Термообработка сварных швов

Особенности термообработки сварных соединений и методы ее проведения

Описание метода

Обработка соединений при помощи высоких температур называется термической обработкой (термообработкой) и предназначена для их защиты от коррозии, дефектов, растрескивания.

При этом повышаются механические характеристики соединения, его жаростойкость.

Метод похож на обжиг, используемый при работе с глиной, которая после этого приобретает новые свойства.

Заключается метод термообработки в нагревании соединения, удерживания его некоторое время нагретым, и затем охлаждении. Применяется при этом специальное оборудование для термообработки, о котором мы расскажем ниже.

Таких методов существует несколько, различаются они своими температурными режимами, в зависимости от обрабатываемого материала. При обработке стали, например, диапазон температур составляет от 650 до 1125 ОC. Время нагрева – от 1 до 5 часов.

После прогрева сталь охлаждается естественным способом. С помощью такого воздействия улучшаются механические характеристики, ударная вязкость, пластичность соединения.

Метод термообработки сварных соединений часто применяется при сваривании трубопроводов, где очень важны характеристики сварных швов.

• Зачастую термообработка сварных соединений – это необратимый процесс, так что не стоит при нем допускать ошибки;
• Для проведения операций нужно специальное оборудование;
• Высокие требования к точности режимов проведения процедур;
• Для каждого индивидуального случая нужно подбирать свои параметры обработки.

Виды термообработки

Выделяется несколько основных способов, которые пригодны для обработки сварных швов. Среди них:

• Предварительный подогрев. Это один из самых распространенных способов. 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.

Предварительный подогрев сварных швов

• Высокий отпуск. Во время данной разновидности обработке соединение металла прогревают до температуры ниже 30 градусов Цельсия, от достижения критической точки Ас1. Воздействие продолжается от 1 до 5 часов. После этого его медленно охлаждают. Сварочные напряжения спадают до 90%. Зона сваривания претерпевает различные структурные изменения. В низколегированной стали пропадает закалочная структура. Металл обретает большую пластичность и снижаются его свойства твердости. Чаще всего применяется для сталей перлитного класса.
• Нормализация. Его используют для тех сварочных соединений, которые выполнены при помощи большой погонной энергии. Как правило, в это время структура металла становится крупнозернистой и у нее сильно снижаются механические свойства, чего не стоит допускать. Соединение металла прогревают до температуры ниже 30 градусов Цельсия, чтобы не достичь критической точки Ас1. В отличие от высокого отпуска в таком состоянии деталь держат недолгое время и после этого дают остыть при обыкновенной температуре. Чаще всего нормализация применяется для тонкостенных труб с малым диаметром из низколегированной стали. Они часто имеют пониженную пластичность и крупнозернистую структуру.
• Термический отдых. Детали нагревают до температуры в 300 градусов Цельсия. В таком состоянии ее придерживают около 3 часов. Благодаря этому снижается содержание водорода в составе шва. Это помогает снизить уровень сварных напряжений. Чаще всего отдых применяется для конструкций, сделанных из толстостенного металла, так как для них сложнее сделать высокий отпуск. Этот вид обработки еще называют дегазацией. Процедура активно применяется во время ремонта соединений трубопроводов и других предметов, контактирующих со средами с высокой коррозионной опасностью.
• Аустенизация. Во время данного процесса соединение нагревается, примерно, до температуры 1100 градусов Цельсия и выдерживается на протяжении 1,5 часов. Охлаждение происходит на воздухе. В это время внутри материала распадается феррит. Благодаря такому процессу, механические свойства стали обеспечивают снижение уровня напряжений. Данная процедура рассчитана на материалы из высоколегированной стали.
• Стабилизирующий отжиг. Процедура применяется для аустенитных сталей, содержание легирующих элементов в которых находится на высоком уровне. В это время соединение прогревается до температуры в 860 градусов Цельсия. В таком состоянии оно выдерживается до 3 часов. В итоге получается снять около 80% сварных напряжений. Структура материала становится более стабильной. Снижается риск возникновения межкристаллической коррозии.
• Нормализация с отпуском. Это может быть восстановительная или полная термообработка. Она предназначена для изменения структуры, а соответственно и свойств, соединений различных металлов. Такая комбинация процедур предназначается для сталей, у которых повышенная устойчивость к температурному воздействию. Это помогает продлить им срок эксплуатации, особенно в сложных условиях. После проведения обработки структура металла становится более равномерной. Когда деталь охлаждается, то аустенит превращается в феррит. После отпуска повышается пластичность и прочность соединений.

Вывод

Температура металла шва при сварке повышается до таких пределов, которые могут вызвать дефекты сварных швов, а также изменить структуру в худшую сторону. В то же время, требования к сварочным швам являются достаточно высокими в ответственных конструкциях, что часто требует дополнительной обработки. Механические испытания соединений показывают, что после правильной термической обработки свойства их значительно повышаются. В особенности это видно на трубопроводах, которые обладают тонкими стенками, но должны иметь высокий уровень герметичности и часто работают под большим давлением. Замер твердости сварного соединения после обработки показывает, насколько хорошо прошла процедура.

Термическая обработка сварных швов и соединений

Таким образом, при правильном подборе, термическая обработка станет отличным дополнением во время сварки и после нее. Для ее проведения необходимо специальное оборудование, но результаты, которые получаются в итоге, вполне оправдывают их применение. Термообработка сварных соединений технологических трубопроводов является обязательной, так как того требует технология производства. Многие детали не допускаются в эксплуатацию без проведения подобных процедур.

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.

Вместо заключения

Термообработка сварных соединений технологических трубопроводов — обязательный этап, если качество шва стоит на первом месте. С помощью обработки возможна полная защита сварных швов от коррозии, трещин и разлома. Это простой, но вместе с тем эффективный метод. С помощью современных приспособлений можно быстро и равномерно обработать сварной шов. Делитесь этой статьей в социальных сетях и оставляйте комментарии к этой статье. Желаем удачи в работе!

Процесс термообработки

При проведении термической обработки сварного соединения необходимо учитывать длину шва, обеспечив его равномерный прогрев.

Надо правильно настроить характеристики процесса, такие как скорость, температура, время прогрева, а также скорость, время охлаждения. Начинается обработка с изоляции шва.

Например, если мы используем газовую горелку – шов изолируется асбестовым листом толщиной 2-3 см. После этого производится закрепление самой горелки. Так происходит обработка, если мы используем индукционные устройства.

Надо добиться того, чтобы сварной шов не терял тепло. Для этого надо выбирать прочные и теплостойкие изоляционные материалы.

Кроме этого, они должны быть достаточно гибкими и легкими. Ниже вы можете увидеть таблицу, где указаны самые часто используемые изоляционные материалы.

Для работ по термообработке сварных соединений необходима соответствующий опыт и навыки, специалисты в этой области предварительно обучаются. Процесс обычно контролирует старший мастер.

В его обязанности входит подбор и монтаж необходимого оборудования, контроль исправности оборудования. Также мастер должен проверить, насколько качественно проведена подготовка деталей к термообработке.

После термообработки детали надо дать остыть, затем произвести окончательную зачистку соединения от шлака.

Продолжительность процесса

Длительность термической обработки сварных соединений зависит от вида и толщины металла. Хромомолибденовые марки стали и ее сплавы с включением ванадия нагревают радиационным или индукционным способом. Длительность процесса определяют по таблице:

Перед нагревом сварной шов очищают от шлака. Индукционным способом процедура выполняется быстрее, но расход электроэнергии больше.

Длительность термической обработки сварных соединений зависит от вида и толщины металла.

Суть и предназначение процесса

Сварочный шов создается электрической дугой и присадочным материалом с электрода при температуре от 1500 до 5000 градусов. Это приводит к нескольким негативным явлениям на толстом металле. А именно:

• Непосредственно в месте соединения основного и присадочного материалов происходит значительный перегрев. Это содействует кристаллизации металла с крупной зернистой структурой, что снижает его пластичность. Выгорание марганца и кремния тоже подвергает эту область преобразованию в жесткий участок, плохо взаимодействующий, при естественных расширениях, со всей конструкцией.
• Немного дальше от шва образуется зона закалки. Она испытывает значительный, но меньший перегрев, чем предыдущий участок, поэтому в ней происходит закаливание некоторых элементов. Этот участок характеризуется включениями с высокой твердостью и сниженной пластичностью. Ухудшаются показатели металла и по ударной вязкости.
• На удаленном расстоянии от шва появляется зона разупрочнения. Благодаря непродолжительному воздействию умеренной температуры от электрической дуги, данный участок сохраняет высокую пластичность, но снижаются характеристики по прочности.

