Bktp-omsk.ru

Делаем сами
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Термообработка сварных швов

Термообработка сварных швов

Содержание:

  • Термическая обработка: общие значения.
  • Необходимость термообработки сварных швов.
  • Виды термической обработки сварных швов.

Часто разные металлы и сплавы поддаются термической обработке. Это необходимо для изменения определенных свойств изделия, его структуры и пр. Одними из видов термической обработки являются закалка металла, термообработка сварных швов и соединений и пр.

Отметим, что обработка швов это один из этапов термообработки сварного изделия в целом. Об обработке швов и изделий под воздействием температур и поговорим дальше.

Термическая обработка: общие значения.

Сам процесс термической обработки металлических изделий в целом и соединений состоит из нескольких этапов:

  • подготовка металлических изделий к сварке;
  • термообработка собственно во время сварки;
  • обработка уже готового изделия и швов.

Для чего необходима термическая обработка сварных изделий? Отметим, что необходимость термической обработки всех сварных изделий обуславливается потребностью улучшить сварные свойства материала.

Исходя из этого, перед сваркой изделия, металл должен пройти процесс отжига и высокого отпуска. Приведем пример. Когда необходимо сварить трубы при температуре 110-120 ° С, из-за особенностей материала (например, свариваемая сталь склонна трескаться в процессе) его предварительно подогревают. От разных особенностей материала зависит и температура подогрева изделия перед непосредственной сваркой.

Необходимость термообработки сварных швов.

Понятно, что термообработка сварных швов необходима уже по завершению процесса сварки. Но для чего? Дело в том, что при сварке изделия нагрев распределяется неравномерно по разным зонам. Это может привести к тому, что свойства сварного шва, в конечно счете, могут значительно снизиться и быть неоднородными по разным сторонам соединения.

Отметим, что эта особенность наблюдается всегда, независимо от толщины свариваемых изделий и прочих показателей.

Из-за такой особенности, в первую очередь, страдает прочность всего изделия, а также его устойчивость к коррозионным процессам, переносимость разных температур и пр. Все это может также привести к разрыву сварного шва. По этой причине сварщики по окончании работ проводят обязательную термическую обработку сварного шва.

Отметим, что термообработка швов используется при проведении работ в абсолютно любых сферах, будь-то нефтегазоперерабатывающая промышленность, энергетика и прочие.

Виды термической обработки сварных швов.

Выделяют два подвида термической обработки. Собственно обработка сварных швов, так называемая местная обработка. А также существует полная термообработка сварного изделия. Во втором случае полностью конструкция, которая подвергалась сварке, равномерно нагревается и потом охлаждается.

Обработка швов выполняется специалистами разными способами – это:

  • индукционный (наиболее распространенный);
  • радиационный (посредством газовых или электрических источников);
  • комбинированный и другие.

Кроме способов проведения обработки, выделяют и некоторые ее виды:

  • высокий отпуск;
  • нормализация;
  • аустенизация;
  • термический отдых;
  • «улучшение» (комбинация двух видов: нормализации с высоким отпуском);
  • стабилизирующий отжиг.

Остановимся немного подробнее на отдельных видах. Во-первых, поговорим о нормализации. Это процесс термообработки с более быстрым охлаждением (что отличает его от обычного отжига). Отметим, что нормализация, обычно, проводится на открытом воздухе.

Следующий вид термообработки швов – высокий отпуск. Он наиболее популярен среди специалистов. Особенно часто его используют в условиях монтажа конструкций. Заметим, что данный процесс позволяет значительно понизить уровень остаточного напряжения – практически на 90 процентов. Высокий отпуск представляет собой процесс, при котором сварной шов выдерживается под температурой, достигающей триста-четыреста градусов. Процесс длится целый час. После нагревания шов довольно медленно охлаждают до трехсот градусов. И завершают этот процесс уже на воздухе.

Еще два вида обработки предназначены для хромоникелевых и нержавеющих сталей. Речь идет о стабилизирующем отжиге и аустенизации. Что касается последней, она представляет собой довольно сильный нагрев шва и последующее его охлаждение на воздухе.

Стабилизирующий отжиг – это нагревание шва до температуры, равной 970 градусам. Дальше изделие охлаждается также, как при аустенизации. Особенность этого способа термической обработки шва в том, что структура шва оптимизируется, что значительно снижает возможность того, что шов потрескается или подвергнется коррозионным процессам.

В заключение отметим, что выбор вида и способа термической обработки сварного шва напрямую зависит от свариваемого материала: для разных видов металлов подходят определенные способы и виды термообработки.

Термообработка сварных швов

Специалисты компании «Амбит» готовы провести на месте любой процесс термической обработки индукционными установками.

Термообработка сварного шва является довольно сложной процедурой, без которой получение ответственных соединений выполнить невозможно. Швы с дефектом часто приводят к значительным потерям.

Результатом неравномерного нагрева шва и околошовных зон при сварке часто становится неоднородность свойств на различных участках шва независимо от толщины сварочных элементов. Это влечет за собой снижение показателей прочности, устойчивости к коррозии, температурной переносимости. Остаточные напряжения могут стать причиной возникновения трещин и разрыва соединений.

Термическая обработка – это основной способ решить проблемы, появляющиеся в местах соединения, а также повысить надежность шва.

Местная термическая обработка сварных соединений используется для:

  • Улучшения структуры металла шва и околошовных зон;
  • Повышения и оптимизации механических и специальных свойств стали. В числе специальных: устойчивость к коррозии, жаропрочность;
  • Уменьшения остаточного сварочного напряжения.
  • Нормализация
  • Стабилизирующий отжиг
  • Нормализация с отпуском (полная или восстановительная термообработка)
  • Высокий отпуск
  • Термический отдых
  • Предварительный подогрев
  • Аустенизация.

Вы имеете индукционные установки, но вам не хватает обученного, профессионально подготовленного персонала? Специалисты из службы сервиса по термической обработке компании «Амбит» на вашей рабочей площадке и с использованием вашего оборудования проведут необходимую процедуру термообработки.

ТВЧ установки в ходе обработки деталей Блока Переключения Скважин («Аргоси Технолоджис»).

Групповая обработка стыков. Задействованная мощность от 1,5 до 15 кВт на разных стадиях процесса обработки.

Вид термической обработки — «Высокий отпуск».

Сепаратор перед термообработкой.

АМБИТ – НАУЧНО ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ

Компания «Амбит» создана для разработки оборудования с использованием технологии индукционного нагрева.

Специалисты компании имеют обширный опыт в разработке силовой электроники, автоматизации промышленных предприятий, механизации технологических процессов.

Мы рады предложить высокотехнологичное, качественное оборудование по конкурентным ценам, мощностью от 12 до 600кВт. Готовы разработать оборудование по Вашему техническому заданию.

Мы выпускаем установки индукционного нагрева с различными способами охлаждения:

  • с водяным охлаждением (применяются для ТВЧ пайки, ТВЧ закалки, нагрева перед ковкой, штамповкой);
  • с воздушным охлаждением (применяются для нагрева перед съемом посадкой сопряженных деталей, термообработкой сварных швов трубопровода, подогрева емкостей, трубопроводов)

Индукционный нагреватель
Установки индукционного нагрева комплектуются трансформаторно-согласовывающими устройствами позволяющими:

  • подключать многовитковые индукторы, для нагрева перед ковкой и штамповкой;
  • подключать одновитковые индукторы для пайки, поверхностной закалки, сканирующей закалки;
  • подключать индукторы воздушного охлаждения.

Установки индукционного нагрева комплектуются различными пультами управления, что позволяет подобрать необходимое количество функций для построения технологии нагрева и не переплачивать. Пульт управления может быть встроен в установку или удален от нее на необходимое расстояние. Реализована возможность подключения пульта внешнего управления, SCAD системы.

На базе установок индукционного нагрева серии IHM (ТВЧ установок) нами производятся специализированные комплексные решения:

  1. Рабочее место для пайки резцов, состоит из ТВЧ установки мощностью 15-30кВт, специализированного индуктора и станции водоохлаждения.
  2. Устройство нагрева заклепок УНЗ 15/О, УНЗ 30/О, состоит из ТВЧ установки мощностью 15-30кВт, специализированного индуктора и станции водоохлаждения.
  3. Кузнечный индукционный нагреватель, состоит из установки индукционного нагрева мощностью от 50 до 300кВт, и механизма подачи заготовок в индуктор. Предназначен для нагрева мерных заготовок перед пластической деформацией, ковкой штамповкой.
  4. Станки закалочные, состоящие из установки индукционного нагрева мощностью от 50 до 300кВт, механизма подачи, системы спрейерирования. Предназначены для закалки тел вращения длинной до 3-х метров, шестерен.
  5. Рабочее место для проведения операций сборки разъединения сопряженных деталей, с возможностью подключения до 8-ми индукторов. Состоит из ТВЧ установки мощностью 25кВт, комплекта индукторов.
  6. Комплексы для термообработки сварных швов трубопроводов, подогрева перед сваркой.
  7. Комплексы для подогрева нефтепродуктов в технологических линий.

Наше оборудование можно встретить на предприятиях России, стран СНГ, Латинской Америке, а также в США и странах ЕС.

ТВЧ УСТАНОВКИ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА | ТВЧ СТАНКИ | ИНДУКЦИОННАЯ ПЕЧЬ | ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ | УСТАНОВКА ПО ПЕРЕРАБОТКЕ НЕФТЕШЛАМА

Термообработка сварных швов

Вопрос про термическую обработку сварных соединений.

В ГОСТ Р 55990-2014 в п. 9.1.12 сказано:

«9.1.12 Для трубопроводов, предназначенных для транспортирования продуктов, оказывающих коррозионные воздействия на металл и сварные соединения труб и арматуру, должны предусматриваться мероприятия, обеспечивающие защиту трубопроводов от коррозионного воздействия или сероводородного растрескивания.
Монтажные сварные соединения трубопроводов, транспортирующих среды, вызывающие сульфидно-коррозионное растрескивание, должны подвергаться снятию сварочных напряжений путем термической обработки швов».

В то же время, ГОСТ Р 53678-2009 позволяет не проводить термическую обработку сварных соединений, если выполняются условия в п. А.2.1.4:

«А.2.1.4 Для углеродистых и низколегированных сталей проведение термической обработки после сварки не требуется, если твердость сварных соединений не превышает значений, указанных в таблице А.1».

Оба стандарта действующие. Правомерно ли в проектной документации (обустройство месторождения нефти) ссылаться на ГОСТ Р 53678-2009 и не проводить термическую обработку сварных соединений, если выполняются условия в п. А.2.1.4?

Пункты 19.1.1 и 19.1.3 свода правил СП 284.1325800.2016 «Трубопроводы промысловые для нефти и газа. Правила проектирования и производства работ» гласят:

«19.1.1 Технология сварки, планируемая к применению на каждом конкретном промысловом трубопроводе, должна быть аттестована в соответствии с требованиями в области промышленной безопасности. Применение неаттестованных технологий при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции промысловых трубопроводов не допускается. Аттестация технологий сварки подразделяется на исследовательскую — при подготовке к применению новых (ранее не аттестованных) технологий сварки и производственную — для подтверждения, что организация, занимающаяся изготовлением, монтажом, ремонтом или реконструкцией технических устройств, оборудования и сооружений, применяемых на опасных производственных объектах, обладает техническими, организационными возможностями и квалифицированными кадрами для производства сварки по аттестованным технологиям, а также проверки того, что сварные соединения, выполненные в условиях конкретного производства по аттестуемой технологии, обеспечивают соответствие требованиям к опасным производственным объектам общих и специальных технических регламентов, нормативных документов, проектной и технологической документации».

«19.1.3 Аттестация технологии сварки организуется подрядчиком и производится в соответствии с действующими нормативными документами» (см. РД 03-615-03 «Порядок применения сварочных технологий при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов» и Рекомендации по применению РД 03-613-03 (Порядок применения сварочных материалов при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов).

В пункте 7.3.3.1 ГОСТ Р 53678-2009 «Нефтяная и газовая промышленность. Материалы для применения в средах, содержащих сероводород, при добыче нефти и газа. Часть 2. Углеродистые и низколегированные стали стойкие к растрескиванию и применение чугунов» содержится следующее:

«Сварочные работы выполняются в соответствии с действующими правилами и стандартами по согласованию между потребителем и производителем.

По требованию потребителя производитель должен предоставить технические условия на выполнение сварочных работ и квалификационную документацию на технологию сварки.

Аттестация технологии сварки материалов для кислых сред должна включать испытания твердости в соответствии с 7.3.3.2, 7.3.3.3 и 7.3.3.4».

Читать еще:  П - образный гнутый стальной

Кроме того, пункт 5.29 ВСН 005-88 «Строительство промысловых стальных трубопроводов. Технология и организация», касающийся промысловых трубопроводов с давлением сероводорода от 0,3 до 1 Мпа., гласит:

«5.29. Термическую обработку сварных соединений подземных участков трубопроводов (кроме стыков приварки кранов) можно не производить при условии, что твердость различных зон сварного соединения не превышает 220 единиц по шкале Виккерса, а толщина стенки труб не более 16 мм. При этом транспортируемый продукт должен ингибироваться».

Учитывая изложенное и неоднозначность положений нормативных документов , представляется целесообразным не включать в проектную документацию указание о термической обработке всех соединений трубопроводов, транспортирующих сероводородосодержащие среды, а ограничиться общим требованием со ссылками на вышеуказанные документы, в соответствии с которыми подрядчиком должна быть разработана и аттестована технология сварки данного трубопровода (или применена уже аттестованная).

Одновременно прошу принять к сведению следующую информацию, касающуюся вышеуказанного свода правил СП 284.1325800.2016:

Свод правил СП 284.1325800.2016 «Трубопроводы промысловые для нефти и газа. Правила проектирования и производства работ», утверждённый Минстроем России в декабре

2016 г, разработан вопреки пункту 3 Правил разработки и утверждения сводов правил, утверждённых Постановлением Правительства РФ от 19.11.2008г. № 858 (с 01.07.2016 утратили силу), который гласит:

«Своды правил разрабатываются в случае отсутствия национальных стандартов применительно к отдельным требованиям технических регламентов или к объектам технического регулирования в целях обеспечения соблюдения требований технических регламентов к продукции или связанным с ними процессам проектирования (включая изыскания), производства, строительства, монтажа, наладки, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации».

В пункте 4 новых Правил разработки, утверждения, опубликования, изменения и отмены сводов правил, утверждённых Постановлением Правительства от 01.07.2016 № 624 содержится следующее требование:

«При разработке свода правил не допускается дублирование требований национальных стандартов Российской Федерации и других сводов правил».

На момент разработки СП 284.1325800.2016 в национальной системе стандартизации уже имелся, утверждённый в 2014 году, нормативный документ, регламентирующий проектирование промысловых трубопроводов — национальный стандарт ГОСТ Р 55990-2014 «Месторождения нефтяные и газонефтяные. Промысловые трубопроводы. Нормы проектирования», поэтому желание разработчика (ФБГОУ «Российский государственный университет нефти и газа (научно-исследовательский университет) им. И.М. Губкина» максимально дистанцироваться от этого документа (ГОСТ Р 55990-2014 даже не указан в библиографии СП 284.1325800.2016, не говоря уже о «нормативных ссылках») вполне объяснимо. Суть разногласий разработчиков понятна из ответа на вопрос № 101 «Сводной таблицы замечаний и пожеланий к первой редакции свода правил «Трубопроводы промысловые для нефти и газа. Правила проектирования и производства работ ( СП 284.1325800.2016)».

Из этой же таблицы видно, что многие положения СП 284.1325800.2016 базируются на положениях документов, касающихся магистральных трубопроводов.

Таким образом, в настоящее время действуют два нормативных документа добровольного применения, не входящих в «Перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Термообработка швов

Для создания крупных магистральных трубопроводов используют коллекторы с большим внутренним диаметром. Это применяется в теплосетях и системах водоснабжения. Из-за большого веса проходящей жидкости возрастает и давление на стенки коммуникации. Поэтому последние выполняются из материалов достаточной толщины, чтобы выдерживать большие нагрузки. Но это создает новую проблему — сложно качественно сварить стороны с такой толщиной, обеспечив длительную последующую эксплуатацию. При такой массе изделия прогрев достигает сравнительно небольшой зоны, что приводит к ряду физических процессов, неблагоприятно сказывающихся на дальнейшем использовании материала. Для решения этой проблемы разработана и применяется термообработка сварных соединений. Что это такое? В каких случаях необходима термообработка после сварки? Каким оборудованием и как выполняется процесс?

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.

Что и когда подвергается термической обработке

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

Стыки, выполненные с применением труб из стали 12 XIM Ф и ее разновидности 15 XIMI Ф, имеющие толщину стенки магистрали 45 мм должны подвергаться термической обработке сразу после окончания сварочных работ. Охлаждение материала не должно допускаться до температуры 300 градусов. Стыки из аналогичных сталей на трубах с диаметром 600 мм, при стенке 25 мм, обрабатываются в этот же временной период. В случае невозможности выполнить процесс, соединение необходимо укрыть слоем теплоизоляции 15 мм, а при первой же возможности произвести обработку. Максимальный срок на проведение этих работ составляет трое суток.

Термообработке необходимо подвергать не только кольцевые швы на трубопроводе, но и вваренные отводы, краны, заглушки. Крепление под участок трубы, которое присоединялось посредством сварки, тоже необходимо обработать нагревом.

Режимы процесса

Разные виды стали подвергаются термообработке в конкретный временной промежуток. Влияет на режим и толщина стенки изделия. На хромомолибденовых сталях и их сплавах с ванадием применяется нагрев индукционным способом, с частотой тока в 50 Гц и выше, или радиационным методом по следующим показателям:

Толщина стенки, ммРадиационный способ, минутыИндукционный способ, минуты
До 204025
21-257040
26-3010040
31-3512060
36-4514070
46-6016090
61-80160110
81-100160140

Виды оборудования

Термообработка выполняется несколькими видами средств, выбор которых зависит от толщины свариваемых труб и местной доступности оборудования. Выделяются три основные способа нагрева околошовной зоны.

Индукционный

На рабочем месте устанавливается аппарат, вырабатывающий переменное высокочастотное напряжение. К нему подсоединяется нагревательный элемент, которым служит гибкий провод. Последний наматывают на сварочное соединение, предварительно укутанное асбестом для теплоизоляции. Эту технологию можно применять независимо от положения трубы в пространстве (вертикального или горизонтального).

Намотку провода производят вплотную к изолятору, а между витками оставляют зазор в 25 мм. Таким образом должно быть покрыто по 250 мм участка трубы с каждой стороны шва. После правильного наложения витков аппарат включается на время, предназначенное для конкретной толщины стенки трубопровода. Напряжение, проходя через витки провода, создает индукцию и разогревает изделие. Похожим способом выполняется и накладка цельных поясов, содержащих внутри себя ряд проводов, которые сразу покрывают нужную ширину трубы.

Радиационный

Вторым распространенным способом термической обработки сварных соединений является радиационный метод. Здесь тепловой эффект исходит от специальных нихромовых проводов, по которым идет напряжение, и околошовную зону греет непосредственно тепло от провода, а не индукция тока, как в первом способе. Тэн укладывают на основу из теплоизоляции.

Газопламенный

Самым дешевым способом выполнить термическую обработку сварного шва является пламя от горения смеси ацетилена и кислорода. Это подходит для труб с диаметром не более100 мм. На горелку устанавливается мундштук с крупным отверстием. Для равномерности подачи тепла от пламени на сопло одевается асбестовая воронка, распределяющая пламя по ширине в 250 мм. Правильный нагрев производится одновременно двумя горелками, работающими с каждой стороны.

Виды термообработки

Тепловое воздействие на сварочное соединение и прилегающую зону может выполняться по разной технологии для достижения определенных целей. Вот основные процессы и их влияние на изделие:

  • Термический отдых. Трубопровод подвергают нагреву до 300 градусов с удержание этой температуры до 120 минут. Это действие способствует снижению содержания водорода в шве, и частичному снятию остаточного напряжения. Метод применяется на особо толстостенных изделиях, где невозможно выполнить другие техники термообработки.
  • Высокий отпуск. Трубу и сварной шов нагревают до температуры 600-700 градусов. Выдержка происходит в течении 1-3 часов в зависимости от толщины стенки. Вследствие чего остаточное напряжение снижается до 90%. В низколегированных сталях разрушается закалочная структура, а карбиды становятся крупнее. Это приводит к повышению пластичности и ударной вязкости. Чаще всего этот вид термообработки применяют на сталях перлитного класса.
  • Нормализация. Шов и трубу нагревают до 800 градусов, но на короткое время (выдержка от 20 до 40 минут). Это частично убирает напряжение в металле, но главным образом придает однородность и мелкозернистую структуру, что улучшает механические свойства. Такая технология используется на тонкостенных трубах небольшого диаметра.
  • Аустенизация. Разогрев материала до 1100 градусов с длительным удержанием температуры (около двух часов) и последующим остыванием на воздухе. Реализуется на высоколегированных сталях для снижения остаточного напряжения и повышения пластичности.
  • Стабилизирующий отжиг. Трубопровод с наложенным швом разогревают до 970 градусов с выдержкой до 180 минут. Охлаждение выполняется естественным образом на воздухе. Метод предупреждает возникновение межкристаллической коррозии на высоколегированных сталях.
Читать еще:  Чем отрезать пластиковый подоконник

Применение термообработки на трубопроводах из различных металлов значительно продлевает их срок эксплуатации. Для успешного использования метода важно правильно подбирать температуру, время выдержки и способ нагрева.

Принципы термообработки сварных швов

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

Суть и назначение процесса

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

  1. Изменение параметров 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.

