Назад: 3.5.6. Термомеханическая правка сварных конструкций

3.5.7. Термическая обработка

Термическую обработку сварных конструкций проводят с целью восстановления (улучшения) механических свойств металла шва и околошовной зоны, а так же снижения уровня остаточных напряжений. Для стальных конструкций первая цель достигается применением нормализации, вторая – применением высокого отпуска. Иногда оба вида термообработки совмещают.

Снижение собственных напряжений происходит в результате их релаксации. Этот процесс, термически активируемый и его скорость зависит от температуры. К основным параметрам режима относятся: температура отпуска, максимальная температура нагрева, скорости нагрева и охлаждения, время выдержки конструкции при температуре отпуска. Температура отпуска сварных соединений низколегированных сталей составляет 580…680 °С, для аустенитных сталей – 850…1050 °С, для алюминиевых сплавов – 250…300 °С. На всех стадиях термической обработки необходимо стремиться обеспечить минимальный градиент температур по толщине стенки конструкции. С тем, чтобы обеспечить условия для более полного протекания процессов релаксации и исключить появление новой системы собственных напряжений при быстром охлаждении.

Различают термообработку с общим, местным и поэтапным нагревом конструкции (рис.3.57).

Рис.3.57. Схемы нагрева сварных конструкций при термической обработке с целью уменьшения остаточных напряжений

Первый является наиболее универсальным часто используемым. Он обеспечивает наилучшие результаты в борьбе с остаточными сварочными напряжениями применительно к любым типам конструкций, но он сопровождается большими затратами энергии и времени на его выполнение.

Второй более экономичен, но применим только для простых конструкций, в основном, для конструкций типа труб с кольцевыми швами. Ширину зоны нагрева необходимо выбирать так, чтобы обеспечить плавное изменение температуры за пределами шва и околошовной зоны. Не равномерный нагрев может привести к образованию новой системы остаточных напряжений.

Необходимо отметить, что термообработка сварных конструкций с целью снижения остаточных напряжений относится к числу затратных технологий и ее применение в каждом конкретном случае требует серьезного технико-экономического обоснования. Ее рекомендуется назначать в следующих случаях:

· когда возможно появление объемных остаточных напряжений (при толщине металла более 150 мм);

· когда возможно накопление деформаций в корне многослойного шва (число проходов n > 5…10, толщина металла d > 30-40 мм);

· для толстостенных рамных конструкций, когда механическая обработка конструкции может изменить распределение остаточных напряжений и повлиять на точность механической обработки;

· когда ожидают в период эксплуатации распад неустойчивых структурных составляющих и изменение точности базовых размеров;

· когда снижение остаточных напряжений не является основной целью и термическая обработка применяется для улучшения (восстановления) механических свойств металла.

Необходимо обратить внимание, что снижение остаточных напряжений в результате их релаксации при термической обработки, как правило, не устраняет остаточные сварочные деформации и если поставлена цель добиться снижения и напряжений и деформаций, то при термической обработке должны быть использованы специальные приемы.

Например, термическая обработка конструкции в закрепленном состоянии, когда перед термообработкой с помощью приспособлений конструкции придают желаемую форму и производят термообработку в закрепленном состоянии.

Этот прием был удачно использован на заводе "Атоммаш" при изготовлении корпуса парогенератора. Корпус состоит из обечайки днищ и патрубков (рис.3.58).

Рис.3.58. Искривление торца обечайки в результате сварки асимметрично расположенных патрубков и схема предотвращения сварочных деформаций

Патрубки располагались несимметрично по отношению к горизонтальной плоскости обечайки, в результате чего усадка швов между патрубками и обечайкой вызвала появление изгибающего момента. Его действие приводило к тому, что торцы обечайки, прошедшие механическую обработку, приобретали овальную форму. Это приводило к существенным затруднениям при совмещении кромок во время сборки обечайки и днища.

Для устранения искажения торцов обечайки был использован прием термической обработки обечайки с предварительно закрепленными торцами. Пред сваркой цилиндрическую форму торцов обечайки фиксировали с помощью клиньев и жесткой цилиндрической оправки, что позволило сохранить правильную форму торца после сварки. Если после сварки удалить клинья, то под действием остаточных сварочных напряжений произойдет изгиб стенки обечайки и ее торцы примут овальную форму. Очевидно, что перед удалением клиньев необходимо понизить уровень или снять полностью остаточные сварочные напряжения. В данном случае наиболее эффективным методом борьбы с остаточными напряжениями является термическая обработка – отпуск обечайки с торцами в закрепленном состоянии.

Рассмотренные в данном разделе методы борьбы с напряжениями и деформациями конструкции при сварке и примеры их практической реализации позволяют в большинстве случаев находить пути решения этой проблемы, но следует иметь в виду, что на стадии изготовления и тем более после сварки затраты на ее решения значительно выше, чем на стадии проектирования сварной конструкции и технологии ее изготовления.

В третьей главе рассмотрены основные операции технологического процесса изготовления сварных конструкций, общие характеристики их выполнения и применяемое оборудование. Обращено внимание на то, что качество выполнения операции сварки во многом зависит от качества выполнения других операций технологического цикла. Это означает, что при проектировании технологии изготовления сварной конструкции необходимо тщательно прорабатывать все операции в совокупности, не разделяя их на основные и второстепенные.

Специфика выполнение тех или иных операций и используемое при этом оборудование существенно зависит от конструктивных особенностей изделия, типа производства и условий изготовления (в условиях цеха, на монтаже, при ремонте). Поэтому при разработке конкретного технологического процесса изготовления рекомендуется ориентироваться на типовой технологический процесс.

Ниже, в последующих главах учебного пособия, будут рассмотрены примеры технологий изготовления для различных типов сварных конструкций.

Вопросы самопроверки

Далее: 4. СВАРНЫЕ БАЛКИ

4.1. Общие сведения