Общим дефектом после сварки являются остаточные напряжения в металле, которые способны деформировать изделие. Из-за этого возникают трудности при монтаже объемных конструкций, где требуется точность при стыковке новых узлов. Остаточное напряжение вызывает и последующее образование трещин, что недопустимо для швов трубопроводов. В сочетании с высокой температурой, это способствует снижению коррозионной устойчивости, циклической прочности, и способности сопротивляться хрупким разрушениям в условиях холода.

Термообработка сварных швов выполняется при температуре от 700 до 1000 градусов. Это позволяет устранить последствия неравномерного прогрева при дуговой сварке на толстых металлах, чем повышает надежность будущих коллекторов и магистралей трубопроводов. Труба и наложенный шов приобретают более похожую структуру, и лучше взаимодействуют во время естественных физических процессов (расширения и сужения материалов, воздействия влаги и т.д.).

Термообработка сварных соединений трубопроводов происходит в три этапа:

• нагрев околошовной зоны или всего изделия одним из нескольких видов оборудование;
• выдержка материала на заданной температуре в течении определенного времени;
• последующее планомерное охлаждение до нормальных температур.

Это нейтрализует остаточные явления от сварки, выравнивая структуру металла, и снимая напряжение в металле, способствующее деформации. Процесс может выполняться несколькими способами, а технология разнится в зависимости от типа и толщины металла. Не все сварные соединения необходимо подвергать термообработке, но в некоторых случаях она является обязательной.

Виды обработки

Термообработка может производиться разными способами в различных режимах. В зависимости от химического состава и геометрических размеров изделия используют следующие виды термообработки.

Стабилизирующий отжиг

Изделие нагревается до температуры 970 градусов, и эта температура поддерживается в течение полутора часов. Далее происходит естественное охлаждение. Метод получил широкое распространение при термообработке высоколегированных сталей.

Термический отдых

Этот процесс предусматривает нагрев металла до 300 С 0 с последующей выдержкой при этой температуре. Идеальное время выдержки два часа. Кроме снятия напряжения, этот способ снижает количество растворенного водорода в металле шва. Такой метод более всего может пригодиться для обработки изделий с толстыми стенками, где другие методы применить сложно.

Нормализация

Применяется при термической обработке труб малого диаметра. Такие трубы имеют тонкие стенки. В данном случае шов с участком трубы нагревают до 800 градусов и выдерживают около получаса. Таким образом, удается снять только часть напряжений, но это не главное. Главная цель этого вида обработки – придание металлу мелкозернистой однородной структуры.

Высокий отпуск

Подходит для сталей перлитного класса. Время обработки выбирается в пределах нескольких часов. Температуру нагрева доводят до 600 – 700 градусов. Такая обработка решает множество проблем для низколегированных сталей. Остаточное напряжение снимается практически полностью, исчезает закалочная структура.

Аустенизация

Самый высокотемпературный вид. Процессы идут при 1100 градусах в течение 120 – 180 минут. Далее проходит естественное остывание на воздухе. Применяется, в основном, на высоколегированных сталях, придавая им высокую пластичность при незначительных остаточных напряжениях.

Применение различных видов термообработки позволяет повысить прочность сварных швов, увеличить надежность изделий и значительно продлевает срок технической эксплуатации, способствуя повышению коррозионной стойкости металла.

Суть и назначение процесса

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

1. Изменение параметром металла из-за перегрева. При использовании сварочного оборудования детали нагреваются до 5000 градусов. Появляются крупные зёрна металла, что приводит к ухудшению показателя пластичности.
2. Вокруг готового шва образуется место закалки. Эта область не устойчива для ударов.
3. 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:

1. С помощью специального оборудования происходит равномерный прогрев в области шва. Это изменяет механические свойства материала.
2. Сохранение рабочей температуры на определённый промежуток времени. Длительность зависит от того, насколько нужно изменить свойства и структуру материала.
3. 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.

Термообработка угловых стыков тройников, штуцеров труб, врезок в трубопроводы индукционным и радиационным способами

Опубликовано Эксперт в 26.09.2020 26.09.2020

Термообработка — это сложный процесс нормализации металла сварного шва

Поговорим об угловых сварных швах и решении проблем с их термообработкой. Стать нормальным термистом после небольших курсов сложно. Необходимо набить много шишек, прежде чем придёт понимание как ведет себя металл при нагреве в разных условиях и разными способами. Провести термообработку трубных систем где-то в сборочном цехе, в удобном месте это одно, а сделать работу в условиях ремонта действующего предприятия, когда и сроки поджимают и условия не позволяют — это совсем другая история А условия работы сегодня такие:

Провести термообработку угловых стыков штуцеров Ф 133 мм приваренных к коллектору Ф 325 мм из стали 12Х1МФ.

Коллектор сей находится в труднодоступном месте, в так называемом (по правилам) замкнутом пространстве котла. В котле, высотой 40 метров, в месте установки коллектора, пронизывающий сквозняк. По заключению промышленной экспертизы, в местах приварки тройников, выявлены продольные трещины, которые выбраны болгарками и заварены согласно технологии ремонта тройников РД 153-34.1-003-1. Рассмотрим разные варианты проведения термообработки сварного шва врезки штуцера (тройника)

Термообработка углового шва тройника индукционным нагревом

Индукционный нагрев — это нечто подобное микроволновой бытовой печи. Только здесь индуктор непосредственно наматывается на нагреваемую деталь. В данном случае проблема с намоткой кабеля индуктора. Прогрев придется вести всего коллектора и штуцера трубы Ф 133 мм. Но прежде, чем намотать кабель необходимо прихватить на трубу Ф 133 мм крепежные детали для фиксации кабеля. Тут подойдет и проволока 5-6 мм. Прокладываем слой электроизоляции (асбестовую ткань в 3 слоя или подобный негорючий материал с температурой до 1000℃) Наматываем витки индуктора (количество витков согласно рекомендаций термоустановки для труб диаметром 400мм) параллельно к катушке подключаем конденсаторы, и кабель питания высокой частоты. Укрываем утеплителем типа каолиновой или базальтовой ваты.

Каолиновая (муллит-кремнеземистая) вата марки МКРР-130 – 1150℃; МКРХ-150 – 1300℃. Базальтовая минеральная вата – до 1200 градусов Цельсия. Кремнеземная вата – до 1100℃.

Далее, как известно термистам все по программе термообработки. В нашем случае это ремонтный стык и к нему несколько другие требования:

• Нагрев до 600 градусов -50 ℃ в час
• Нагрев до 720-750℃ в час
• Выдержка при 720-750℃ в течении трех часов
• Охлаждение до 300℃ со скоростью не более 50℃ в час

Термообработка тройника радиационным нагревом нагревательными ковриками

Здесь тоже проблема в наложении нагревательных ковриков для нормального прогрева стыка тройника. Возможно 2 способа.

1. Если у нас имеются простые коврики для кольцевых стыков, то один коврик наматываем на трубу Ф 133 мм, другие два(три) коврика вдоль коллектора Ф 325 мм для гарантированного прогрева верхней и нижней трубы вместе с угловым стыком.

2. Приобретаем специальные П-образные коврики под наш диаметр. Такие коврики можно заказать у их производителей. Все это хозяйство крепим к трубам (как вам удобней и привычней). Заматываем тепловой изоляцией и включаем программу термообработки нашего углового сварного стыка.

Есть еще дедовский, но широко применяемый у нас способ нагрева тройника газовыми горелками о котором мы писали в другой статье.

А что будет если не произвести термообработку сварного шва или произвести её с нарушениями?

Не на всех швах нужна термообработка.Существует целая наука по тому как ведут себя металлы и их сплавы под воздействием температур.Особенно жесткие требования к современным лигированным импортным сталям применяемым в энергетике.После проведения термообработки специалистами обязательно проверяется допустимая твердость шва.Если сварной шов остался слишком твердый(хрупкий) или слишком мягкий(пластичный)возможно при работе появятся трещины и аварийные непредсказуемые проблемы дальнейшей эксплуатации. Аварии на особо опасных объектах(ОПО) -это серьезно.

Успехов вам в вашей работе по термической обработке. Пишите свои соображения идеи и критику в комментариях.