Режимы и виды термообработки.

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.  

Аппаратура и технология термической обработки

 

Для проведения эффективной термообработки сварных соединений промышленностью и строительными ведомствами изготовляется широкий ассортимент оборудования, в комплект которого входят нагревательное устройство, источники питания и посты (пульты) управления и контроля за технологией термообработки.

Нагревательные устройства, их конструкция и технология использования должны соответствовать методам нагрева.

В строительно-монтажных организациях применяют нагревательные устройства для местной термической обработки сварных соединений, к которым относятся гибкие электронагреватели сопротивления ГЭН (рис, 15.12, а) и комбинированные электронагреватели КЭН (15.12,6).

Электронагреватели ГЭН состоят из набора пальцевых нагревателей, заизолированных керамическими втулками, внутри которых проходят плоские спирали из нихромовой проволоки. Подогреватель состоит из большого количества таких пальцев, гирлянда которых шириной до 160 мм достаточно гибкая для обхвата труб и корпусов конструкций диаметром от 0,1 до 5—6 м.

Большая удельная мощность ГЭН, возможность использования для нагрева спирали обычных сварочных трансформаторов и преобразователей, а также простота обслуживания и ремонта и другие качества обеспечили широкое применение   этих   нагревателей.

Комбинированные электронагреватели КЭН состоят из гирлянды керамических изоляторов, внутри которых проходит пучок нихромовых проволок. Как видно из 15.12,6, эта гирлянда, питаемая от одного источника (мощного сварочного трансформатора), подогревает сварное соединение за счет электронагрева нихромовой проволоки, а также наведения индукционных токов нагрева, что обеспечивает общую температуру подогрева до 1000 °С. КЭН применяют при строительстве тепловых электростанций для термической обработки стыков труб диаметром до 1620 мм.

Индукционные электроподогреватели представляют собой индукторы-соленоиды, выполненные из медной трубки или проволоки. Используют индукторы с воздушным и водяным охлаждением (15.13). При воздушном охлаждении медный неизолированный провод сечением 120—240 мм2 (при частоте 50 Гц) наматывают в один слой с зазором 15—20 мм на изделие, предварительно обмотанное теплоизоляцией. Применяют конструкцию из охлаждаемой водой латунной или медной гибкой гофрированной трубки, по наружной поверхности которой навит многожильный медный кабель, покрытый сверху гибкой асбестовой изоляцией.

Газопламенные нагреватели представляют собой горелки (многопламенные, кольцевые, трубчатые с факельным устройством и др.), в которых в качестве горючего используются ацетилен, пропан, природный газ с добавлением кислорода или воздуха.

Для полной термообработки шаровых резервуаров и других корпусных конструкций используют специальные теплогенераторные установки с мощными факельными горелками, термообрабатывающими всю конструкцию.

Для термохимического нагрева применяют устройства, изготовленные из экзотермических смесей, в виде гибкого шнура, охватывающего стык с двух сторон, или в виде пакетов и ковриков, закрепляемых на стыке металлическими полосами. При сгорании они обеспечивают нагрев до высокого отпуска  (800°С).

Источниками питания электрических нагревателей служат в основном сварочные трансформаторы, мощность которых подбирается в зависимости от величины изделия. При необходимости используют сдвоенные трансформаторы для параллельного питания нагревателей. Для индукционного нагрева кроме токов промышленной частоты, на которых работают сварочные трансформаторы, используются высокочастотные токи от машинных преобразователей повышенной частоты на 2450, 2960 и 8000 Гц и от тиристорных преобразователей на 2400 Гц.

Для термической обработки сварных соединений труб и корпусов различных аппаратов, газгольдеров и емкостей с помощью перечисленных нагревателей и источников питания комплектуются установки (посты), имеющие ручное управление процессом, ручное дистанционное управление и программное управление-Установки с дистанционным и программным управлением могут обслуживать одновременно термообработку нескольких сварных соединений. Посты для газопламенной термообработки комплектуются горелками, коллекторами для газовых баллонов или емкостями с горючим.

Рабочие-термисты, обслуживающие установки для термообработки, должны пройти обучение и получить удостоверение на право производства работ по термообработке сварных соединений на имеющемся оборудовании. Работающие с электроподогревателями сопротивления или индукционными аппаратами должны иметь группу по электробезопасности не ниже II, а электромонтажники, монтирующие эти аппараты, и руководители работ — группу не ниже III.

Для контроля температур при термообработке применяют термоэлектрические пирометры, специальные термометры, приборы, регистрирующие температуру и время (самопишущие автоматические потенциометры), термоиндикаторные карандаши и краски.

После   окончания   термообработки   проверяют   ее качество путем замеров твердости наружной поверхности сварных соединений или испытанием контрольных соединений, а в необходимых случаях — испытанием образцов, вырезанных из конструкции.