Сварка детали с охлаждением

Обновлено: 18.04.2024

На протяжении всей своей деятельности в области обучения электросварке я получаю вопросы от своих читателей по поводу принудительного охлаждения деталей после сварки водой. Кроме того, я замечаю, что среди мастеров-любителей очень распространена эта привычка. Но правильно ли охлаждать сварочный шов водой? И как же нужно делать на самом деле? В этой статье раскрою эту темы подробно. Вообще, это тема большая и сложная, но я объясню всё буквально «на пальцах».

Как правильно охлаждать металл

Металлы обладают таким свойством, что их структура изменяется не только от температуры, но и от скорости остывания и нагревания. А одними из самых важных характеристик металла (а значит и сварного шва, и околошовной зоны, и сварного соединения в целом) являются пластичность и твёрдость. Собственно, это противоположные стороны одной характеристики — пластичный металл не обладает твёрдостью, а твёрдый, наоборот, не обладает пластичностью, и при дальнейшем повышении твёрдости становится хрупким.

В металлургии существуют различные термические циклы, обеспечивающие необходимые свойства металла. Нам же в них разбираться не нужно, но крайне важно усвоить, что, в сухом остатке, начальная температура металла, скорость и площадь его нагрева и скорость остывания существенно влияют на свойства металла, а значит и на характеристики сварного соединения.

(Я написал «скорость» нагрева и остывания, но на самом деле, правильнее было бы сказать «режим». Потому что во многих ситуациях применяется не равномерное нагревание и остывание, а целая технология. Например, нагрев до определённой температуры, выдержка на ней в течении какого-то времени, дальнейший нагрев в течение какого-то времени и т.д., и лишь после нескольких таких шагов — сварка. С остыванием может быть примерно такая же технология.)

Охлаждение сварочного шва

Возвращаясь к практической электросварке в бытовых условиях, важно знать, что принудительное охлаждение металла лишает его пластичности и делает более хрупким. Это приводит к тому, что в сварном соединении могут образоваться закалочные трещины. А даже если они не образуются вскоре после сварки, то такое сварное соединение будет выдерживать меньшую нагрузку, чем если бы оно остывало естественным способом. Трудно пересказывать сопромат бытовым языком, но общий смысл в том, что соединение, остывшее естественным способом, обладает большей пластичностью. Таким образом, при увеличении нагрузки, у такого соединения позже наступает точка необратимого разрушения. Соответственно, у соединения, охлажденного принудительно, точка необратимого разрушения наступает раньше.

Как я уже сказал выше, это сложная тема, которая уходит глубоко в вопросы металлургии и сопромата. Но основной вывод из всей статьи, что никогда и ни при каких обстоятельствах не следует охлаждать сварные швы в бытовых конструкциях принудительно!

А теперь, напишите, пожалуйста, в комментариях, понятна ли и полезна ли вам эта статья, и какой у вас опыт в этой области. Даже если я не отвечаю на каждый комментарий, все их читаю, и для меня действительно важно, чтобы мои статьи были для вас полезны. Пожалуйста, оставьте свой комментарий.

Способ сварки в защитных газах с принудительным охлаждением шва и зоны термического влияния

Изобретение относится к области дуговой сварки в защитных газах. Сварной шов и прилегающие к нему участки основного металла защищаются потоком газа, обеспечивающего горение дуги. Снизу направляется второй поток газа, обеспечивающий защиту обратной стороны шва. Снизу на кристаллизующийся металл, закристаллизовавшийся металл шва и металл в зоне термического влияния направляется и третий поток газа, направленный по отношению к потоку, защищающему обратную сторону шва, внешне коаксиально и служащий для охлаждения. Это позволяет уменьшить ширину шва, прилегающую зону термического влияния и получить в этих зонах более благоприятную структуру металла. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к сварке в защитных газах, преимущественно неплавящимся электродом, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Необходимость в принудительном охлаждении металла шва и зоны термического влияния сварного соединения возникает при сварке материалов, обладающих повышенной чувствительностью к высокотемпературному нагреву, например, высокохромистых сталей ферритного класса и прецизионных сплавов системы железо - хром - алюминий, имеющих однофазную структуру, а также материалов, чьи свойства обуславливаются степенью дисперсности выделяющихся фаз, которая, в свою очередь, зависит от скорости охлаждения кристаллизующегося металла. К таким материалам относятся коррозионно-стойкие стали с повышенным содержанием бора и дисперсионно-твердеющие алюминиевые сплавы.

Известен способ принудительного формирования границы кристаллизации сварочной ванны (а.с. СССР 1690994, МКИ В 23 К 9/16, опубл. БИ 42, 1991), при котором на поверхности сварки позади сварочной ванны формируют теплоотвод криволинейной формы, отводят тепло от сварочной ванны посредством подачи через него струи охлаждающей жидкости и принудительно формируют границу кристаллизации, направленной вдоль оси шва. При этом центр радиуса кривизны ближайшей к сварочной ванне границы теплоотвода располагают в направлении сварки, а ширину теплоотвода принимают равной ширине сварочной ванны. Способ позволяет повысить качество сварки путем исключения образования трещин по границе осевой кристаллизации, однако расположение теплоотвода позади сварочной ванны не обеспечивает охлаждение зоны термического влияния на участках, непосредственно прилегающих к боковым сторонам ванны. Это приводит к тому, что ширина шва и зоны термического влияния остается значительной, что недопустимо при сварке материалов с повышенной чувствительностью к термическому циклу сварки. Отсутствие принудительного охлаждения зоны термического влияния увеличивает время пребывания металла под воздействием высоких температур, вследствие чего успевают пройти необратимые металлургические процессы, например, перегрев в случае сварки высокохромистых ферритных сталей и сплавов системы железо - хром - алюминий, приводящие к образованию неблагоприятных структур и снижению свойств соединений. Кроме того, подача в зону сварки охлаждающей жидкости ухудшает качество газовой защиты сварочной ванны и прилегающих областей нагретого металла. Реализация данного способа требует изготовления для каждого из возможных режимов сварки теплоотводов сложной формы, так как размеры последних определяются шириной сварочной ванны и, следовательно, зависят от параметров режима.

Формирование теплоотвода непосредственно на поверхности сварки существенно повышает требования к точности сборки свариваемых кромок и трудоемкость технологии в целом.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ сварки неплавящимся электродом в инертных газах изделий из порошковых алюминиевых сплавов (патент США 5296676, МКИ В 23 К 9/167; В 23 К 9/23, опубл. 22.03.94), обладающий следующими особенностями:

- сварной шов и прилегающие к нему участки основного металла защищаются потоком газа (смеси газов), обеспечивающего горение дуги, а также способствующего увеличению скорости охлаждения металла;

- второй поток газа направляется снизу, обеспечивая защиту и интенсивное охлаждение обратной стороны шва;

- третий поток газа (так называемый “задний” поток) направляется на сварной шов таким образом, чтобы обеспечивалось охлаждение уже закристаллизовавшегося металла в зоне, не охлаждаемой первыми двумя потоками газа.

Достоинством этого способа в сравнении с вышеописанным является охлаждение сварочной ванны и закристаллизовавшегося металла сварного шва потоками газа, преимущественно инертного, что повышает качество защиты нагретого металла. Применение данного способа не требует изготовления специальных теплоотводов; для подачи защитного газа могут использоваться горелки и газовые сопла различных типов, что снижает трудоемкость реализации способа. Система газоподводящих сопел может не находиться в физическом контакте со свариваемым металлом, что снижает требования к точности сборки кромок, а следовательно, и трудоемкость технологии в целом. Однако и данный способ не лишен тех же недостатков, а именно третий поток газа направляется лишь на закристаллизовавшийся металл сварного шва позади сварочной ванны, не обеспечивая охлаждение зоны термического влияния на участках, непосредственно прилегающих к боковым сторонам ванны. Это приводит к тому, что ширина шва и зоны термического влияния также остается значительной, и протекают металлургические процессы, приводящие к образованию неблагоприятных структур и снижению свойств соединений. При этом обеспечение охлаждения этой зоны за счет обдува ее вторым, направленным с обратной стороны шва, потоком газа не представляется возможным, так как при увеличении скорости потока происходит выдувание расплавленного металла сварочной ванны, приводящее к нарушению формирования сварного шва.

Задачей изобретения является повышение качества сварки, механических и эксплуатационных свойств сварных соединений высокохромистых ферритных сталей, коррозионно-стойких сталей с повышенным содержанием бора, сплавов системы железо - хром - алюминий, а также дисперсионно-твердеющих алюминиевых сплавов.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение ширины шва и прилегающей зоны термического влияния и получение в них более благоприятных структур металла.

Это достигается тем, что в способе сварки в защитных газах с принудительным охлаждением шва и зоны термического влияния, включающем подачу защитного газа в зону горения дуги, защиту потоком газа обратной стороны сварного шва и охлаждение потоком газа кристаллизующегося металла, закристаллизовавшегося металла шва и основного металла в зоне термического влияния, поток газа, охлаждающий кристаллизующийся металл, закристаллизовавшийся металл шва и основной металл в зоне термического влияния, направлен по отношению к потоку, защищающему обратную сторону шва, внешне коаксиально.

Расположение потока газа, охлаждающего кристаллизующийся металл, закристаллизовавшийся металл шва и основной металл в зоне термического влияния, по отношению к потоку, защищающему обратную сторону шва, внешне коаксиально обеспечивает обдув газом не только кристаллизующего металла и закристаллизовавшегося металла шва, но и основного металла в зоне термического влияния на участках, непосредственно прилегающих к боковым сторонам сварочной ванны, что способствует их интенсивному охлаждению. Обеспечение интенсивного охлаждения указанных областей повышает жесткость термического цикла сварки и увеличивает пространственную концентрацию вводимой в свариваемый металл тепловой энергии, что способствует уменьшению ширины шва и зоны термического влияния. Кроме того, принудительное охлаждение зоны термического влияния сокращает время пребывания металла под воздействием высоких температур, что препятствует протеканию металлургических процессов, приводящих к образованию неблагоприятных структур металла. Уменьшение ширины сварных швов и прилегающей зоны термического влияния в совокупности с получением в них более благоприятных структур металла, характеризующихся меньшими степенью перегрева и размерами зерна при сварке высокохромистых ферритных сталей и сплавов системы железо - хром - алюминий, либо более высокой степенью дисперсности выделяющихся фаз при сварке коррозионно-стойких сталей с повышенным содержанием бора и дисперсионно-твердеющих алюминиевых сплавов, способствует повышению качества сварки, механических и эксплуатационных свойств сварных соединений.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию “новизны” по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию “изобретательский уровень”.

На фиг.1 показана схема реализации способа сварки в защитных газах с принудительным охлаждением шва и зоны термического влияния;

на фиг.2 - вид снизу (вид А на фиг.1) на сварочную ванну, кристаллизующийся металл, закристаллизовавшийся металл сварного шва и прилегающую зону термического влияния;

на фиг.3 - сечение (Б-Б на фиг.1) системы коаксиальных сопел для подачи защитного и охлаждающего газов.

Способ осуществляется следующим образом. Сварочная дуга 1 (фиг.1) горит между электродом 2 и свариваемым изделием 3 и защищается от атмосферы потоком газа Q₁, подаваемым в зону сварки через сварочную горелку 4. Сварку можно выполнять как неплавящимся (вольфрамовым), так и плавящимся электродом. В качестве защитного газа могут использоваться аргон, гелий или их смеси. Защита обратной стороны сварного шва осуществляется потоком газа Q₂, подаваемым через внутреннее сопло 5. Расход газа подбирается таким образом, чтобы обеспечивались малая скорость и ламинарный характер истечения потока Q₂, что предохраняет расплавленный металл сварочной ванны 6 от выдувания и обеспечивает тем самым бездефектное формирование сварного шва. Одновременно с обратной стороны шва коаксиально потоку Q₂ через внешнее сопло 7 направляется высокоскоростной поток газа Q₃ таким образом, чтобы обеспечивался обдув газом кристаллизующегося металла 8, закристаллизовавшегося металла сварного шва 9 и основного металла в зоне термического влияния 10 сварного соединения на участках, непосредственно прилегающих к боковым сторонам сварочной ванны 6 (фиг.2). При этом поток Q₂ направляется на обратную сторону сварочной ванны 6 и его диаметр d₂ (фиг.3) не должен превышать ее длины l, что обусловлено необходимостью обеспечения беспрепятственного охлаждения кристаллизующегося металла 8, закристаллизовавшегося металла сварного шва 9 и основного металла в зоне термического влияния 10 сварного соединения на участках, непосредственно прилегающих к боковым сторонам сварочной ванны 6, потоком газа Q₃, так как поток Q₂ не может обеспечить требуемую интенсивность охлаждения этих областей в силу малой скорости и ламинарного характера истечения. В качестве защитного газа, подаваемого через внутреннее сопло 5 (поток Q₂), наиболее целесообразно использовать аргон, так как он не вступает во взаимодействие с расплавленным металлом, повышает поверхностное натяжение последнего, что снижает вероятность образования прожогов, и обладает умеренной стоимостью. Возможно также использование гелия или аргоногелиевых смесей. В качестве охлаждающего газа, подаваемого через коаксиально расположенное внешнее сопло 7 (поток Q₃), могут использоваться гелий, аргон, двуокись углерода или любые смеси двух или больше из указанных газов. Наиболее целесообразно применение в качестве охлаждающего газа гелия вследствие его высокой теплопроводности. Расход охлаждающего газа подбирается таким образом, чтобы обеспечивался максимально интенсивный обдув газом кристаллизующегося металла 8, закристаллизовавшегося металла сварного шва 9 и основного металла в зоне термического влияния 10 сварного соединения. При этом выступающая часть 11 внутреннего сопла 5 должна располагаться максимально близко к поверхности свариваемого изделия 3, защищая сварочную ванну 6 от выдувания потоком Q₃, и может находиться в физическом контакте со свариваемым изделием 3, обеспечивая дополнительное охлаждение за счет теплопроводности. Диаметр d₃ потока Q₃ не должен превышать ширины b зоны термического влияния 10 сварного соединения, так как при этом увеличивается расход охлаждающего газа. Следует отметить, что предлагаемый способ наиболее эффективен при сварке тонколистовых материалов.

Пример 1. Выполняли сварку неплавящимся электродом в инертном газе образцов из сплава Д16 толщиной 0,8 мм способом, описанным в патенте США № 5296676 (прототип), и предлагаемым способом. Выбор данного сплава объясняется тем, что сплавы, используемые в патенте-прототипе, производятся в США и в России недоступны. Однако все указанные материалы относятся к дисперсионно-твердеющим алюминиевым сплавам, поэтому их сопоставление представляется вполне уместным. Условия и результаты экспериментов приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы, предел прочности на разрыв _в сварных соединений, выполненных по предлагаемому способу, выше, чем у соединений, выполненных способом-прототипом: 275 МПа против 243 МПа (коэффициент прочности 0,61 и 0,54 соответственно), что свидетельствует о получении в шве и зоне термического влияния соединений более благоприятных структур металла, характеризующихся высокой степенью дисперсности упрочняющих фаз.

Помимо сварки дисперсионно-твердеющих алюминиевых сплавов предлагаемый способ может применяться также для сварки высокохромистых ферритных сталей, коррозионно-стойких сталей с повышенным содержанием бора, сплавов системы железо - хром - алюминий и др. материалов, требующих повышенной жесткости термического цикла сварки.

Пример 2. Выполняли сварку неплавящимся электродом в инертном газе образцов из прецизионного сплава хромаль Х23Ю5 системы железо - хром - алюминий толщиной 0,8 мм традиционным, включающим сварку неплавящимся электродом в инертном газе и газовую защиту обратной стороны шва, и предлагаемым способами. Условия и результаты экспериментов приведены в таблице 2.

Данные таблицы свидетельствуют о том, что предлагаемый способ позволяет за счет более интенсивного охлаждения обеспечивать формирование более узких швов с меньшей зоной термического влияния и более благоприятной структурой. Так, ширина шва при сварке по предлагаемому способу составляет 1,3-1,5 мм против 1,6-1,7 мм при сварке традиционным способом, ширина зоны термического влияния - 4,6-5,2 мм против 6,0-6,4 мм, балл зерна у границы сплавления - 5-6 против 3-4 соответственно. Уровень механических свойств сварных соединений при сварке по предлагаемому способу также выше: прочность на разрыв _в составляет 760 МПа против 628 МПа, угол изгиба - 122 против 85, что позволяет говорить о более высоком качестве сварки в целом.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области сварки;

- для заявляемого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств;

- средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию “промышленная применимость”.

Способ сварки в защитных газах с принудительным охлаждением шва и зоны термического влияния, включающий подачу защитного газа в зону горения дуги, защиту потоком газа обратной стороны сварного шва и охлаждение потоком газа кристаллизующегося металла, закристаллизовавшегося металла шва и основного металла в зоне термического влияния, отличающийся тем, что поток газа, охлаждающий кристаллизующийся металл, закристаллизовавшийся металл шва и основной металл в зоне термического влияния, направлен к потоку, защищающему обратную сторону шва, внешне коаксиально.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Охлаждение сварных соединений до комнатных температур вызывает распад аустенита с получением в шве и околошовной зоне мартенситной структуры. Последующий отпуск ( в зависимости от состава стали и предварительной термической обработки, осуществляемой при температуре около 700 С) приводит к получению структуры с тонким сорбитом отпуска и хорошими свойствами. [2]

Скорость охлаждения сварных соединений после выдержки также оказывает большое влияние на качество термической обработки. Повыщение скорости охлаждения для сварных соединений труб из сталей перлитного класса может привести к возникновению больших температурных ( временных) напряжений. [3]

Большие скорости охлаждения сварных соединений при электродуговой сварке приводят к фиксации структур, соответствующих околосолпдусным температурам. Таким образом, металл сварного соединения находится в структурно неравновесном состоянии по отношению к рабочим температурам конструкции. Термическая обработка - аустенизация сварных соединений при 1050 - 1150 С или ниже часто сопровождается охлаждением на воздухе или же охлаждение производится с такими скоростями, которые также приводят к неравновесным структурам. Вследствие этого при эксплуатации ( температура более 350 - 400е С) развиваются диффузионные процессы и в стали появляются новые структурные составляющие ( явление термического старения), что может явиться причиной ухудшения пластических свойств металла, часто без увеличения прочности. [4]

Для обеспечения меньшей скорости охлаждения сварного соединения и поверхности нагретой трубы применяют теплоизолирующие пояса, которые изготовляют из асбеста и стекловолокна. В трассовых условиях наиболее целесообразны теплоизолирующие пояса, изготовленные из стекловолокна, которые обладают минимальной чувствительностью к увлажнению. [6]

Чтобы избежать трещин при охлаждении сварного соединения , необходимо использовать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение металла шва, обладающего большой деформационной способностью. Это может быть достигнуто, если наплавленный металл и металл шва будут в меньшей степени легированы, чем свариваемая сталь. [7]

Полагают, что повышением интенсивности охлаждения сварных соединений после высокотемпературного у - б-превращения можно существенно уменьшить размер зерна аустенита в результате полиморфного б - у-превращения при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей, кристаллизирующихся из расплава с образованием б-феррита. [8]

Теория распространения тепла позволяет рассчитывать скорость охлаждения сварного соединения и длительность нагрева в зависимости от режима сварки. [9]

Теория распространения тепла позволяет рассчитывать скорость охлаждения сварного соединения , длительность нагрева в зависимости от режима сварки. [10]

Для того чтобы избежать трещин при охлаждении сварного соединения , необходимо использовать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение металла шва, обладающего большой деформационной способностью. Это может быть достигнуто, если наплавленный металл и металл шва будут в меньшей степени легированы, чем свариваемая сталь. [12]

Появление черной окиси меди СиО возможно при охлаждении сварного соединения на воздухе. [13]

Как было указано, в процессе нагрева и охлаждения сварных соединений из разнородных сталей происходит изменение поля остаточных напряжений. В зоне сплавления перлитной стали с аустенитным швом, где напряжения скачкообразно меняют знак и где, следовательно, действуют высокие скалывающие напряжения, циклические температурные изменения могут приводить к появлению разрушений типа усталостных. При наличии в этой зоне местных ослаблений, вызванных развитием переходных прослоек диффузионного характера, неблагоприятное влияние остаточных напряжений может проявиться наиболее резко. Поэтому принятие мер для устранения указанных прослоек является непременным условием повышения работоспособности сварных соединений разнородных сталей и в первую очередь тех из них, которые работают в диапазоне температур выше 450 - 5 - 500 С при наличии большого количества температурных циклов. [14]

При этом часто оказывается недопустимым перед термической обработкой охлаждение сварных соединений до комнатных температур. [15]

Особенности термообработки сварных соединений и методы ее проведения

Помимо подготовительных действий, рабочего процесса и контроля качества существуют дополнительные этапы, которые просто обязательны в условиях крупномасштабного производства. Существуют отрасли, где качество сварных швов играет очень большую роль, и каждая ошибка может стоит дорого. На первый план выходит защита сварных швов от коррозии. Также нужно защитить сварочный шов от преждевременного разрушения.

Чтобы достичь наилучшего качества составляются подробные чертежи, подбираются оптимальные комплектующие и работа поручается настоящим профессионалам. Но есть еще один действенный способ — обработка сварного соединения. Существует несколько типов обработки, в этой статье мы поговорим о термической.

Общая информация

Термическая обработка сварных соединений — это метод обработки швов, основанный на применении высоких температур. Благодаря термообработке осуществляется защита сварных швов от коррозии, снижается вероятность появления трещин, улучшаются механические свойства шва, повышается жароустойчивость. Этот метод можно сравнить с обжигом глины, которая приобретает особые свойства благодаря высоким температурам.
Термообработке подвергается только сварной шов или также прилегающая к нему область. Сварное соединение нагревается до определенной температуры и выдерживается в нагретом состоянии определенное количество времени, затем охлаждается. Для процесса обработки используется специальная установка для термообработки сварных швов или отдельные приспособления, о которых мы поговорим позже.

Существует несколько методов термообработки. Все они отличаются температурой, используемой для нагрева шва. Температура нагрева может быть от 650 до 1125 градусов по Цельсию, выбирается в зависимости от типа стали и свойств, которые должна получить сталь. Детали могут прогревать от 1 до 5 часов. Затем металл охлаждается естественным путем, без применения дополнительных методов.

В результате улучшается пластичность и ударная вязкость сварного соединения, улучшаются механические свойства, снижается остаточное напряжение от сварки. Зачастую необходима термообработка сварных соединений технологических трубопроводов. Поскольку именно трубы формируют важнейшие узлы. Они должны быть прочными и долговечными.

Причины важности обработки

В ходе изготовления многочисленных конструкций с задействованием в качестве основного материала нержавеющей стали активно используются сварочные методы за счет функционирования электрической дуги в инертной газовой среде.

Несмотря на формирование относительно ровных и прочных швов, они отмечаются присутствием непривлекательного внешнего вида, в результате чего возникает необходимость обработки сварных швов нержавейки. Так, место сварного соединения характеризуется наличием зеркального цвета, а то время как область возле шва — желтого цвета и его многочисленных оттенков.

В случае формирования рисунка в виде чешуек в образующихся бороздках отмечается присутствие черных полосок малых размеров. По прошествии определенного периода времени может возникать риск образования ржавчины в данных местах.

Явления подобного характера являются следствием воздействия чрезмерно высокого температурного режима, в результате которого происходит, перегрев в сварочной области. В момент присутствия высоких температур происходит выгорание элементов легирования с одновременным обеднением, что имеет следствием изменение цвета и повышение степени уязвимости по отношению к факторам внешнего действия.

Режимы и виды термообработки.

15.2.1. Режимы термообработки стыковых сварных соединений труб котлов и трубопроводов приведены в табл. 15.1.

при толщине стенки штуцера или бобышки более 10 мм;

при приварке в пределах 1 м трубы (коллектора) более трех штуцеров (или бобышек) со стенкой толщиной 10 мм и менее, кроме случая, предусмотренного п. 5.7.8, б;

при приварке упоров или других деталей креплений угловым швом с общим (по всему периметру привариваемой детали) объемом наплавленного металла более 15 см3 (объем 15 см3 соответствует шву длиной 300 мм с катетом 10 мм).

Температуру термообработки угловых сварных соединений и время выдержки при этой температуре необходимо выбирать по данным табл. 15.1 в зависимости от марки свариваемых сталей и типа металла шва. За толщину термообрабатываемых элементов принимается приведенная толщина, полученная умножением номинальной толщины стенки штуцера (бобышки) или катета углового шва (при приварке упоров и других деталей креплений угловым швом) на коэффициент 1,25; если приведенная толщина получается меньше 11 мм, то берется время выдержки, соответствующее 11 мм.

Примечание. Если приварка деталей креплений к трубопроводам и коллекторам котлов должна быть выполнена на заводе, а по каким-либо причинам производится на монтаже, то необходимость и режим термообработки этих сварных соединений (как и технологию сварки) устанавливает завод-изготовитель.

(Измененная редакция, Изм. № 1)

Свариваемая сталь	Металл шва	Толщина*1 элемента, мм	Режим термической обработки*2
			температура, °С	длительность выдержки, ч, не менее*3
10, 20, 15Л, 20Л, 15ГС, 16ГС, 25Л, 20ГСЛ и их сочетания	Углеродистый	Св. 36*4

При соединении элементов одинаковой толщины – номинальная толщина этих элементов, при соединении элементов разной толщины (обработанных в соответствии с рис. 4.3 и 4.4) – фактическая наибольшая толщина элемента непосредственно в месте сварки.

Охлаждение до 300°С после выдержки при отпуске должно обеспечиваться с нагревательным устройством или под слоем теплоизоляции, далее – на спокойном воздухе; при отрицательных температурах охлаждение после термообработки следует производить под слоем теплоизоляции до полного остывания сварного соединения.

Предлагаем ознакомиться: Фосфатирование металла — методы и составы

Может быть выше указанных значений не более чем на 1 ч. При вынужденных перерывах в процессе термообработки за длительность выдержки следует принимать суммарное время нахождения стыка при температуре обработки.

В случае предварительного и сопутствующего, подогрева стыка до температуры не ниже 100° С при толщине стенки элемента 40 мм и менее термообработку сварного соединения можно не производить.

Стыки труб диаметром более 219 мм подлежат термообработке при толщине стенки 8 мм и более.

Для стыков труб из стали 12Х1МФ с литьем 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ, а также из стали 15Х1М1Ф с литьем 15Х1М1ФЛ при толщине стенки трубы 20 мм и менее, сваренных электродами типа Э-09Х1МФ, длительность выдержки должна составлять 1,5 ч.

Скорость нагрева до температуры отпуска не более 200°С/ч, при этом в интервале температур 600-700°С скорость нагрева должна быть не менее 100°С/ч.

*8 Сварные соединения должны подвергаться термообработке при толщине металла свыше 20 мм.

стыков труб поверхностей нагрева с толщиной стенки до 11 мм включительно из углеродистых, хромомолибденовых и хромомолибденованадиевых сталей, выполненных дуговой, аргонодуговой или комбинированной сваркой, а также стыков труб из стали 12Х11В2МФ (ЭИ-756), 12Х18Н12Т и 12Х18Н10Т, выполненных дуговой, аргонодуговой или комбинированной сваркой с применением аустенитного присадочного материала;

стыков труб из углеродистых и кремнемарганцовистых сталей при толщине стенки до 40 мм в случае выполнения сварки с подогревом до температуры не ниже 100°С;

стыков труб диаметром не более 800 мм из стали 22К, сваренных электродами УОНИ-13/45 при толщине стенки не более 45 мм;

стыков труб диаметром не более 219 мм из сталей 12МХ, 15ХМ, 20ХМЛ и 12Х1МФ, сваренных электродами типа Э-09Х1М, при толщине стенки не более 12 мм;

стыков труб диаметром не более 219 мм из сталей 12МХ, 15ХМ и 12Х1МФ, сваренных электродами Э-09Х1М, работающих при температуре до 510°С включительно, при толщине стенки не более 18 мм;

стыков труб поверхностей нагрева из сталей 15ХМ, 12МХ и 12Х1МФ, выполненных газовой сваркой проволокой Св-08МХ, Св-08ХМ и Св-08ХМФ, при отсутствии в шве и околошовной зоне участков со структурой перегрева (зерна размером крупнее балла 3 по шкале ГОСТ 5639-82), мартенситной и троостомартенситной структуры, что проверяется на двух-трех образцах, вырезанных из производственных стыков.

15.2.3. Если после термообработки твердость металла шва превышает допустимую (см. п. 16.4.4), следует производить повторный отпуск сварного соединения, но не более трех раз.

Термическая обработка металлоизделий проводится перед свариванием, собственно, во время сварки и по окончанию работ по соединению частей металлоизделия методом сварки.

Для чего необходима обработка изделий перед началом сварочных работ? Это, по сути, подготовка деталей конструкции, которая будет свариваться, к процессу соединения. Такая предварительная подготовка позволяет значительно улучшить сварные свойства стали.

Обычно, для подготовки металла к сварочному процессу выполняют один из двух видов термообработки: это, так называемые, высокий отпуск и отжиг деталей металлоизделий. В одной из статей мы уже рассказывали об особенностях каждого из этих видов обработки металла. Отметим, только что при такой термической обработке металлоизделие сначала нагревается до определенной температуры, а потом охлаждается либо принудительно, либо в естественных условиях.

Предлагаем ознакомиться: Как выполнить упражнение гараж на автодроме

Режим обработки тем или иным способом определяется по типу стали, жесткости металлоизделия в целом и его состоянию. Например, для сварки черных металлов обычно применяется режим подогрева деталей. Температура обработки стали зависит от того, насколько материал склонен к тресканию и закатке.

Еще один этап обработки, на котором следует заострить внимание – обработка металлоизделия после сваривания. Такая обработка необходима, чтобы убрать напряжение, которое изделие получило во время сварки. Кроме того, обработка шва позволяет значительно повысить его свойства и характеристики, улучшить механические показатели.

Обработка в момент сварки также влияет на свойства самого сварного соединения, и необходима для получения качественного шва, который не потрескается и не разрушится.

В этой статье более детально остановимся на видах обработки металла для сварки и распишем режимы, при которых происходит нагревание конструкции и охлаждение.

Итак, отжиг сварных металлоконструкций. Этот вид обработки применяется для того, чтобы снять внутреннее напряжение в металле. По окончанию сварочных работ металлоизделие отправляют в специальную печь. Нагревание происходит постепенно. Температура зависит от типа металла. Так, средне- и низкоуглеродистые стали нагревают до температуры 600-680 градусов.

При такой температуре металлоизделие находится в печи на протяжении двух с половиной минут для каждого миллиметра толщины стали. То есть изделие из металла толщиной в три миллиметра будет держаться в печи с необходимой температурой около семи с половиной минут. Охлаждение металлоизделия происходит также постепенно совместно с печью.

Существует и такой подвид обработки, как полный отжиг. В этом случае температура нагрева будет достигать 820-930 градусов Цельсия. Металлоизделие также некоторое время держится в печи при такой температуре и потом медленно охлаждается вместе с печью. Отметим, что время, которое конструкция находится в разогретой печи, определяется по принципу, описанному не много ранее.

Однако, время держания металлоизделия в печи не может быть меньше получаса. А скорость охлаждения конструкции составляет порядка 50-75 градусов в час. Металлоизделие должно охладиться до температуры не ниже трехсот градусов Цельсия. После этого процесс охлаждения продолжается в естественных условиях.

Для чего необходим полный отжиг? Этот вид обработки способствует так же, как и обычный отжиг, снятию напряжения внутри конструкции, а, кроме того, влияет на собственно структуру стали: то есть металл, из которого изготовлено изделие, приобретает мелкозернистость и пластичность.

Следующий вид – нормализация. От предыдущего вида отличается тем, что охлаждение металлоизделия происходит значительно быстрее. Нагрев конструкции осуществляется до 900 градусов. Остывает же разогретое изделие на воздухе. Такой способ обработки также влияет на мелкозернистость шва и зоны вокруг него, кроме того делает его более твердым и прочным.

Для сталей расположенных к трещинам и закалке используют отпуск. Температура нагрева может достигать 700 градусов. Время выдержки такое же, как при отжиге. Охлаждение происходит в печи.

Режимы отжига и отпуска для разных металлов определяются техническими условиями термообработки. Нагревают изделия либо в печах, либо в специальных ямах и горнах. Также допустимо применение индукторов.

Методы нагрева швов

Сварочные швы и соединения могут нагреваться несколькими способами. Среди наиболее распространенных можно выделить специальные гибкие нагревательные изделия, муфельные печи, индукционные и газопламенные приспособления.

Метод нагрева шва выбирается исходя из возможности установки дополнительного оборудования, доступа к трубам, диаметра детали и прочих субъективных факторов. Проще говоря, выбор метода нагрева не регламентируется нормами и правилами. Самое главное — нагревательные приспособления должны беспрепятственно монтироваться на деталь, весить немного и осуществлять равномерный нагрев, без перепадов температур. Такая обработка называется локальной или местной.

Локальная термообработка с помощью гибких нагревательных элементов — это самый простой и недорогой способ обработки шва. Ранее такие нагреватели выпускал , сейчас этим занимается «Корпорация Монтажспецстрой». Такие элементы легко подстраиваются под диаметр трубы и их монтаж не вызывает трудностей.

Также используются муфельные печи. Они вполне эффективны при работе с трубами небольшого диаметра. Но здесь есть один нюанс: чтобы прогрев был равномерным нужно устанавливать печь так, чтобы ее ось вращения не совпадала с геометрической осью.

Предлагаем ознакомиться: Новые технологии в строительстве бани

Индукционные приспособления также довольно распространены. Они недорогие и эффективные. Широко применяются при нагреве швов как раз на трубах. В качестве нагревательного элемента здесь выступают многожильные медные кабели, которые охлаждаются с помощью воздуха. При нагреве шва труб нужно оставить небольшой зазор между самой трубой и кабелями.

Газопламенный метод нагрева предполагает использование многопламенных газовых горелок. Принцип работы такой специальной горелки ничем не отличается от обычной бытовой зажигалки, разве что каналов выхода пламени в десять раз больше. Здесь пламя образуется при сгорании кислорода и горючего газа. Газопламенный метод хорош в труднодоступных местах, но может занимать больше времени.

Технология термообработки

Термообработка сварных швов трубопроводов начинается с того, что шов изолируют с помощью теплоизоляционного материала. Например, при применении газопламенной горелки шов обматывается слоем листового асбеста толщиной 2-3 сантиметра. Только затем происходит монтаж самой горелки. Тот же принцип и при сварке индукционными приспособлениями или нагревательными элементами.

Чтобы сварные швы не теряли тепло изоляционные материалы должны быть прочными и теплостойкими одновременно. При этом они должны иметь малый вес, легко изгибаться. В таблице ниже описаны основные теплоизоляционные материалы, применяемые при термообработке. Также указана из температурная область.

Обработка сварного шва доверяется только специалистам. Специалист проходит предварительное обучение и только после этого приступает к работе. При этом процессом должен руководить старший мастер. Специалист обязан не только правильно подобрать и установить нагревательное оборудование, но еще и проверить, насколько хорошо слесари подготовили металл.Термообработка сварных швов трубопроводов не начнется без тщательной подготовки.

После обработки можно осуществить термоотдых. Пусть деталь остынет. Затем производится шлифовка сварных швов болгаркой. Зачистка сварного шва после сварки необходима для удаления ненужных включений, образовавшихся при сварке. Например, шлака.

Выполняем зачистку сварочного шва после сварки

Сегодня сварка – это одна из наиболее популярных технологий соединения металлических конструкций, так как однородность материала на участках скрепления можно получить только при сваривании. Получаемые сварные швы обеспечивают надежное соединение отдельных элементов металлических конструкций, не пропускают влагу. Не малую роль для этого играет процедура зачистки сварных швов после сварки.

Зачистка сварных соединений – это обязательный этап после выполнения сварочных работ, который регламентируется ГОСТом 9.402-80. Для проведения работ данного типа могут использоваться разные технологии, по-разному влияющие на обрабатываемые металлические поверхности, к примеру, шлифование механическим способом, химическое протравливание, нейтрализация.

Читайте также: