяется на лепестках в качестве основы. Однако стоят такие насадки намного больше аналогов на бумажной основе. Более высокая стоимость тканевых насадок вполне оправдана и окупится при такой агрессивной по отношению к материалу работе, как шлифование швов.
- Размер абразивного зерна зависит от типа выполняемой работы. Очень часто в ходе очистки соединений могут понадобиться насадки с разным размером зерна. Поэтому рекомендуется приобретать сразу несколько видов насадок.
- Если нужно качественно зачистить шов, то разные размеры зерен просто необходимы, так как шлифовка осуществляется с постепенной сменой насадок на зерна меньшего размера. К примеру, крупные окалины убираются крупнозернистыми насадками, а вот тонкая шлифовка производится мелкозернистыми насадками. Финишная проходка осуществляется наиболее мелким зерном. Насадки следует менять последовательно — допускается пропуск не более одного размера. Однако если речь идет о создании зеркального блеска сварного соединения, нельзя пропускать ни одного размера.
- Для обработки швов, расположенных в труднодоступных местах (полостях, кромках, отверстиях), используются особые устройства — борфрезы, устанавливаемые в шлифовальную машину. Существуют борфрезы самых разнообразных размеров и форм, поэтому подобрать нужную конфигурацию несложно.
Методы обработки
Существует три методики, с помощью которых защищаются сварные соединения:
- Термическая обработка. Благодаря этому способу можно убрать остаточные напряжения в материале, возникающие вследствие сварочных работ. Термообработка проводится по одной из двух технологий: местной, когда прогревается или охлаждается только само соединение, или общей — температурной обработке подлежит вся деталь.
- Механическая обработка. В данном случае задача состоит в удалении остатков шлака и проверке надежности соединения. Типичный пример механической обработки — простукивание шва молотком или выполнение его зачистки. Если шлак не удалить, возможно развитие коррозии.
- Химическая обработка. Нанесение защитных покрытий на соединение — один из способов борьбы с коррозийными процессами. Наиболее доступный вариант химической защиты — обработка шва грунтовочным лакокрасочным материалом.
Ниже остановимся на технологиях защиты сварных швов более подробно.
Оборудование для термообработки сварных швов и соединений трубопроводов, труб, металлов
Индукционная термообработка сварных соединений и швов стали, чаще труб или трубопроводов — это инновационная послесварочная процедура. Данная технология широко применяется в самых различных сферах: нефтеперерабатывающей, энергетической, химической.
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. Независимо от масштаба операции выделяется три основных этапа термообработки шва: вначале идёт нагрев до нужной температуры с определённой скоростью, затем сварное соединение выдерживается некоторое время, и, наконец, охлаждение, которое также проходит с заранее заданной скоростью.
Индукционное оборудование для термообработки металла и сварных швов от компании ПРОМИНДУКТОР имеет полностью воздушное охлаждение, легкий интерфейс управления, встроенный промышленный контроллер с возможностью программирования режимов термообработки:
1. Предварительный нагрев
– простой метод нагрева материала до определенной температуры и поддержания этой температуры в течении какого-либо времени;
2. Отжиг
ПРЕИМУЩЕСТВА
- Нагрев происходит значительно быстрее, чем при газопламенном или резистивном способах;
- Даже при низких температурах окружающей среды, нагрев происходит с высоким КПД, по сравнению с резистивным и газопламенным способах;
- Скорость нагрева регулируется в заданных пределах и характеризуется высокой степенью стабильности;
- Нагрев происходит равномерно и локализовано по все ширине зоны сварного стыка и на всей окружности трубы;
- Исключается риск повреждения заводской изоляции трубы;
- Отсутствует открытое пламя и элементы, находящие под напряжением;
- Отсутствует необходимость хранения большого количества запасов газа, а соответственно и баллонов, как при газопламенном методе.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
| Модель | TIS 45/AC-PH | TIS 60/AC-PH | TIS 80/AC-PH | TIS 160/AC-PH | TIS 250/AC-PH |
| Параметры питающей сети | 380/220В, 50Гц | ||||
| Максимальная мощность | 45 кВт | 60 кВт | 80 кВт | 160 кВт | 250 кВт |
| Параметры термообработки | |||||
| Максимальный диаметр трубы | 630 ммПри толщине стенки 14 мм | 1020 ммПри толщине стенки 22 мм | 1220 ммПри толщине стенки 22 мм | 1420 ммПри толщине стенки 40 мм | 1420 ммПри толщине стенки 70 мм |
| Максимальная толщина стенки | 40 ммПри диаметре 325 мм | 50 ммПри диаметре 630 мм | 50 ммПри диаметре 820 мм | 60 ммПри диаметре 1020 мм | 70 ммПри диаметре 1420 мм |
| Максимальная температура нагрева | 620-830 °С | ||||
| Скорость нагрева (регулируемая) | 1-50 ºС/мин | ||||
| Максимальная длительность процесса термообработки | до 24 часов | ||||
| Параметры предварительного и сопутствующего (межслойного) подогрева | |||||
| Максимальный диаметр трубы | до 1420 мм | ||||
| Максимальная толщина стенки | 70 мм | ||||
| Максимальная температура нагрева | 300 °С |
НАЗНАЧЕНИЕ
Установка предназначена для осуществления:
- Предварительного и сопутствующего (межслойного) подогрева кромок металлических труб перед сваркой и в процессе сварки;
- Термообработки зоны сварного шва;
- Подогрева зоны сварного стыка перед нанесением защитной изоляции.