Виды термообработки

Термообработка сварных соединений может проводиться несколькими способами. К наиболее эффективным относятся:

  1. 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.
  2. Отпуск металла. Подразумевает под собой нагрев деталей до критических температур. Заготовки выдерживаются в таком режиме до 5 часов. Затем материал медленно охлаждается.
  3. Термический отдых. Заготовки разогреваются до 300 градусов. При такой температуре они выдерживается до трех часов. Постепенно остаточные нагрузки исчезают, шов становится прочнее.
  4. Нормализация. Проводится для уменьшения крупных зёрен структуры материала, увеличения показателей прочности.
  5. 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.
  6. 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

Виды оборудования

Для проведения термической обработки используют определённое оборудование. Его выбор зависит от металла, толщины заготовок, возможностей сварщика. К нему относятся:

  1. Индукционные установки. Представляют собой аппараты, которые вырабатывают высокочастотное напряжение. Дополнительно на установке закрепляется нагревательный провод. Его другой конец обматывается вокруг шва. Важно оставлять между витками по 2,5 см.
  2. Радиационное оборудование. Для разогревания области вокруг креплений и самого соединения используются нихромовые провода. На них подаётся напряжение, которое способствует нагреванию рабочей поверхности.
  3. Газопламенное оборудование. Простой способ нагрева рабочих поверхностей. Для этого применяются газовые горелки, к которым подключается ацетилен, кислород. Чтобы увеличить зону прогрева, на горелку закрепляется широкий мундштук.

Прежде чем начинать использовать то или иное оборудование нужно изучить особенности работы с ним. Применение нагревательных машин требует определённых навыков.

Технология термообработки

Помимо изучения технологии сварки, нужно знать способы обработки швов. Этапы проведения термической обработки зависят от выбранного оборудования, используемого для соединения материала, его толщины. Сварщику необходимо равномерно прогреть область соединения.

Пошаговая термическая обработка соединений

Термическая обработка сварных швов должна происходить в определённой последовательности. Проведение работ:

  1. Нагреваемое место покрывается теплоизолирующим материалом.
  2. Сверху закрепляются нихромовые провода, через которые будет идти ток.
  3. С помощью напряжения задаётся температура нагрева.

Нагревательные элементы снимаются с места соединения. Поверхность освобождается от лишнего материала.

Термообработка сварных швов считается необходимым технологическим процессом для улучшения механических показателей соединённой конструкции. Без дополнительного нагревания остается внутреннее напряжение, которое может привести к разрушению соединения.

Термообработка сварных изделий, металлоконструкций и сварных швов

Д.А. Чичиндаев, А.С. Степанов. / 12.12.2019

Для чего нужна термообработка сварных стыков (швов, соединений, металлоконструкций, изделий и трубопроводов)?

Давайте сперва определим понятие термообработки применимо к сварным изделиям и сварным швам.

Термообработка сварных изделий – это совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения зон сварки (околошовных зон (ОШВ), сварных швов (СВ)) для достижения требуемых параметров и физико-механических свойств сварных швов и, как следствие, сварных изделий.

Для чего проводится термообработка:

Термообработка, как правило, проводится для повышения эксплуатационных характеристик сварных изделий. Она снимает поверхностные и внутренние напряжения в металле, образовавшиеся после сварки.

Показатели качественной термообработки в монтажных условиях:

Сварной шов после сварки имеет, более высокие показатели твердости нежели основной металл. После проведения качественной термообработки показатели твердости сварного шва снижаются до требуемых НТД РФ величин. В монтажных условиях дефектоскописты лаборатории Неразрушающего Контроля при помощи твердомеров производят проверку показателей твердости и контроль соблюдения требуемого НТД РФ диапазона твердости сварного шва.

Основные способы проведения термообработки сварных соединений:

Термообработка после сварки проводится как в заводских условиях, так и на монтаже. В монтажных условиях термообработка сварных стыков и соединений проводится в основном по программе отжига для снятия напряжений (низкотемпера­турный отжиг или высокий отпуск) двумя способами: радиационный (нагрев производится керамическими ковриками) и индукционный (нагрев производится индуктором, обмотанным вокруг изделия). Оба способа позволяют произвести с заданными параметрами контролируемый подъем температуры до требуемой, провести выдержку температуры и последующее контролируемое охлаждение. В заводских условиях возможно еще использовать печной способ термообработки и иные программы термообработки.

Диапазоны использования радиационного и индукционного методов

Согласно требованиям РТМ-1С, действующим в тепловой энергетике (при выполнении термообработки в других отраслях следует руководствоваться соответствующей Нормативной Документацией) для термообработки трубопроводов со стенками до 50 мм возможно использование как радиационного метода так и индукционного. Для стенок 50 мм и выше – рекомендовано использование индуктивного способа.

Компания ООО «ТЭК-Консалтинг» специализируется на проведении термообработки сварных стыков различного диаметра и толщин стенок.

Основные этапы взаимодействия ООО «ТЭК-Консалтинг» с Заказчиком по запросу на проведение операций предварительного подогрева и термообработки:

· Выяснение технических требований Заказчика, заполнение опросного листа, который вы можете скачать по ссылке:
СКАЧАТЬ ОПРОСНЫЙ ЛИСТ на ПРОВЕДЕНИЕ ТЕРМООБРАБОТКИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

· Расчет и передача технико-коммерческого предложения в требуемые Заказчиком сроки

· Оперативное согласование и подписание договора с Заказчиком

· При необходимости и по требованию Заказчика – разработка технологии термообработки

· Срочная доукомплектация необходимыми расходными материалами под конкретный проект

· Выезд с оборудованием и аттестованным персоналом Исполнителя на площадку Заказчика

· Исполнение Договора – проведение термообработки сварных стыков в сменном режиме 24/7

· Проведение контроля показателей твердости твердомерами до термообработки и после, протоколирование показателей, ведение журналов термообработки, температура термообработки фиксируется аттестованными регистраторами автоматически с записью на диаграммную ленту

· Подготовка сдаточной документации по требованиям Заказчика, передача Заказчику

ООО «ТЭК-Консалтинг» — строительно-монтажная компания с длительным опытом работ на рынке энергетики в России. Обладая собственным парком оборудования и аттестованными специалистами – операторами термистами, мы в кратчайшие сроки проведем термообработку сварных стыков различного объема и диаметра.

Термическая обработка сварных швов

Для того чтобы качество металла, формирующего сварной шов, соответствовало определенным требованиям по прочности, стойкости к коррозии применяют различные технологические процессы.

При этом обработка сварного шва может осуществляться как в процессе выполнения сварки, так и по ее завершению.

Виды обработки

В общем можно выделить несколько технологических приемов, по которым выполняется обработка сварных швов, при этом каждый из них преследует определенную цель:

  • Термическая обработка позволяет снять остаточные напряжения в металле, возникающие при выполнении сварочных работ. Она является одним из основных методов, применяемых при работе с различными сталями и металлами (начиная от чугуна, заканчиваю нержавейкой и высоколегированными сталями).
    Специалисты выделяют два вида термической обработки сварного шва — местный (прогреву и охлаждению подвергается только сам шов) и общий (нагревается вся деталь).
  • Механическая обработка сварных швов после сварки позволяет удалить оставшийся шлак и убедиться в качестве соединения. Всем приходилось видеть, как исполнитель обстукивает шов молотком или выполняет его зачистку. Оставшийся шлак может стать причиной возникновения коррозионных процессов.
  • Нанесение различных защитных покрытий на сварочный шов так же помогает бороться с появлением коррозии. Простейшим способом является нанесение грунтующей краски, в качестве примера можно обратить внимание на металлоконструкции, на которых четко видно появление ржавчины в местах сварных соединений. Это говорит о том, что в этом случае не была выполнена качественная обработка шва после сварки.

Более подробно следует остановиться на термической обработке, позволяющей существенно повысить именно качество металла, формирующего сварочный шов.

Термическая обработка

Итак, вот что позволяет достичь термическая обработка сварных швов:

  • Снижение остаточных напряжений, возникающих при выполнении сварочных работ.
  • Улучшение структуры материала и самого шва, и околошовных зон.
  • Улучшение физических и эксплуатационных свойств металла (устойчивость к коррозии, жаропрочность и многое другое).

При выполнении термической обработки выполняется нагрев сварного шва или всего изделия до определенной температуры и выдержка в таком состоянии определенный период времени. Охлаждение осуществляется тоже по определенной схеме. Чаще всего для нагрева применяется индукционное оборудование, но могут использоваться и другие технологические схемы, в том числе и комбинированные (муфельные печи, нагрев с применением газоплазменных установок, гибкие нагреватели сопротивления).

К основным видам термообработки сварных швов относят:

  • Высокий отпуск — его принцип заключается в нагреве стали до 650-750 градусов (режим зависит от марки материала) и выдержке при такой температуре до 5 часов. Такая термообработка позволяет снять до 80% напряжений, повысить ударную вязкость, улучшить пластичность, снизить твердость металла.
  • Для углеродистой, а также низколегированной стали применяется нормализация. Такая термообработка сварного шва заключается в нагреве до 950 градусов и выше, после чего осуществляется выдержка (нескольких минут) и охлаждении в условиях атмосферного воздуха. Данная процедура позволяет снизить размер зерна металла, формирующего сварной шов, снизить напряжения, повысить прочность соединения.
  • Для выполнения закалки на аустенит (аустенизации) необходимо нагреть шов до температуры не менее 1075 градусов. В таком состоянии изделие выдерживается не менее часа, после чего осуществляется быстрое охлаждение. Данная технология применяется для аустенитовых сталей и позволяет увеличить пластичность сварного шва.
  • Стабилизирующий отжиг отличается от аустенизации только температурой нагрева (970 градусов) и меньшим временем выдержки.
Читать еще:  Ремонт, замена петли входной металлической двери на месте

Выбор вида термической обработки сварного соединения должен основываться на химических и физических свойствах материала (марке стали).

При этом особое внимание необходимо уделять соблюдению температурного режима, любое отклонение от него может привести к ухудшению качества сварного шва.

Термообработка сварных швов

Для чего нужна термообработка

В процессе сварки в металле свариваемых деталей происходят разнообразные процессы. Главные из которых это:

  • неравномерный прогрев и охлаждение различных зон;
  • фазовые преобразования в металле;
  • химическое взаимодействие с окружающим пространством.

Все эти процессы приводят к появлению местных напряжений, которые могут стать причиной возникновения трещин и, в тяжелых случаях, привести к полному разрушению изделия. От всех этих неприятностей поможет избавиться термообработка сварных соединений.

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.

Особенности процесса и применяемое оборудование

Термическая обработка швов требует различных технологий и оборудования. Существует три основных типа оборудования для термической обработки.

Радиационное оборудование — это наиболее простой, а значит, и самый распространенный вид оборудования. Нагрев изделия происходит за счет передачи тепла от нагретой нихромовой проволоки. Между проволокой и изделием прокладывают термостойкий электроизоляционный материал и постепенно увеличивают напряжение на нагревательном элементе (нихромовая проволока). Работа проходит намного быстрее, если нагревательная проволока уже изолирована, и нет необходимости каждый раз изолировать изделие.

Регулировка напряжения может осуществляться различными средствами: от простейших способов переключения отводов на обмотке понижающего трансформатора или устройства гасящих сопротивлений, до высокотехнологичных электронных преобразователей напряжения на тиристорах.

Газопламенное оборудование намного хлопотнее предыдущего вида. Согласитесь, что обеспечить подачу электрического питания намного проще, чем подачу газа. Такие же сложности с регулировкой процесса и контролем параметров. И еще проблематичнее выглядят возможности механизации или автоматизации термообработки сварных швов с применением газопламенного оборудования. Но есть у этого оборудования и одно неоспоримое преимущество – низкая стоимость работ. Это становится понятным при самом приближенном сравнении стоимости электроэнергии и газа.

Индукционные установки

Этот вид термообработки требует специального дорогостоящего оборудования и квалифицированного обслуживания. Промышленность выпускает как переносные индукционные установки, рассчитанные на обработку некрупных деталей в «полевых» условиях, так и многофункциональные гиганты, на основе которых создаются целые производственные участки.

На таких участках используют мощные индукционные установки, вырабатывающие высокочастотное напряжение. Это напряжение подаётся на провода, особым образом расположенные на обрабатываемом изделии. Протекающий в проводах ток, в свою очередь, вызывает появление токов в обрабатываемой детали, которые и разогревают её до нужной температуры.

Индукционные установки используются не только для термообработки сварных швов, но и для разогрева труб в процессе их изгибания. Таким образом, имеется возможность на одной промышленной линии осуществлять разогрев труб перед сваркой, непосредственно сварку труб и термообработку сварных швов. К этому участку обычно примыкает участок приварки фланцев и других деталей.

Необходимо отметить, что все эти процессы легко механизируются и автоматизируются. При наличии необходимого набора датчиков, компьютера и программного обеспечения можно создавать полностью автоматические производственные линии.

Термообработка сварных соединений

Автор: Игорь

Дата: 24.10.2016

  • Статья
  • Фото
  • Видео

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector