Термическая обработка сварных конструкций среднелегированных сталей. Термообработка сварных соединений из теплоустойчивых сталей. Свойства сварных соединений после термообработки

При сварке теплоустойчивых сталей, в той или иной степени восприимчивых к закалке, образование холодных трещин в сварных соединениях связано в основном с превращением аустенита в мартенсит и происходит в период, предшествующий термической обработке свариваемого изделия.

Сопутствующий сварке местный или общий подогрев является надежным средством предотвращения холодных трещин, так как уменьшает разницу температуры металла в зоне сварки и периферийных участках, что снижает уровень напряжений 1-го рода, вследствие чего пики этих напряжений в околошовной зоне сглаживаются.

Подогрев уменьшает скорость охлаждения металла в процессе термического цикла сварки, что предотвращает превращение аустенита в мартенсит, которое сопровождается резким увеличением объема металла, вызывающим появление напряжений 2-го и 3-го рода.

Наконец, повышение температуры металла при любом структурном состоянии увеличивает его пластичность, а, следовательно, и деформационную способность. Повышение пластичности сварного соединения имеет такое же важное значение для предотвращения образования холодных трещин, как и снижение уровня напряжений, поскольку образование трещин происходит в результате исчерпания деформационной способности металла под действием напряжений.

Поскольку перераспределение напряжений и структурные превращения могут иметь место и после окончания сварки, в ряде случаев необходимы дополнительные меры, предотвращающие образование холодных трещин в нетермообработанных сварных соединениях. К ним можно отнести выдержку сварных соединений при температуре подогрева еще в течение нескольких часов для завершения превращения остаточного аустенита и эвакуации водорода, а также поддержание сварных соединений при пов ыш енных температурах (150-200 °С) вплоть до их термической обработки. Эти меры используются иногда при сварке толстостенных изделий из мартенситных 12 %-ных хромистых сталей или перлитных Сг-Мо-У-вых сталей толщиной более 70 мм.

Сварные конструкции из теплоустойчивых сталей в основном не могут эксплуатироваться сразу после сварки и требуют термической обработки для снятия внутренних напряжений и выравнивания свойств металла в различных участках соединений. Исключение составляют сварные соединения из хромомолибденовых сталей (12ХМ, 15ХМ, 20ХМ-Л) при толщине менее 10мм и хромо-молибден-ванадиевых сталей (12Х1МФ, 15Х1М1Ф) при толщине менее 6 мм.

Общая термическая обработка сварных конструкций может быть осуществлена лишь в заводских условиях для таких изделий (сварные роторы, диафрагмы турбин, коллекторы котлов, отливки с заваренными дефектами), которые могут быть целиком помещены в термические печи. Поэтому иногда сварные соединения подвергают местной термической обработке.

Наиболее распространенным видом термической обработки сварных конструкций является общий и местный отпуск при температурах, близких к температуре отпуска свариваемых сталей.

Дуговая сварка теплоустойчивых сталей в соответствии с изложенными выше рекомендациями обеспечивает кратковременные свойства сварных соединений на уровне соответствующих свойств основного металла. Однако длительная прочность соединений обычно ниже, чем у свариваемой стали. Это объясняется разупрочнением металла в околошовной зоне вследствие дополнительного высокотемпературного отпуска и неполной перекристаллизации: отпуск стали - точка А_С3. Коэффициент теплоустойчивости сварных соединений (отношение длительной прочности сварного соединения к длительной прочности свариваемой стали) для сталей 20ХМФ и 15Х1М1Ф равен 0,7-0,9, а для структурно-стабильных сталей - мартенситной 15Х11В2МФ и мартенситно-ферритной 15Х11В2МФ - 0,85-0,95. Кроме того, последние характеризуются высокой пластичностью в процессе длительных испытаний на растяжение.

Ориентировочные режимы термической обработки аппаратов и их элементов из сталей марок 15, 20, 22К ВСт3, 16ГС, 09Г2С, 10ГС, 12ХМ, 15ХМ, 20Х2М