Температура металла при удалении шлака после сварки

Обновлено: 16.05.2024

Сварка — самый надежный, быстрый и экономичный способ создания неразъемных соединений металлов и их сплавов. В ходе сварочного процесса металл нагревается до температуры плавления. Это вызывает в нем внутренние напряжения. Кроме того, на поверхности сварочного шва остается шлак. Для удаления шлака и снятия внутренних напряжений в металле применяются различные способы обработки сварного шва.

Обработка сварного шва

Основные способы обработки сварных соединений

Наиболее распространенными стали следующие методы обработки сварного шва:

Термическая. Применяется для ликвидации внутренних остаточных напряжений. Проводится путем локального или общего прогрева.
Механическая. Зачистка сварных швов после сварки удаляет шлаки и окалину с поверхности соединения.
Химическая. Состоит из обезжиривания и покрытия защитным слоем. Препятствует возникновению коррозионных очагов. Метод используют для обработки материалов, подверженных коррозии, которым предстоит работать в активных средах.

Способ воздействия выбирают, применяясь к техническим требованиям к конструкции и условиям ее эксплуатации. Часто применяют последовательно все три метода.

Термообработка

Термическая обработка сварных соединений обязательно проводится после сварки тонкостенных изделий, особо подверженных деформациям под воздействием внутренних напряжений. К таким конструкциям относятся трубопроводы, различные емкости, сосуды давления.

Термическая обработка сварного шва

Проводится термообработка и для большинства ответственных конструкций, таких, как корпуса атомных и химических реакторов.

Заключается термообработка в нагреве детали и ее последующем охлаждении по строго заданному температурному графику.

Зачем нужна

В ходе сварки нагревается небольшая область детали в районе шва. Неравномерный прогрев и приводит к возникновению внутренних напряжений, способных деформировать или даже разрушить деталь. Кроме того, в зоне неравномерного нагрева изменяется структура кристаллической решетки металла, что приводит к ухудшению его физико-механических и химических свойств.

Рядом со сварным швом зона закалки, в которой прочность повышена, а упругость, наоборот, понижена. Ее окружает зона разупрочнения, в которой пластичность сохраняется, а прочность становится ниже, чем была до сваривания.

Термическая обработка сварных соединений призвана восстановить внутреннее строение металла и его свойства, вернуть характеристики прочности, пластичности и коррозионной устойчивости к проектным значениям.

Особенности проведения

Обработка осуществляется при высоких температурных значениях, в диапазоне 600- 1000 °С. Это позволяет преодолеть негативные последствия неравномерного нагрева и приблизить структуру шва и околошовной зоны к структуре самой детали.

Обработка проходит в три стадии:

Нагревается область рядом со швом.
Конструкция выдерживается некоторое время в нагретом состоянии.
Изделие охлаждается в соответствии с графиком обработки.

Процесс термообработки швов на трубопроводе

Существует несколько видов обработки сварного шва. Выбор зависит от конфигурации конструкции, толщины детали и цели, которую собираются достигнуть.

Для каждого вида обработки применяется свой специфический график нагрева, выдержки и охлаждения.

Достоинства и недостатки

К достоинствам обработки нагревом относят:

Восстановление целевых характеристик прочности и пластичности;
Снятие внутренних напряжений, обеспечение долговечности шва и всей конструкции;
Улучшение, при необходимости, этих показателей.

Отрицательные моменты при проведении обработки нагревом следующие:

В большинстве случаев преимущества перевешивают недостатки.

Что подвергают обработке

Термообработке подвергают сварные швы в ответственных конструкциях. Сюда входят

магистральные трубопроводы
сварные конструкции различных механизмов и станков, испытывающих высокие нагрузки
изделия, которым предстоит работать в сложных условиях эксплуатации.

При термообработке сравнительно небольших изделий используют муфельные печи.

Самодельная муфельная печь

Для обработки нагревом габаритных конструкций применяют нагрев пламенем газовых горелок или индукционный способ. В отдельных случаях применяют радиационный метод.

Термообработку для повышения коррозионной стойкости следует проводить по возможности скорее по окончании сварки.

Параметры проведения процесса

Продолжительность процесса во многом определяется маркой сплава и толщиной заготовки. Для хром-молибденовых сплавов применяют индукционный или радиационный способы нагрева. С увеличением толщины типовая продолжительность нагрева (в минутах) растет:

Толщина детали, см	Радиационный	Индукционный
2,0	40	25
2,0-2,5	70	40
2,5-3,0	100	40
3,0-3,5	120	60
3,5-4,5	140	70
4,5-6,0	150	90
6,0-8,0	160	110

Индукционный способ требует меньшего времени на обработку, но отличается большими энергозатратами. Перед обработкой следует обязательно выполнить зачистку сварочного шва.

Используемое оборудование

Термообработка сварных швов выполняется с использованием нескольких основных способов, каждый требует своего набора оборудования:

Индукционный. Требует генератора высокочастотного переменного тока большой мощности. Нагревательным элементом является катушка индуктивности, намотанная поверх участка детали, подлежащего нагреву.
Радиационный. Используется инфракрасное излучение от нагретой нихромовой проволоки, через которую пропускается сильный электрический ток. Требует мощных источников тока. Может применяться для прогрева материалов со слабыми электромагнитными свойствами.
Газовый. Наиболее экономичный по энергозатратам способ. Используется специальная горелка. Факел пламени формируется так, чтобы равномерно прогневать зону термообработки.

Выбор метода нагрева проводят, сопоставляя цель обработки, толщину конструкций, характеристики материала и экономические соображения.

Виды термической обработки

Виды термообработки сварных швов различаются по своей цели. Специалисты отличают следующие процессы:

Отдых. Конструкцию доводят до 300 °С и выдерживают полтора — два часа. Снижает механические напряжения и снижает содержание водорода в материале шва.
Отпуск. Состоит в нагреве до 700 °С и трехчасовой выдержке. Практически полностью снимает напряжения, дает возможность повысить пластичность.
Нормализация. Всю конструкцию, включая шов, нагревают до 800 °С и выдерживают 30-40 минут. Позволяет достичь однородности и мелкозернистости структуры металла. Используется на изделиях малой толщины.
Аустенизация. Изделие нагревают до 1100 °С и выдерживают 120 минут. Охлаждение проводят при комнатной температуре. Повышает пластичность высоколегированных сплавов за счет преобразования их кристаллической структуры.
Отжиг. Нагрев до 960 ° С, трехчасовая выдержка и остывание при комнатной температуре. Используется для высоколегированных сплавов для повышения коррозионной стойкости.

Индукционный отпуск сварного шва Подготовка труб к нормализации сварного шва

Как правило, перед термообработкой проводится зачистка сварного соединения.

Контроль температуры

При проведении термообработки ключевое значение имеет температура нагрева конструкции. Для контроля температуры применяют:

Термокарандаш и термокраска. Представляют собой химическое соединение, меняющее цвет по мере изменения температуры. Наносятся на поверхность изделия.
Тепловизоры и пирометры. Электронные устройства, дистанционно измеряющие температуру.

Термокарандаши и термокраска – традиционные средства, достаточно трудоемкие в применения и требующие постоянного визуального контроля со стороны оператора и его оперативного вмешательства в случае выхода параметров за пределы допустимых значений.

Тепловизоры и пирометры обладают большей точностью и могут быть встроены в автоматическую систему поддержания постоянной температуры.

Другие виды обработки

Кроме термообработки, широко используются также механические и химические виды очистки сварных швов.

Механическая

Проводится с использование проволочных щеток или абразивных дисков. В промышленных условиях щетка, диск или лепестковая абразивная насадка закрепляет в угловой шлифовальной машинке (в быту называемой «болгарка»)

Способом механической зачистки с поверхности соединения удаляют шлаки, окалину, брызги застывшего металла и оксидную пленку.

Механическая обработка сварного шва

Зачистка сварного шва после сварки применяется перед термообработкой или покраской.

Химическая

Призвана удалить с поверхности шва следы жира, смазки, оксидные пленки и другие загрязнения. Проводится перед нанесением на конструкцию покрытий, предохраняющих от коррозии.

Травление — обработка сильнодействующими кислотами — проводится перед механической обработкой. После нее проводят пассивацию — нанесение вещества, образующего на поверхности защитную пленку.

Химическая обработка сварного шва

Химическая обработка металла проводится химически активными веществами, многие из которых пожароопасны и могут причинить серьезный вред здоровью. Поэтому следует строго соблюдать правила техники безопасности.

Сварочный шлак

Соединение металлических деталей в цельные конструкции часто осуществляется с помощью дуговой сварки. Это довольно эффективная и простая технология сваривания, но основным побочным эффектом ее является сварочный шлак.

Что такое шлаковые включения

Сварочный шлак - это побочный стеклообразный материал, образующийся из расплавленного покрытия электрода или сварочного флюса. Наличие шлаковых включений считается весьма серьезным дефектом, который способен понизить качество сварного соединения и всей конструкции.

Все возникающие в процессе сварке на металлической поверхности шлаковые включения разделяют на два вида:

макроскопические. Образуются при недостаточной зачистке свариваемых кромок или же при их отсутствии;
микроскопические. Как правило возникают вследствие возникающих при сваривании и кристаллизации металла химических реакций.

Негативное воздействие на механические характеристики металлического изделия оказывают обе разновидности включений.

Причины, по которым шлаковые включения образуются

Довольно часто только осваивающие сварочные технологии специалисты задаются вопросом почему много шлака при сварке образуется на соединительных стыках. Появление таких включений обусловлено разными факторами:

металл быстрее обычного остывает и шлак попросту не успевает выйти за пределы сварочной ванны;
низкое качество электродов, используемых при сварке. При этом неравномерно происходит плавление и в сварочную ванну попадают частички электрода;
при низких значениях раскисления металла образуется много шлака при сварке. Это процесс, при котором из уже мягкого металла устраняются молекул кислорода. Они ухудшают механические свойства металла и разрушают его структуру;
некачественная подготовка и зачистка от грязи, ржавчины и масел свариваемых кромок;
высокие значения поверхностного натяжения шлака препятствуют всплытию его на поверхность;
применение флюса или электродов из тугоплавких металлов и с большим удельным весом;
не соблюдении режимов и технологии сварки, например, неправильно подобранный угол наклона или же неподходящая скорость перемещение электрода.

Чтобы осуществлялась сварка без шлака или же с минимальным его количеством, желательно обратиться за помощью к опытным сварщикам. Если вы хотите самостоятельно сваривать, то следует научиться сваривать самые простые элементы и только потом приступать к более сложным.

Как шлак отличить от металла

С разными проблемами и вопросами при создании металлоизделий посредством сваривания сталкиваются сварщики, особенно новички. Например, многие затрудняются как отличить шлак от металла при сварке.

В действительности отличить металл и шлаковые включения несложно. Для этого следует обратить внимание на следующие факторы:

цвет. Под воздействием высокой температуры металл при сваривании расплавляется, приобретая при этом красноватый оттенок. При остывании цвет покрасневшего металла темнеет. Совершенно иначе ведет себя шлак. Он непосредственно в процессе сваривания имеет темный цвет, а при остывании становится светлее;
скорость остывания. Металл в отличии от шлака застывает намного быстрее;
структура остывшего металлического сплава более плотная, а шлаковые включения являют собой рыхлую корочку;
текучесть. Металл при расплавлении более жидкий, что способствует большей его подвижности. В процессе сваривания несложно увидеть, как он закипает. Шлак более тягучий и хуже прогревается.

Отличить шлак от металла при сварке можно непосредственно в момент, когда он появляется в сварочной ванне. Если проследить как расплавляется металл, то можно увидеть возникновение яркого света под кончиком электрода, а за его очертаниями видны четкие контуры стыкового соединения и самой сварочной ванны. Металл определяется по светлому оттенку, шлак - по темному.

Почему шлак нужно удалять

Шлаковые включения в основном состоят из оксидов за счет пористой структуры существенно понижают прочностные свойства металла. При эксплуатации сварной конструкции оксиды из шлака способны вступать с железом в химическую реакцию, что приводит к ее разрушению. Поэтому сразу после остывания, когда шлак становится черным его необходимо удалять.

На начальном этапе сварки образовавшийся над ванной шлак с окислами защищает металл от быстрого охлаждения. Поскольку намного медленнее понижается температура металла, при удалении шлака после сварки швы получаются более ровными и однородными.

Есть и другие причины, по которым рекомендовано удалять после сваривания деталей образовавшийся на стыках шлак:

намного легче проверить качество сварного соединения, когда на нем отсутствуют шлаковые включения;
нередко на готовые изделия наносят лакокрасочные покрытия, а наличие шлаковых вкраплений существенно ухудшает внешний вид конструкций;
при необходимости выполнить шок в несколько слоев сперва необходимо удалить шлак и только после этого создавать следующий слой.

Обратите внимание! Если не удалить сварочный шлак, применение готового изделия может быть невозможным из-за присутствующих дефектов в виде волчков и неметаллических включений. Особенно важно это для конструкций, которые при эксплуатации будут подвергаться высоким внешним нагрузкам.

Как минимизировать шлаковые включения при сваривании металлов

Многих начинающих мастеров беспокоят вопросы «почему много шлака при сварке инвертором». Как правило такие проблемы наблюдаются при сварке, когда элементы находятся в нижнем положении. В случаях, когда деталь расположена под уклоном, то шлак стекает намного быстрее чем жидкая металлическая смесь из сварочной ванны. В связи с тем, что шлак не успел выйти наружу, он остается в сварочном шве.

Также шлаковые образования появляются при чрезмерно больших зазорах или при недостаточном токе в отношении к толщине металла. Намного реже проблемы со шлаком возникают при создании вертикальных швов, при этом шов остается сверху, а шлак стекает вниз.

Некоторые профессиональные сварщики советуют ставить заготовку под уклоном и варить сверху вниз, другие предлагают использовать для сварки электроды без шлака с темным покрытием.

Чтобы внутрь сварочной ванны не попадали частички шлаков, следует координировать направление электрода. Располагать его нужно таким образом, чтобы при испарении электродного покрытия поток газа такой дефект «выдувало» на внешнюю поверхность соединительного стыка. Оставлять шлак в сварочной ванне нельзя. Он быстро должен кристаллизироваться, что позволит удалить его без особых усилий.

Как избавиться от шлака

Чтобы при сваривании избавиться от шлака, можно попытаться увеличить дугу. Это предотвратит затекание шлаковых образований под сварочную ванну.

Изменением полярности тока при сварке инвертором и движением от минуса к плюсу электродом можно предотвратить накопление шлака в шве. Нельзя на одном месте слишком долго задерживаться, перемещать дугу необходимо быстро и равномерно.

Если габариты изделия позволяют, можно попытаться обратно «загнать» шлак, меняя угол наклона детали. Меньше шлака дает инверторная сварка на обратных токах. Такой аппарат лучше всего использовать начинающим сварщикам, поскольку они предотвращают залипание электрода и в разы упрощают сварочный процесс.

Интересное видео

Зачистка сварных швов после сварки

В соединении металлических заготовок на сегодняшний день сварочные технологии находятся вне конкуренции. Это и наиболее распространенный, и самый экономичный способ изготовления сложных металлоконструкций. Сварка позволяет получать очень прочное соединение неограниченного количества элементов из металлов с однородным и эстетичным стыком. В то же время сварочный шов может стать самым уязвимым звеном конструкции из-за плохого качества работ. Зачистка дает возможность выявить брак в процессе выполнения соединений и устранить его задолго до начала эксплуатации конструкции.

Способы зачистки сварных швов

Из-за этого и необходимости придания шву эстетичности зачистка является одним из пунктов, которые внесены в требования ГОСТа. Для зачистки сварного соединения применяются различные инструменты и методы:

Механическая обработка стыка методом шлифовки с использованием "болгарки" или подручных абразивных материалов.
Химическая обработка, подразумевающая протравливание специальными реагентами.
Термический способ. Снимает остаточные напряжения конструкции.

Каждая из технологий отличается нюансами и рекомендована в конкретном случае. В определенной ситуации очень важно правильно выбрать наиболее подходящий метод и инструмент. Наиболее часто используются угловая шлифовальная машинка, металлическая щетка или шлифовальный станок. Важно при выборе оборудования учитывать в первую очередь отдаваемую мощность и только потом обращать внимание на потребляемую мощность.

Один и тот же вид оборудование имеет несколько модификаций. К примеру, в противовес привычной ручной шлифмашинке в производстве кораблей используются передвижные высокопроизводительный агрегаты. Они представляют собой шлифовальный станок, который можно переместить к конструкции большого размера и уже по месту зашлифовать стык.

Необходимость зачистки сварных швов

На заключительном этапе сварочных работ специалист очищает шов от шлака и окалины. Весь процесс состоит из трех простых этапов:

Место сварного соединения по периметру обрабатывается одни из трех выше перечисленных методом.
После этого поверхность полируется составом, предотвращающим окисление.
Выполняется лужение сварного стыка.

Зачистка сварных швов производится с целью устранения изъянов поверхности и регламентируется положениями пунктов ГОСТа 9.402-80. К дефектам принято относить: трещины, свищи, лунки и кратеры, которые могут образоваться в местах сварного соединения.

Нужно строго соблюдать технологические нормы выполнения зачистки. Не допускаются любые отклонения от общепринятых стандартов. Желательно полностью использовать все возможности, которые предоставляет современная шлифовальная техника и химические реагенты.

Механическая зачистка сварных швов болгаркой

Наиболее востребованный и самый простой способ механической обработки - зачистка угловой шлифовальной машинкой или попросту болгаркой. Благодаря такому методу воздействия сварной шов можно очистить от окалины, окиси, заусениц и следов побежалости. Способ имеет очень весомое преимущество - низкую себестоимость. Для зачистки подбираются специальные насадки - абразивные круги определенной толщины и диаметра.

Для улучшения качества и увеличения скорости работ, вы всегда можете воcпользоваться нашими сварочными столами собственного производства от компании VTM.

Обработка сварных швов химическим способом

Однако наиболее качественный результат достигается при условии комбинирования двух способов зачистки - механического и химического. Обработка сварных соединений химическими препаратами может выполняться одним из двух методов: травления или пассивации. Для объективности нужно рассмотреть оба.

Травление

Обработка выполняется непосредственно перед механической шлифовкой. Используется специальный химический состав, позволяющий создать на поверхности однородный слой. Метод травления успешно применяется в случаях, когда требуется удалить побежалость. Практикуется травление отдельных участков соединения или заготовки полностью. В последнем варианте подразумевается, что заготовка будет полностью погружена в раствор.

В случае полного окунания заготовки нет строго регламентированного времени на выполнение процедуры. При таком методе воздействия срок выдерживания определяется в индивидуальном порядке в зависимости от состава и вида металлов. Нужно подчеркнуть, что зачистка сварного соединения будет более эффективной, если прибегнуть к травлению методом пассивации. Его особенность заключается в том, что стык получает очень существенный бонус: увеличиваются его прочностные характеристики.

Пассивация

Суть процесса состоит в следующем. Для обработки металлической поверхности используется специальный химический состав. После его нанесения по всей плоскости образуется пленка. Она предотвращает старение металла и образование коррозии. С точки зрения взаимодействия реагентов это выглядит так: оксиданты размягчают верхний слой стали, взаимодействуют с ним и растворяют свободные частицы, которые не являются составляющей металлической заготовки. Помимо этого, состав активирует образование на поверхности защитной пленки.

Угловые сварные швы зачищать нужно в соответствии с требованиями Правил Гостехнадзора. Согласно его положениям, качество очистки контролирует сменный мастер, а результаты отображаются в технологической карте ремонта сварочных соединений.

Термическая обработка

Применяется в тех случаях, когда требуется зачистить остаточные напряжения внутренней части. Термообработка необходима в сваривании тонкостенных металлических конструкций. Суть процедуры сводится к тому, что готовая конструкция нагревается до определенной температуры, после чего охлаждается по определенному температурному графику.

Все работы производятся в три этапа. Изначально прогревается шов и рабочая поверхность вокруг него. Он должен выдерживаться нагретым в течение небольшого отрезка времени (второй этап), после чего остыть естественным путем (третий, заключительный, этап). Благодаря таким простым манипуляциям восстанавливается прочность и пластичность металла в районе сварочного шва.

Контролировать соблюдение температурного режима можно разными способами. Наиболее распространенными являются измерения с помощью пирометра. Можно использовать тепловизор - специальное устройство, измеряющее температуру объекта на расстоянии. Менее эффективны методы контроля при помощи термокраски или термокарандаша, которые меняют свой оттенок в зависимости от температуры металла. Для их использования требуются практические навыки.

Зачистка швов после сварки: техника безопасности

При выполнении любого рода сварочных операций прежде всего необходимо подготовить соответствующим образом рабочее место, оборудование и оснастку. Следует использовать специальную защитную одежду и предусмотренные регламентом средства. Строго придерживаться требований норм пожарной безопасности.

Перед началом работ необходимо пройти инструктаж, о чем делается запись в рабочем журнале. К выполнению работ допускают штатные сотрудники в возрасте от 18 лет, прошедшие соответствующую подготовку.

Заключение

Качественный и эстетичный сварной шов получится только после финальной обработки стыка. Это обязательное условие выполнения любых видов сварочных работ. Обработать поверхность можно разными способами. Итоговая цель таких манипуляций состоит в том, чтобы привести элемент в состояние полной готовности. Основная часть операций регламентируется положениями ГОСТа. Удаление остатков сварки - это органичная составляющая процесса, направленного на получение нужного результата.

Обработка сварного шва после сварки

Читайте также: