Изотермический отжиг II рода применяют как правило для легированной стали. Стали нагревается вышет точки Ас3 на 50°С и быстро охлаждают до точки ниже А1 на 100°. Затем при последней температуре сталь изотермически выдерживают, и после выдержки быстро охлаждают на воздухе. Изотермический отжиг характеризуется быстротой операции.
Сфероидизирующий отжиг II рода применяют для перевода пластинчатой структуры перлита в зернистую.
Высокий отпуск при 650°С применяют для распада мартенсита (бейнита), коагуляции карбидов в троостите для снижения твердости стали. Легированные стали имеют неравновесную структуру при ускоренном охлаждении, которая выравнивается высоким отпуском. Для высоколегированных и низколегированных сталей высоким отпуском снижают твердость.
Нормализация стали происходит при нагреве стали на 50°С выше точки Ас3 для доэвтектоидной стали и точки Аст для зэвтектоидной стали. При нормализации выдержка кратковременная и охлаждение простое на воздухе. После нормализации происходит полная перекристаллизация стали, устраняется крупнозернистая структура. Нормализация может применяться вместо операций отпуска и закалки. Быстрое охлаждение на воздухе вызывает распад аустенитной структуры и повышает перлит. В результате по сравнению с отжигом на 15% возрастает прочность и твердость. Для горячекатенной стали по сравнению с отжигом уменьшается зрупкое разрушение и снижается порог хладноломкости.
Для низкоуглеродистых сталей нормализацией заменяют операции отжига, для среднеуглеродистых сталей нормализация вместе с высоким отжигом используется вместо закалки и высокого отпуска. При этом снижаются механические свойства стали, но повышается устойчивость к образованию трещин. Для высокоуглеродистых сталей нормализация устраняет цементитную сетку, возникающую при медленном охлаждении. Для легированных сталей нормализацией исправляются дефекты структуры с последующим высоким отпуском.
Закалка проводится при нагреве выше на 50°С точки Ас3 для доэвтектоидных сталей и Ас1 для заявтектоидных сталей и охлаждении со скоростью, превышающей критическую. Закалку выполняют в воде, для легированных сталей в масле. После закалки для снижения хрупкости необходим отпуск. Закалку проводят непрерывно в одной среде или в двух средах.
Нагрев в печах стали при операциях термической обработки выполняют в среде защитного газа во избежание процессов окисления и обезуглероживания стали. Защитным газом является в основном природный газ. Различают эндотермическую атмосеру (частичное сжигание природного газа) для нормализации и закалки конструкционных сталей; экзотермическую атмосферу (с полным сжиганием природного газа) богатую для нормализации, закалки, отжига легированных конструкционных сталей и бедную для нагрева низкоуглеродистых конструкционных сталей; диссоциированный аммиак для нагрева нержавеющих сталей; нагрев в вакууме для нержавеющих, жаропрочных сталей [17].
Отпуск является операцией нагрева закаленной стали ниже точки Ас1 и последующей выдержке и охлаждении для получения заданных механических свойств стали. Напряжения интенсивно снижаются при выдержке в течении около 30 мин при 650°С, через 90 мин достигается минимальная величина напряжений. Медленное охлаждение не вызывает роста остаточных напряжений. Легированные стали во избежание обратимой отпускной хрупкости охлаждают быстро.
Высокий отпуск при 650°С позволяет получить наилучшее соотношение прочности и вязкости [17]. Структура стали после высокого отпуска является сорбитом. Высокий отпуск совместно с закалкой является процессом, называемым улучшением.
Средний отпуск при 350-500°С дает структуру троостита, применяется для штампов (HRC 40…50).
Низкий отпуск при 250°С применяется для мартенсита для повышения прочности и вязкости без снижения твердости. При этом такая структура не выдерживает длительных динамических нагрузок [17] (HRC 58…63).
Отклонение от режима термообработки для высоколегированных сталей типа 12Х18Н10Т, хроммолибденованадиевых типа 12Х1МФ, содержащими карбидообразующие элементы, возможны трещины в сварном шве и околосварной зоне, охрупчивание шва, разупрочнение зоны, остаточные напряжения.
Отмена термической обработки в полевых условиях
Отмена термической обработки в полевых условиях возможна для случаев сварки разнородных сталей, труднодоступных сварных швов, отсутствия наличия необходимого оборудования.
Для возможности отмены термической обработки в зоне сварного шва конструктивно снижают концентраторы напряжений, сварные швы выполняют с отсутствием конструктивных концентраторов напряжений. Для свариваемых в полевых условиях сталей закладывают специальные требования, например, для низкоуглеродистых сталей повышают хладостойкость, для низколегированных сталей в околошовной зоне не допускают закаленных участков, для теплоустойчивых сталей повышают длительную пластичность свариваемых зон [20].
В технических условиях на изделие должно быть указано о возможности выполнения сварки в полевых условиях без термической обработки.
Применяются конструктивные решения по удалению выполнения разнородных сварных швов в полевых условиях. Например, для приварки аппарата из стали 09Г2С к трубе КП65, на аппарате возможно предусмотреть переход из материала трубы. В этом случае термообработка разнородного сварного шва будет выполнена на заводе, а в полевых условиях разнородный шов не выполняется.
По данным [20] повреждения сварных швов происходят в зоне концентрации напряжений перехода от усиления шва к основному металлу для разнотолщинных элементов и угловых швов, в зоне шлаковых включения, трещинах и непроварах в корне шва. Для устранения этого вварку штуцеров в трубы необходимо выполнять многослойным швом с неравнобоким катетом с постепенным переходом к поверхности привариваемой трубы.
По теории оболочек в зоне резкой смены геометрии возникает краевая задача, в результате чего напряжения в этой зоне увеличены, поэтому необходимо обеспечивать плавную геометрию сопряжения элементов.
Конструкция стыкового шва:
Конструкция углового шва:
В зоне максимальных концентраций напряжений сварной шов лучше выполнять высоко пластичным металлом с целью увеличения сопротивляемости шва повреждениям.
Напряжения в сварных швах снижаются после проведения гидравлических испытаний, подогрева, применения разгрузочных канавок [20]
Оборудование термической обработки
Источниками питания для термической обработки сварных швов аппаратов являются трансформаторы, выпрямители, преобразователи постоянного тока, то есть фактически сварочное оборудование. Источники питания работают непрерывно в течении режима обработки и неравномерно работать при нагреве.
Для нагрева газовым пламенем используют сварочные горелки, кольцевые многопламенные горелки, трубчатые горелки с факельным нагревом, установки для полной термической обработки аппаратов. Обычная газовая горелка работает на ацетилена-кислородной смеси, получаемой из баллона или из труб с ацетиленом и кислородом (при их наличии). Регулирование состава пламени осуществляется вручную.
В оснастке используются материалы из проволоки с высоким сопротивлением, керамические нагревательные пластины, горючие газы, теплоизоляция.
__
При местной термической обработке нагревается шов и около шовные зоны. Ширина зоны зависит от толщины стенки аппарата. Скорость нагрева контролируется во избежание трещин из-за неравномерного градиента температур в стенке. Для компенсации возникающих деформаций применяют компенсирующие приспособления в виде упоров и др.
Местная термическая обработка применяется в полевых условиях при сооружении аппарата на монтаже и в условиях завода нефтяного машиностроения при больших габаритах термообрабатываемого аппарата, например, колонна диаметром свыше 10 м.
Приведем схему индукционного нагрева корпуса реактора для местной термической обработки по данным [20]:
На схеме подводящие провода идут к преобразователю частоты.
Электротехническая часть проектируется для каждого конкретного случая.
Контроль качества сварных швов
Выбор методов и объема контроля сварных швов определяется из нормативной документации на сосуды и аппараты до 21МПа и до 130МПа. Тонкости контроля определяются заводскими специалистами.
В составе рабочей конструкторской документации разрабатывается чертеж «Контроль сварных соединений» отделом Главного конструктора, утверждаемый отделом Главного сварщика и отделом технического контроля.
На чертеже контроля сварных соединений изображается главный вид чертежа с буквенно-цифровым обозначением сварных швов. Затем эти обозначения сводятся в две таблицы. В первой приводятся нормативные документы для выполнение шва, во второй отмечаются методы контроля (при наличии соответствующего метода в строчке шва проставляется «+»). Перечень швов в первой таблице приводится в независимости от их указания на сборочных чертежах.
Такое оформление документации соответствует наличию технической культуры на заводе-изготовителе.
В ходе технологического процесса сварки контролируется:
– последовательность наложения швов,
– размеры накладываемых слоев шва и окончательные размеры шва,
– соблюдение технологического режима,
– наличие клейма на шве.
Дефекты сварки приводят к изменению плотности, электропроводности, магнитной проницаемости, упругости и других свойств. Неразрушающий контроль основан на измерении этих величин.
Методы классифицируется по ГОСТ 18353 на акустический, магнитный, оптический, приникающими веществами, радиационный и радиоволновый, электромагнитный.
1. К оптическим методам отнесится визуальный послойный контроль.
2. Капилярные методы основаны на проникновении жидкости в полости дефектов. Методом контролируют герметичность сварного шва. По этому (методу цветной дефектоскопии) методу наносят пенетрант (проникающую жидкость), затем проявитель и осматривают рисунок. По рисунку видно наличие или отсутствие дефектов в сварном шве.