Установка может использоваться при ремонте промысловых и магистральных трубопроводов, газопроводов (конденсатопроводов) и их отводов из трубных сталей.
Установка предназначена для эксплуатации в полевых условиях и в условиях производственного цеха.
Вакуумные печи
Вакуумные печи являются оптимальным средством, чтобы получить качественные инструменты, быстрорежущие стали, титановые сплавы, медь, тугоплавкие металлы и конструкционные стали. Вакуумные печи производят все процессы с высокой технологичной точностью параметров. Температура в них не может откланяться больше чем на 5 градусов. Они используются как составные элементы линий термической обработки.
В вакуумных печах может использоваться азотистая, гелиевая, воздушная среда. При этом для их эксплуатации не требуется использование водяных закалочных баков. Это приводит к тому, что в них сложно производить закаливание низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Для изготовления внутренней поверхности вакуумной печи используют листовой молибден, нагревательных элементов – графит, керамика, порошковые материалы.
Установки, которые имеют высокую мощность, способны создавать давление в вакуумной печи, которое составит 0,00005 мбар. Уровень максимального давления окружающей среды составит 20 мбар, а термпературы 1350 градусов. В качестве охлаждающей жидкости применяется вода.
Вакуумные камеры комплектуются различными вакуумными насосами, ресиверами, имеющие газовую среду охлаждения и установками, которые обеспечивают обратное водоохлаждение. Показатель степени автоматизации данного оборудования для термообработки может варьироваться в пределах 0,7-0,9.
Вакуумные печи имеют высокую стоимость, поскольку для их разработки и изготовления затрачивается намного больше средств. При этом они имеют один недостаток, который связан с тем, что поверхность сплавов обезлегируется, если в них используется высокая температура.
Технология термообработки
При проведении термической обработки учитывается длина шва, соблюдается равномерность прогрева соединения и прилегающих областей, выбирается подходящая скорость и температура нагрева, устанавливается время продолжительности нагрева (также называется выдержкой) и устанавливается скорость охлаждения.
Термообработка сварных швов трубопроводов начинается с того, что шов изолируют с помощью теплоизоляционного материала. Например, при применении газопламенной горелки шов обматывается слоем листового асбеста толщиной 2-3 сантиметра. Только затем происходит монтаж самой горелки. Тот же принцип и при сварке индукционными приспособлениями или нагревательными элементами.
Чтобы сварные швы не теряли тепло изоляционные материалы должны быть прочными и теплостойкими одновременно. При этом они должны иметь малый вес, легко изгибаться. В таблице ниже описаны основные теплоизоляционные материалы, применяемые при термообработке. Также указана из температурная область.
Обработка сварного шва доверяется только специалистам. Специалист проходит предварительное обучение и только после этого приступает к работе. При этом процессом должен руководить старший мастер. Специалист обязан не только правильно подобрать и установить нагревательное оборудование, но еще и проверить, насколько хорошо слесари подготовили металл.Термообработка сварных швов трубопроводов не начнется без тщательной подготовки.
После обработки можно осуществить термоотдых. Пусть деталь остынет. Затем производится шлифовка сварных швов болгаркой. Зачистка сварного шва после сварки необходима для удаления ненужных включений, образовавшихся при сварке. Например, шлака.
Базовый комплект УИНТ-50-2,4
| № | Наименование | Количество |
| 1 | Установка индукционного нагрева универсального исполнения мощностью — 50 кВт, частотой — 2,4 кГц. | 1 шт. |
| 2 | Входной кабель (подключен к установке) | 12 м. |
| 3 | Выходной кабель (подключен к установке) | 20 м. |
| 4 | Провод для индуктора | 22 м. |
| 5 | Компенсирующий конденсатор (укреплен на тележке) | 1 шт. |
| 6 | Самопишущий одноканальный прибор для измерения и регистрации температуры нагреваемой части трубопровода (встроен в установку) | 1 шт. |
| 7 | Регулятор скорости подъема и снижения температуры (встроен в установку) | 1 шт. |
| 8 | Термопара | 1 шт. |
| 9 | Компенсационный провод (подключен в установку) | 20 м. |
| 10 | Руководство по эксплуатации | 1 шт. |
Опросный лист можно скачать здесь
СОСТАВ
- Преобразователь частоты;
- Трансформаторно-согласовывающее устройство;
- Комплект индукторов (в зависимости от назначения установки);
- Пульт управления нагревом;
- Пирометрический датчик температуры (диапазон измерения 0 ÷ 400°С) – при выполнении подогрева;
- Термопарный датчик температуры (диапазон измерения 0 ÷ 1200°С) – при термообработке;
- Устройство для приварки термопар (опционально);
- Станция водоохлаждения индуктора (опционально);
- Специализированное программное обеспечение для ведения протоколов нагрева;
- Комплект соединительных кабелей и рукавов.
Применяемое оборудование
Для термической обработки сварных швов применяют следующие виды оборудования:
- Индукционное. Принцип работы основан на нагреве металла вихревыми токами, создаваемыми индукционной катушкой (индуктором), подключенной к высокочастотному генератору. Нагреваемый участок предварительно накрывают асбестом. Поверх него гибким проводом наматывают витки катушки с шагом 2,5 см на расстоянии 25 см по обе стороны от стыка. В качестве индуктора также используют накладки с расположенными внутри проводами. Технология обеспечивает быстрый, равномерный нагрев участка соединения независимо от положения деталей.
- Радиационное. Нагрев осуществляется теплом от проводов из нихрома, по которым проходит электроток. Гибкие нагревательные элементы удобны для обработки соединений сложной формы. Радиационное оборудование эффективней индукционного при работе с металлами с низкими электромагнитными характеристиками.
- Газовое выгодно для применения, так как не нуждается в электроэнергии. Однако на нагрев уходит много времени. Поэтому оборудование используют на небольших конструкциях. Для обеспечения равномерного прогрева соединения работу выполняют двумя многопламенными ацетиленовыми горелками одновременно с обеих сторон.
- Для работы с деталями небольшого размера применяют муфельные печи. Их также используют на трубопроводах малого диаметра.
Термообработка
Зачастую термообработку сварных стыков используют в процессе сооружения трубопроводных магистралей. Для их создания применяют трубы, которые имеют большой внутренний диаметр и значительную толщину стенок. Это обеспечит прочность и надежность системы в процессе эксплуатации. Но, это создает новую проблему – тяжело провести качественное стыкование труб, которые имеют такие геометрические характеристики.
В процессе сварки происходит нагрев небольшого участка изделия. В результате это приводит к возникновению ряда физических процессов, которые неблагоприятно сказываются на эксплуатации конструкции.
Сама же термообработка сварных соединений проводится в несколько этапов:
- Пдготовка изделий к сварке. От того, насколько качественно будет выполнена эта работа, зависит прочность соединения.
- Термообработка места соединения изделий при сваривании.
- Обработка швов после сварки.
Термическая обработка нужна для того, чтобы улучшить сварные свойства металлических конструкций. Но, прежде всего, изделия и швы поддают отжигу и высокому отпуску.
Зачем нужна?
Сварка производится под воздействием электрической дуги, а также присадочного материала с электрода. При этом температура составляет 1500-50000С. В результате такого нагрева на толстом металле возникают различные негативные явления, которые стоит рассмотреть более тщательно:
- В месте соединения сварного и присадочного материала возникает большой перегрев. В результате повышается кристаллизация металла, который имеет крупную структуру. Это значительно понижает его пластичность. Также в процессе нагрева происходит выгорание марганца и кремния. Участок металлического изделия стает жестким и теряет свои первозданные технические характеристики.
- Вблизи шва находится зона закалки, она также испытывает нагрев. Конечно, на нее действует меньшая температура, чем в среде непосредственного соединения присадочного и основного материала. В результате этого в металле происходит закалывание определенных элементов. Участок теряет свою первоначальную пластичность и становится более твердым. Также изменяются показатели материала по ударной вязкости.
- Зона разупрочнения расположена на удаленном расстоянии от места непосредственной сварки металлических изделий. Она поддается воздействию умеренной температуры, которую излучает электронная дуга. Благодаря непродолжительности этого процесса материал сохраняет свою пластичность. Но, что касается прочности, то она несколько понижается.
В результате проведения сварки металла на металл действует остаточное напряжение, которое может привести к деформации. Это может вызвать некоторые сложности при монтаже объемных конструкций. Особенно это касается мест, где будут устанавливаться новые узлы.
Опасность остаточного напряжения заключается в том, что в дальнейшем оно может вызвать образование трещин. В особенности это касается места сварки. Это недопустимо, так как в дальнейшем это приведет к разрушению соединения.
Ситуация ухудшается, когда в процессе эксплуатации конструкции на место сварки действуют высокие температуры. Это приводит к снижению стойкости металла к коррозийным процессам и цикличной прочности. Это касается и способности металла противостоять хрупкости, которая возникает под действием низких температур.
Особенности проведения
Термическая обработка сварных соединений проводится под высокой температурой, значение которой составляет от 700 до 10000С. Благодаря этому можно устранить последствия неравномерного нагрева, которое проводилось во время дуговой сварки. Особенно это касается металлических изделий, которые имеют значительную толщину. В результате обработки шву придают структуру, схожую с остальным материалом.
Термообработка сварных соединений проводится в три этапа:
- Выполняется нагрев участка возле соединения. Для этого используется специальное оборудование, о котором мы поговорим позже.
- Участок или все изделие выдерживается под определенной температурой на протяжении определенного времени.
- На завершающем этапе выполняется планомерное охлаждение материала до нормальной температуры.
Благодаря такому процессу можно устранить остаточные явления после дуговой сварки, выровнять структуру металла, а также снять напряжение, которое часто является причиной его деформации. Процесс выполняется различными способами. Технология его проведения зависит от толщины и типа материала. Обработка проводится не всегда, но есть случаи, когда она просто необходима.
На видео: как происходит процесс термообработки.
Достоинства и недостатки
Обработка стыка термическим методом обладает определенными достоинствами и недостатками. Среди преимуществ можно выделить:
- В результате процесса сварные стыки приобретают новые свойства. В результате этого детали станут более пригодными для эксплуатации в определенных условиях. В особенности это касается защиты металла от коррозии.
- Обработка позволяет устранить некоторые негативные моменты, которые возникли в результате проведения сварных работ.
- Термическая обработка снимает остаточное напряжение, которое возникает в процессе сварки.
Конечно, чтобы достичь такого результата, необходимо правильно подойти к обработке. В особенности это касается соблюдения некоторых правил. Что же касается недостатков данного метода обработки, то среди них выделяют:
- Процесс должен выполнять опытный специалист. Это связано с тем, что обработка путем нагрева необратима. А это значит, что устранить допущенные ошибки при этом практически невозможно.
- Для проведения обработки может понадобиться специальное оборудование, для работы с которым нужны определенные навыки. Особенно когда проводится защита сварных швов трубопроводов.
- Процедура должна проводиться в точности с предъявляемыми требованиями.
- В каждом случае подбираются свои параметры обработки.
Если придерживаться определенных правил, то в процессе зачистки стыка не возникнет никаких проблем.
Что подвергают обработке?
Термообработка часто применяется при сооружении трубопроводов различного назначения. В первую очередь это касается труб, которые имеют диаметр более 10 см и толщину стенок 1 см и больше. Процесс выполняется с помощью индукционного нагрева током, частота которого составляет 50 Гц.
Термическая обработка труб довольно проста. Для этого применяют муфельные печи и специальные электронагревательные проволоки, которые имеют достаточную гибкость. Если же изделие имеет толщину не больше 2,5 см, то для обработки используют газопламенный нагрев. Здесь главное равномерно распределить температуру в области соединительного шва.
Термическая обработка проводится не только на кольцевых швах, но и на соединениях, которые имеют другую форму.
При обработке сварных швов стоит учесть толщину и особенности металла. Так, например, если трубопровод изготовляется из стальных труб, толщина стенок которых составляет 45 мм, то процесс необходимо провести сразу после сварки. При этом охлаждение материала не должно достигать 3000С. Это касается и изделия толщиной 25 мм.
Если нет возможности выполнить обработку, то шов защищают теплоизоляционным материалом. При первой же возможности выполняют зачистку. Процесс должен быть проведен в течение 3 суток со дня выполнения сварки.
Параметры проведения процесса
Особенности термообработки напрямую зависят от вида и толщины стали. Так, в случае с хромомолибденовой сталью и ее сплавами процесс проводится индукционным или радиационным методами.
Итак, в зависимости от толщины материала и используемого метода, процесс обработки займет следующее время:
| Толщина металла, мм | Радиационный метод, мин | Индукционный метод, мин |
| 20 | 40 | 25 |
| 20-25 | 70 | 40 |
| 25-30 | 100 | 40 |
| 30-35 | 120 | 60 |
| 35-45 | 140 | 70 |
| 45-60 | 150 | 90 |
| 60-80 | 160 | 110 |
Если проанализировать таблицу, то можно отметить, что обработка металла индукционным методом занимает меньше времени. Это объясняется особенностями проведения процесса.
Какое оборудование используется?
Термическую обработку сварных швов проводят с помощью различных средств. При выборе учитывается толщина металла и возможность использования того или иного оборудования в определенном месте. Сегодня существует три основных метода нагрева околошовного участка. Рассмотрим каждый из них.
Индукционное
На месте устанавливается специальный аппарат, который вырабатывает переменное напряжение высокой частоты. К нему подключается нагревательный элемент, в качестве которого используется гибкий провод. Его наматывают на сварочное соединение, которое предварительно окутывают теплоизоляционным асбестом. Эта технология используется для обработки горизонтальных и вертикальных швов.
Провод наматывается к изолятору вплотную. При этом между витками оставляется зазор толщиной 2,5 см. В результате, с обеих сторон шва покрывается по 25 см изделия. Когда витки будут установлены, согласно всем требованиям и нормам, аппарат включается. При этом учитывается время работы оборудования. Это напрямую зависит от толщины металла. В процессе работы аппарата через витки проходит напряжение, которое создает индукцию, а также нагрев металла.
Для выполнения обработки также широко используют специальные пояса, которые содержат определенное количество проводов. Это позволяет без особых усилий и быстро подготовить изделие к зачистке после сварки.
На видео: индукционный нагрев трубы.
Радиационное
Не меньшей популярностью пользуется радиационный способ обработки сварных швов. В качестве нагревательного элемента используются специальные нихромовые провода. Через них пропускается напряжение, что приводит к их нагреву. Здесь стоит отметить, что в процессе не берет участие индукция. Нагрев материала осуществляется с помощью раскаленной проволоки. Тэны укладываются на основу из теплоизоляционного материала.
Газопламенное
Данный метод является самым дешевым. Для термообработки сварных участков используется ацетиленовая смесь и кислород. Метод используют для обработки материалов, толщина которых составляет не более 10 см. На горелку, заполненную горючей смесью, устанавливается мундштук, который имеет крупные отверстия. Чтобы обеспечить равномерную подачу тепла к обрабатываемой поверхности, на сопло надевают асбестовую воронку. Это позволяет распределить пламя на ширину в 25 см.
При использовании данного способа стоит учесть некоторые особенности. Так, чтобы выполнить качественную термообработку околошовных участков, необходимо нагревать их одновременно. А это значит, что в процессе берут участие сразу две горелки.
Виды термической обработки
Термическое воздействие на соединение сваркой может выполняться несколькими способами. При этом учитывается цель данного процесса. Среди основных методов выделяют:
- Термический отдых. В данном случае материал подвергают нагреву до 3000С. Такая температура поддерживается на протяжении двух часов. В результате процесса происходит снижение водорода в сварочном шве, а также снимается остаточное напряжение. Данный метод зачастую используют к материалам, которые имеют толстые стенки, а также там, где нет возможности применить другие технологии.
- Высокий отпуск. При такой технологии изделие поддают нагреву при температуре до 7000С. Такая обработка длится около трех часов. Время действия тепла на материал напрямую зависит от его толщины. Этот метод позволяет снять остаточное напряжение практически на 90%. Если речь идет об обработке низколегированной стали, то в результате происходит разрушение закалочной структуры и карбиды становятся более крупными. Таким образом, можно достичь повышения пластичности и ударной вязкости. Зачастую эта технология применяется к перлитным сталям.
- Нормализация. Данный метод подразумевает одновременное нагревание материала и сварного шва до температуры в 8000С. При этом термическая обработка не должна превышать 40 минут. С помощью нормализации можно частично снять остаточное напряжение. Но, главным достоинством является то, что в результате обработки получается однородная и мелкозернистая структура. Это в свою очередь улучшает механические свойства шва и околошовных участков. Нормализация зачастую используется на материалах, которые имеют небольшую толщину.
- Аустенизация. Материал разогревается до температуры в 11000С. Термическое воздействие продолжается на протяжении двух часов. После этого материал охлаждается на воздухе. Не рекомендуется выполнять принудительное охлаждение, так как это приведет к снижению прочности металла, а в результате к появлению трещин. Аустенизация используется на высоколегированных сталях. С ее помощью повышается пластичность материала, и снижается остаточное напряжение.
- Стабилизирующий отжиг. Метод используется для обработки материалов с наложенным швом. Он подвергается нагреву температурой в 9700С на протяжении трех часов. По истечению данного времени материал поддают естественному охлаждению на воздухе. С помощью стабилизирующего отжига можно предупредить возникновение межкристаллической коррозии. Зачастую технологию применяют на высоколегированных сталях. Это позволит защитить участки от коррозии.
Термическая обработка применяется на изделиях из различных металлов. С ее помощью повышают их срок эксплуатации. Чтобы правильно провести процесс, необходимо тщательно подойти к выбору рабочей температуры, способа нагрева, а также времени проведения термической обработки. С зачищенными изделиями нужно обходиться очень аккуратно, чтобы не повредить их.
Какой способ выбрать?
Выбор технологии проведения термической обработки сварных соединений напрямую зависит от физико-химических характеристик материала. Об этом свидетельствует марка стали. Особое значение специалисты рекомендуют обратить на выполнение технологических требований. В ином случае качество сварного шва значительно понижается, что в дальнейшем может привести к его полному разрушению.
При выполнении термообработки сварного соединения стоит учесть следующие параметры:
- ширина участка, который будет поддаваться обработке;
- равномерность теплового воздействия на материал, как по толщине, так и по ширине;
- длительность нагревания;
- особенности охлаждения материала после проведения термообработки.
Если учесть все эти особенности, то можно выбрать способ термообработки, который позволит повысить качество соединения. В особенности это касается его прочности.
Контроль температуры
Как уже было сказано, в процессе термообработки необходимо тщательно следить за температурой нагрева. Для достижения этой цели используют специальные средства, такие как термокарандаш и термокраска. При достижении определенной температуры они резко меняют свой цвет. В зависимости от принципа действия, такие терморегуляторы бывают химическими и плавильными.
При достижении определенной температуры, химические регуляторы температуры меняют свой цвет в результате реакции между компонентами. На точность измерения напрямую влияет время термического воздействия на материал, а также колебания давления.
Если нагрев осуществляется на протяжении 3 минут, то погрешность измерений составит не более 100С. Стоит отметить, что изменение оттенка контролеров тепла возникает при критических температурах.
В карандашах и красках второго типа изменение оттенка возникает в результате плавление вещества, которое очень чувствительно к повышению температуры. В отличие от химических термоиндикаторов, эти средства меняются независимо от длительности теплового воздействия. Это позволяет более точно установить температуру нагрева. При этом погрешность составляет не более 20С.
Термоиндикаторы плавления обладают многими достоинствами, среди которых стоит выделить инертность к переменной температуре, разрежению, солнечной радиации, морскому туману и другим негативным факторам окружающей среды, которые могут повлиять на точность измерений.
Термокарандаши и термокраски плавления делятся на два типа:
- Адсорбентные. Индикатор состоит из пигмента в связующем растворе и суспензии вещества, которое чувствительно к повышению температуры во время проведения нагрева материала. В результате теплового воздействия термочувствительное вещество плавится, после чего происходит его адсорбция цветовым пигментом.
- Лаки плавления. Они имеют определенную точку плавления. Вещество наносят непосредственно на обрабатываемую поверхность. Оно быстро высыхает, после чего образуется шероховатая поверхность. В результате достижения определенной температуры она станет глянцевой.
На сегодняшний день производством термоиндикаторов занимаются лакокрасочные заводы. Вместе с этим они предоставляют информацию о критических точках плавления того или иного вещества. Это позволяет значительно повысить качество термической обработки сварных швов.
Обработка сварного шва после сварки
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 п
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
