Как избежать ошибок при термообработке сварных швов в процессе ремонта трубопроводов в цепочке действующего оборудования цехов

Метод пневматической проверки

Пневматический контроль герметичности выполняется с помощью сжатого воздуха. Он применяется для контроля сварных швов трубопроводов, которые работают под высоким давлением. Для этого изделие погружают в ванную с водой, после чего внутрь его подают сжатый воздух до тех пор, пока давление внутри изделия не будет превышать рабочее на 30-50%.

Если речь идет о крупногабаритном изделии, которое невозможно поместить в ванную с водой, то его покрывают специальным пенным раствором, после чего внутрь подается сжатый газ, который будет свидетельствовать о дефекте наличием на поверхности пузырьков. 

Суть и назначение процесса

Термообработка после сварки нужна для того чтобы улучшить ухудшившиеся характеристики материала при скреплении. К ним относятся:

1. Изменение параметров металла из-за перегрева. При использовании сварочного оборудования детали нагреваются до 5000 градусов. Появляются крупные зёрна металла, что приводит к ухудшению показателя пластичности.
2. Вокруг готового шва образуется место закалки. Эта область не устойчива для ударов.
3. Удалённые области обладают малым показателем прочности. Связано это с кратковременным сильным нагревом.

Тепловая обработка проводится при температуре до 1000 градусов по Цельсию. Состоит технологический процесс из трёх этапов:

1. С помощью специального оборудования происходит равномерный прогрев в области шва. Это изменяет механические свойства материала.
2. Сохранение рабочей температуры на определённый промежуток времени. Длительность зависит от того, насколько нужно изменить свойства и структуру материала.
3. Последним этапом является охлаждение. Температура должна опускаться равномерно, чтобы добиться повышения пластичности и ударной вязкости.

Термообработка после сварки позволяет снять остаточные напряжения, выровнять металлическую структуру, избавиться от крупных зёрен.

Виды обработки

В общем можно выделить несколько технологических приемов, по которым выполняется обработка сварных швов, при этом каждый из них преследует определенную цель:

Термическая обработка позволяет снять остаточные напряжения в металле, возникающие при выполнении сварочных работ. Она является одним из основных методов, применяемых при работе с различными сталями и металлами (начиная от чугуна, заканчиваю нержавейкой и высоколегированными сталями).
Специалисты выделяют два вида термической обработки сварного шва — местный (прогреву и охлаждению подвергается только сам шов) и общий (нагревается вся деталь).

Механическая обработка сварных швов после сварки позволяет удалить оставшийся шлак и убедиться в качестве соединения. Всем приходилось видеть, как исполнитель обстукивает шов молотком или выполняет его зачистку. Оставшийся шлак может стать причиной возникновения коррозионных процессов.

Нанесение различных защитных покрытий на сварочный шов так же помогает бороться с появлением коррозии

Простейшим способом является нанесение грунтующей краски, в качестве примера можно обратить внимание на металлоконструкции, на которых четко видно появление ржавчины в местах сварных соединений. Это говорит о том, что в этом случае не была выполнена качественная обработка шва после сварки.

Более подробно следует остановиться на термической обработке, позволяющей существенно повысить именно качество металла, формирующего сварочный шов.

Термическая обработка

Итак, вот что позволяет достичь термическая обработка сварных швов:

• Снижение остаточных напряжений, возникающих при выполнении сварочных работ.
• Улучшение структуры материала и самого шва, и околошовных зон.
• Улучшение физических и эксплуатационных свойств металла (устойчивость к коррозии, жаропрочность и многое другое).

При выполнении термической обработки выполняется нагрев сварного шва или всего изделия до определенной температуры и выдержка в таком состоянии определенный период времени. Охлаждение осуществляется тоже по определенной схеме. Чаще всего для нагрева применяется индукционное оборудование, но могут использоваться и другие технологические схемы, в том числе и комбинированные (муфельные печи, нагрев с применением газоплазменных установок, гибкие нагреватели сопротивления).

К основным видам термообработки сварных швов относят:

• Высокий отпуск — его принцип заключается в нагреве стали до 650-750 градусов (режим зависит от марки материала) и выдержке при такой температуре до 5 часов. Такая термообработка позволяет снять до 80% напряжений, повысить ударную вязкость, улучшить пластичность, снизить твердость металла.
• Для углеродистой, а также низколегированной стали применяется нормализация. Такая термообработка сварного шва заключается в нагреве до 950 градусов и выше, после чего осуществляется выдержка (нескольких минут) и охлаждении в условиях атмосферного воздуха. Данная процедура позволяет снизить размер зерна металла, формирующего сварной шов, снизить напряжения, повысить прочность соединения.
• Для выполнения закалки на аустенит (аустенизации) необходимо нагреть шов до температуры не менее 1075 градусов. В таком состоянии изделие выдерживается не менее часа, после чего осуществляется быстрое охлаждение. Данная технология применяется для аустенитовых сталей и позволяет увеличить пластичность сварного шва.
• Стабилизирующий отжиг отличается от аустенизации только температурой нагрева (970 градусов) и меньшим временем выдержки.

Выбор вида термической обработки сварного соединения должен основываться на химических и физических свойствах материала (марке стали).

Радиационный метод

Для контроля качества сварки используют радиационные методы и устройства. По сути это тот же рентгеновский аппарат, используемый в больницах, или прибор с источником гамма-излучения, приспособленный для облучения сварных соединений.

Он основан на способности этих лучей, проникать через любые материалы. Интенсивность проникновения зависит от вида исследуемых веществ. Благодаря этому на фотопленке, стоящей за исследуемым изделием, остается изображение, характеризующее состояние данного материала.

Все дефекты сварки в виде неоднородностей выявляются на пленке. Метод контроля очень точный, но дорогой и вредный для людей, требует подготовительных работ по установке защитных экранов и проведения организационных мероприятий.

Разработка механической обработки

Ручной метод механической зачистки шва сварки является самым обычным. Для этой цели вам необходимо иметь только обыденную железную щетку. Увы легче и эффективнее зачищать поверхности с помощью специальной шлифовальной машинки, оборудованной абразивным кругом (специальной шлифовальной насадкой).

Механическая зачистка сварного шва после сварки позволяет устранять с металла последующие недостатки: заусеницы, окислы, окалины, следы побежалости. Посреди сварщиков данная методика пользуется особенной популярностью благодаря собственной дешевизне.

Однако чтоб работа была выполнена отменно, принципиально верно подобрать шлифовальную насадку.

Для зачистки сварочных соединений изделий из стали материалом желательно подходит цирконат алюминия, потому что он превосходит по своим прочностным чертам оксид алюминия, не подвергает металл коррозирующему воздействию.

Виды термообработки

Тепловое воздействие на сварочное соединение и прилегающую зону может выполняться по разной технологии для достижения определенных целей. Вот основные процессы и их влияние на изделие:

• Термический отдых. Трубопровод подвергают нагреву до 300 градусов с удержание этой температуры до 120 минут. Это действие способствует снижению содержания водорода в шве, и частичному снятию остаточного напряжения. Метод применяется на особо толстостенных изделиях, где невозможно выполнить другие техники термообработки.
• Высокий отпуск. Трубу и сварной шов нагревают до температуры 600-700 градусов. Выдержка происходит в течении 1-3 часов в зависимости от толщины стенки. Вследствие чего остаточное напряжение снижается до 90%. В низколегированных сталях разрушается закалочная структура, а карбиды становятся крупнее. Это приводит к повышению пластичности и ударной вязкости. Чаще всего этот вид термообработки применяют на сталях перлитного класса.
• Нормализация. Шов и трубу нагревают до 800 градусов, но на короткое время (выдержка от 20 до 40 минут). Это частично убирает напряжение в металле, но главным образом придает однородность и мелкозернистую структуру, что улучшает механические свойства. Такая технология используется на тонкостенных трубах небольшого диаметра.
• Аустенизация. Разогрев материала до 1100 градусов с длительным удержанием температуры (около двух часов) и последующим остыванием на воздухе. Реализуется на высоколегированных сталях для снижения остаточного напряжения и повышения пластичности.
• Стабилизирующий отжиг. Трубопровод с наложенным швом разогревают до 970 градусов с выдержкой до 180 минут. Охлаждение выполняется естественным образом на воздухе. Метод предупреждает возникновение межкристаллической коррозии на высоколегированных сталях.

Применение термообработки на трубопроводах из различных металлов значительно продлевает их срок эксплуатации

Для успешного использования метода важно правильно подбирать температуру, время выдержки и способ нагрева

Механическая обработка

Зачистка сварных швов после сварки механическим путем выполняется с применением разных устройств, самым простым из которых является проволочная щетка. Есть и другие способы, позволяющие не только в разы упростить задачу, но еще гораздо качественнее зачищать стыки. Например, с помощью болгарки со специальной лепестковой насадкой или абразивного круга, или шлифовального портативного устройства.

Хоть с первого взгляда зачистка сварочных швов кажется довольно простой, существуют некоторые правила, от знания и соблюдения которых напрямую зависит качество и эффективность работ:

• когда зачистка сварных швов после сварки болгаркой проводится, то при выборе шлифовального круга нужно учитывать материал, из которого он изготовлен. В данном случае лучше использовать круг из цирконата алюминия;
• лепестки круга выбирать следует на тканевой основе. Хоть стоимость таких приспособлений выше, но она вполне оправдана конечным результатом и окупается за счет меньшего расхода шлифовальных кругов;
• размер абразивного зерна имеет значение и выбирать его нужно с учетом поставленных задач. Нередко зачистка сварного шва выполняется несколькими насадками с разными размерами зерен. Крупнозернистые используют для устранения крупных окалин, а для финишной проходки потребуется насадка с самыми мелкими зернами. Менять их нужно в определенной последовательности от большего размера к меньшему;
• если предстоит зачистка сварного шва после сварки в местах с ограниченным доступом, например, в отверстиях, кромках или полостях, то здесь нужно применять борфрезы. Это специальные приспособления разных форм и размеров, которые устанавливаются в шлифовальную машину.

Механическим способом очень часто проводится обработка сварных швов автомобиля, устраняются образовавшиеся на соединительных спаях шлаки, окалины, оксидная пленка, заусенцы, брызги застывшего металла и другие дефекты, влияющие на качество и прочность стыка.

Когда предстоит покраска сварных швов после сварки, то обязательным этапом перед нанесением лакокрасочных средств считается ликвидация изъянов механическим путем.

Ключевые преимущества

При производстве деталей для продолжительной эксплуатации термообработка является обязательным этапом.

Популярность технологии обусловлена ее следующими преимуществами:

1. Улучшение устойчивости к износу металлической заготовки.
2. Увеличение срока эксплуатации готовых изделий и снижение количества брака.
3. Повышение коррозийной стойкости.

Обработанные конструкции справляются с большими нагрузками, а срок их службы увеличивается в несколько раз.

Чередование циклов подогрева и охлаждения положительно сказывается на твердости, износостойкости и ударной вязкости. Также подобная процедура позволяет вносить структурные изменения в поверхностном слое или оказывать воздействие на часть заготовки.

Оборудование для проведения работ дешевле, чем установки механообрабатывающих и литейных предприятий.

Механическая чистка

Важным этапом сварки является не только выполнение подготовительных работ, но и правильная зачистка сварных швов. Данный процесс обязателен и закреплен в соответствующем ГОСТе.

Условные обозначения сварных швов.

Итак, как зачистить сварное соединение? Самым простым способом очистки сварочного шва является простая чистка с помощью металлической щетки. Тем не менее использование портативного шлифовального станка или простой болгарки с шлифовальным кругом для зачистки будет более эффективным.

Такой простой способ обработки позволит избавиться от самых распространенных дефектов, к которым относятся окалины, окислы, следы побежалости, заусенцы. В результате стык обрабатываемой детали получится более качественным.

По соотношению «цена – качество» эта технология относится к наиболее выгодным способам подготовки кромок перед сваркой и после нее. В связи с этим нет ничего удивительного в том, что большинство мастеров используют именно этот метод.

Выбирая шлифовальный круг, чтобы зачистить шов после сварки, важно учитывать некоторые нюансы, в противном случае не стоит ожидать хорошего результата обработки. Следует отдавать предпочтение насадкам с лепестками на тканевой основе

Она отличается более высокой износостойкостью по сравнению с бумажными вариантами, что необходимо в таком агрессивном виде работ, как шлифование сварочных соединений.

Лучшим материалом для обработки нержавейки после сварки является цирконат алюминия. Он отличается достаточно высокой прочностью и не оказывает коррозирующее влияние на металл.

Следует иметь в виду, что насадки на тканевой основе с данным покрытием отличаются высокой стоимостью. Тем не менее в данном случае лучше не экономить, ведь с правильным инструментом работа будет выполняться легче, а конечный результат будет качественнее.

https://www.youtube.com/watch?v=mZnkrJ7_W_U

Виды термообработки

Термообработка сварных соединений может проводиться несколькими способами. К наиболее эффективным относятся:

1. Нагревание деталей до сваривания. Применяется при работе с низкоуглеродистыми сталями. Сварщик нагревает рабочие поверхности до 200 градусов. После сваривания конструкция должна остыть при комнатной температуре.
2. Отпуск металла. Подразумевает под собой нагрев деталей до критических температур. Заготовки выдерживаются в таком режиме до 5 часов. Затем материал медленно охлаждается.
3. Термический отдых. Заготовки разогреваются до 300 градусов. При такой температуре они выдерживается до трех часов. Постепенно остаточные нагрузки исчезают, шов становится прочнее.
4. Нормализация. Проводится для уменьшения крупных зёрен структуры материала, увеличения показателей прочности.
5. Аустенизация. Перед сваркой детали разогревают до 1100 градусов. Выдержка при такой температуре составляет 90 минут. Процесс охлаждения происходит на свежем воздухе. Механические свойства улучшаются, остаточное напряжение исчезает.
6. Стабилизирующий отжиг. Готовый шов нагревают до 800 градусов. На протяжении трех часов температура поддерживается на одном уровне. Снижается риск образования ржавчины.

Метод термической обработки зависит от используемого материала.

Применение нагревательных элементов

Как выбирать шовный герметик

Герметики должны создать надежную гидроизоляцию, и качественно защищать поверхность от образования коррозии

Выбирая средства, следует обратить внимание на наличие следующих свойств:

• Долгий срок службы;
• Эластичность слоя, детали в авто обычно подвергаются вибрационному воздействию, поэтому слой должен эластично растягиваться, чтобы не изменить свою структуру;
• Высокий уровень сцепляемости, чтобы сцепление с основанием было надежным и прочным;
• Устойчивость к пагубным факторам окружающей среды;
• Допустимость окрашивания слоя.

Средства, созданные согласно ГОСТ отличаются хорошим качеством.

Герметики должны создать надежную гидроизоляцию, и качественно защищать поверхность от образования коррозии.

Термическая обработка

Применяется в тех случаях, когда требуется зачистить остаточные напряжения внутренней части. Термообработка необходима в сваривании тонкостенных металлических конструкций. Суть процедуры сводится к тому, что готовая конструкция нагревается до определенной температуры, после чего охлаждается по определенному температурному графику.

Все работы производятся в три этапа. Изначально прогревается шов и рабочая поверхность вокруг него. Он должен выдерживаться нагретым в течение небольшого отрезка времени (второй этап), после чего остыть естественным путем (третий, заключительный, этап). Благодаря таким простым манипуляциям восстанавливается прочность и пластичность металла в районе сварочного шва.

Технология термической обработки имеет существенный недостаток. Если не удалось выполнить все манипуляции в точности с температурным графиком, то исправить ситуацию очень сложно. Простых решений нет. Потребуется дорогостоящая аппаратура и услуги профессионала, который имеет опыт подобной работы.

Контролировать соблюдение температурного режима можно разными способами. Наиболее распространенными являются измерения с помощью пирометра. Можно использовать тепловизор — специальное устройство, измеряющее температуру объекта на расстоянии. Менее эффективны методы контроля при помощи термокраски или термокарандаша, которые меняют свой оттенок в зависимости от температуры металла. Для их использования требуются практические навыки.

Виды шовных герметиков

Герметизация участков должна осуществляться качественным и предназначенным для выбранной области составом. Поэтому выбор герметика должен делаться правильно, чтобы покрытие было надежным, следует разбираться в различиях популярных типов составов.

Герметизация участков должна осуществляться качественным и предназначенным для выбранной области составом.

Силиконовые

Их относят к хорошему варианту для домашнего использования, из-за удобства их нанесения. Являются быстросохнущими, обрабатывают швы для сварки прочно и на долгий период создают защиту.

Силиконовый слой абсолютно не пропускает воду, выдерживает смену температурных показателей. Если влажность воздуха повышенная, то отверждение пройдет за 10-15 минут.

Их относят к хорошему варианту для домашнего использования, из-за удобства их нанесения.

Акриловые

Растворы на основе акрила отличаются высоким уровнем адгезии, однако вибрационное воздействие может привести к нарушению целостности, так как эластичное свойство является среднем по уровню.

Поэтому оптимально их использовать для пористого основания, стабильных узлов и шовных зон. Покраска слоя допустима.

Растворы на основе акрила отличаются высоким уровнем адгезии, однако вибрационное воздействие может привести к нарушению целостности.

Полиуретановые

В название данного типа вложен основной компонент состава, полиуретан. Считается одним из востребованных видов, в продаже представлено много подобных вариантов. Есть формы, которые напыляются, для распределения кистью, в виде пасты. Отмечают следующие особенности:

• Простота использования;
• Не растекаются, даже если наносят на вертикальную основу;
• Высокая степень гибкого, эластичного, термоустойчивого, влагоустойчивого свойства;
• Способны выдержать повышенные механические нагрузки.

Высокая степень гибкого, эластичного, термоустойчивого, влагоустойчивого свойства.

Битумные

Внешне представляют собой пасту темного оттенка. Создаются с добавлением битума, модифицирующих веществ и наполнителей для увеличения быстроты сцепляемости. Выделяются не обязательностью тщательной подготовки основания, применимы для любых оснований. Выдерживают повышенную влажность и действие воды.

Выделяются не обязательностью тщательной подготовки основания, применимы для любых оснований.

Области применения оборудования для зачистки сварного шва CLINOX

• оборудование пищевой промышленности;
• мебель из нержавеющей стали;
• упаковочное производство;
• барная и ресторанная мебель;
• кухни в столовых, ресторанах (кроме вытяжек из AISI 430);
• отделка пищевых ёмкостей
• контейнеры для вина и масла;
• система труб для пищевой промышленности;
• электрические панели из нержавеющей стали;
• кондиционирование воздуха и теплопроводные каналы;
• автоматические распылители;
• внутренняя финишная отделка лодок и яхт;
• водоочистные сооружения;
• глушители для автомобилей и мотоциклов;
• фильтры из нержавеющей стали для фармацевтической промышленности;
• фармацевтические заводы (сооружения);
• холодильные камеры;
• комплектующие из нержавеющей стали для грузовиков.

В чем необходимость обработки?

Сварка влияет на скрепляемые металлические конструкции, больше, чем кажется. В этот момент у деталей появляется большое внутреннее напряжение. А из-за него те могут деформироваться и становиться более хрупкими, что приводит к быстрому разрушению.

Также сварка влияет на химические, физические и механические свойства металлов, так как неравномерный нагрев деталей в процессе скрепления приводит к нарушению кристаллической решетки материала.

Чтобы вернуть деталям потерянные свойства, делается обработка в местах скрепления. Зачистка помогает не только укрепить конструкцию, увеличить ее пластичность, но также защитить сварные швы от коррозии и ржавчины.

Технология и методы алитирования

Диффузионное алитирование проходит при температуре от 700 до 1100 градусов Цельсия. Оптимальные режимы обработки выбираются в зависимости от особенностей обрабатываемого материала. Выделяют несколько наиболее распространенных технологий химико-термического воздействия:

Алитирование в порошкообразных смесях проводится использовании металлических ящиков. Заготовка помещается в твердый карбюризатор. При этом приготовленная смесь может использоваться многократно, что делает данную технологию экономически выгодной. Температура алитирования стали в данном случае выдерживается в пределе от 950 до 1050 градусов Цельсия, процесс занимает от 6 до 12 часов. Максимальная глубина проникновения алюминия составляет 0,5 миллиметров. Используемый состав представлен алюминиевой пудрой, порошка и определенных добавок. Добавки представлены окисью алюминия и молотой глиной, а также хлористыми разновидностями аммония и алюминия. В некоторых случаях процедура затягивается до 30 часов, что делает ее экономически не выгодной. Данный метод применим в случае сложной конфигурации детали, так как изменение поверхностного этапа проводится поэтапно. Изменение состава поверхностного слоя порошкообразной смесью – самый дорогой метод из всех применяемых.
Алитирование напылением проводится в случае, если нужно сократить время проведения данной операции. Данная технология алитирования определяет воздействие относительно невысокой температуры, около 750 градусов Цельсия, требуется порядком одного часа для проникновения алюминия на глубину 0,3 миллиметра. Достоинства данного метода заключается в быстроте исполнения, но нельзя его использовать для получения износостойких ответственных деталей, так как поверхностная пленка очень тонкая. Поверхностное насыщение стали рекомендуют проводить при массовом производстве. Прочность сцепления напыляемого слоя в этом случае невысокая, составляет 0,2-2 кг/мм 2 . Также особенности данной технологии определяют высокую пористость структуры.
Металлизация с последующим обжигом проводится при нагреве детали до температуры 900-950 градусов Цельсия, длительность нагрева составляет 2-4 часа. Данный метод существенно уступает предыдущему, так как получаемый слой имеет толщину не более 0,2-0,4 миллиметров, а расходы повышаются по причине существенного увеличения времени нагрева. Однако его часто применяют в случае, когда нужно получить деталь с прочной и твердой поверхностью, которая будет подвергаться существенным нагрузкам. Это связано с тем, что проводимый отжиг позволяет снизить показатель хрупкости, повысив прочность.
Алитирование в вакууме предусматривает нанесение покрытия путем испарения алюминия с его последующим осаждением на поверхности изделия. Толщина получаемого покрытия незначительно, но вот достигаемое качество одно из самых высоких. Для нагрева среды проводится установка специальных печей, которые способны раскалить подающийся состав до температуры 1400 градусов Цельсия. Высокое качество покрытия достигается за счет равномерного распределения алюминия по всей поверхности. Технология в данном случае предусматривает предварительный нагрев поверхности до температуры от 175 до 370 градусов Цельсия. Следует уделять много внимания предварительной подготовке детали, так как даже незначительная оксидная пленка становится причиной существенного снижения качества сцепления поверхностного и внутреннего состава. Высокая стоимость процесса и его сложность определяют применимость только при производстве ответственных деталей.
Алитирование методом погружения пользуется большой популярностью по причине того, что покрытие наносится в течение 15 минут. При этом оказывается относительно невысокая температура: от 600 до 800 градусов Цельсия. Кроме этого данный метод один из самых доступных в плане стоимости. Суть процедуры заключается в погружении заготовки в жидкий алюминий, нагретый до высокой температуры. При этом получается слой толщиной от 0,02 до 0,1 миллиметра

Особое внимание уделяется подготовке среды, в которой будет проводится процесс изменения химического состава поверхностного слоя.

Микроструктура вставки, алитированной по оптимальному режиму

Есть и другие методы внесения алюминия, которые позволяют изменить основные эксплуатационные качества заготовок.

Наиболее распространенным дефектами называют нарушения однородности структуры, появления зоны коррозионного поражения, отклонение требуемого химического состава и так далее.

Долговечность изделия в зависимости от толщины алитированного слоя

Итог

Чтобы понять, как правильно зачищать сварочные швы, необходимо ознакомиться с ГОСТом, в котором подробно описана технология обработки соединений. Выделяют два основных метода, позволяющих очистить сварочный шов: механическая обработка и химическая.

В первом случае металл, например нержавейку, подвергают шлифованию, а также полировке. Во втором случае используют технологию травления и пассивации. Для травления нержавеющей стали после сварки применяют специальные растворы. Чаще всего указанные методы комбинируют, чтобы достичь наиболее качественного результата.