Термообработкой называется тепловое воздействие на металл с целью направленного изменения его структуры и свойств.
Отжигом называют термообработку, направленную на получение в металлах равновесной структуры. Любой отжиг включает в себя нагрев до определенной температуры, выдержку при этой температуре и последующее медленное охлаждение. Цель отжига - уменьшить внутренние напряжения в металле, уменьшить прочностные свойства и увеличить пластичность. Отжиг делят на отжиг 1 рода и 2 рода. Отжиг 1 рода - это такой вид отжига, при котором не происходит структурных изменений, связанных с фазовыми превращениями. Отжиг 1 рода разделяют на группы: гомогенизация, рекристаллизационный отжиг, отжиг для снятия внутренних напряжений. Отжиг 2 рода - термообработка, направленная на получение равновесной структуры в металлах и сплавах, испытывающих фазовые превращения. При отжиге второго рода нагрев и последующее охлаждение может вызвать как частичную, так и полную замену исходной структуры. Отжиг второго рода может быть полным и неполным. Полный отжиг сопровождается полной перекристаллизацией. При неполном отжиге структурные превращения происходят не полностью, с частичным сохранением исходной фазы.
Закалка - это термообработка, направленная на получение в сплаве максимально неравновесной структуры и соответственно аномального уровня свойств. Любая закалка включает в себя нагрев до заданной температуры, выдержку и последующее быстрое резкое охлаждение. В зависимости от вида фазовых превращений, происходящих в сплаве при закалке, различают закалку с полиморфным превращением и закалку без полиморфного превращения.
Старение - это термообработка, которая проводится после закалки без полиморфного превращения, направленная на получение в сплаве более равновесной структуры и заданного уровня свойств. Если температура нормальная, то процесс распада называется естественным старением, а если температура повышенная, то - искусственным старением.
Отпуск - термообработка, направленная на уменьшение внутренних напряжений в сплавах после закалки с полиморфным превращением. Образование вторичных фаз после закалки с полиморфным превращением всегда опровождается резким увеличением внутренних. Чтобы получить необходимое соотношение прочности и пластичности, такой сплав после закалки подвергают дополнительной термообработке: отпуску. Нагрев вызывает уменьшение концентрации легирующих элементов в твердом растворе и выделение вторичных фаз.
Химико-термическая обработка - это одновременное воздействие на металл химической среды, тепла с целью направленного изменения состава и свойств поверхности детали. Различные виды ХТО направлены либо на повышение коррозионной стойкости, либо прочности и твердости, износостойких, антифрикционных свойств. Изменяя состав химической среды, можно в одних и тех же деталях получать различные свойства.
Термомеханическая обработка. Это сочетание пластической деформации, упрочняющей термообработки, причем образующийся в результате деформации наклеп сохраняется и влияет на фазовые превращения, происходящие при термообработке. Такое комплексное воздействие на металл позволяет получить уровень свойств в металле более высокий, чем можно получить после деформации или после термообработки в отдельности.
В процессе сооружения конструкций из металла выполняют различные процессы. Так, термообработка сварных швов проводится в процессе работы с металлами и их сплавами. Это позволяет изменить их свойства и структуру. Для термоооброботки сварных соединений используют определенный инструмент, в зависимости от выбранного метода. Зачищенный металл поддается обработке.
Основные способы обработки сварных швов
Зачистка сварных швов после сварки проводится тремя методами:
§ Термическая обработка. С помощью этого метода устраняют остаточное напряжение в металле, которое возникает в результате проведения сварки. Термическая обработка сварного шва проводится по местной и общей технологии. В первом случае речь идет о нагреве с дальнейшим охлаждением только сварного соединения. Что же касается общей термообработки, то здесь выполняется прогрев непосредственно всей детали. Этот метод зачастую используют для небольших конструкций.
§ Механическая обработка. Суть данного метода заключается в устранении с соединения и прилегающих участков остатков шлаков. Также в процессе обработки производится проверка стыка на прочность. Так, классическим вариантом является зачистка сварных швов с помощью определенных инструментов или постукивание шва. К проверке соединения относятся очень внимательно, так как от этого будет зависеть срок эксплуатации конструкции. Если в результате постукивания возникли трещины, то конструкция отбраковывается, так как прочность соединения нарушено. Что касается остатков шлака, если не выполнить его удаление, то в дальнейшем это приведет к возникновению коррозии участка. Для этого проводится шлифовка сварных швов.
§ Химическая обработка. При таком методе выполняется нанесение на соединение защитного покрытия. Это позволяет предотвратить коррозию металла в процессе эксплуатации конструкции. Самым доступным вариантом является использование грунтовочного лакокрасочного вещества.
При выборе метода обработки сварных швов стоит учесть множество факторов. Прежде всего, это касается рациональности способа в том или ином случае. Большое значение имеет и цель использования конструкции. К некоторым изделиям и соединительным швам предъявляются повышенные требования по прочности и надежности.
Термообработка
Зачастую термообработку сварных стыков используют в процессе сооружения трубопроводных магистралей. Для их создания применяют трубы, которые имеют большой внутренний диаметр и значительную толщину стенок. Это обеспечит прочность и надежность системы в процессе эксплуатации. Но, это создает новую проблему – тяжело провести качественное стыкование труб, которые имеют такие геометрические характеристики.
В процессе сварки происходит нагрев небольшого участка изделия. В результате это приводит к возникновению ряда физических процессов, которые неблагоприятно сказываются на эксплуатации конструкции.
Сама же термообработка сварных соединений проводится в несколько этапов:
§ Подготовка изделий к сварке. От того, насколько качественно будет выполнена эта работа, зависит прочность соединения.
§ Термообработка места соединения изделий при сваривании.
§ Обработка швов после сварки.
Термическая обработка нужна для того, чтобы улучшить сварные свойства металлических конструкций. Но, прежде всего, изделия и швы поддают отжигу и высокому отпуску.
Зачем нужна?
Сварка производится под воздействием электрической дуги, а также присадочного материала с электрода. При этом температура составляет 1500-5000С. В результате такого нагрева на толстом металле возникают различные негативные явления, которые стоит рассмотреть более тщательно:
§ В месте соединения сварного и присадочного материала возникает большой перегрев. В результате повышается кристаллизация металла, который имеет крупную структуру. Это значительно понижает его пластичность. Также в процессе нагрева происходит выгорание марганца и кремния. Участок металлического изделия стает жестким и теряет свои первозданные технические характеристики.
§ Вблизи шва находится зона закалки, она также испытывает нагрев. Конечно, на нее действует меньшая температура, чем в среде непосредственного соединения присадочного и основного материала. В результате этого в металле происходит закалывание определенных элементов. Участок теряет свою первоначальную пластичность и становится более твердым. Также изменяются показатели материала по ударной вязкости.
§ Зона разупрочнения расположена на удаленном расстоянии от места непосредственной сварки металлических изделий. Она поддается воздействию умеренной температуры, которую излучает электронная дуга. Благодаря непродолжительности этого процесса материал сохраняет свою пластичность. Но, что касается прочности, то она несколько понижается.
В результате проведения сварки металла на металл действует остаточное напряжение, которое может привести к деформации. Это может вызвать некоторые сложности при монтаже объемных конструкций. Особенно это касается мест, где будут устанавливаться новые узлы.
Опасность остаточного напряжения заключается в том, что в дальнейшем оно может вызвать образование трещин. В особенности это касается места сварки. Это недопустимо, так как в дальнейшем это приведет к разрушению соединения.
Ситуация ухудшается, когда в процессе эксплуатации конструкции на место сварки действуют высокие температуры. Это приводит к снижению стойкости металла к коррозийным процессам и цикличной прочности. Это касается и способности металла противостоять хрупкости, которая возникает под действием низких температур.
Особенности проведения
Термическая обработка сварных соединений проводится под высокой температурой, значение которой составляет от 700 до 1000С. Благодаря этому можно устранить последствия неравномерного нагрева, которое проводилось во время дуговой сварки. Особенно это касается металлических изделий, которые имеют значительную толщину. В результате обработки шву придают структуру, схожую с остальным материалом.
Термообработка сварных соединений проводится в три этапа:
1. Выполняется нагрев участка возле соединения. Для этого используется специальное оборудование, о котором мы поговорим позже.
2. Участок или все изделие выдерживается под определенной температурой на протяжении определенного времени.
3. На завершающем этапе выполняется планомерное охлаждение материала до нормальной температуры.
Благодаря такому процессу можно устранить остаточные явления после дуговой сварки, выровнять структуру металла, а также снять напряжение, которое часто является причиной его деформации. Процесс выполняется различными способами. Технология его проведения зависит от толщины и типа материала. Обработка проводится не всегда, но есть случаи, когда она просто необходима.