Термообробка зварних швів і з’єднань

Для створення великих магістральних трубопроводів використовують колектори з великим внутрішнім діаметром. Це застосовується в тепломережах і системах водопостачання. Через велику вагу проходить рідини зростає і тиск на стінки комунікації. Тому останні виконуються з матеріалів достатньої товщини, щоб витримувати великі навантаження. Але це створює нову проблему – складно якісно зварити боку з такою товщиною, забезпечивши тривалу подальшу експлуатацію. При такій масі вироби прогрів досягає порівняно невеликої зони, що призводить до ряду фізичних процесів, несприятливо позначаються на подальше використання матеріалу. Для вирішення цієї проблеми розроблена і застосовується термообробка зварних з’єднань. Що це таке? У яких випадках необхідна термообробка після зварювання? Яким обладнанням і як виконується процес?

Суть і призначення процесу

Зварювальний шов створюється електричною дугою і присадним матеріалом з електрода при температурі від 1500 до 5000 градусів. Це призводить до виникнення кількох негативних явищ на товстому металі. А саме:

  • Безпосередньо в місці з’єднання основного і присадочного матеріалів відбувається значний перегрів. Це сприяє кристалізації металу з великої зернистою структурою, що знижує його пластичність. Вигорання марганцю і кремнію теж піддає цю область перетворенню в жорсткий ділянку, погано взаємодіє, при природних розширеннях, з усією конструкцією.
  • Трохи далі від шва утворюється зона гарту. Вона відчуває значний, але менший перегрів, ніж попередній ділянку, тому в ній відбувається загартовування деяких елементів. Ця ділянка характеризується включеннями з високою твердістю і зниженою пластичністю. Погіршуються показники металу і по ударної в’язкості.
  • На віддаленій відстані від шва з’являється зона разупрочнения. Завдяки нетривалого впливу помірної температури від електричної дуги, дану ділянку зберігає високу пластичність, але знижуються характеристики по міцності.

Загальним недоліком після зварювання є залишкові напруги в металі, які здатні деформувати виріб. Через це виникають труднощі при монтажі об’ємних конструкцій, де потрібна точність при стикуванні нових вузлів. Залишкова напруга викликає і наступне утворення тріщин, що неприпустимо для швів трубопроводів. У поєднанні з високою температурою, це сприяє зниженню корозійної стійкості, циклічної міцності, і здатності чинити опір крихким руйнуванням в умовах холоду.

Термообробка зварних швів виконується при температурі від 700 до 1000 градусів. Це дозволяє усунути наслідки нерівномірного прогріву при дугового зварювання на товстих металах, ніж підвищує надійність майбутніх колекторів і магістралей трубопроводів. Труба і накладений шов набувають більш схожу структуру, і краще взаємодіють під час природних фізичних процесів (розширення і звуження матеріалів, впливу вологи і т.д.).

Термообробка зварних з’єднань трубопроводів відбувається в три етапи:

  • нагрів околошовной зони або всього виробу одним з декількох видів обладнання;
  • витримка матеріалу на заданій температурі протягом певного часу;
  • подальше планомірне охолодження до нормальних температур.

Це нейтралізує залишкові явища від зварювання, вирівнюючи структуру металу, і знімаючи напругу в металі, що сприяє деформації. Процес може виконуватися декількома способами, а технологія відрізняється залежно від типу і товщини металу. Не всі зварні з’єднання необхідно піддавати термообробці, але в деяких випадках вона є обов’язковою.

Що і коли піддається термічній обробці

Нейтралізації залишкових явищ від зварки необхідно піддавати все трубопроводи діаметром від 108 мм, що мають стінку 10 мм і більше. Для цього використовують індукційний нагрів вироби струмом з частотою 50 Гц. Термообробка здатна впливати на метал труби зі стінкою 45-60 мм, для чого застосовують гнучкі електронагрівальні дроту або муфельні печі. Якщо товщина стінки конструкції не більше 25 мм, то можна використовувати Газополум’яний спосіб нагріву. У всіх випадках важливий фактор рівномірності розподілу температури в усі сторони від зварювального з’єднання.

Стики, виконані із застосуванням труб зі сталі 12Ф і її різновиди 15Ф, що мають товщину стінки магістралі 45 мм повинні піддаватися термічній обробці відразу після закінчення зварювальних робіт. Охолодження матеріалу не повинно допускатися до температури 300 градусів. Стики з аналогічних сталей на трубах з діаметром 600 мм, при стінці 25 мм, обробляються в цей же часовий період. У разі неможливості виконати процес, з’єднання необхідно вкрити шаром теплоізоляції 15 мм, а при першій же можливості провести обробку. Максимальний термін на проведення цих робіт становить три доби.

Термообробці необхідно піддавати не тільки кільцеві шви на трубопроводі, а й уварені відводи, крани, заглушки. Кріплення під ділянку труби, яке приєднувалося за допомогою зварювання, теж необхідно обробити нагріванням.

режими процесу

Різні види стали піддаються термообробці в конкретний часовий проміжок. Впливає на режим і товщина стінки вироби. На хромомолібденових сталях і їх сплавах з ванадієм застосовується нагрів індукційним способом, з частотою струму в 50 Гц і вище, або радіаційним методом за такими показниками:

Товщина стінки, мм Радіаційний спосіб, хвилини Індукційний спосіб, хвилини
до 20 40 25
21-25 70 40
26-30 100 40
31-35 120 60
36-45 140 70
46-60 160 90
61-80 160 110
81-100 160 140

види обладнання

Термообробка виконується декількома видами засобів, вибір яких залежить від товщини зварювальних труб і місцевої доступності обладнання. Виділяються три основні способи нагріву околошовной зони.

індукційний

На робочому місці встановлюється апарат, що виробляє змінне високочастотне напруга. До нього приєднується нагрівальний елемент, яким служить гнучкий провід. Останній намотують на зварювальне з’єднання, попередньо закутані азбестом для теплоізоляції. Цю технологію можна застосовувати незалежно від положення труби в просторі (вертикального або горизонтального).

Намотування проводу виробляють впритул до ізолятора, а між витками залишають зазор в 25 мм. Таким чином має бути покрито за 250 мм ділянки труби з кожного боку шва. Після правильного накладення витків апарат включається на час, призначене для конкретної товщини стінки трубопроводу. Напруга, проходячи через витки проводу, створює індукцію і розігріває виріб. Схожим способом виконується і накладка цілісних поясів, що містять в собі ряд проводів, які відразу покривають потрібну ширину труби.

радіаційний

Другим поширеним способом термічної обробки зварних з’єднань є радіаційний метод. Тут парниковий ефект виходить від спеціальних ніхромових проводів, за якими йде напруга, і околошовной зону гріє безпосередньо тепло від проводу, а не індукція струму, як в першому способі. Тен укладають на основу з теплоізоляції.

Газополум’яний

Найдешевшим способом виконати термічну обробку зварного шва є полум’я від горіння суміші ацетилену і кисню. Це підходить для труб з діаметром не більше 100 мм. На пальник встановлюється мундштук з великим отвором. Для рівномірності подачі тепла від полум’я на сопло одягається азбестова воронка, що розподіляє полум’я по ширині в 250 мм. Правильний нагрів проводиться одночасно двома пальниками, що працюють з кожного боку.

види термообробки

Тепловий вплив на зварювальне з’єднання і прилеглу зону може виконуватися за різною технологією для досягнення певних цілей. Ось основні процеси та їх вплив на виріб:

  • Термічний відпочинок. Трубопровід піддають нагріванню до 300 градусів з утримання цієї температури до 120 хвилин. Ця дія сприяє зниженню вмісту водню в шві, і часткового зняття залишкової напруги. Метод застосовується на особливо товстостінних виробах, де неможливо виконати інші техніки термообробки.
  • Високий відпустку. Трубу і зварної шов нагрівають до температури 600-700 градусів. Витримка відбувається протягом 1-3 годин в залежності від товщини стінки. Внаслідок чого залишкове напруга знижується до 90%. У низьколегованих сталях руйнується гартівна структура, а карбіди стають більшими. Це призводить до підвищення пластичності і ударної в’язкості. Найчастіше цей вид термообробки застосовують на сталях перлітного класу.
  • Нормалізація. Шов і трубу нагрівають до 800 градусів, але на короткий час (витримка від 20 до 40 хвилин). Це частково прибирає напруга в металі, але головним чином надає однорідність і дрібнозернисту структуру, що покращує механічні властивості. Така технологія використовується на тонкостінних трубах невеликого діаметра.
  • Аустенізація. Розігрів матеріалу до 1100 градусів з тривалим утриманням температури (близько двох годин) і наступним охолодженням на повітрі. Реалізується на високолегованих сталях для зниження залишкового напруги і підвищення пластичності.
  • Стабілізуючий відпал. Трубопровід з накладеним швом розігрівають до 970 градусів з витримкою до 180 хвилин. Охолодження виконується природним чином на повітрі. Метод попереджає виникнення межкристаллической корозії на високолегованих сталях.

Застосування термообробки на трубопроводах з різних металів значно продовжує їх термін експлуатації. Для успішного використання методу важливо правильно підбирати температуру, час витримки і спосіб нагріву.

Ссылка на основную публикацию