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
Содержание
- Основные способы обработки сварных соединений
- Термообработка
- Зачем нужна
- Особенности проведения
- Достоинства и недостатки
- Что подвергают обработке
- Параметры проведения процесса
- Используемое оборудование
- Виды термической обработки
- Контроль температуры
- Другие виды обработки
- Механическая
- Химическая
- Вам также могут быть интересны статьи:
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:
- Высокие требования к квалификации работников.
- Необратимость процессов. В случае несоблюдения графика термообработки сварных швов исправить брак практически невозможно.
- Требуется дорогостоящее и громоздкое оборудование
- Высокое энергопотребление, низкая экологичность.
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.
Пирометр
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.
Источник: