Термообработка

Назначение и виды термообработки сварных соединений.

Соединения, выполненные дуговым способами сварки, непосредственно после процесса характеризуются высоким уровнем содержания водорода, неоднородностью структуры и свойств сварного шва, зоны термического влияния, а также наличием в них сварочных напряжений.
Неоднородность структуры соединения зависит, главным образом, от неравномерности нагрева металла при сварке. Металл шва в процессе сварки в расплавленном состоянии имеет температуру выше 1500°С, в то время как соединение со швом участки металла нагреваются в меньшой степени и находятся в твердом состоянии. Прочность и твердость металла шва обычно в 1,5-2 раза превышают эти характеристики в зоне термического влияния и основном металле. Неравномерное значение в сварном соединении имеют и специальные свойства, такие как жаропрочность, хладостойкость, коррозионная стойкость. 
Такое неудовлетворительное состояние металла усугубляется действием внутренних напряжений, возникающих в процессе сварки, которые могут достигать значений, близких к пределу текучести (250-350 МПа). Появление этих напряжений обусловлено неравномерностью нагрева различных зон соединения и усадкой металла при охлаждении, структурными изменениями и жесткостью свариваемого изделия. 
Внутренние напряжения, возникающие в процессе сварки, опасны тем, что могут вызвать появление трещин в сварных соединениях, особенно, если они изготавливаются из легированных сталей. Кроме того, эти стали при сварке в производственных условиях быстро остывают, что приводит к образованию закалочных структур в шве и зоне термического влияния, также способствующих трещинообразованию. 
Одним из основных средств повышения надежности сварных соединений является термическая обработка, процесс которой состоит из трех последовательных этапов: нагрев до определенной температуры с заданной скоростью, выдержка при этой температуре в течение определенного времени и последующие охлаждение с заданной скоростью или подслоем изоляции.
В каждой отрасли промышленности имеет свои нормативно-технические документы по термообработке сварных соединений, которые отражают особенности данного производства.

Классификация видов термообработки.


Предварительный подогрев
Трубы из низкоуглеродистых и низколегированных сталей перлитного класса подогревают (особенно в зимнее время) до 100-200°С, что предохраняет сварное соединение при сварке от быстрого охлаждения, приводящего к возникновению трещин в шве. Различают предварительный подогрев (до начала сварки) и сопутствующий (непосредственно в процессе сварки или во время перерывов в процессе сварки).

Высокий отпуск
При термообработке сварное соединение нагревают до температуры на 20-30°С ниже температуры критической точки Ас1, выдерживают в течение 1-5 ч. и затем медленно охлаждают. При этом на 70-90% снижается уровень сварочных напряжений, происходит структурные изменения в сварном шве и зоны термического влияния, заключающиеся для низколегированных сталей в распаде закалочных структур, что в конечном итоге приводит к заметному снижению твердости и повышению пластичности металла. Высокому отпуску обычно подвергают сварные соединения труб из сталей перлитного класса.

Нормализация
Применяется для сварных соединений, выполненных методами сварки с большой погонной энергией, при которой структура металла сварного соединения становится крупнозернистой с пониженными механическими свойствами.
Сварное соединение нагревают до температуры на 20-30 °С выше температуры критической точки Ас3, выдерживают в течение непродолжительного времени и охлаждают на спокойном воздухе. 
Нормализации чаще всего подвергают сварные соединения тонкостенных труб малого диаметра из низколегированных сталей перлитного класса, сваренных газовой сваркой, которые в исходном состоянии (после сварки) имеют крупнозернистую структуру с пониженными пластичными свойствами.

Термический отдых
Сварное соединение нагревают до 250-300 °С и затем выдерживают в течение нескольких часов. При термическом отдыхе уменьшается содержание диффузионного водорода в сварных соединениях, а также несколько снижается уровень сварных напряжений. Отдых обычно назначают для сварных соединений толстостенных конструкций, для которых трудно выполнить термообработку по режиму высокого отпуска.
Сюда можно отнести также термообработку по режиму "дегазации" (нагрев до 200-250 °С с выдержкой 1-2 ч.), которая проводится при ремонте трубопроводов и корпусных конструкций, проработавших в контакте с коррозионноопасными средами.

Аустенизация
Сварное соединение нагревают примерно до 1080-1130 °С, выдерживают в течение 1-2 ч. охлаждают на воздухе. В результате аустенита за счет распада феррита, улучшить механические свойства стали и снизить уровень сварочные напряжений. Аустенизации подвергают сварные соединения трубопроводов из высоколегированных сталей аустенитного класса марок 08Х18Н10Т и др.

Стабилизирующий отжиг
Стабилизирующий отжиг применяют для сварных соединений трубопроводов из высоколегированных сталей аустенитного класса марок 08Х18Н10Т и т.п. Сварное соединение нагревают до 850-870 °С, выдерживают в течение 2-3 ч. и охлаждают на воздухе. Такая термообработка приводит к снижению сварных напряжений на 70-80 % и обеспечивает стабильную структуру, хорошо противодействующую возникновению межкристаллитной коррозии.

Нормализация с отпуском
Полная или восстановительная термообработка применяется для восстановления структуры и свойств сварных соединений различных сталей. При термической обработке сварных соединений теплоустойчивых сталей с целью продления ресурса длительного эксплуатирующихся паропроводов, а так же барабанов. Нормализация обеспечивает получение равномерной аустенитной структуры. При последующем охлаждении происходит превращение аустенита в феррит. Высокий отпуск дает длительную прочность и пластичность сварных соединений. 
Все вышеперечисленные виды термообработки сварных соединений возможно производить на индукционном и радиационном оборудовании.

Технологии термообработки.


Принцип индукционного нагрева
Принцип индукционного нагрева легко иллюстрируется с помощью катушки индуктивности с магнитным полем, изменяющимся при изменении силы тока
Поле замыкается внутри катушки, и напряженность зависит от силы тока и количества витков катушки. При помещении металлического предмета внутрь катушки на его поверхности будут возникать вихревые токи, которые вследствие электрического сопротивления металла вызовут нагрев поверхности. Эффект нагрева возрастает с ростом напряженности поля и зависит от свойств материала и расстояния катушки от поверхности.
Наведенный ток будет создавать собственное, противоположное основному поле, что предотвращает проникновение поля катушки в центр предмета. По этой причине вихревые токи будут более активны в области, близкой к поверхности предмета, с понижением силы тока по направлению к центру.
Глубиной проникновения считается уровень, на котором сила тока падает до уровня 37%. С понижением частоты поля глубина проникновения увеличивается. Наложение вихревых токов во внутренних областях предмета вызывает понижение эффективности катушки индуктивности. По этой причине особенно важно выбирать частоту поля в соответствии с габаритами нагреваемого предмета.
Можно установить, что все проводящие материалы нагреваются индукционным методом, вызывая немедленный нагрев в металле.

Преимущества
- быстрота нагрева; 
- высокая концентрация и точная локализация энергии при нагреве обеспечивают короткий цикл, высокую производительность, улучшают показатели использования оборудования и материалов и снижают риск деформации при нагреве;
- высокое и однородное качество; 
- индукционный нагрев позволяет с легкостью осуществить точное автоматическое управление процессом. Он идеально согласуется с автоматизированным производством и не требует специальной подготовки персонала; 
- нагрев только внутри материала; 
- непрерывный нагрев производится непосредственно в детали; 
- индукционный нагрев позволяет избегать сложного технического обслуживания, измерения, нагрева футеровки печей и их охлаждения. В процессе нагрева не выделяется дым или другие вредные эмиссии, загрязняющие материалы и оборудование. Все это снижает опасность процесса и улучшает рабочие условия;
- пониженные затраты энергии; 
В силу самого принципа индукционного нагрева формирование тепла происходит внутри детали и, вследствие этого, процесс более эффективен по затратам энергии, чем другие методы, и количество рассеиваемой энергии исключительно низко.

Применение
- плавка металлов в индукционных электропечах;
- формоизменение: ковка, гибка, прошивка, прессование;
- термообработка: закалка, отжиг, правка, нагрев перед сваркой;
- пайка твердым и мягким припоями;
- спекание металлических порошков и многих других.

Выбор оборудования

Сначала определяют количество необходимой энергии по графику поглощения энергии различными металлами и определяют КПД нагревательной установки.
Для получения значения полной энергии следует разделить потребление энергии на одну тонну данным видом материала на КПД установки.
Далее следует умножить полученное значение на величину требуемого почасового выхода продукции (т/час) для определения потребления энергии.

КОНТАКТЫ


Жук Михаил
Главный инженер


тел.: +375 17 316-02-03
т.моб: +375 29 329-92-49