Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Индукционная термообработка сварных швов

Индукционная термообработка сварных швов

Местная термическая обработка сварных соединений снижает остаточные сварочные напряжения, улучшает структуру металла шва и околошовной зоны, повышает и стабилизирует механические и специальные (жаропрочность, коррозиестойкость и т. д.) свойства стали.
Термическая обработка заключается в нагреве сварного соединения до определенной температуры и выдержке его при необходимой температуре в течение определенного времени до его охлаждения.
Для улучшения качества сварных соединений применяются следующие виды термической обработки.
1. Высокий отпуск, который заключается в нагреве сварного соединения до температур, близких к нижней критической точке свариваемой стали (650-750°С в зависимости от марки), выдержке его при этой температуре в течение 1-5 ч и последующем медленном охлаждении. При этом уменьшается и выравнивается твердость, повышаются пластичность и ударная вязкость, остаточные напряжения снижаются на 70-80%.
2. Нормализация, включающая нагрев сварного соединения до температур выше 900-950°С для углеродистой и низколегированной стали, выдержку в течение нескольких минут и охлаждение на воздухе. При нормализации удается получить более мелкое зерно металла шва, улучшить механические свойства и снизить остаточные напряжения сварного соединения, а следовательно, повысить прочность, пластичность и ударную вязкость.
3. Аустенизация (закалка на аустенит), проводимая для сварных соединений из аустенитных сталей. При аустенизации сварное соединение нагревают до 1075-1125ºС, затем выдерживают при этой температуре около 1 ч и быстро охлаждают на воздухе. Аустенизация приводит к повышению пластичности сварного соединения.
При проведении местной термической обработки необходимо выдерживать следующие параметры:
ширину нагреваемого участка;
равномерность распределения температуры по толщине стенки и ширине нагреваемого участка;
скорость нагрева до температуры выдержки;
время выдержки;
скорость охлаждения.
Существуют следующие способы нагрева сварных швов и соединений: нагрев гибкими нагревателями сопротивления, муфельными печами, индукционный и газопламенный нагрев.
Способ нагрева выбирают с учетом условий монтажа, наличия оборудования для нагрева и ряда других факторов. Нагревательные устройства должны легко устанавливаться на сварные соединения, иметь сравнительно небольшую массу и равномерно нагревать сварное соединение по толщине и длине.
Нагрев гибкими нагревателями сопротивления в монтажных условиях является наиболее удобным и простым, такие нагреватели выпускаются Минмонтажспецстроем СССР. При нагреве сварных соединений муфельными печами необходимо следить за тем, чтобы нагрев сварного шва был равномерным, что достигается эксцентричной установкой печи на трубопровод.
Индукционный нагрев широко используется при монтаже трубопроводов. Сущность этого способа нагрева состоит в том, что для местного нагрева в монтажных условиях применяют медные индукторы из многожильного медного кабеля с воздушным охлаждением. При установке индуктора на трубу следует учитывать зазор между индуктором и трубой. Чем меньше зазор между ними, тем полнее используется мощность индуктора. Техническая характеристика гибких медных индукторов представлена в табл. 12.

12. Техническая характеристика гибких медных индукторов
Термическая обработка сварных швов

При газопламенном нагреве используют сварочные и специальные многопламенные газовые горелки. Принцип действия всех газовых нагревателей заключается в том, что теплота выделяется при сгорании смеси горючего газа с воздухом или кислородом.
При термической обработке трубы кольцевой горелкой сварное соединение вначале теплоизолируют, т. е. на участке 300-400 мм по обе стороны от горелки накладывается слой листового асбеста толщиной 20-30 мм, а затем устанавливают горелку, соединяют и закрепляют обе ее половины. Центрируют горелку на трубе с помощью штырей.
Для уменьшения потерь теплоты при термической обработке сварных соединений применяют различные теплоизоляционные материалы. Эти материалы должны быть прочными и теплостойкими при малой теплопроводности, а также легкими, гибкими, износостойкими и безопасными в работе. Температурная область, при которой применяются те или иные материалы, указываются в табл. 13.
При термической обработке стыков трубопроводов с объемом 2500 стыков выполняют работу в три смены. Состав группы термической обработки следующий:

Читайте так же:
Виды опор под трубопроводы

Термическая обработка сварных швов

Старший термист-оператор, термисты-операторы и электромонтеры перед началом выполнения работ проходят обучение по специальной программе, рассчитанной на три месяца. Руководство работами осуществляет мастер по термической обработке. Оператор-термист работает с оборудованием и приборами, контролирующими режим термической обработки, и проверяет правильность ведения подготовительных работ, выполняемых слесарями.
Слесари вначале подготавливают стыки труб к термической обработке, а затем устанавливают на них термопары и нагреватели, теплоизоляционные маты и подсоединяют кабели. После окончания термической обработки они снимают теплоизоляцию, нагреватели и транспортируют или переносят их к следующему стыку.

13. Температурная область и кратность применения теплоизоляционных материалов
Термическая обработка сварных швов

Термообработка сварных соединений


12300

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

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.
Читайте так же:
Вертикально сверлильный станок 2с132 паспорт

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

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.
Читайте так же:
Вал сталь 45 гост 1050 88
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

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.

Индукционный нагрев для термообработки сварных соединений — быстрота, удобство и технологичность.

Предварительный подогрев кромок свариваемых труб заключается в повышении их температуры до необходимого значения, которое зависит от ряда факторов – характеристик металла трубы, толщины ее стенки, температуры окружающего воздуха.

Как правило, предварительный подогрев проводят по следующим причинам:

1. Снижается скорость остывания наплавляемого металла и металла трубы, благодаря чему сварной стык приобретает большую вязкость и становиться устойчивым к образованию трещин.

Кроме того, при меньшей скорости охлаждения наплавляемого металла, происходит более интенсивное рассеяние водорода из металла шва в окружающую среду и околошовную зону. Так как накопление водорода в металле сварного шва является причиной зарождения и распространения холодных трещин, выполнение предварительного подогрева способствует снижению риска их образования. По этой же причине, для ряда металлов, содержащих большое количество диффузионного водорода, предварительный подогрев перед сваркой является обязательной процедурой.

2. Снижается усадочное напряжение шва и металла кромок трубы, чтобы бывает важно при формировании соединений под высоким напряжением.

В общем случае необходимость выполнения предварительного подогрева и минимальные температуры, до которых необходимо нагревать околошовную зону, определяются отраслевыми стандартами на проведение такого вида работ.

Сопутствующий (межслойный) подогрев

В общем случае, сопутствующий или иначе межслойный подогрев выполняется для тех же целей и по тем же причинам, что и предварительный.

Главное условие межслойного подогрева заключается в том, что температура металла свариваемых кромок между первым и последним проходом (формированием слоев сварного шва) – не должна опускаться ниже температуры предварительного подогрева.

Необходимость и условия выполнения предварительного подогрева также регламентируются соответствующими отраслевыми стандартами.

Читайте так же:
Врезка в чугунный водопровод

Термообработка сварного соединения

При сварке труб из некоторых видов металла, а также при сварке толстостенных труб, в области сварного соединения возникают внутренние термические напряжения. Их наличие значительно ухудшает механические свойства сварного стыка, что может привести к его излому и образованию трещин.

Для снятия образовавшихся напряжений в сварном шве, его подвергают термической обработке, которая заключается в нагреве сварного шва и околошовной зоны до температур 550 — 950 °С (в зависимости от вида термообработки), выдержки при этой температуре в течение определенного времени и постепенного, длительного охлаждения.

Необходимость и параметры термообработки для каждого конкретного случая определяются отраслевыми стандартами. Как правило, термообработке подвергают сварные соединения на трубопроводах высокого давления, тройники и отводы.

Нагрев перед нанесением изоляции

Для антикоррозионной и механической защиты сварного соединения, а также термоизоляции его покрывают полимерным покрытием, технологические условия нанесения которого, требуют нагревать металлическую основу до температуры 50-180 °С. Это обеспечивает лучшую адгезию и усадку покрытия, что особенно важно при низких температурах окружающей среды.

Индукционные системы нагрева при сварочных работах

Индукционные системы нагрева при сварочных работах

Индукционная система нагрева предназначена для термической обработки деталей в сварном производстве трубопроводов и других видов продукции. Ее использование дает возможность повысить прочность изготавливаемых узлов, увеличить срок эксплуатации оборудования и конструкций.

Значение нагрева при сварочных работах

Швы, полученные в результате сварки, имеют неоднородную структуру и свойства, а также сохраняют остаточные напряжения, что связано с неравномерностью нагрева в процессе обработки. В месте соединения температура металла достигает +1500 °С, в результате чего он плавится. Соседние же участки не подвержены сильному нагреву и находятся в твердом состоянии. В связи с этим механическая прочность металла в месте шва в 1,2–1,6 раза выше, чем аналогичные характеристики прилегающих зон и основного материала трубы.

Наиболее неблагоприятными для эксплуатации свойствами обладают следующие участки:

  • перегрева. Участок характеризуется крупнозернистой структурой, определяющей низкую пластичность металла. Он образуется при нагреве низкоуглеродистых сталей на 300–400 °С выше верхней критической точки (Ас3);
  • закалки. Возникает при обработке низколегированных сталей. Образуется в зоне, которая нагревается при сварке до +900…+1300 °С, то есть выше точки Aс3. В участке присутствуют структуры высокой твердости, имеющие низкую пластичность и ударную вязкость;
  • разупрочнения. При сварке температура данного участка находится в интервале между нижней (Ас1) и верхней (Ас3) критическими точками, то есть в пределах +760…+850 °С. Зона разупрочнения отличается высокой пластичностью при пониженной прочности.

Одним из наиболее радикальных методов повышения качества сварных соединений является индукционная термическая обработка. Она позволяет улучшить структуру металла, снизить остаточные напряжения в сложных зонах.

Индукционный способ термической обработки

Он основан на принципе возникновения в металле вихревых токов под воздействием переменного электромагнитного поля. Генератором последнего служит индукционная система нагрева.

К преимуществам данного типа оборудования относятся:

  • высокая производительность. Нагрев осуществляется очень быстро, что позволяет в сжатые сроки обработать сварное соединение;
  • энергетическая эффективность. КПД индукционной системы нагрева составляет до 90 %, а потери теплоты в режиме ожидания невелики;
  • высокое качество обработки. Обрабатываемый шов не контактирует с пламенем или иным нагревателем, следовательно, не окисляется;
  • точность параметров. После настройки индукционной системы нагрева температура и время обработки поддерживаются автоматически;
  • безвредность для окружающих. В процессе обработки не выделяются продукты горения. Нагрев производится вихревыми токами внутри металла.
Читайте так же:
Как проверить батарею на планшете на работоспособность

Режимы термической обработки

Данный процесс состоит из трех этапов:

  • индукционного нагрева сварного шва до необходимой температуры;
  • выдержки в таком состоянии в течение некоторого времени;
  • охлаждения с определенной скоростью.

При монтаже трубопроводных систем используются следующие режимы:

  • термический отдых. Как правило, используется для сварных соединений в системах толстостенных труб, для которых применение других режимов нагрева затруднено;
  • высокий отпуск. Такой обработке подвергаются сварные швы из сталей перлитного класса. Высокий отпуск позволяет снизить на 70–90 % остаточные напряжения, повысить пластичность и вязкость металла;
  • нормализация. Нагрев снижает уровень остаточных напряжений, приводит к образованию однородной мелкозернистой структуры. Нормализации чаще всего подвергаются соединения в системах тонкостенных труб малого диаметра из стали перлитного класса, особенно если они выполнены методом газовой сварки;
  • аустенизация и стабилизирующий отжиг. Оба этих вида термической обработки применяются для улучшения качества сварных соединений труб из высоколегированных марок аустенитного класса.

Особенности систем индукционного нагрева

Стандартное оборудование представляет собой источник питания в защитном корпусе с разъемами для подключения удлинительных кабелей. Индукционная система нагрева оснащается воздушным или жидкостным охлаждением, встроенным регулятором температуры. Опционально она может комплектоваться тележкой на колесах, а также электронным записывающим устройством. Программирование имеет два режима: ручной, когда оператор сам выставляет время обработки, и автоматический. В последнем случае выходная мощность зависит от текущей температуры детали.

Все системы имеют высокую степень защиты, исключающую поражение электрическим током при работе. Если разъем не закрыт заглушкой или к нему не подключен кабель, питание на него не подается. Некоторые модели оснащаются дистанционными выключателями.

Индукционные системы нагрева с воздушным охлаждением комплектуются специальным одеялом с кевларовым чехлом. Такое оборудование применяется при работе с надземными и подводными трубопроводами, в судостроении (для обработки кромок значительной длины), горной промышленности. Большинство моделей данного типа оснащены несколькими разъемами для удлинительных кабелей, что позволяет обрабатывать одновременно более чем одну деталь.

Системы с жидкостным охлаждением имеют дополнительный кабель, который подсоединяется к обрабатываемой детали. Он размещен в армированном силиконовом шланге. Это обеспечивает прочность последнего, создает необходимые условия для подачи жидкости, охлаждающей проводник тепла.

Индукционная система нагрева с жидкостным охлаждением используется для горячей посадки фланцев и других компонентов на вал, а также для их последующего снятия. Ее применяют при строительстве технологических трубопроводов в полевых условиях и сварочных цехах. В горной и судостроительной промышленности такое оборудование используют для быстрого нагрева кромок значительной протяженности — например, для швов деталей корпуса.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector