Способы охлаждения при сварке

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Охлаждение — сварное соединение

Охлаждение сварных соединений до комнатных температур вызывает распад аустенита с получением в шве и околошовной зоне мартенситной структуры. Последующий отпуск ( в зависимости от состава стали и предварительной термической обработки, осуществляемой при температуре около 700 С) приводит к получению структуры с тонким сорбитом отпуска и хорошими свойствами. [2]

Скорость охлаждения сварных соединений после выдержки также оказывает большое влияние на качество термической обработки. Повыщение скорости охлаждения для сварных соединений труб из сталей перлитного класса может привести к возникновению больших температурных ( временных) напряжений. [3]

Большие скорости охлаждения сварных соединений при электродуговой сварке приводят к фиксации структур, соответствующих околосолпдусным температурам. Таким образом, металл сварного соединения находится в структурно неравновесном состоянии по отношению к рабочим температурам конструкции. Термическая обработка — аустенизация сварных соединений при 1050 — 1150 С или ниже часто сопровождается охлаждением на воздухе или же охлаждение производится с такими скоростями, которые также приводят к неравновесным структурам. Вследствие этого при эксплуатации ( температура более 350 — 400е С) развиваются диффузионные процессы и в стали появляются новые структурные составляющие ( явление термического старения), что может явиться причиной ухудшения пластических свойств металла, часто без увеличения прочности. [4]

Для обеспечения меньшей скорости охлаждения сварного соединения и поверхности нагретой трубы применяют теплоизолирующие пояса, которые изготовляют из асбеста и стекловолокна. В трассовых условиях наиболее целесообразны теплоизолирующие пояса, изготовленные из стекловолокна, которые обладают минимальной чувствительностью к увлажнению. [6]

Чтобы избежать трещин при охлаждении сварного соединения , необходимо использовать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение металла шва, обладающего большой деформационной способностью. Это может быть достигнуто, если наплавленный металл и металл шва будут в меньшей степени легированы, чем свариваемая сталь. [7]

Полагают, что повышением интенсивности охлаждения сварных соединений после высокотемпературного у — б-превращения можно существенно уменьшить размер зерна аустенита в результате полиморфного б — у-превращения при сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей, кристаллизирующихся из расплава с образованием б-феррита. [8]

Теория распространения тепла позволяет рассчитывать скорость охлаждения сварного соединения и длительность нагрева в зависимости от режима сварки. [9]

Теория распространения тепла позволяет рассчитывать скорость охлаждения сварного соединения , длительность нагрева в зависимости от режима сварки. [10]

Для того чтобы избежать трещин при охлаждении сварного соединения , необходимо использовать такие сварочные материалы, которые обеспечат получение металла шва, обладающего большой деформационной способностью. Это может быть достигнуто, если наплавленный металл и металл шва будут в меньшей степени легированы, чем свариваемая сталь. [12]

Появление черной окиси меди СиО возможно при охлаждении сварного соединения на воздухе. [13]

Как было указано, в процессе нагрева и охлаждения сварных соединений из разнородных сталей происходит изменение поля остаточных напряжений. В зоне сплавления перлитной стали с аустенитным швом, где напряжения скачкообразно меняют знак и где, следовательно, действуют высокие скалывающие напряжения, циклические температурные изменения могут приводить к появлению разрушений типа усталостных. При наличии в этой зоне местных ослаблений, вызванных развитием переходных прослоек диффузионного характера, неблагоприятное влияние остаточных напряжений может проявиться наиболее резко. Поэтому принятие мер для устранения указанных прослоек является непременным условием повышения работоспособности сварных соединений разнородных сталей и в первую очередь тех из них, которые работают в диапазоне температур выше 450 — 5 — 500 С при наличии большого количества температурных циклов. [14]

При этом часто оказывается недопустимым перед термической обработкой охлаждение сварных соединений до комнатных температур. [15]

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Скорость — охлаждение — сварное соединение

В процессе сварки таких сталей околошовная зона закаливается и теряет пластичность, что резко повышает вероятность возникновения холодных трещин. Иногда некоторые из таких сталей сваривают без предварительного подогрева, но применяют специальные технологические приемы, обеспечивающие снижение скорости охлаждения сварного соединения . К таким приемам относятся сварка способами горка, каскадом, блоками, короткими участками на максимальных режимах. [31]

Низколегированные низкоуглеродистые стали 12ГС, 14Г, 14Г2, 14ХГС, 15ХСНД, 15Г2Ф, 15Г2СФ, 15Г2АФ при сварке могут образовывать закалочные микроструктуры и перегрев металла шва и зоны термического влияния. Количество закаливающихся структур резко уменьшается, если сварка выполняется с относительно большой погонной энергией, необходимой для уменьшения скорости охлаждения сварного соединения . Однако снижение скорости охлаждения металла при сварке приводит к укрупнению зерен ( перегреву) металла шва и околошовного металла вследствие повышенного содержания углерода в этих сталях. Стали 15Г2Ф, 15Г2СФ и 15Г2АФ менее склонны к перегреву в околошовной зоне, так как они легированы ванадием и азотом. Поэтому сварка большинства указанных сталей ограничивается более узкими пределами тепловых режимов, чем сварка низкоуглеродистой стали. [32]

Противоречивое влияние стабилизирующей обработки при 800 — 900 С на изменение скорости ножевой коррозии у стали 12Х18Н10Т зависит от исходного состояния металла, уровня граничных сегрегации, времени термической обработки сварного соединения. Если скорости охлаждения сварного соединения при сварке были велики и на границах сохранились высокие концентрации кар-бидообразующих элементов, то следует ожидать при стабилизирующей обработке дальнейшего роста объема карбидных частиц на границах и увеличения скорости ножевой коррозии. Если скорости охлаждения сварного соединения были малы и граничные выделения карбидов обильны, то с помощью термической обработки при 800 — 900 С можно весьма быстро достичь второй стадии фазовых превращений на границах: коагуляции и коалесценсии карбидных частиц, сопровождающихся изменением их формы и увеличением разряженности в распределении. [33]

Появление горячих трещин возможно только при изготовлении конструкций из трудносваривающихся металлов или при серьезных нарушениях технологического процесса сборки и сварки. Известно, что при сварке на морозе опасность возникновения трещин возрастает. Это объясняется повышением скорости охлаждения сварного соединения , а также ростом скорости деформации. Одной из технологических мер предупреждения горячих трещин является подогрев изделия при сварке. Повышение температуры подогрева снижает скорость охлаждения сварного соединения и скорость пластических деформаций в металле шва. Подогрев до 300 — 400 С эффективно уменьшает опасность возникновения горячих трещин в металле шва. Дальнейшее увеличение температуры подогрева существенной пользы не приносит. [34]

Независимо от условий хранения сварочные электроды и флюсы непосредственно перед сваркой прокаливали по заданным режимам. Сварочные электроды рекомендуется хранить на рабочем месте в специальных пеналах типа термоса, которые не дают электродам остывать после прокаливания и увлажняться. Чтобы при понижении температуры воздуха скорость охлаждения сварного соединения не изменялась, при ручной дуговой сварке поворотных и неповоротных стыков труб в зимнее время необходим предварительный подогрев. Температура стыка во время его сварки должна быть не ниже значений, приведенных в табл. 9.9. По окончании сварки стыка нельзя сбрасывать плеть или нитку трубопровода в снег. Если во время сварки стыка ( корня щва) был вынужденный перерыв более 3 мин, а после сварки корня шва — — — более 5 мин, то до возобновления сварки необходимо поддерживать температуру торцов труб на уровне требуемой температуры предварительного подогрева. Предварительный подогрев обязателен зимой при правке вмятин на концах труб. В этом случае место правки нагревают до температуры 100 — 150 С, а правку выполняют безударными разжимными устройствами. При двухсторонней автоматической сварке под флюсом предварительный подогрев не нужен, однако при температуре ниже 5 С необходима просушка стыка путем нагрева его до 20 — 50 С. Имеются определенные особенности сборки стыков трубопроводов при отрицательных температурах. Прежде всего при температуре сварки — 40 С и ниже трубы под сварку следует собирать с максимальным зазором. [35]

При более низких температурах воздуха для компенсации тепловых потерь автоматическую сварку выполняют на повышенных режимах. Это мероприятие проводится для уменьшения скорости охлаждения сварного соединения за счет изменения энергии и получения нормального температурного режима для формирования сварного шва. [36]

Ослабление границ кристаллитов возникает при отпуске в результате сегрегации фосфора и его химических аналогов по этим границам и происходит по типу обратимой отпускной хрупкости, развитию которой способствует замедленное охлаждение сварных соединений. Обратимая отпускная хрупкость в основном развивается в диапазоне 400 — 550 С. Для снижения степени ослабления границ кристаллитов целесообразно увеличить скорость охлаждения сварных соединений в интервале 600 — 350 С. [37]

Однако эта методика не учитывает влияния химического состава основного и наплавленного металла на свойства и сопротивляемость образованию трещин. При определении режимов сварки для сталей, склонных к образованию трещин, необходимо проводить расчет с учетом скорости охлаждения сварного соединения . [38]

Холодные трещины образуются в корне контрольного шва и распространяются по шву или околошовной зоне. Трещины выявляют через 24 ч после сварки внешним осмотром поверхности шва, затем шов разрезают перпендикулярно к оси на темплеты для макрошлифов, по которым определяют размеры трещины в поперечном сечении шва. Степень разрушения определяют на поверхности сварного соединения, в корне шва и поперечном сечении как отношение суммарной длины разрушенного участка к общей длине контрольного шва. С, что позволяет уменьшать скорость охлаждения сварного соединения . [40]

С увеличением содержания водорода в сварном шве уменьшается также работа распространения трещины. Так, при концентрации водорода 1 0 см3 / 100 г для сварного соединения из стали 17Г1С при Woxa 4 0 С / с величина Арл — — 48 5 Дж / см2, а при увеличении скорости охлаждения до 8 0см3 / 100 г — снижается до 18 5 Дж / см2, т.е. примерно в 2 7 раза. Следует обратить внимание на изменение вида поверхности излома испытываемых образцов. Так, при [ Н ] 1 0 см3 / 100 г фрактограмма излома состоит на 90 — 95 % из волокнистой поверхности ( при Т 20 С), а при 8 0см3 / 100 г — на 30 — 40 %, что указывает на повышение критической температуры хрупкости. При достижении скоростью охлаждения сварного соединения величины 55 С / с работу Арл оказалось невозможно определить, т.к. на диаграмме статического изгиба наблюдался полный срыв. [41]

С увеличением содержания водорода в сварном шве уменьшается также работа распространения трещины. Так, при концентрации водорода 1 0 см3 / 100 г для сварного соединения из стали 17Г1С при WOXJi 4 0 С / с величина Арл, 48 5 Дж / см2, а при увеличении скорости охлаждения до 8 0 см3 / 100 г — снижается до 18 5 Дж / см2, т.е. примерно в 2 7 раза. Следует обратить внимание на изменение вида поверхности излома испытываемых образцов. Так, при [ Н ] 1 0 см3 / 100 г фрактограмма излома состоит на 90 — 95 % из волокнистой поверхности ( при Т — 20 С), а при 8 0см3 / 100 г — — на 30 — 40 %, что указывает на повышение критической температуры хрупкости. При достижении скоростью охлаждения сварного соединения величины 55 С / с работу Ар т оказалось невозможно определить, т.к. на диаграмме статического изгиба наблюдался полный срыв. [43]

Появление горячих трещин возможно только при изготовлении конструкций из трудносваривающихся металлов или при серьезных нарушениях технологического процесса сборки и сварки. Известно, что при сварке на морозе опасность возникновения трещин возрастает. Это объясняется повышением скорости охлаждения сварного соединения, а также ростом скорости деформации. Одной из технологических мер предупреждения горячих трещин является подогрев изделия при сварке. Повышение температуры подогрева снижает скорость охлаждения сварного соединения и скорость пластических деформаций в металле шва. Подогрев до 300 — 400 С эффективно уменьшает опасность возникновения горячих трещин в металле шва. Дальнейшее увеличение температуры подогрева существенной пользы не приносит. [44]

Очень большое значение для качества сварных соединений, выполненных при низких температурах, имеет предварительный подогрев основного металла. С помощью подогрева ведут борьбу с трещшгообразованпем, улучшают пластические свойства сварного соединения, а при сварке в жестком контуре улучшают состояние металла, снимая внутренние остаточные напряжения. Кроме этого, подогревая кромки детали перед сваркой в зимних условиях, попутно очищают этим соединяемые участки от снега, влаги и ржавчины, предупреждая возможность образования пор в металле шва. Режим подогрева зависит от окружающей температуры и марки стали. Иногда, особенно при сварке легированных сталей, применяют подогрев и после окончания сварки с целью снизить скорость охлаждения сварного соединения и улучшить его качество. [45]

Источник

Электросварка

Практика для мастеров-любителей. Блог Михаила Щербакова.

Охлаждать ли детали водой после сварки?

На протяжении всей своей деятельности в области обучения электросварке я получаю вопросы от своих читателей по поводу принудительного охлаждения деталей после сварки водой. Кроме того, я замечаю, что среди мастеров-любителей очень распространена эта привычка. Но правильно ли охлаждать сварочный шов водой? И как же нужно делать на самом деле? В этой статье раскрою эту темы подробно. Вообще, это тема большая и сложная, но я объясню всё буквально «на пальцах».

Как правильно охлаждать металл

Металлы обладают таким свойством, что их структура изменяется не только от температуры, но и от скорости остывания и нагревания. А одними из самых важных характеристик металла (а значит и сварного шва, и околошовной зоны, и сварного соединения в целом) являются пластичность и твёрдость. Собственно, это противоположные стороны одной характеристики — пластичный металл не обладает твёрдостью, а твёрдый, наоборот, не обладает пластичностью, и при дальнейшем повышении твёрдости становится хрупким.

В металлургии существуют различные термические циклы, обеспечивающие необходимые свойства металла. Нам же в них разбираться не нужно, но крайне важно усвоить, что, в сухом остатке, начальная температура металла, скорость и площадь его нагрева и скорость остывания существенно влияют на свойства металла, а значит и на характеристики сварного соединения.

(Я написал «скорость» нагрева и остывания, но на самом деле, правильнее было бы сказать «режим». Потому что во многих ситуациях применяется не равномерное нагревание и остывание, а целая технология. Например, нагрев до определённой температуры, выдержка на ней в течении какого-то времени, дальнейший нагрев в течение какого-то времени и т.д., и лишь после нескольких таких шагов — сварка. С остыванием может быть примерно такая же технология.)

Охлаждение сварочного шва

Возвращаясь к практической электросварке в бытовых условиях, важно знать, что принудительное охлаждение металла лишает его пластичности и делает более хрупким. Это приводит к тому, что в сварном соединении могут образоваться закалочные трещины. А даже если они не образуются вскоре после сварки, то такое сварное соединение будет выдерживать меньшую нагрузку, чем если бы оно остывало естественным способом. Трудно пересказывать сопромат бытовым языком, но общий смысл в том, что соединение, остывшее естественным способом, обладает большей пластичностью. Таким образом, при увеличении нагрузки, у такого соединения позже наступает точка необратимого разрушения. Соответственно, у соединения, охлажденного принудительно, точка необратимого разрушения наступает раньше.

Как я уже сказал выше, это сложная тема, которая уходит глубоко в вопросы металлургии и сопромата. Но основной вывод из всей статьи, что никогда и ни при каких обстоятельствах не следует охлаждать сварные швы в бытовых конструкциях принудительно!

А теперь, напишите, пожалуйста, в комментариях, понятна ли и полезна ли вам эта статья, и какой у вас опыт в этой области. Даже если я не отвечаю на каждый комментарий, все их читаю, и для меня действительно важно, чтобы мои статьи были для вас полезны. Пожалуйста, оставьте свой комментарий.

Понравилась статья? Тогда нажмите социальные кнопки:

Источник