Оптимальный диапазон температуры предварительного подогрева при сварке конструкционных сталей
Обновлено: 20.09.2024
Приложение N 7к федеральным нормам и правилам
в области использования атомной энергии
"Сварка и наплавка оборудования
и трубопроводов атомных энергетических
установок", утвержденным приказом
Федеральной службы по экологическому,
технологическому и атомному надзору
от 14 ноября 2018 г. N 554 ПОДОГРЕВ ПРИ СВАРКЕ (НАПЛАВКЕ)
1. Необходимость и минимальная температура T предварительного и сопутствующего подогрева при сварке деталей (сборочных единиц) из сталей перлитного класса и высокохромистых сталей в зависимости от марки стали и номинальной толщины свариваемых деталей S устанавливаются согласно таблице N 7.1 настоящего приложения.
Необходимость подогрева при сварке деталей из стали марки 22К устанавливается технологической документацией.
В случаях, не предусмотренных таблицей N 7.1 настоящего приложения, необходимость и минимальная температура подогрева устанавливаются технологической документацией.
При сварке и наплавке деталей из сталей аустенитного класса и железоникелевых сплавов подогрев не проводится.
2. Максимальная температура подогрева не должна превышать установленную в технологической документации минимальную температуру более чем на 150 °C.
3. При сварке деталей из стали различных марок (из числа приведенных в таблице N 7.1 настоящего приложения) минимальная температура подогрева принимается по стали, для которой предусмотрен подогрев при более высокой температуре.
4. При сварке деталей различной номинальной толщины минимальная температура подогрева устанавливается в соответствии с таблицей N 7.1 настоящего приложения, исходя из номинальной толщины более толстостенной детали.
5. Значения минимальной температуры подогрева при наплавке перлитными сварочными материалами деталей из стали марок 12Х2МФА, 15Х2МФА, 15Х2МФА-А и 18Х2МФА должны быть при наплавке первого слоя не ниже 200 °C, а при наплавке последующих слоев - не ниже 150 °C.
6. При комбинированной сварке труб с подогревом, независимо от марки стали и толщины свариваемых труб, аргонодуговую сварку корневой части шва допускается выполнять без подогрева.
7. При выполнении предварительной наплавки кромок деталей из сталей перлитного класса и высокохромистых сталей аустенитными сварочными материалами подогрев проводится только при наплавке первого слоя. Необходимость и минимальная температура указанного подогрева устанавливаются согласно таблице N 7.1 настоящего приложения.
8. Сварка деталей из сталей перлитного класса и высокохромистых сталей (как между собой, так и с деталями из сталей аустенитного класса), кромки которых предварительно наплавлены аустенитными сварочными материалами, выполняется без подогрева.
9. При выполнении предварительной наплавки кромок деталей из сталей перлитного класса высокохромистыми сварочными материалами минимальная температура подогрева устанавливается по детали из стали перлитного класса, но не ниже 100 °C.
10. Сварка деталей из высокохромистых сталей с деталями из сталей перлитного класса, кромки которых предварительно наплавлены высокохромистыми сварочными материалами, выполняется с подогревом, необходимость и минимальная температура которого устанавливаются по детали из высокохромистой стали.
11. Антикоррозионная наплавка на деталях из углеродистых и кремнемарганцовистых сталей выполняется без подогрева.
12. При антикоррозионной наплавке на деталях из легированных сталей необходимость и минимальная температура подогрева T устанавливаются согласно таблице N 7.2 настоящего приложения в зависимости от марки стали и номинальной толщины наплавляемых деталей S, а также вида сварочного материала.
Сварка с подогревом металла
Сварка с подогревом металла имеет свои преимущества. Среди специалистов нагрев шва в околошовной зоне называется просто – предварительный нагрев. Чаще всего такой подход имеет место при изготовлении печей, резистивных нагревательных элементов, горелок и высокочастотных нагревательных элементов. Благодаря такому нагреву можно избежать появления холодных трещин на металле. Кроме того, он препятствует чрезмерному повышению твердости.
Для изготовления действительно качественного изделия необходимо знать особенности такого типа сварки. Подробнее об этом поговорим ниже.
Для чего нужна сварка с подогревом металла
Преимуществами использования сварки с предварительным нагревом металла являются:
- Устранение или уменьшение растрескивания материала, имеющего высокую влажность поверхности. Нагрев изделия убирает влагу, что снижает вероятность появления трещин.
- Улучшение процессов расплавления металлов шва и их осаждения, происходящее при основной сварке.
- Снижение напряжений материалов. Подогрев помогает равномерно расширяться и сжиматься металлам сварного соединения и изделия.
- Повышение качества структуры шва. Предварительное нагревание металла замедляет последующее его охлаждение. Следовательно, соединение затвердевает более равномерно, улучшая механические свойства микроструктуры материала.
Рекомендуем статьи по металлообработке
Существует несколько способов термической обработки изделий, которые определяются их дальнейшим применением:
- Предварительный подогрев – еще до начала сварки мастер задает минимальную температуру соединения. Получить эту информацию можно в WPS (спецификация сварки), где содержатся данные о температурном диапазоне.
- Подогрев между проходами – при ведении многопроходной сварки мастер должен максимально прогреть материал до начала нового этапа. Температура нагрева при этом не должна опускаться ниже минимального значения обработки, проведенной предварительно.
- Поддержание сварочной температуры, ниже которой не должна охлаждаться сварочная зона до окончания работ. Если процесс соединения останавливается, следует поддерживать тепло на указанном уровне.
Как выбрать температуру для сварки с подогревом металла
Сварочные кодексы содержат информацию о минимально возможной температуре предварительного нагрева. Вполне возможно, что тепловая обработка металла при указанной температуре сможет предотвратить появление трещин, но существует вероятность, что ее будет недостаточно. Это выясняется только опытным путем.
VT-metall предлагает услуги:
Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы
Например, получение балочно-стоечного соединения низководородистым электродом, имеющим большое сечение А36 (чья толщина находится в диапазоне от 10,2 до 12,7 мм), сделанным из сплава ASTM A572-Gr50. Для данного сопряжения необходима температура предварительного прогрева +107 °С (AWS D1.1-96). В случае изготовления стыковых соединений из материалов большого сечения предварительный нагрев рекомендуется поднять выше минимального значения. Институт AISC рекомендует нагревать до температуры +175 °С (AISC LRFD J2.8).
Рекомендация в достаточной степени консервативна. Она указывает на возможно недостаточный минимальный показатель нагрева металла у похожих соединений с высоким напряжением, указанный в документе AWS D1.1
А что же делать, если сварочные кодексы отсутствуют? Как определить нужную температуру? Обратимся к следующему документу – AWS D1.1-96, Приложение XI: «Руководство по альтернативным методам определения предварительного подогрева». Он указывает на существование двух возможностей определения температуры нагрева. Это процедуры, которые были составлены в ходе проведения специальных тестов в лабораториях для выявления образования трещин. Следовать им рекомендуется в ситуациях, когда есть высокие риски появления трещин вследствие напряжения, а также в зависимости от особенностей состава материала, количества водорода или излишне малого тепловложения в ходе сварочных работ.
Приложение № 11 к AWS D1.1-96 содержит два таких метода. Один из них заключается в контроле твердости в HAZ (области теплового воздействия). А второй регулирует количество водорода. Первый способ используется исключительно для угловой сварки. В его основе лежит предположение, что можно избежать появления трещин, поддерживая твердость HAZ на уровне ниже какого-то определенного заранее значения.
Такая возможность появляется при контроле скорости охлаждения металла. Прослеживается прямая взаимосвязь между критической скоростью охлаждения (при заданной твердости) и углеродным эквивалентом стали. Расчет происходит в соответствии со следующей формулой:
CE = C + ((Mn + Si)/6) + ((Cr + Mo + V)/5) + ((Ni + Cu)/15)
По окончании определяется минимальная температура нагрева, которая основывается на критической скорости охлаждения. Процедура описана в труде Блодгетта «Расчет скорости охлаждения методом компьютерного моделирования». Она основана на скорости охлаждения, температуре, при которой скорость охлаждения становится критической, толщине заготовки, тепловложении, температуре, с которой происходит предварительный разогрев материала, его теплоемкости и теплопроводности.
Однако в параграфе 3.4 того же Приложения 11 к документу AWS D1.1-96 говорится следующее: «Несмотря на то, что данным методом можно пользоваться для выяснения температуры предварительного нагрева, создан он для вычисления минимального тепловложения, которое должно помочь избежать излишнего затвердевания, вследствие чего образуется минимальный шов».
Второй метод, предлагающий контролировать водород, исходит из предположения, что избежать возникновения трещин поможет водород, если его количество, остающееся в остывшем до +50 °С шве, будет менее критического значения, определенного заранее. Данный показатель зависит от напряжения стали и ее состава. Описанная процедура подойдет в первую очередь сталям высокой прочности низколегированных сортов, имеющим высокую закаливаемость. Для углеродистых сталей расчетный нагрев металла может быть недостаточен.
Существуют три основных этапа метода контроля количества водорода в металле. На первом рассчитывается параметр состава материала, который эквивалентен углеродному. На втором – определяется индекс восприимчивости – это функция параметра состава, а также содержания водорода, который способен к диффузии в заполняющем металле. На третьем этапе происходит расчет температурного минимума для предварительного нагрева материала с использованием параметров напряжения, индекса восприимчивости и толщины металла.
Где применяется сварка с подогревом металла и какое оборудование необходимо
Предварительному нагреву чаще всего подвергается основной материал на расстоянии от сварного соединения. Рассмотрим пример. А является определенным участком углового шва.
Для расчета расстояния от него до места, где следует проводить предварительный нагрев, потребуется решить две проблемы:
- При толщине металла равном или меньшем 50 мм расчетное значение не должно быть более 50 мм от сварного соединения.
- При толщине материала более 50 мм расстояние от шва для предварительного нагрева берется меньше 75 мм. Это указано в инструкции сертификации работников, осуществляющих проверку качества сварных соединений – CSWIP 23.4.
На сегодняшний день производителями предлагается несколько видов различного оборудования для определения контроля, индикации и измерения температуры предварительного подогрева металла. Его используют в ряде коммерческих отраслей промышленности.
Рассмотрим основные измерительные приборы и датчики температуры, используемые с этой целью:
- Контактный термометр – применятся с целью замера температуры не выше +350 °С. В основе прибора лежит «термистор» – измеритель температуры. Сопротивление последнего понижается при нагревании, следовательно, оно обратно пропорционально температуре. Сложностью данного прибора является «периодическая калибровка», которую нужно проводить для получения точных результатов измерений.
- Термокарандаш и термопаста, в составе которых находится материал, изменяющий цвет и плавящийся под воздействием разной температуры нагрева. Их достоинствами стали низкая стоимость и простота использования. А недостатком – не очень точный результат измерений.
- Термопара. Принцип, применяемый в данном приборе, – расчет термоэлектрической разности потенциалов свариваемого материала и разогретого металла шва с целью расчета температуры. Использовать прибор следует во время и после сварки, а также для термической обработки. Он проводит постоянный мониторинг температуры охлаждения и нагрева в большом диапазоне. Однако требует регулярной калибровки, что считается достаточно большим его недостатком.
Сварка с подогревом металла: пошаговый алгоритм
В процессе транспортировки либо вследствие иной причины металлические заготовки могут подвергнуться деформации. Если это произойдет, то при стыковке деталей в зоне сварки могут возникнуть проблемы. Как правило, они приводят к ухудшению качества сварного соединения.
- Для предотвращения появления некачественного шва производят правку изделия до сварки – горячую и холодную. Выбор способа зависит от сложности деформации и размеров деталей. Правку можно делать вручную либо использовать специальные приспособления. Например, стальные или чугунные плиты исправляют вручную с помощью кувалды или молотка. Если для правки необходимо большое давление, то используется ручной пресс. Это винтовой аппарат, состоящий из двух плит. Высокое давление, создаваемое последними, выправляет дефект заготовки, уложенной между ними.
Существует следующие способы разметки: оптическая, ручная, мерная резка. Ручная разметка производится с использованием простых инструментов, таких как штангенциркуль или линейка. В случае, когда необходимо провести разметку небольшой партии заготовок одного типа, пользуются шаблонами, изготовленными из профилируемых листов либо алюминия. Ручной способ разметки имеет высокую трудоемкость и небольшую скорость работ.
Разметно-маркировочное оборудование используется для разметки заготовок оптическим способом. Оно работает со скоростью до 10 м/мин. Для работы следует ввести в аппарат специальную программу, основанную на установленных параметрах. В таком устройстве разметка наносится с использованием пневматического крена.
При мерной резке разметка на профили не наносится. Оборудование разрезает заготовки в соответствии с заложенной в специальные устройства программой. В ней указаны размеры деталей и их конфигурация.
Резка бывает механической и термической. Первая предполагает использование как ручного, так и механического инструмента. Термическая же представляет собой плавку материала по нанесенным заранее отметкам. Она тоже бывает ручной и автоматизированной. Для работы используют плазмотрон, кислородный резак и дуговую сварку. Кроме того, применяется оборудование, которое осуществляет резку в полуавтоматическом либо в автоматическом режиме.
Термический способ резки считается универсальным, поскольку процесс может идти в разных направлениях: прямо- или криволинейно.
Следует помнить о том, что на поверхности металла при длительном контакте с воздушной средой появляется оксидная пленка. Благодаря свои жаростойким свойствам она не дает провести качественную сварку заготовки. Избавиться от нее можно, очистив шов металлической щеткой или болгаркой.
В условиях промышленного производства заготовки очищаются с помощью дробеструйных или пескоструйных агрегатов. Возможно проведение химической чистки в ванне посредством опускания детали в химический реагент. Применение данного способа, как правило, ограничивается подготовкой цветных металлов. А черные и стальные изделия очищают ручным способом.
Сварка с подогревом металла предваряется зачисткой краев изделия, в особенности если заготовка имеет большую толщину. Кроме того, кромки необходимо подрезать до придания им определенной геометрической формы. Края бывают Х-образные, плоские или V-образные. У тонких деталей делают плоские кромки, а остальные используют для сварки толстых изделий.
Края заготовок для соединения готовят следующим образом: обрабатывается ширина зазора, угол разделки, регулируется длина откоса. При сварке труб самой разной толщины подготовке кромок нужно уделять повышенное внимание, иначе металл может не провариться. Необходимо выбрать правильный скос, который поможет сделать переход между заготовками плавным. В результате при дальнейшем использовании готового изделия не будет напряжения нагрузки.
В ходе подготовительных мероприятий холодной сварки труб проводят подрезку последних с помощью ручного инструмента и станков. А для термической сварки требуются автоматические либо ручные горелки.
Проводить сборку следует только после окончания подготовки (очистки и пр.) поверхности материала. Места сварки должны быть полностью доступны. А для предотвращения деформации части конструкции следует надежно закрепить.
Почему следует обращаться именно к нам
Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.
Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:
- цветные металлы;
- чугун;
- нержавеющую сталь.
При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.
Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.
Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.
Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.
Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.
ПНАЭ Г-7-009-89 Оборудование и трубопроводы атомных энергетических установок. Сварка и наплавка. Основные положения (с Изменением N 1)
6.2.1. Необходимость и минимальная температура предварительного и сопутствующего подогрева при сварке деталей (сборочных единиц) из сталей перлитного класса и высокохромистых сталей в зависимости от марки стали и толщины свариваемых деталей устанавливаются согласно табл.11.
Таблица 11. Минимальная температура предварительного и сопутствующего подогрева при выполнении сварных соединений
Марки сталей свариваемых деталей
Номинальная толщина свариваемых деталей, мм
Минимальная температура подогрева, °С
при дуговой сварке
при наплавке кромок аустенитными присадочными материалами
Ст3сп5, 10, 15, 15Л, 20, 20Л, 20К
До 100 (включительно)
До 60 (включительно)
До 40 (включительно)
15ГС, 16ГС, 09Г2С, 20ГСЛ, 16ГНМА
До 30 (включительно)
10ГН2МФА, 10ГН2МФАЛ, 15ГНМФА
До 50 (включительно)
До 10 (включительно)
Свыше 10 до 30 (включительно)
20ХМ, 20ХМЛ, 20ХМА
До 6 (включительно)
До 6 (включительно)
Свыше 6 до 30 (включительно)
Независимо от толщины
До 80 (включительно)
15Х2МФА, 15Х2МФА-А, 18Х2МФА
Независимо от толщины
* Необходимость подогрева при сварке деталей из стали марки 22К устанавливается по согласованию с головной материаловедческой организацией.
** При толщинах до 150 мм включительно подогрев допускается не проводить.
В отдельных случаях ПТД может уточнять (корректировать) требования настоящего подраздела в части температуры подогрева и толщины свариваемых деталей, для которых обязателен подогрев.
В случаях, не предусмотренных табл.11, необходимость и минимальная температура подогрева устанавливаются ПТД (по согласованию с головной материаловедческой организацией).
При сварке и наплавке (включая выполнение усиливающих наплавок) деталей из сталей аустенитного класса и железоникелевых сплавов подогрев не проводится (за исключением случаев, указанных в ПТД).
6.2.2. Максимальная температура подогрева не должна превышать установленную минимальную более чем на 150°С.
6.2.3. При сварке деталей из сталей различных марок (из числа приведенных в табл.11) минимальная температура подогрева принимается по стали, для которой предусмотрен подогрев при более высокой температуре.
6.2.4. При сварке деталей различной номинальной толщины минимальная температура подогрева устанавливается ПТД, а в случае отсутствия таких указаний в ПТД - согласно табл.11 исходя из номинальной толщины более толстостенной детали.
6.2.5. Значения минимальной температуры подогрева при наплавке перлитными присадочными материалами деталей из сталей марок 12Х2МФА, 15Х2МФА, 15Х2МФА-А и 18Х2МФА должны быть при наплавке первого слоя не ниже 200°С, а при наплавке последующих слоев - не ниже 150°С.
6.2.6. По согласованию с головной материаловедческой организацией при комбинированной сварке труб, подлежащей выполнению с подогревом, аргонодуговую сварку корневой части шва допускается выполнять без подогрева независимо от марки стали и толщины свариваемых труб.
6.2.7. При выполнении предварительной наплавки кромок деталей из сталей перлитного класса и высокохромистых сталей аустенитными присадочными материалами подогрев проводится только при наплавке первого слоя. Необходимость и минимальная температура указанного подогрева устанавливаются согласно табл.11 (как и для выполнения сварных соединений наплавляемых деталей).
6.2.8. Сварка деталей из сталей перлитного класса и высокохромистых сталей (как между собой, так и с деталями из сталей аустенитного класса), кромки которых предварительно наплавлены аустенитными присадочными материалами, выполняется без подогрева.
6.2.9. При выполнении предварительной наплавки кромок деталей из сталей перлитного класса высокохромистыми присадочными материалами минимальная температура подогрева устанавливается по детали из стали перлитного класса, но не ниже 100°С.
6.2.10. Сварка деталей из высокохромистых сталей с деталями из сталей перлитного класса, кромки которых предварительно наплавлены высокохромистыми присадочными материалами, выполняется с подогревом, необходимость и минимальная температура которого устанавливаются по детали из высокохромистой стали.
6.2.11. Наплавка антикоррозионного покрытия на деталях (изделиях) из углеродистых и кремнемарганцовистых сталей выполняется без подогрева.
6.2.12. При наплавке антикоррозионного покрытия на деталях (изделиях) из легированных сталей необходимость и минимальная температура подогрева устанавливаются в зависимости от марки стали и толщины наплавляемых деталей согласно табл.12, а при отсутствии в ней необходимых указаний - согласно ПТД.
Таблица 12. Минимальная температура подогрева при наплавке первого слоя антикоррозионного покрытия
Читайте также: