Как выполнить термообработку сварных соединений. Термообработка сварных соединений
Термообработка сварных швов и соединений трубопроводов по ГОСТ
Практически любое воздействие на металл оказывает определенную долю влияния на его свойства. Все зависит от характера воздействия и от его интенсивности. Некоторые виды проходят практически не заметно, но другие же могут сильно менять свойства деталей. К таким воздействиям относится термическая обработка сварных соединений. Данная процедура может применяться для улучшения свойств свариваемости материала. Как правило, сюда входит три основных этапа:
- Термическая подготовка;
- Непосредственная обработка высокой температурой;
- Обработка готовой детали.
Все это требуется для того, чтобы не было резких перепадов температуры. Это может привести к деформации детали или вызывает осложнения в обработке. Это же касается и прогрева после завершения процедуры, так как не всегда можно давать остывать обработанному металлу самостоятельно. Тепловой режим подбирается по характеристикам свариваемых материалов. Прогревание должно проводиться равномерно, так как в ином случае снова возникает вероятность деформации и неправильной обработки. Если будут совершены ошибки, то возникают проблемы с последующим переносом высокой температуры, крепости изделия и прочими свойствами. Термообработка сварных соединений проводится по ОСТ 36-50-86.
Термообработка сварных швов и соединений
Преимущества 
- Термообработка сварных швов помогает добавить деталям новые свойства, которые сделают их более пригодными для эксплуатации в заданных условиях;
- Процедура помогает обеспечить защиту от некоторых негативных моментов, которые возникают при сварке;
- Прогревание обеспечивает снятие внутренних напряжений, если процедура проходит по всем правилам.
Недостатки
- 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.
svarkaipayka.ru
4.6. Термическая обработка сварных соединений
Термическая обработка – тепловое воздействие на металл, при котором происходит изменение строения, фазового или напряженного состояния, уровня свободной энергии, величины микро- и макронапряжений (рис. 30).
Рис. 30. Виды термической обработки
Для различных по составу сталей воздействие источника сварочного тепла на зоны сварного соединения будет различным. В соответствии с этим различны задачи последующей термической обработки сварных соединений.
Закалка аустенитных сталей – нагрев до Т = 1050...1200 °С с последующим охлаждением на воздухе, в масле или воде. При такой обработке в аустените растворяются карбиды и сталь становится гомогенной, однородной, чисто аустенитной. Такую обработку называют аустенизацией.
Закалка конструкционных сталей – нагрев до температуры на 50...100 °С выше Ас3 (завершение перехода ), небольшая выдержка и охлаждение со скоростью более критической в воде, масле или на воздухе. Основной фазой при этом должен стать мартенсит. Закалка является промежуточной операцией термической обработки.
Высокий отпуск закаленных сталей – нагрев до температуры несколько ниже Ас1 (550...650 °С), длительной выдержки и последующего медленного охлаждения. При этом происходит распад мартенсита с образованием мелкой ферритно-цементитной смеси – сорбита, понижение прочности и повышение пластичности и ударной вязкости, а также снижение остаточных напряжений.
Старение – нагрев до Т = 300...650 °С и длительная выдержка с последующим медленным охлаждением. При этом происходит выделение мелкодисперсных упрочняющих фаз, повышается прочность, а вязкость и пластичность понижаются.
Но если выделение дисперсной фазы происходит из вязкой матрицы, то операция старения позволяет повысить и вязкость за счет свойств матрицы. Применяется для аустенитных и высоколегированных мартенситно-стареющих сталей С, V, Ti, Nb, Mo, А1, которые образуют карбиды, интерметаллиды и карбидонитриды.
Нормализация – нагрев до температур на 100...150 °С выше Ас3, непродолжительная выдержка и охлаждение на спокойном воздухе. При этом обеспечиваются перекристаллизация и изменение зерна в перегретой стали, однородность, гомогенность состава и размеров зерна, улучшаются механические свойства, снижается уровень остаточных напряжений.
Отпуск в зависимости от температурного интервала может быть низким (при 120...250 °С), средним (при 350...450 °C) и высоким (при 500...650 °С). Низкий и средний отпуски не преследуют цели изменения фазового состава или структуры стали, а применяются для снижения микро- или макронапряжений в обрабатываемом изделии.
Отпуск увеличивает подвижность атомов, способствует переходу системы в более равновесное и однородное состояние. Отпуск, даже низкий, способствует началу распада мартенсита, уменьшению искажений решетки и снижению микронапряжений.
Для сталей, закаленных на мартенсит, снижение уровня микронапряжений начинается с температуры 150 °С и завершается после выделения углерода из решетки –железа и начала коагуляции образовавшихся карбидов (350...450 °С).
Другим фактором, создающим микронапряжения, является наклеп. Снять эти напряжения можно при нагреве на 150...200 °С. Процесс этот называют возвратом (возврат к неискаженной кристаллической решетке).
Возникновение макронапряжений связано с неравномерностью нагрева сварного соединения, с термодеформационным циклом сварки, а также с изменением объема, сопровождающим структурные изменения в стали. Все это приводит к образованию временных или остаточных напряжений.
Остаточные напряжения могут быть снижены технологическими (изменение погонной энергии при сварке, правильная последовательность наложения швов и др.) и термическими способами (предварительный или сопутствующий подогрев, высокий отпуск).
Подогрев уменьшает градиент температур между зонами сварного соединения и разницу объемных изменений в металле, обеспечивает распад аустенита при более высокой температуре с образованием более равновесных структур.
Отжиг – нагрев выше Ас1, длительная выдержка и медленное охлаждение (50...100 °С/ч). При этом обеспечиваются гомогенизация состава стали, минимальный уровень остаточных напряжений, низкая твердость и прочность стали. Однако наблюдается существенное укрупнение зерен феррита.
Для сварных конструкций применяются редко. В частности, выполняют рекристаллизационный отжиг (отпуск) – нагрев холоднодеформированной стали до температуры 450...500 °С.
Термомеханическая обработка (ТМО) стали заключается в пластической деформации, проводимой для повышения плотности дислокаций, которая наследуется при последующей термической обработке. При высокотемпературной ТМО (ВТМО) деформация металла происходит при температуре, которая выше температуры рекристаллизации. ВТМО может быть использована для повышения прочности сварных соединений. Для этого применяют проковку или прокатку сварного шва, нагретого до Т = 850...950 °С.
При последующем охлаждении повышается прочность металла шва и наследуется повышенная плотность дислокаций. Если металл содержит элементы, способные вызвать эффект дисперсного упрочнения (V, N, Ti и др.), то эффект упрочнения увеличивается. ВТМО – проковка или прокатка сварного шва, нагретого до Т = 850...950 °С.
Контрольные вопросы к главе 4
1. Какими факторами определяется сопротивляемость сварного соединения образованию горячих трещин?
2. Какие способы применяются для повышения сопротивляемости сварных соединений образованию горячих трещин?
3. Как влияет химический состав металла шва на процесс образования горячих трещин?
4. Как можно изменить темп деформаций при сварке и пластичность металла шва?
5. Что такое холодная трещина?
6. Какие факторы способствуют образованию холодных трещин?
7. Для чего применяют предварительный подогрев металла?
8. Какой вид термообработки позволяет повысить вязкость сварного соединения?
studfiles.net
Как выполняется термообработка сварных соединений
Помимо подготовительных действий, рабочего процесса и контроля качества существуют дополнительные этапы, которые просто обязательны в условиях крупномасштабного производства. Существуют отрасли, где качество сварных швов играет очень большую роль, и каждая ошибка может стоит дорого. На первый план выходит защита сварных швов от коррозии. Также нужно защитить сварочный шов от преждевременного разрушения.
Чтобы достичь наилучшего качества составляются подробные чертежи, подбираются оптимальные комплектующие и работа поручается настоящим профессионалам. Но есть еще один действенный способ — обработка сварного соединения. Существует несколько типов обработки, в этой статье мы поговорим о термической.
Содержание статьи
Общая информация
Термическая обработка сварных соединений — это метод обработки швов, основанный на применении высоких температур. Благодаря термообработке осуществляется защита сварных швов от коррозии, снижается вероятность появления трещин, улучшаются механические свойства шва, повышается жароустойчивость. Этот метод можно сравнить с обжигом глины, которая приобретает особые свойства благодаря высоким температурам.
Термообработке подвергается только сварной шов или также прилегающая к нему область. Сварное соединение нагревается до определенной температуры и выдерживается в нагретом состоянии определенное количество времени, затем охлаждается. Для процесса обработки используется специальная установка для термообработки сварных швов или отдельные приспособления, о которых мы поговорим позже.
Существует несколько методов термообработки. Все они отличаются температурой, используемой для нагрева шва. Температура нагрева может быть от 650 до 1125 градусов по Цельсию, выбирается в зависимости от типа стали и свойств, которые должна получить сталь. Детали могут прогревать от 1 до 5 часов. Затем металл охлаждается естественным путем, без применения дополнительных методов.
В результате улучшается пластичность и ударная вязкость сварного соединения, улучшаются механические свойства, снижается остаточное напряжение от сварки. Зачастую необходима термообработка сварных соединений технологических трубопроводов. Поскольку именно трубы формируют важнейшие узлы. Они должны быть прочными и долговечными.
Методы нагрева швов
Сварочные швы и соединения могут нагреваться несколькими способами. Среди наиболее распространенных можно выделить специальные гибкие нагревательные изделия, муфельные печи, индукционные и газопламенные приспособления.
Метод нагрева шва выбирается исходя из возможности установки дополнительного оборудования, доступа к трубам, диаметра детали и прочих субъективных факторов. Проще говоря, выбор метода нагрева не регламентируется нормами и правилами. Самое главное — нагревательные приспособления должны беспрепятственно монтироваться на деталь, весить немного и осуществлять равномерный нагрев, без перепадов температур. Такая обработка называется локальной или местной.
Локальная термообработка с помощью гибких нагревательных элементов — это самый простой и недорогой способ обработки шва. Ранее такие нагреватели выпускал завод «Минмонтажспецстрой», сейчас этим занимается «Корпорация Монтажспецстрой». Такие элементы легко подстраиваются под диаметр трубы и их монтаж не вызывает трудностей.
Также используются муфельные печи. Они вполне эффективны при работе с трубами небольшого диаметра. Но здесь есть один нюанс: чтобы прогрев был равномерным нужно устанавливать печь так, чтобы ее ось вращения не совпадала с геометрической осью.
Индукционные приспособления также довольно распространены. Они недорогие и эффективные. Широко применяются при нагреве швов как раз на трубах. В качестве нагревательного элемента здесь выступают многожильные медные кабели, которые охлаждаются с помощью воздуха. При нагреве шва труб нужно оставить небольшой зазор между самой трубой и кабелями. Такая установка для термообработки сварных швов позволяет прогреть соединения равномерно и быстро. Ниже представлена таблица с характеристиками индукторов.
Газопламенный метод нагрева предполагает использование многопламенных газовых горелок. Принцип работы такой специальной горелки ничем не отличается от обычной бытовой зажигалки, разве что каналов выхода пламени в десять раз больше. Здесь пламя образуется при сгорании кислорода и горючего газа. Газопламенный метод хорош в труднодоступных местах, но может занимать больше времени.
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.
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!
[Всего голосов: 0 Средний: 0/5]svarkaed.ru
17. Термообработка сварных соединений труб
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.
studfiles.net
Термообработка сварных швов и соединений
При сборке различных металлоконструкций применяют два основных способа соединения деталей – разборные конструкции и скрепленные между собой. Последний тип соединения комплектующих в основном выполняется при помощи их сваривания. При этом в местах сварных швов возникают напряжения металла, которые негативно влияют на качество соединений и в целом на сваренную металлоконструкцию.
В связи с этим в местах сварочных швов понижается расчетная прочность, они в большей степени подвержены коррозии.Для устранения этих недостатков применяются некоторые способы, при помощи которых сварные соединения приобретают необходимые технологические и конструктивные свойства - термообработка сварных швов.
Типы обработки сварных швов и соединений
На практике для обработки сварных соединений используют несколько приемов, которые выполняются как при проведении сварочных работ, так и по их завершении. Все эти способы применяют для защиты сварных швов, но применяют их в разных условиях.
Механическая обработка. Используют этот прием для удаления шлаковых отложений и контроля качества выполнения сварочных работ. Остатки шлака способствуют развитию коррозии соединений.Обработка защитными составами. Этот способ применяют после выполнения сварочных операций. Соединения обрабатывают грунтовочными красками, которые защищают швы от коррозии.Термическая обработка. Применяется для разгрузки сварочных швов от остаточных напряжений металла. Этот метод обработки наиболее распространенный, так как позволяет обработать любые сварочные соединения. Его можно проводить как во время сварочных работ, так и после их окончания.
Задачи и виды термообработки сварочных швов
При проведении сварочных работ, в соединениях сопрягаемых металлов под влиянием высоких температур происходят различные химические изменения структуры металла. При этом возникают напряжения различного рода.Главная причина возникновения напряжений и изменение структуры в зоне проваренного шва – это разница температур, в местах сварки металла, имеет жидкое состояние, а сама деталь, менее нагретая, имеет кристаллическое строение. Вследствие этого, в соединениях возникают напряжения, которые отрицательно влияют на его прочность. При резком охлаждении происходит закаливание сварочного шва, особенно часто это наблюдается при сварке легированных сталей, в связи с этим в местах сварочных сопряжений образуются трещины.Дополнительная термическая обработка сварных швов до определенной температуры и установленной скорости нагрева, приводит к нормализации сваренных металлов, и снимает внутренние напряжения, образуемые при их сварке.
Термообработка (отжиг) сварных соединений выполняется несколькими способами, которые применяются в зависимости от условий проведения сварочных работ и марки свариваемого металла. Производят нагрев как самого сварочного шва (местный нагрев) так и всей сваренной конструкции.Для проведения термообработки металла применяют – газопламенные установки, муфельные печи, гибкие нагревательные сопротивления. Наиболее часто для термической нормализации сварных швов используют индукционные нагреватели.В зависимости от типа тепловой обработки сваренных деталей применяют следующие виды их термообработки:
Предварительный нагрев.Применяется как перед началом сварочных работ, так и непосредственно при сваривании изделий. Этот вид термообработки применяется для сварки труб из низкоуглеродистой стали, соединения которых прогревают до температуры 150–200 °C, что препятствует их быстрому остыванию.
Термический отдых.Сваренное соединение деталей нагревают до температуры 250–300 °C и производят их выдержку при этой температуре в течение определенного времени. При этом в сварочном шве уменьшается количество диффузионного водорода, и снижаются внутренние напряжения.
Высокий отпуск.Этот способ предусматривает нагрев сваренных конструкций до температуры 650–750 °C, в зависимости от свариваемых металлов, выдержкой их в этих условиях в течение 5 часов, с последующим медленным охлаждением. При таких условиях происходит снижение внутренних напряжений в сварных швах на 80–90%. Применяется для сталей, содержащих средний процент углерода.
Нормализация.Применяется для высокоуглеродистых легированных сталей. Сварные швы нагревают до 950-1050 градусов, производят выдержку при этой температуре в течение нескольких минут и дают остыть деталям на открытом воздухе.
Для термообработки сварных швов также применяют аустенизацию, нормализацию с отпуском и стабилизирующий отжиг.Все эти виды тепловой обработки сварных швов и соединений применяются исходя из физико-химических свойств металлов.
Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter
xn--h1afsf5c.xn--p1ai
5.3. Термическая обработка сварных соединений
Сварные соединения, работающие в условиях ползучести, без термообработки после сварки не обеспечивают эксплуатационной надежности ввиду структурной неоднородности и наличия остаточных напряжений. Исключение составляют соединения из сталей 12ХМ, 15ХМ, 12Х1МФ, 12Х2МФСР при толщине до 6 мм.
Основным видом термообработки является отпуск. Он стабилизирует структуру (твердость) сварного соединения и снижает остаточные напряжения.
Отпуск позволяет применять сварочные материалы с низким содержанием углерода, что обеспечивает технологическую прочность сварных соединений.
Температура и время отпуска определяются химическим составом и толщиной материала (табл. 9). Так, с увеличением содержания С, Мо, V, повышающих релаксационную стойкость сталей, температура и время выдержки увеличиваются. Недостатком отпуска является невозможность полного выравнивания структуры.
Таблица 9
Режим отпуска сварных соединений, выполненных дуговой сваркой
| Марка стали | Толщина свариваемых деталей, мм | Минимальное время выдержки, ч |
| Отпуск Т = 715 15 С | ||
| 12МХ | 10 | – |
| 12ХМ | 10 – 20 | 1 |
| 15ХМ | 20 – 40 | 2 |
| 20МЛ | 40 – 80 | 3 |
| 80 | 4 | |
| Отпуск Т = 735 15 С | ||
| 12Х1МФ | 6 | – |
| 20ХМФЛ | 6 – 10 | 1 |
| 10 – 20 | 2 | |
| 20 – 40 | 3 | |
| 40 – 80 | 4 | |
| 80 | 5 | |
| Отпуск Т = 745 15 С | ||
| 15Х1М1Ф | 6 | – |
| 15Х1М1ФЛ | 6 – 10 | 1 |
| 12Х2МФСГ | 10 – 20 | 2 |
| 20 – 40 | 3 | |
| 40 – 80 | 5 | |
| 80 | 7 | |
Нормализация с последующим отпуском позволяет ликвидировать разупрочнения и обеспечивать высокую эксплуатационную надежность сварных соединений. Но это требует использования сварочных материалов, имеющих более высокую термическую прирабатываемость швов.
Кроме этого, при нормализации необходимо применять термообработку всей конструкции, так как местный высокотемпературный нагрев под нормализацию вызывает разупрочнение металла в зонах, расположенных вблизи источника нагрева, что снижает сопротивление ползучести и длительной прочности. Термическую обработку осуществляют сразу после сварки, но не позднее, чем через 72 часа.
В тех случаях, когда не представляется возможным осуществить термообработку сразу после сварки или сваривают металлы большой толщины, рекомендуют производить низкотемпературную термообработку сварных соединений – отдых.
Отдых – это продолжение нагрева после окончания сварки (без охлаждения до комнатной температуры). В процессе отдыха не происходит фазовых превращений, а проходят лишь диффузионные и релаксационные процессы. При этом наблюдается эвакуация диффузионного водорода из металла шва и зоны термического влияния. Наблюдается также релаксация сварных напряжений (рис. 32).
| Рис. 32. Влияние времени выдержки после сварки на содержание Н2, работу зарождения трещины Ар.т. и максимальную разрушающую нагрузку Рmax для наплавленного металла типа 10ХН2М | Температуру отдыха принимают на 10...20 °С выше, чем критическая температура хрупкости, но не выше нижней границы термического старения. Для большинства теплоустойчивых сталей температура отдыха составляет 100...200 °С при времени выдержки 8...10 часов. |
Контрольные вопросы к главе 5
1. Какие перлитные стали называют жаропрочными?
2. Назовите основные трудности при сварке перлитных жаропрочных сталей.
3. Какие требования предъявляются к сварочным материалам?
4. Какие меры применяют для уменьшения содержания водорода в металле шва?
5. Что такое "отдых" сварных соединений, когда и с какой целью его применяют?
studfiles.net
Термообработка основного металла и сварного соединения
Процесс термической обработки заключается в нагреве изделия до определенной температуры и последующем охлаждении с целью вызвать изменение строения металла. Основные факторы воздействия при термической обработке - температура и время. При этом важную роль играют время нагрева и охлаждения, температура максимального нагрева и время выдержки при этой температуре. График процесса термической обработки представлен на рисунке слева. Для изменения свойств сплава необходимо, чтобы в сплаве в результате термической обработки произошли остающиеся изменения, обусловленные в первую очередь фазовыми превращениями.
Все виды термической обработки можно разделить на три основные группы:
Первая группа. Предшествующая обработка может привести металл в неустойчивое состояние. Так, холодная пластическая деформация создает наклеп - искажение кристаллической решетки. При затвердевании - не успевают протекать диффузионные процессы, и состав металла даже в объеме одного зерна оказывается неоднородным. Термическая обработка, заключающаяся в нагреве металла, который в результате какой-то предшествующей обработки получил неустойчивое состояние, и приводящая его в более устойчивое состояние, называется отжигом. Если при этом не протекают фазовые превращения, то это отжиг первого рода, а, если протекают - второго рода или фазовая перекристаллизация.
Вторая группа. Если в сплаве при нагреве происходят фазовые изменения, то полнота обратного (при охлаждении) превращения зависит от скорости охлаждения. Теоретически можно себе представить такие условия охлаждения, при которых обратное превращение вовсе не произойдет, и при комнатной температуре в результате быстрого охлаждения зафиксируется состояние сплава, характерное для высоких температур. Такая операция называется закалкой.
Третья группа. Состояние закаленного сплава характеризуется неустойчивостью. Даже без всякого температурного воздействия в сплаве могут происходить процессы, приближающие его к равновесному состоянию. Нагрев сплава, увеличивающий подвижность атомов, способствует этим превращениям. Такая обработка, т.е. нагрев закаленного сплава ниже температуры равновесных фазовых превращений, называется отпуском. Как и при отжиге первого рода, так и при отпуске, сплав приближается к структурному равновесию. В обоих случаях начальную стадию характеризует неустойчивое состояние, только для отжига первого рода оно было результатом предварительной обработки, при которой, однако, не было фазовых превращений, а для отпуска - предшествовавшей закалкой. Таким образом, отпуск - вторичная операция, осуществляемая всегда после закалки.
В соответствии с этим основные виды термической обработки железо-углеродистых сплавов могут быть охарактеризованы таким образом. Поскольку мы рассматриваем термическую обработку стали, то нам интересны только сплавы с концентрацией до 2% С и соответственно область на диаграмме железо - углерод с концентрацией углерода до 2% (точнее до 2,14% С). Приведем общепринятые обозначения критических точек. Критические точки обозначаются буквой А. Нижняя критическая точка, обозначаемая А1 лежит на линии PSK. диаграммы железо-углерод и соответствует превращению аустенита в перлит. Верхняя критическая точка А3 лежит на линии GSE и соответствует началу выпадения или концу растворения феррита в доэвтектоидных сталях или цементита (вторичного) в заэвтектоидных сталях. Чтобы отличить критическую точку при нагреве от критической точки при охлаждении, рядом с буквой А ставят букву "с", в первом случае и "r" - во втором. Следовательно, критическая точка превращения аустенита в перлит обозначается Ar1 а перлита в аустенит Ас3.
Ниже дана характеристика основных видов термической обработки стали в соответствии с приведенной классификацией.
Отжиг - фазовая перекристаллизация, заключающаяся в нагреве выше Ас3 с последующим медленным охлаждением. При нагреве выше Aс1, но ниже Ас3 полная перекристаллизация не произойдет; такая термическая обработка называется неполным отжигом. Если после нагрева выше Ас3 провести охлаждение на воздухе, то это будет первым шагом к отклонению от практически равновесного структурного состояния. Такая термическая операция называется нормализацией.
Закалка - нагрев выше критической точки Ас3 с последующим быстрым охлаждением. При быстром охлаждении аустенит превращается в мартенсит (пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе). Неполная закалка - термическая операция, при которой нагрев проводят до температуры, лежащей выше Ас1, но ниже Ас3, и в структуре стали сохраняется доэвтектоидный феррит (заэвтектоидный цементит).
Отпуск - нагрев закаленной стали ниже Aс1 и охлаждение.
Рассмотрим процессы протекающие при разных видах термической обработки. При отжиге, нагрев выше Ас3 вызывает превращение перлита в аустенит. На границах перлитных зерен образуется большое количество мелких аустенитных зерен, которые при медленном охлаждении превращаются в мелкие перлитные зерна. То есть, в результате термической обработки -отжига, получаем существенное измельчение структуры и снижение внутренних напряжений, которые релаксируются под воздействием высокой температуры. Разновидностью отжига является гомогенизация. Этот процесс применяют для литых изделий, которые в результате процесса кристаллизации имеют существенные ликвационные зоны. Он заключается в нагреве до 1000-1100°С, длительной выдержке для протекания диффузионных процессов и охлаждении. Для измельчения структуры после гомогенизации, как правило, делают обычный отжиг. Неполный отжиг заэвтектоидных сталей называют сфероидацией и позволяет получить зернистый перлит, имеющий более высокие механические свойства, чем пластинчатый.
При закалке большая скорость охлаждения способствует образованию мартенситной структуры. Доэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30 - 50°С выше Ас3, а заэвтектоидные - на 30-50°С выше Ас1, что обеспечивает после быстрого охлаждения для доэвтектоидных сталей структуру мартенсита, а для заэвтектоидных - мартенсита и цементита. Общее время нагрева складывается из времени нагрева до заданной температуры (τн) и времени выдержки при этой температуре (τв), следовательно:
τобщ = τн + τв
Величина τн зависит от нагревающей способности среды, от размеров и формы деталей, от их укладки в печи; τв зависит от скорости фазовых превращений, которая определяется степенью перегрева выше критической точки и дисперсностью исходной структуры. Практически величина τв может быть принята равной 1 мин для углеродистых и 2 мин для легированных сталей. Точно установить время нагрева можно лишь опытным путем для данной детали в данных конкретных условиях.
Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до температур ниже Ас1, выдержке при заданной температуре и последующем охлаждении с определенной скоростью, в результате которой сталь получает требуемые механические свойства. Кроме того, отпуск полностью или частично устраняет внутренние напряжения, возникающие при закалке. Эти напряжения снимаются тем полнее, чем выше температура отпуска. Наиболее интенсивно напряжения снижаются в результате выдержки при 550°С в течение 15 - 30 мин. Скорость охлаждения после отпуска также оказывает большое влияние на остаточные напряжения. Чем медленнее охлаждение, тем меньше остаточные напряжения. Ускоренное охлаждение после отпуска при 550 - 650°С повышает предел выносливости за счет образования в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия. Однако изделия сложной формы во избежание их коробления после отпуска при высоких температурах следует охлаждать медленно, а изделия из легированных сталей, склонных к обратимой отпускной хрупкости, после отпуска при 500 -650°С во всех случаях следует охлаждать быстро. Основное влияние на свойства стали оказывает температура отпуска. Различают три вида отпуска:
Низкотемпературный (низкий) отпуск проводят при нагреве до 250°С. При этом снижаются закалочные макронапряжения, мартенсит закалки переводится в отпущенный мартенсит, повышается прочность и немного улучшается вязкость без заметного снижения твердости. Низкотемпературному отпуску подвергают режущий и мерительный инструмент из углеродистых и низколегированных сталей, а также детали, претерпевшие поверхностную закалку, цементацию, цианирование.
Среднетемпературный (средний) отпуск выполняют при 350 - 500°С и применяют главным образом для пружин и рессор, а также для штампов. Такой отпуск обеспечивает высокие пределы упругости и выносливости и релаксационную стойкость. Структура стали после среднего отпуска - троостит отпуска или троостомартенсит; твердость стали 40 - 50 HRC.
Высокотемпературный (высокий) отпуск проводят при 500 - 680°С. Структура стали после высокого отпуска - сорбит отпуска. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости стали. Термическую обработку состоящую из закалки и высокого отпуска называют улучшением.
Закалка с высоким отпуском (по сравнению с нормализацией или отжигом) повышает временное сопротивление, предел текучести, относительное сужение и особенно ударную вязкость. Термическую обработку, состоящую из закалки и высокого отпуска, называют улучшением. Улучшению подвергают среднеуглеродистые (0,3 - 0,5% С) конструкционные стали, к которым предъявляются высокие требования по пределу выносливости и ударной вязкости. Улучшение значительно повышает конструктивную, прочность стали, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений, увеличивая работу развития трещин и снижая температуру порога хладноломкости Отпуск при 550 - 600°С в течение 1 - 2 ч почти полностью снимает остаточные напряжения, возникшие при закалке.
weldering.com
