Термическая обработка сварных швов и соединений

Изделия из металла достаточно часто проходят процесс термообработки. Делается это из необходимости изменения некоторых физических свойств и структуры металла. К процессам высокотемпературной обработки металла относятся: закалка, нагрев, а также термообработка сварных швов. В статье мастер сварщик расскажет, как она проводится.

Для чего нужна термообработка

Зоны сварного соединения:

• 1 — сварного шва;
• 2 — сплавления;
• 3 — термического влияния;
• 4 — основного металла.

Термообработка сварных соединений – это технологический процесс, позволяющий улучшить прочность шва и дополнительно защитить его от развития коррозионных процессов. При сваривании металлических заготовок в зоне соединения происходят, как позитивные, так и негативные процессы. В последнем случае:

• Неравномерно прогревается и охлаждается металл непосредственно в зоне сварки и около шовном пространстве;
• Изменяется структура кристаллической решетки свариваемых металлов;
• Увеличивается интенсивность химического взаимодействия металла с окружающей средой.

В результате таких процессов в области сварочного шва возникают механические напряжения, ведущие к его растрескиванию и быстрому разрушению, а в зоне соединения активно образуются очаги коррозии.

Термическая обработка сварочного шва направлена на его дополнительную защиту от коррозии, снижению вероятности появления трещин, улучшение механических характеристик металла, повышение его прочности и жаростойкости в зоне соединения. Термообработке может подвергаться, как сам сварочный шов, так и расположенная рядом с ним область. Метод термообработки состоит в нагреве места сварного соединения до установленной температуры. Затем изделие подвергается выдержке и охлаждается (принудительно или в естественных условиях).

Виды обработки

Термообработка может производиться разными способами в различных режимах. В зависимости от химического состава и геометрических размеров изделия используют следующие виды термообработки:

• Отжиг и стабилизация. Изделие нагревается до температуры 970°C , и эта температура поддерживается в течение полутора часов. Далее происходит естественное охлаждение. Метод получил широкое распространение при термообработке высоколегированных сталей.
• Термический отдых. Этот процесс предусматривает нагрев металла до 300°C  с последующей выдержкой при этой температуре. Идеальное время выдержки два часа. Кроме снятия напряжения, этот способ снижает количество растворенного водорода в металле шва. Такой метод более всего может пригодиться для обработки изделий с толстыми стенками, где другие методы применить сложно.
• Нормализация. Применяется при термической обработке труб малого диаметра. Такие трубы имеют тонкие стенки. В данном случае шов с участком трубы нагревают до 800°C и выдерживают около получаса. Таким образом, удается снять только часть напряжений, но это не главное. Главная цель этого вида обработки – придание металлу мелкозернистой однородной структуры.
• Высокий отпуск. Подходит для сталей перлитного класса. Время обработки выбирается в пределах нескольких часов. Температуру нагрева доводят до 600 – 700°C. Такая обработка решает множество проблем для низколегированных сталей. Остаточное напряжение снимается практически полностью, исчезает закалочная структура.
• Аустенизация. Самый высокотемпературный вид. Процессы идут при 1100°C  в течение 120 – 180 минут. Далее проходит естественное остывание на воздухе. Применяется, в основном, на высоколегированных сталях, придавая им высокую пластичность при незначительных остаточных напряжениях.

Процессы термообработки сварных соединений должны проходить в соответствии с требованиями ГОСТ Р 59023.5-2020. Технология позволяет существенно повысить прочность сварочных швов и надежность деталей, увеличить коррозионную стойкость металла в зоне соединения, а также качество монтажа и срок эксплуатации металлоизделия.

Как производится термообработка

В зависимости от задач, которые требуется решить в процессе термообработки сварных соединений, ее могут проводить на этапе:

• Подготовки, перед проведением сварки. Предварительная подготовка направлена на улучшение сварных качеств стали и ведется методом отжига или термического отпуска;
• Во время сварки – такой метод обработки также позволяет получить качественный сварной шов, избежать его растрескивания и разрушения;
• Послесварочная термообработка соединений проводится с целью убрать термические напряжения, возникшие в шве, повысить его прочностные показатели и механические свойства.

При выполнении термообработки сварного соединения стоит учесть следующие параметры:

• Ширина участка, который будет поддаваться обработке;
• Равномерность теплового воздействия на материал, как по толщине, так и по ширине;
• Длительность нагревания;
• Особенности охлаждения материала после проведения термообработки.

Выбор технологии проведения термической обработки сварных соединений напрямую зависит от физико-химических характеристик материала. Об этом свидетельствует марка стали. Сегодня существует три основных метода нагрева околошовного участка. Рассмотрим каждый из них:

• Гибкие нагревательные элементы. В качестве нагревательного элемента используются специальные нихромовые провода. Через них пропускается напряжение, что приводит к их нагреву;
• Индукционные нагреватели. На месте устанавливается специальный аппарат, который вырабатывает переменное напряжение высокой частоты. К нему подключается нагревательный элемент, в качестве которого используется гибкий провод. Его наматывают на сварочное соединение, которое предварительно окутывают теплоизоляционным асбестом. Эта технология используется для обработки горизонтальных и вертикальных швов;
• Газопламенное. Данный метод является самым дешевым. Для термообработки сварных участков используется ацетиленовая смесь и кислород. Метод используют для обработки материалов, толщина которых составляет не более 10 см. На горелку, заполненную горючей смесью, устанавливается мундштук, который имеет крупные отверстия. Чтобы обеспечить равномерную подачу тепла к обрабатываемой поверхности, на сопло надевают асбестовую воронку. Это позволяет распределить пламя на ширину в 25 см.

Техническая характеристика гибких медных индукторов:

Температурная область и кратность применения теплоизоляционных материалов:

В процессе термообработки необходимо тщательно следить за температурой нагрева. Для достижения этой цели используют специальные средства, такие как термокарандаш и термокраска. При достижении определенной температуры они резко меняют свой цвет. В зависимости от принципа действия, такие терморегуляторы бывают химическими и плавильными.

Результаты с указанием методов и режимов вносятся в контрольный журнал термообработки сварных соединений. Все работы по термической обработке сварных швов ведутся в соответствии с проектной документацией.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Дефекты сварных швов — виды, методы контроля и устранения