Термообработка (Термическая обработка металлов)

Термообработка (Термической обработкой)  называется совокупность операций нагрева метала, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутреннего строения и  структуры. Термическая обработка используется либо в качестве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств детали.

Термическая обработка сварных соединений состоит из нагрева их с определенной скоростью до нужной температуры, выдержки при этой температуре и охлаждения также с определенной скоростью. Различают следующие виды термической обработки: термический отдых; высокий отпуск; нормализация; аустенизация; стабилизирующий отжиг; улучшение, заключающееся в нормализации с последующим высоким отпуском. 

Наиболее часто в строительстве применяют высокий отпуск для углеродистых и легированных сталей с целью снижения сварочных напряжений и улучшения структуры. При этом обязательна небольшая скорость охлаждения после выдержки (300—400°С/ч) в интервале от температуры выдержки до 300 °С, после чего охлаждение на спокойном воздухе. Значительно реже применяют другие виды термообработки.

Нормализацию применяют главным образом для сварных соединений труб из легированной стали диаметром до 100 мм и небольшой толщины. Она заключается в нагреве при более высокой температуре, чем при высоком отпуске (для низколегированных сталей до 900—950 °С), выдерживании несколько минут и охлаждении в условиях утепления и предупреждения от сквозняков.
Термический отдых применяют для сварных соединений из низколегированной стали, имеющую склонность к образованию трещин вследствие выделения растворенного водорода, диффундирующего из шва в зону термического влияния. Нагрев производят до 250—300 °С и выдерживают несколько часов.

Аустенизацию применяют для получения в сварных соединениях из хромоиикелевых нержавеющих сталей однородной структуры аустенита, улучшения механических свойств (пластичности) и снижения сварочных остаточных напряжений на 70—80 %.

Стабилизирующий отжиг применяют для тех же сталей с целью снижения сварочных напряжений на 70—80%, обеспечения стабильной структуры и предупреждения появления коррозионных трещин. Улучшение относится к полной термической обработке и производится в стационарных термических печах. Оно снижает остаточные сварочные напряжения и полностью восстанавливает структуру и свойства металла, изменившиеся от сварки.

Для термической обработки применяют несколько способов нагрева:

в стационарных термических печах;

радиационный (электросопротивлением и газопламенный), индукционный; термохимический  смешанный  (электросопротивлением и индукционный токами промышленной частоты).

Аппаратура и технология термической обработки

Для проведения эффективной термообработки сварных соединений промышленностью и строительными ведомствами изготовляется широкий ассортимент оборудования, в комплект которого входят нагревательное устройство, источники питания и посты (пульты) управления и контроля за технологией термообработки.

Нагревательные устройства, их конструкция и технология использования должны соответствовать методам нагрева.

В строительно-монтажных организациях применяют нагревательные устройства для местной термической обработки сварных соединений, к которым относятся гибкие электронагреватели сопротивления ГЭН

Электронагреватели ГЭН состоят из набора пальцевых нагревателей, заизолированных керамическими втулками, внутри которых проходят плоские спирали из нихромовой проволоки. Подогреватель состоит из большого количества таких пальцев, гирлянда которых шириной до 160 мм достаточно гибкая для обхвата труб и корпусов конструкций диаметром от 0,1 до 5—6 м.

Большая удельная мощность ГЭН, возможность использования для нагрева спирали обычных сварочных трансформаторов и преобразователей, а также простота обслуживания и ремонта и другие качества обеспечили широкое применение   этих   нагревателей.

Комбинированные электронагреватели КЭН состоят из гирлянды керамических изоляторов, внутри которых проходит пучок нихромовых проволок. Как видно из 15.12,6, эта гирлянда, питаемая от одного источника (мощного сварочного трансформатора), подогревает сварное соединение за счет электронагрева нихромовой проволоки, а также наведения индукционных токов нагрева, что обеспечивает общую температуру подогрева до 1000 °С. КЭН применяют при строительстве тепловых электростанций для термической обработки стыков труб диаметром до 1620 мм.

Индукционные электроподогреватели представляют собой индукторы-соленоиды, выполненные из медной трубки или проволоки. Используют индукторы с воздушным и водяным охлаждением . При воздушном охлаждении медный неизолированный провод сечением 120—240 мм2 (при частоте 50 Гц) наматывают в один слой с зазором 15—20 мм на изделие, предварительно обмотанное теплоизоляцией. Применяют конструкцию из охлаждаемой водой латунной или медной гибкой гофрированной трубки, по наружной поверхности которой навит многожильный медный кабель, покрытый сверху гибкой асбестовой изоляцией.

Газопламенные нагреватели представляют собой горелки (многопламенные, кольцевые, трубчатые с факельным устройством и др.), в которых в качестве горючего используются ацетилен, пропан, природный газ с добавлением кислорода или воздуха.

Для полной термообработки шаровых резервуаров и других корпусных конструкций используют специальные теплогенераторные установки с мощными факельными горелками, термообрабатывающими всю конструкцию.

Для термохимического нагрева применяют устройства, изготовленные из экзотермических смесей, в виде гибкого шнура, охватывающего стык с двух сторон, или в виде пакетов и ковриков, закрепляемых на стыке металлическими полосами. При сгорании они обеспечивают нагрев до высокого отпуска  (800°С).

Источниками питания электрических нагревателей служат в основном сварочные трансформаторы, мощность которых подбирается в зависимости от величины изделия. При необходимости используют сдвоенные трансформаторы для параллельного питания нагревателей. Для индукционного нагрева кроме токов промышленной частоты, на которых работают сварочные трансформаторы, используются высокочастотные токи от машинных преобразователей повышенной частоты на 2450, 2960 и 8000 Гц и от тиристорных преобразователей на 2400 Гц.

Для термической обработки сварных соединений труб и корпусов различных аппаратов, газгольдеров и емкостей с помощью перечисленных нагревателей и источников питания комплектуются установки (посты), имеющие ручное управление процессом, ручное дистанционное управление и программное управление-Установки с дистанционным и программным управлением могут обслуживать одновременно термообработку нескольких сварных соединений. Посты для газопламенной термообработки комплектуются горелками, коллекторами для газовых баллонов или емкостями с горючим.

Рабочие-термисты, обслуживающие установки для термообработки, должны пройти обучение и получить удостоверение на право производства работ по термообработке сварных соединений на имеющемся оборудовании. Работающие с электроподогревателями сопротивления или индукционными аппаратами должны иметь группу по электробезопасности не ниже II, а электромонтажники, монтирующие эти аппараты, и руководители работ — группу не ниже III.

Для контроля температур при термообработке применяют термоэлектрические пирометры, специальные термометры, приборы, регистрирующие температуру и время (самопишущие автоматические потенциометры), термоиндикаторные карандаши и краски.

После   окончания   термообработки   проверяют   ее качество путем замеров твердости наружной поверхности сварных соединений или испытанием контрольных соединений, а в необходимых случаях — испытанием образцов, вырезанных из конструкции.