Технологические рекомендации по местной термообработке сварных соединений

При назначении местной термообработки следует обращать внимание на специфические особенности этого процесса - возможное возникновение новых собственных напряжений как при нагреве, так и при охлаждении, и возможное ухудшение свойств в зонах градиента температур от комнатной до температуры выдержки. Поэтому размеры нагреваемой зоны и режимы местной термической обработки должны приниматься с таким расчетом, чтобы максимальные остаточные напряжения, возникающие после термообработки, действовали вне сварного соединения и были невысокими по своему уровню.

Для сварных соединений материалов, чувствительных к градиенту нагрева, следует либо избегать местной термообработки, либо учитыватьвозможное ухудшение свойств, при оценке работоспособности конструкции в целом.

Основными параметрами технологического процесса являются:
– температура нагрева;

– скорость нагрева и охлаждения;

– время выдержки при заданной температуре.

Назначение температуры высокого отпуска:

Для снятия напряжений в сварных соединениях для малоуглеродистых сталей рекомендуется температура 580-650°С, при обеспечении перепада температур по сечению при выдержке не выше 50°С.

 Назначение времени выдержки:

Под продолжительностью выдержки понимается отрезок времени с момента достижения поверхности заданной температуры до начала охлаждения.

Время выдержки рекомендуется брать из расчета 2,5-3 мин. на 1 мм максимальной толщины стенки изделия, но не менее двух часов. Рациональнее назначать продолжительность выдержки по релаксационным кривым в зависимости от необходимого снижения остаточных напряжений согласно требованиям предъявляемым к сварной конструкции.

Назначение скорости нагрева:

Скорость нагрева назначается из условий недопущения пластических деформаций в процессе нагрева за пределами сварного шва и зоны термического влияния сварки. В любом случае она должна быть не более 150°С/ч.

 Назначение скорости охлаждения:

Скорость охлаждения регламентируется в области температур выше 350°С, когда материал имеет сравнительно низкий предел текучести и назначается аналогично скорости нагрева, но не должна превышать 100°С/ч. Ниже 350°С скорость охлаждения не регламентируется и изделие разрешается охладить под слоем изоляции.

Назначение зоны равномерного нагрева и общей зоны нагрева:

Температурное поле в радиальном направлении, т.е. распределение температуры по толщине стенки не контролируется, поскольку температурный перепад по толщине задается скоростью нагрева и обеспечивается наложением тепловой изоляции на обе поверхности изделия.

Температурное поле в осевом направлении задается двумя способами.

Если основной задачей местной термообработки является ликвидация охрупчивания сварного шва, а термические напряжения за пределами неопасны (материалы пластичны), то, следуя ОСТ 26-291-79, задается зона равномерного нагрева шириною в 2-3 толщины стенки в обе стороны от кольцевого шва. В пределах этой зоны поддерживается и контролируется заданная температура с точностью ±20°С. За пределами заданной зоны температура не контролируется. Для контроля зоны нагрева достаточно двух точек: в центре шва и на краю зоны; ширина теплоизоляции должна быть не менее длины нагревателей.

Оптимальным, с точки зрения остаточных напряжений после термообработки, считается температурное поле в виде плавной кривой, симметричной относительно шва, с заданной температурой Тн в центре шва плавно снижающейся до 0,8Тн на расстоянии 1,25 от центра шва и до 0,5Тн на расстоянии 2,5 от центра шва, где R - радиус шва изделия в мм, h - толщина стенки в мм.

Контроль температурного поля осуществляется по трем точкам1 в центре шва, на расстоянии 1,25 и 2,8 . Температура в центре шва и на расстоянии 1,25 должна соответствовать заданной с точностью ±25°С, а в точке на расстоянии 2,5 может быть на 50-100°С превышать заданную. Ширина теплоизоляции должна перекрывать зону нагрева и рекомендуется не менее 3 в каждую сторону от оси шва.

Сварные швы, подвергаемые термообработке, следует размещать в зоне изделия, где на расстоянии, равном не менее в каждую сторону от шва, нет штуцеров, люков или других выступающих на поверхности частей; кроме этого должен быть обеспечен доступ к этой зоне изнутри для размещения теплоизоляции.