МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ
Виды термообработки
Термической обработкой (ТО) называют процессы теплового воздействия на конструкционные материалы с целью направленного изменения их структуры и свойств. ТО может быть промежуточной операцией, улучшающей технологические свойства металла при различных переделах (обработка давлением, резанием, сварка), и окончательной, придающей металлу или сварному соединению определенный уровень требуемых эксплуатационных характеристик (твердость, прочность, вязкость, износостойкость, коррозионная Cl ой кос гь и т. д.).
Процесс ТО можно характеризовать графиком в координатах «температура-время» (рис. 6.1) и описать с помощью параметров, главные из которых — максимальная температура нагрева Ттах, время выдержки tB, скорость нагрева VH и охлаждения Уохл — называются параметрами режима. Для сварных соединений параметрами режима ТО являются также ширина зоны нагрева и время перерыва между окончанием процесса сварки и началом ТО.
|
Рис. 6.1. Схематический график термообработки |
В зависимости от соотношения указанных выше параметров различают следующие основные виды термообработки: отжиг, закалка и отпуск (старение).
Основные сведения о сущности и назначении каждого из указанных видов ТО читателю известны из курсов «Технология консгрукционных материалов» и «Металловедение» В данной главе представлены основные разновидности названных выше видов ТО, которые нашли наиболее широкое применение в практике изготовления сварных конструкций: высокий отпуск, нормализация, улучшение (нормализация с последующим высоким отпуском), термический отдых, аустенизация и стабилизирующий отжиг. На рис. 6.2 графически представлены примерные этапы этих видов ТО в координатах «температура-время».
Высокий отпуск для сварных соединений, как правило, является самостоятельной технологической операцией, предназначенной для снижения уровня остаточных сварочных напряжений и улучшения структуры и свойств металла сварного соединения. Он применим не только для соединений из средне - и высокоуглеродистых и легированных сталей, но также и для низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Основное отли-
|
a |
|
Рис. 6.2. Графики режимов термообработки сварных соединений: a) низкоуглерсдистые и низколегированные стали, б) высоколегированные хромоникелевыс стали; 1 — термический отдых, 2 высокий отпуск, 3 нормализация, 4 — стабилизирующий отжиг, 5 — аустенизация |
чиє режимов отпуска сварных соединений от режимов отпуска основного металла заключается в необходимости более медленной скорости охлаждения после выдержки (Уохл < 300...400 "С/ч) до достижения температуры Т = 300 С Последующее охлаждение сварного соединения может проводиться на воздухе. К примеру, отпуск при Т — 550...600 °С в течение tB= 1...2 ч практически на 90% снимает остаточные напряжения в сварных соединениях.
Термический отдых (низкотемпературный отпуск) применяют, в основном, для толстостенных сварных конструкций из низкоуглеродистых и низколегирован
ных сталей, имеющих повышенную склонность к образованию трещин. Его назначение состоит в уменьшении содержания водорода в сварном соединении. Максимальная температура нагрева при такой обработке составляет Т = 250—300 °С. При этом большое значение для качества операции имеет время ее проведения.
Нормализация как разновидность полного отжига (Т = 900-950 °С, выдержка и охлаждение на воздухе) измельчает крупнозернистую структуру сварных соединений и повышает их вязкость. Применяется как местный, так и общий вид ТО для тонкостенных элементов конструкций, например, трубопроводов.
Улучшение (нормализация или закалка с последующим высоким отпуском) относится к полной ТО и используется для восстановления структуры и свойств металла, изменившихся в процессе сварки, и снижения уровня остаточных напряжений в сварных узлах из легированных и низкоуглеродистых сталей сложных конструкций
Аустенизация и стабилизирующий отжиг используются для сварных соединений из высоколегированных хромоникелевых сталей и сплавов.,При аустенизации (Т = = 1050—1100 С, выдержка 1—2 ч, охлаждение на воздухе) получают однородную структуру аустенита, улучшают его пластичность и снижают на 70—80% уровень остаточных напряжений в сварном соединении. При стабилизирующем отжиге (Т = 950-970 С, выдержка 2-3 ч, охлаждение на воздухе) на 70—80% снижается уровень остаточных напряжений и обеспечивается стабильность структуры соединения, противостоящей возникновению межкрис - таллитной коррозии.
В сварном соединении (шов + зона термического влияния) всегда присутствует тот или иной участок, прошедший под действием термического цикла одну из названных выше обработок (хотя и не полностью). В связи с
60
этим сварное соединение можно представить себе как «слоеный пирог», в котором каждый слой (участок) отличается «собственным» видом термообработки и, следовательно, свойствами. Это обстоятельство определяет трудности при назначении видов и режимов термообработки с целью выравнивания или улучшения свойств всего соединения.
