6. Термическая обработка сварных соединении специальных сталей. Термическая обработка сварных соединений

6. Термическая обработка сварных соединении специальных сталей

6.1. Термическая обработка сварных соединений аустенитных сталей

Высоколегированные хромоникелевые стали даже при отсутствии дополнительного легирования малыми количествами карбидообразующих элементов (молибден, титан, ниобий и др.) чаще всего не являются однородными аустенитными, а после горячей или холодной прокатки содержат в различных количествах феррит и карбиды. Эти фазы аустенитной стали могут присутствовать одновременно.

Для получения однофазного аустенитного состояния стали подвергают аустени-тизации. Так как наличие феррита и карбидов в аустенитной стали заметно сказывается на свойствах. Часто эти фазовые составляющие снижают коррозионную стойкость сталей, а также отрицательно сказываются на ее пластичности и ударной вязкости Принципиальная схема термической обработки данных сталей представлена на рисунке.(см. ниже) (Рис 6.1.)

Рис 6.1. Принципиальная схема термической обработки нестабилизированной (а) и стабилизированной (б) стали типа Х18Н10 после сенсибилизации:

I— закалка;II—стабилизирующий отжиг

3. Для аустени-тизации сталей с содержанием углерода до 0,1 % нужен нагрев от 750°С до 950 °С в равновесных условиях (длительный нагрев). При наличии в стали карбидообразующих элементов интервал температур будет увеличиваться. Поэтому практически при термической обработке температура аустенитизации составляет 1050— 1150°С. С другой стороны, при наличии до 1 % С в стали типа Х18Н10, закаленной на аустенит, при нагреве до 650 °С будут выделяться карбиды, а, при недостаточной устойчивости аустенита — α-фаза. 4. Последующий нагрев закаленной аустенитной стали также приводит к фазовым изменениям:

- нагрев до температуры 500 °С приводит к выделению из закаленного аустенита карбидов. Это вызывает повышение прочности стали, понижение ее пластичности, ударной вязкости и коррозионной стойкости;

- при более высоком нагреве (850—900 °С) процесс растворения карбидов идет очень медленно, а в стали с активными карбидообразующими элементами растворения вообще не происходит, наоборот, может начаться медленное их выделение. При таком протекании процессов повышение прочности стали и снижение ее пластичности будет меньшим, чем при нагреве до 750 °С.

Коррозионная стойкость стали при нагреве до 900 °С повышается и приближается к коррозионной стойкости закаленной стали.

При сварке аустенитных сталей распределение температур в ЗТВприводит к тому, что в ней создаются участки различного фазового состава. Если учесть, что продолжительность пребывания металла при высокой температуре в ЗТВ невелика, то рассмотренные выше процессы изменения фазового состояния аустенитных сталей при сварке сдвинутся в сторону более высоких температур:

- чисто аустенитной зоной будет зона, нагревавшаяся при сварке выше температуры 1100°С;

- в зоне, нагревавшейся приблизительно в интервале 900—1000 °С, могут остаться частицы нерастворившихся карбидов. Однако эта зона будет близка к чисто аустенитной и по сравнению с более высоко нагревавшейся зоной будет иметь более мелкие зерна аустенита.

8. Особенности ЗТВ:

- по свойствам в состоянии после сварки без дополнительного нагрева эти зоны будут характеризоваться повышенной вязкостью и коррозионной стойкостью;

- если при эксплуатации эти участки будут подвергаться дополнительному нагреву в интервале 500—650 °С, то в них начнется процесс выделения карбидов раствора, даже в том случае, если в стали содержатся активные карбидообразующие элементы (титан или ниобий). Правда, при наличии этих элементов потребуется больше времени, но если количество этих элементов близко к нижнему пределу, процесс выделения карбидов будет заметным;

- причиной понижения коррозионной стойкости сварных соединений аустенитных сталей в указанных зонах считают обеднение границ зерен аустенита хромом при выделении из них карбидов, содержащих, как правило, хром. В связи о этим коррозия в околошовной зоне протекает по границам зерен (межкристаллитная коррозия).

9. А).Для предотвращения такой коррозиив ОКОЛОШОВНЫХ ЗОНАХ сварных соединений аустенитных сталей,эксплуатирующихся в корозионно-активных средах при повышенных температурах, их следует подвергать термической обработке, заключающейся в продолжительном (3—5 ч) нагреве при 900 °С:

- такой нагрев одновременно с выделением карбидов из аустенита приводит к развитию диффузионных процессов внутри аустенитных зерен и к обогащению хромом приграничных участков зерна, откуда хром перешел в карбиды;

- для таких сварных соединений закалка или нормализация о высоких температур (1000—1150°С) недопустима, поскольку они приводят к аустенитизации, выделению карбидов и понижению стойкости, к межкристаллитной коррозии в околошовной зоне при 500—650 °С. Например, сварные соединения стали 08Х18Н10Т, склонные после сварки к межкристаллитной коррозии при эксплуатационных нагревах 650 °С, после стабилизирующего отжига при 875 °С в течение 3 ч при последующем эксплуатационном нагреве при 500 °С в течение 10000 ч склонности к межкристаллитной коррозии не обнаруживают.

- нагрев до 600 °С приводит к снижению стойкости не только к межкристаллитной коррозии, но и стойкости к коррозионному растрескиванию. Как известно, причиной понижения стойкости к коррозионному растрескиванию изделий из аустенитных и неаустенитных сталей, работающих в коррозионно-активных средах при статических нагрузках ниже предела текучести, является сегрегация атомов водорода.

Б).Для сварных соединений, которые эксплуатируются в коррозионно-активных средах без нагрева (температура до 300 °С), закалка или нормализация с высокой температуры

является допустимой:

- в зоне сварного соединения, нагретой до 900 °С, можно ожидать некоторое повышение прочности и снижение пластичности, а также коррозионной стойкости металла в результате выделения из раствора карбидов. Для этой зоны послесварочная закалка с температуры1050—1150 °С будет полезна в целях восстановления свойств. В зоне сварного соединения, нагревающейся до 700 °С, процессы карбидообразования также будут протекать достаточноактивно и скажутся на изменении свойств, поэтому для этой зоны закалка также будет полезна;

- в остальных зонах сварных соединений аустенитных сталей существенных изменений фазового состояния и свойств не происходит, хотя длительная эксплуатация при температуре 400— 500 °С может вызвать выделение карбидной фазы в дисперсном виде, кратковременный нагрев на эту же температуру при сварке к таким изменениям фазового состояния не приводит.

9. Закалка сварных соединений высоколегированных аустенитных сталей является рациональной операцией, если сварные соединения не эксплуатируются в коррознонноактивных средах при температуре 500— 650 °С.

10. Существуют дополнительные особенности термической обработки данных сталей:

А).Аустенитные стали целесообразно применять для конструкций, работающих при низких температурах, так как они обладают высокой хладостойкостью и сохраняют ударную вязкость:

- наиболее высокую вязкость аустенитных сталей при гомогенном состоянии и их сварных соединений можно достичь аустенитнзацией — закалкой с 1050—1150 °С;

- аустенитизация сварных соединений хладостойких конструкций рациональна и по другой причине. При недостаточной стабильности аустенита в стали, определяемой ее составом, глубокое охлаждение может привести к распаду аустенита о образованием мартенсита и снижением вязкости. Наличие в отдельных участках ЗТВ сварки карбидных выделений приводит к обеднению аустенита в этих участках легирующими элементами.

Б) Термическая обработка сварных соединений жаропрочных аустенитных сталей имеет и некоторые особенности:

- в сварных соединениях жаропрочных сталей металл шва, как правило, по составу заметно отличается от состава свариваемой стали;

- металле шва часто содержится значительно меньше углерода, чем в свариваемой стали. В ЗТВ имеются участки, где по-разному прошли процессы растворения и выделения карбидных и интерметаллидных фаз. Все это приводит к тому, что при последующем длительном эксплуатационном нагреве процессы фазовых превращений и связанные с этим объемные изменения и изменения свойств разных участков могут протекать по-разному. Описанное выше приводит иногда к локальным разрушениям по одному из участков ЗТВ. Для получения однородных свойств сварного соединения следует прибегать к высокому нагреву (1150—1180°С) для аустенитизации.

В) Столь высокий нагрев сварной конструкции практически осуществить трудно, поэтому для аустенитизации проводится более низкий нагрев (1050—1100 или 1075—1125°С). При 1075—1125 °С обеспечивается более полное растворение карбидов, большая стабильность аустенита, высокие пластичность и ударная вязкость, более равномерные свойства зон сварного соединения, а следовательно, и большая устойчивость к локальным разрушениям.

Повышение стабильности свойств при длительных эксплуатационных нагревах может быть достигнуто в результате старения при 750—800 °С в течение 3—10 ч, проводимого после стабилизации. Правда, в этом случае наблюдается некоторая потеря пластичности и ударной вязкости.

Некоторую стабилизацию свойств может дать старение при 650—950 °С в течение3—5 ч без предварительной аустенитизации. Однако в этом случае сохраняется неоднородность свойств сварного соединения и не гарантируется отсутствие локальных разрушений при эксплуатации.

Сварные соединения жаропрочных аустенитных сталей на неответственных конструкциях и конструкциях с большим запасом прочности можно эксплуатировать без всякой термической

обработки после сварки. Естественно, при этом не будут использованы все возможности жаропрочных аустенитных сталей как по уровню свойств, так и по их стабильности при эксплуатации и однородности в зоне сварки.

studfiles.net

6.2. Термическая обработка сварных соединений низколегированных теплоустойчивых сталей

1. Низколегированные теплоустойчивые стали, как правило, содержат до 0,2 % С, 1—2 % Сr(только стали типа - 15Х5М содержат до 6 % Сr— в целях повышения сопротивления коррозии), до 0,5 % Мо и до 0,3 %V.

2. Состав этих сталей обусловливает некоторые особенности структурных превращений в ЗТВ при сварке и некоторые особенности их термической обработки (табл. 6.2.).

Таблица 6.2 Рекомендуемые режимы термической обработки сварных соединений низколегированных теплоустойчивых сталей

3.Особенности превращений в ЗТВ этих сталей связаны с тем, что входящие в сталь легирующие элементы повышают устойчивость образующегося при нагреве аустенита, приводя тем самым его к распаду при охлаждении в области низких температур о образованием дисперсных и частично неравновесных структур распада. В связи с этим твердость металла в ЗТВ этих сталей заметно повышается и может доходить доНВ 350.

4. Отпуск сварных соединений этих сталей, как правило, является операцией, необходимой не только для снижения уровня сварочных напряжений, но и для распада неравновесных структур, снижения твердости и повышения ударной вязкости в целях снижения опасности хрупких разрушений этих соединений.

5 Легирование рассматриваемых сталей хромом, молибденом и ванадием приводит к образованию карбидов с повышенной устойчивостью к растворению, поэтому при кратковременном сварочном нагреве эти карбиды растворяются в более нагретых областях ЗТВ, чем карбиды большей части низколегированных строительных сталей, что

делает участок с повышенной твердостью более узким у низколегированных теплоустойчивых сталей по сравнению с низколегированными строительными.

6. Этот же эффект определяется более высокими значениями критических температуру рассматриваемых сталей, что и предопределяет более высокую температуру отпуска при термической обработке низколегированных теплоустойчивых сталей (730—740°С), чем у углеродистых нелегированных и низколегированных сталей для строительных конструкций (550—650 °С).

7. Очень часто низколегированные теплоустойчивые стали применяют в термически обработанном состоянии:

- после нормализации о высоким отпуском;

- реже, после закалки с отпуском.

8.В процессе такой термической обработки перед сваркой в сталях создается мелкозернистое строение с мелкими равномерно распределенными частицами карбидов.

9. Естественно, что сварка портит структуру стали в ЗТВ:

- в областях, прилежащих к сплавлению, растут зерна и появляются элементы неравновесных структур в области, нагревавшейся выше 900 °С;

- в участках, нагревавшихся до более низких температур (700—900 °С), происходят укрупнение карбидных выделений и некоторое снижение прочности.

10. Весьма полезно (там, где можно с учетом п.9) восстанавливать свойства сварных соединений путем нормализации с высоким отпуском. Однако такая обработка может быть рациональной только в том случае, если нагреву подвергается все изделие. При локальномнагреве нормализация может привести к ухудшению строения и свойств переходного участка между нагревавшейся областью и оставшимся ненагретым металлом.

11. Низколегированные теплоустойчивые стали имеют еще некоторые особенности, которые сказываются на условиях проведения их термической обработки — это их пониженная теплопроводность, повышенная температура потери упругих свойств (температура размягчения) и возможность снижения сопротивления деформации и -разрушению границ зерен по сравнению с телом зерна при температуре -650 °С.

12. Указанные обстоятельства (п.11) требуют ограничения скорости нагрева, особенно при локальной термической обработке в интервале температур до достижения сталью хотя бы ограниченной способности к пластической деформации (до 300 °С). Скорость охлаждения после высокого отпуска в целях снижения уровня остаточных напряжений также следует ограничивать по крайней мере до перехода металла в упругое состояние по всему сечению (примерно до 300 °С). С другой стороны, относительное ухудшение свойств на границах зерен при 650 °С требует, наоборот, быстрого прохождения этого интервала при нагреве.

13. Значение термической обработки не ограничивается только воздействием на строение и свойства ЗТВ сварных соединений низколегированных теплоустойчивых сталей, она имеет значение идля улучшения свойств металла шва при сварке таких сталей электродами, дающими металл шва (типа 09МХ, 09X1М, 09ХМФ, 10Х1М1НФБ), по составу близкий к свариваемой стали:

- на строение металла шва лучше всего влияет нормализация, обеспечивающая перекристаллизацию и измельчение зерна;

- высокий отпуск пригоден только для локального нагрева, так как и в ЗТВ, и в металле шва приводит к распаду неравновесных структур, снижению твердости и уровня остаточных напряжений, повышению ударной вязкости.

14. Для сталей 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 15Х5М при толщине металла более 20 мм нагрев до400°С ведут со скоростью до 300 °С/ч, охлаждение после сварки до 300 °С — со скоростью до 300 °С/ч. Термическая обработка должна производиться не более, чем 3 суток после сварки сталей 12Х1М и 15Х1М1Ф всех толщин и не более, чем 1 сутки после сварки стали 15Х5М всех толщин.

studfiles.net

Термическая обработка (термообработка) сварных соединений

Термическая обработка сварных соединений

ООО «ПМП «Металлургмонтаж» обладает всем необходимым оборудованием и высококвалифицированными специалистами для осуществления термообработки сварочных соединений на объектах любой сложности, различной географической отдаленности и в условиях сжатых сроках производства работ.

Для улучшения свариваемости материала, перед сваркой проводят термическую обработку стали. Термообработкой сварных соединений, называется процесс состоящий из следующих этапов: термическая подготовка деталей перед сваркой, термическая обработка в процессе сварки и термическая обработка готового изделия.

В зависимости от характеристик свариваемых материалов, выбирают разные тепловые режимы сварки. Так, например, температура подогрева для материала более склонного к закаткам и трещинам, должна быть выше, чем к материалам более устойчивым к ним.

Неравномерный нагрев различных зон, влечет за собой неоднородность свойств на разных участках шва независимо от толщины сварочных элементов. В результате чего существенно снижается прочность, температурная переносимость и устойчивость к коррозии. Кроме того, остаточные напряжения могут повлечь за собой разрыв соединения. Для предотвращения этого, после завершения сварки используют термообработку. В случае нагрева только шва, термообработка называется местной, и полной, когда нагревается вся конструкция.

Выделяют пять основных видов термообработки: нормализация, высокий отпуск, аустенизация, термический отдых и стабилизирующий отжиг.

Нормализация

Нормализация включает в себя нагрев сварного соединения до температуры выше критической точки, небольшую выдержку и охлаждение на воздухе. При этом удается снизить остаточное напряжение, повысить пластичность, прочность и ударную вязкость.

Высокий отпуск

Высокий отпуск заключается в нагреве сварного соединения до температур, близких к нижней критической точке свариваемости стали, выдержке при этой температуре в течение 1-5 ч с последующим медленным охлаждением. При этом на 70-80% снижается уровень остаточных напряжений, уменьшается и выравнивается поверхностная твердость, повышаются механические свойства сварного соединения.

Аустенизация

Аустенизация применяется для сварных соединений из аустенитных сталей. При этом сварное соединение нагревают до 1075-1125 °С, после этого выдерживают при этой температуре около часа и быстро охлаждают на воздухе ,что приводит к повышению пластичности сварного соединения, выравниванию структуры шва и околошовной зоны, улучшению эксплуатационных свойств.

Термический отдых

Термический отдых в основном применяют для сварных соединений толстостенных конструкций, для которых проблематично выполнить термообработку в режиме высокого отпуска. Суть процесса заключается в нагреве свариваемого материала доя 250-300 °С, с дальнейшей выдержкой в несколько часов. Как результат — уменьшается содержание водорода в сварных швах и снижается уровень остаточных напряжений.

Стабилизирующий отжиг

При стабилизирующем отжиге свариваемые материалы нагреваются до 950-970°С и выдерживаются в течении 2. 3 ч с последующем охлаждением на воздухе. Данный процесс приводит к снижению остаточных напряжений на 70. 80%, повышает коррозионную стойкость и обеспечивает стабильную структуру материала. Данный вид термической обработки, как и аустенизация, применяется для нержавеющих и хромоникелевых сталей.

Как заказать

Термическая обработка применяется в самых различных сферах: химической, нефтеперерабатывающей, энергетической и др.

Компания «ПМП «Металлургмонтаж» оказывает услуги по термической обработке готовых изделий. Узнать цену и заказать термообработку, Вы можете позвонив по номеру (3854) 555-986, или 8-800-700-89-87 .

Прайс лист на термообработку сварных стыков трубопроводов.

http://mmmontaz.ru

legkoe-delo.ru

Термическая обработка сварных соединений и швов

Отжигомназывается процесс термической обработки, при котором деталь нагревается до заданной температуры, выдерживается, а затем медленно охлаждается вместе с печью. Различают два вида отжига:

Отжиг I рода,не связанный с фазовой перекристаллизацией;

Отжиг II рода,основанный на фазовой перекристаллизации.

Отжиг I рода.Применяют отжиги: рекристаллизационный, диффузионный и для снятия напряжения.

Рекристаллизационный отжигслужит для устранения наклепа, на-гартовки после пластической деформации и осуществляется для углеродистой стали при температуре 680÷700°С, а для легированных – при 700-730 °С. Время выдержки зависит от размеров изделия.

Диффузионному отжигув основном подвергаются легированные стали. Температура отжига 1000÷1200°С, выдержка 8÷10ч. Охлаждение до температуры 550÷600°С медленное, затем с любой скоростью. Диффузионный отжиг служит для устранения ликвации.

Отжиг для снятия напряженияпроводится при температуре 400÷650°С, время выдержки – из расчета 2,5мин на 1мм толщины сечения детали.

Отжиг II рода.Применяют для полной перекристаллизации металла шва и околошовной зоны сварной конструкции. В зависимости от состава сталей температура отжига колеблется в диапазоне от 760 до 1050 °С.

Нормализацияявляется разновидностью полного отжига и существенно сокращает время термообработки, так как детали охлаждаются на воздухе. При нормализации стали нагреваются до температуры 950÷1000°С. Для низкоуглеродистых сталей вместо отжига рекомендуется нормализация, поскольку у них практически не различаются свойства после отжига и нормализации.

Закалка– обработка, при которой сталь нагревается до температуры 750÷1000°С, выдерживается при ней, а затем резко охлаждается. В качестве закалочной среды используют воду, минеральные масла, водный 10%-й раствор NaOH, расплавленные соли, щелочи и др.

После закалки выполняют отпуск, при котором закаленная сталь нагревается до температуры ниже интервала превращений, выдерживается и охлаждается. Существуют три вида отпуска. Низкий отпуск (нагрев и выдержка при температуре 150÷250°С) применяется для закаленных и химикотермически обработанных сталей, от которых требуется высокая твердость (58÷63HRC) и износостойкость. Конечная структура – отпущенный мартенсит. Средний отпуск (350÷450°С) дает твердость 40÷50HRC с высокой упругостью и достаточной прочностью. Применяется для пружин, рессор и штампов. Высокий отпуск (500÷680°С) дает твердость 30÷40HRC,резко повышается ударная вязкость, поэтому обработку закалка + высокий отпуск называют улучшением. Высокому отпуску подвергают среднеуглеродистые стали, предназначенные для изготовления деталей машин, испытывающих в процессе эксплуатации ударные нагрузки.

Одним из эффективных способов поверхностного упрочнения является химико-термическая обработка, которая представляет собой процесс поверхностного насыщения стали химическими элементами.

К наиболее распространенным методам этого вида обработки относится цементация, азотирование, цианирование и др.

Цементация – процесс насыщения поверхностных слоев сталей, содержащих от менее 0,3 до 0,8÷1,0% С. Глубина насыщения – 0,8÷2,0мм, температура цементации 910÷950°С, время выдержки – 8÷16ч. После цементации стали подвергают закалке и низкому отпуску. Цементируют детали с высокой контактной прочностью: кулачки, зубчатые колеса, пальцы, распределительные валки и др.

Азотирование – процесс насыщения поверхностного слоя изделий азотом, который применяется для среднеуглеродистых сталей, легирующие элементы которых имеют большое сродство к азоту (молибден, хром, алюминий). Цель азотирования - повышение коррозионной стойкости твердости и износостойкости. Азотирование проводится в печах в среде аммиака при температуре 500÷550°С в течение 24÷60ч. Толщина азотированного слоя – 0,1÷0,6мм. Азотируют детали, для которых требуется высокая коррозионная стойкость, высокое сопротивление износу в условиях знакопеременных нагрузок, сохранение поверхностной твердости до 500÷600°С.

Цианирование – процесс одновременного насыщения поверхности стали углеродом и азотом. Оно делится на высокотемпературное (900-950°С в среде природного газа и аммиака 5÷7%) и низкотемпературное (540÷560°С в среде природного газа и аммиака 20÷30%). Газовое цианирование называют нитроцементацией. Жидкостное цианирование осуществляется в расплаве цианистых соединений при температуре 550÷570°С. Цианирование обеспечивает высокую поверхностную твердость, износостойкость, уменьшение коробления в процессе химико-термической обработки.

В табл. 3 приведены основные показатели, позволяющие определить ориентировочный химический состав стали по искрам, которые образуются при ее обработке абразивным инструментом.

Таблица 3. Определение марки стали по искрам.

Сталь	Цвет и характеристика пучка искр
Низкоуглеродистая нелегированная (до 0,15 % С)	Короткий темно-желтый пучок искр, принимающий форму полосок и становящийся более светлым в зоне сгорания. Мало звездообразных разветвлений
Среднеуглеродистая нелегированная (0,15÷1,0% С)	При повышении содержания углерода образуется более светлый желтый пучок искр. Многочисленные звездочки и ответвления лучей
Высокоуглеродистая нелегированная (>1,0%С)	Очень плотный пучок искр с многочисленными звездочками. При повышении содержания углерода уменьшается яркость и укорачивается пучок искр
Низколегированная с повышенным содержанием марганца	Широкий, ярко-желтый пучок искр; внешняя зона линий искр особенно яркая. Многочисленные разветвления лучей
Марганцовистая (12% Мn)	Преобладание зонтообразных искр
Конструкционная (до 5% Ni)	Ярко-желтые линии искр в виде язычков, расщепленные на конце; увеличение яркости в зоне сгорания. При повышении содержания углерода на концах искр появляются звездочки
Высоколегированная с повышенным содержанием никелевая	При содержании 35% Ni красно-желтое окрашивание пучка. При более высоком содержании никеля (около 47%) яркость искр значительно ослабевает
Хромоникелевая	Хромистая с низким содержанием углерода и высоким содержанием хрома	Короткий темно-красный пучок искр без звездочек, слаборазветвленный; искры прилипают к поверхности шлифовального круга
Вольфрамсодержащая	Красные короткие искры: линии искр отчетливо изгибаются книзу. Разветвление звездочек углерода отсутствует. Чем выше содержание вольфрама, тем слабее образование искр
Молибденсодержащая	Ярко-желтые искры в виде язычков. При низком содержании кремния язычки видны перед звездочками углерода, при повышенном содержании — за звездочками углерода

Влияние термической обработки на качество сварных соединений

На главную KIRK / / Инфо / Влияние термической обработки на качество сварных соединений

Сварные соединения после сварки имеют неоднородную структуру металла, что является следствием неравномерного нагрева различных зон сварного соединения. Поэтому механические (прочность, твердость, пластичность) и специальные (коррозионная стойкость, жаропрочность, хладостойкость) свойства различных зон сварного соединения становятся неодинаковыми. Такое положение усугубляется наличием остаточных сварочных напряжений, которые образуются при кристаллизации металла сварного шва. Эти напряжения могут вызвать нежелательные изменения формы и размеров сварных соединений и появление в них трещин, что приводит иногда к разрушению сварных соединений. Остаточные сварочные напряжения снижают также механические и специальные свойства сварных соединений. Поэтому для ответственных сварных соединений необходимы такие технологические операции, которые улучшают структуру и свойства сварных соединений.

Одной из основных операций, направленных на повышение надежности сварных соединений, является термическая обработка. Этот вид обработки сварных соединений трубопроводов и корпусных конструкций широко применяют при монтаже предприятий нефтехимической, нефтеперерабатывающей, энергетической, химической и других отраслей народного хозяйства. На заводах термическую обработку выполняют в стационарных термических печах, а в монтажных условиях обычно осуществляют местную термическую обработку сварных соединений трубопроводов и корпусных конструкций, когда нагреву подвергается сварной шов и прилегающие к нему участки основного металла на ограниченной ширине. В некоторых случаях корпусные конструкции или участки трубопроводов подвергают полной термической обработке, заключающейся в нагреве всей конструкции или участка трубопровода вместе со сварными соединениями.

Местная и полная термическая обработка всех видов состоит из трех последовательных этапов — нагрева сварного соединения до определенной температуры с заданной скоростью, выдержки при этой температуре в течение определенного времени и последующего охлаждения с заданной скоростью. Для сварных соединений, кроме таких широко известных видов термической обработки, как высокий отпуск и нормализация, применяется также термический отдых, аустенизация, стабилизирующий отжиг и «улучшение» (нормализация с последующим высоким отпуском).

Высокий отпуск является основным видом термической обработки в монтажных условиях, он позволяет на 70—90 % снизить уровень остаточных сварочных напряжений. При высоком отпуске применяют медленную скорость охлаждения после окончания выдержки (300— 400 °С/ч) до 300 °С, что достигается охлаждением сварных соединений под слоем теплоизоляции, после чего допускается охлаждение на воздухе. Основным отличием нормализации сварных соединений от этого вида термической обработки является охлаждение под слоем теплоизоляции после окончания выдержки, что гарантирует высокую пластичность металла сварных соединений. Термический отдых применяют для сварных соединений, металл которых имеет повышенную склонность к образованию трещин. Сварные соединения для этого нагревают до 250—300 СС и затем подвергают выдержке в течение нескольких часов. При термическом отдыхе в сварныхсоединениях уменьшается содержание водорода и несколько снижается уровень остаточных сварочных напряжений.

Аустенизацию и стабилизирующий отжиг используют для термической обработки сварных соединений из хромоникелевых и нержавеющих сталей. При аустенизации сварное соединение нагревают до 1050—1100°С, выдерживают в течение 1—2 ч и охлаждают на воздухе. В результате удается получить однородную структуру аустенита, улучшить механические свойства металла (особенно пластичность) и на 70—80 % снизить уровень остаточных сварочных напряжений. При стабилизирующем отжиге сварное соединение нагревают до 950—970 °С, выдерживают в течение 2—3 ч и охлаждают навоздухе. Это на 70—80 % снижает уровень остаточных сварочных напряжений и обеспечивает стабильную структуру металла сварного соединения, хорошо противодействующую появлению коррозионных трещин в металле сварного соединения. Вид термической обработки «улучшение» рекомендуется для сварных узлов из легированных сталей и узлов сложной конструкции из низкоуглеродистых сталей и выполняют ее в стационарных термических печах. «Улучшение» снижает уровень остаточных сварочных напряжений, а также способствует полному восстановлению структуры и свойств металла, изменившихся в процессе сварки.

При местной термической обработке сварных соединений применяют несколько способов нагрева обрабатываемых изделий — радиационный (электрический метод сопротивления и газопламенный), индукционный, комбинированный и термохимический. При выборе способа нагрева следует учитывать необходимость получения минимального перепада температуры по толщине конструкции и обеспечения равномерного нагрева по всей длине сварного соединения.

Сущность радиационного метода нагрева заключается в передаче тепла от источника нагрева к нагреваемому изделию через теплоноситель, которым является нагретый воздух. В электронагревателях сопротивления тепло выделяется в нагревательном элементе (нихромовой проволоке, ленте) в момент прохождения по нему электрического тока. Газопламенный способ заключается в подводе тепла, выделяющегося при сгорании, с внешней стороны изделия. Горючими газами являются ацетилен, пропанобутановая смесь, природный газ в смеси с кислородом или воздухом. При индукционном способе сварное соединение нагревается электрическим током, индуктируемым в металле переменным электромагнитным полем. Индукционный нагрев при местной термической обработке выполняется токами промышленной и повышенной (2500—8000 Гц) частоты. Комбинированный способ нагрева заключается в применении электронагревателей комбинированного действия, когда используются способы сопротивления, и индукционный — токами промышленной частоты. При этом нагрев осуществляется, главным образом, за счет метода сопротивления, индукционная составляющая оказывает меньшее тепловое воздействие. При термохимическом способе нагрева необходимое тепло образуется при сгорании пакетов из экзотермических смесей, устанавливаемых на сварное соединение. Эти смеси, в состав которых входят окислы алюминия, соединения серы и фосфора, при сгорании выделяют большое количество тепла. Основным преимуществом этого способа является возможность проведения термической обработки/без электроэнергии.

При полной термической обработке корпусных конструкций главным образом используется газопламенный нагрев с помощью специального передвижного оборудования, которое легко перемещается от одного объекта термической обработки к другому. Полную термическую обработку отдельных узлов трубопроводов выполняют в стационарных термических печах или с помощью индукционного нагрева перемещающимися индукторами.

kirkstore.ru

Термическая обработка - сварное соединение - трубопровод

Cтраница 1

Термическая обработка сварных соединений трубопроводов является местной, так как нагреву подвергается не весь трубопроводный узел, а только сварной стык с прилегающими к нему зонами термического влияния. Большое значение при термической обработке имеет скорость нагрева и охлаждения обрабатываемого участка. [2]

Термическая обработка сварных соединений трубопроводов снижает уровень остаточных сварочных напряжений, улучшает структуру и пластические свойства металла шва и околошовной зоны и как следствие предупреждает образование трещин при эксплуатации трубопровода. [3]

Термическая обработка сварных соединений трубопроводов общего назначения не проводится. [4]

Для термической обработки сварных соединений трубопроводов в полевых и монтажных условиях широко применяется высокий отпуск 530 - 660 С. [5]

Для групповой термической обработки сварных соединений трубопроводов различных диаметров предназначен также специальный пост, обеспечивающий дистанционное регулирование процесса термообработки с помощью 6 рубильников, установленных на пульте управления. [6]

Технологический процесс термической обработки сварных соединений трубопроводов независимо от применяемых методов нагрева включает следующие составляющие: тип и число нагревательных устройств и схемы их рационального размещения и включения; термоэлектрические преобразователи и теплоизоляцию; схему включения термоэлектрических преобразователей в измерительную цепь потенциометра; схему соединения нагревательных устройств с источником питания; режим нагрева, выдержки и охлаждения сварного соединения; демонтаж теплоизоляции, нагревательных устройств и термоэлектрических преобразователей; контроль качества сварных соединений путем измерения твердости; оформление технической документации по термической обработке. [7]

Для сварки кромок труб и термической обработки сварных соединений трубопроводов примерно с 1966 г. за рубежом используются устройства термохимического нагрева на экзотермических смесях. [8]

В настоящее время при проведении термической обработки сварных соединений трубопроводов при монтаже объектов применяют следующие способы нагрева: , электронагревателями сопротивления, индукционный, электронагревателями комбинированного действия, газопламенный и термохимический. Область применения нагревательного устройства для термической обработки сварных соединений определяется ОСТ 36 - 50 - 81 Трубопроводы стальные технологические. [9]

Одним из трудоемких технологических процессов при монтаже технологических трубопроводов является термическая обработка сварных соединений трубопроводов и сосудов, работающих под давлением. [10]

Эти горючие газы и жидкости являются основными видами топлива при проведении термической обработки сварных соединений трубопроводов с помощью кольцевых многопламенных горелок. [11]

Предлагаемая книга предназначена для термистов-операторов передвижных термических установок, занятых на термической обработке сварных соединений трубопроводов и аппаратов, работающих под давлением, на монтаже объектов Минмонтажспецстроя СССР, и для электромонтеров по обслуживанию электрооборудования этих установок. [12]

В тресте № 7 Минмонтажспецстроя СССР предложен пост ( рис. 21) для групповой термической обработки сварных соединений трубопроводов разных типоразмеров, в котором в качестве электронагревателей могут быть использованы ГЭН, КЭН-1 и КЭН-2. Пульт обеспечивает дистанционное ручное регулирование процессом термообработки с помощью шести рубильников, установленных на пульте управления. При включенных рубильниках электрический ток проходит через электронагреватели, обеспечивая нагрев сварных соединений. При выключенных рубильниках нагрева не происходит. Включает и выключает рубильники вручную термист-оператор, находящийся возле пульта и ведущий наблюдение за изменением термпературы по показаниям автоматического самопишущего потенциометра. [13]

В табл. 10.20 приведены механические свойства сварных соединений труб, которые должны быть обеспечены при любом способе сварки, в табл. 10.21 - температурные условия выполнения сварки трубопроводов высокого давления и в табл. 10.22 - рекомендуемые режимы термической обработки сварных соединений трубопроводов, выполняемых различными способами сварки. [15]

Страницы: 1 2

www.ngpedia.ru

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ

Количество просмотров публикации ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ - 325

I — закалка; II—стабилизирующий отжиг

3. Для аустени-тизации сталей с содержанием углерода до 0,1 % нужен нагрев от 750°С до 950 °С в равновесных условиях (длительный нагрев). При наличии в стали карбидообразующих элементов интервал температур будет увеличиваться. По этой причине практически при термической обработке температура аустенитизации составляет 1050— 1150°С. С другой стороны, при наличии до 1 % С в стали типа Х18Н10, закаленной на аустенит, при нагреве до 650 °С будут выделяться карбиды, а, при недостаточной устойчивости аустенита — α-фаза. 4. Последующий нагрев закаленной аустенитной стали также приводит к фазовым изменениям:

- при более высоком нагреве (850—900 °С) процесс растворения карбидов идет очень медленно, а в стали с активными карбидообразующими элементами растворения вообще не происходит, напротив - может начаться медленное их выделение. При таком протекании процессов повышение прочности стали и снижение ее пластичности будет меньшим, чем при нагреве до 750 °С.

При сварке аустенитных сталей распределение температур в ЗТВ приводит к тому, что в ней создаются участки различного фазового состава. В случае если учесть, что продолжительность пребывания металла при высокой температуре в ЗТВ невелика, то рассмотренные выше процессы изменения фазового состояния аустенитных сталей при сварке сдвинутся в сторону более высоких температур:

- чисто аустенитной зоной будет зона, нагревавшаяся при сварке выше температуры 1100°С;

- в зоне, нагревавшейся приблизительно в интервале 900—1000 °С, могут остаться частицы нерастворившихся карбидов. При этом эта зона будет близка к чисто аустенитной и по сравнению с более высоко нагревавшейся зоной будет иметь более мелкие зерна аустенита.

8. Особенности ЗТВ:

- если при эксплуатации эти участки будут подвергаться дополнительному нагреву в интервале 500—650 °С, то в них начнется процесс выделения карбидов раствора, даже в том случае, в случае если в стали содержатся активные карбидообразующие элементы (титан или ниобий). Правда, при наличии этих элементов потребуется больше времени, но если количество этих элементов близко к нижнему пределу, процесс выделения карбидов будет заметным;

9. А).Для предотвращения такой коррозии в ОКОЛОШОВНЫХ ЗОНАХ сварных соединений аустенитных сталей, эксплуатирующихся в корозионно-активных средах при повышенных температурах, их следует подвергать термической обработке, заключающейся в продолжительном (3—5 ч) нагреве при 900 °С:

- для таких сварных соединений закалка или нормализация о высоких температур (1000—1150°С) недопустима, поскольку они приводят к аустенитизации, выделению карбидов и понижению стойкости, к межкристаллитной коррозии в околошовной зоне при 500—650 °С. К примеру, сварные соединения стали 08Х18Н10Т, склонные после сварки к межкристаллитной коррозии при эксплуатационных нагревах 650 °С, после стабилизирующего отжига при 875 °С в течение 3 ч при последующем эксплуатационном нагреве при 500 °С в течение 10000 ч склонности к межкристаллитной коррозии не обнаруживают.

Б).Важно заметить, что для сварных соединений, которые эксплуатируются в коррозионно-активных средах без нагрева (температура до 300 °С), закалка или нормализация с высокой температуры

является допустимой:

- в зоне сварного соединения, нагретой до 900 °С, можно ожидать неĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ повышение прочности и снижение пластичности, а также коррозионной стойкости металла в результате выделения из раствора карбидов. Для этой зоны послесварочная закалка с температуры1050—1150 °С будет полезна в целях восстановления свойств. В зоне сварного соединения, нагревающейся до 700 °С, процессы карбидообразования также будут протекать достаточноактивно и скажутся на изменении свойств, в связи с этим для этой зоны закалка также будет полезна;

9. Закалка сварных соединений высоколегированных аустенитных сталей является рациональной операцией, в случае если сварные соединения не эксплуатируются в коррознонноактивных средах при температуре 500— 650 °С.

10. Существуют дополнительные особенности термической обработки данных сталей:

Б) Термическая обработка сварных соединений жаропрочных аустенитных сталей имеет и некоторые особенности:

- металле шва часто содержится значительно меньше углерода, чем в свариваемой стали. В ЗТВ имеются участки, где по-разному прошли процессы растворения и выделения карбидных и интерметаллидных фаз. Все это приводит к тому, что при последующем длительном эксплуатационном нагреве процессы фазовых превращений и связанные с этим объёмные изменения и изменения свойств разных участков могут протекать по-разному. Описанное выше приводит иногда к локальным разрушениям по одному из участков ЗТВ. Для получения однородных свойств сварного соединения следует прибегать к высокому нагреву (1150—1180°С) для аустенитизации.

В) Столь высокий нагрев сварной конструкции практически осуществить трудно, в связи с этим для аустенитизации проводится более низкий нагрев (1050—1100 или 1075—1125°С). При 1075—1125 °С обеспечивается более полное растворение карбидов, большая стабильность аустенита͵ высокие пластичность и ударная вязкость, более равномерные свойства зон сварного соединения, а следовательно, и большая устойчивость к локальным разрушениям.

Повышение стабильности свойств при длительных эксплуатационных нагревах должна быть достигнуто в результате старения при 750—800 °С в течение 3—10 ч, проводимого после стабилизации. Правда, в данном случае наблюдается некоторая потеря пластичности и ударной вязкости.

Некоторую стабилизацию свойств может дать старение при 650—950 °С в течение3—5 ч без предварительной аустенитизации. При этом в данном случае сохраняется неоднородность свойств сварного соединения и не гарантируется отсутствие локальных разрушений при эксплуатации.

referatwork.ru

6. Термическая обработка сварных соединении специальных сталей. Термическая обработка сварных соединений