Раздел 5 Термическая обработка

Тема 5.1 Назначение и виды термической обработки

Термическая обработка преследует две основные цели:

1. снятие сварочных напряжений;

2. улучшение структуры металла.

Снятие остаточных напряжений происходит за счет снижения прочностных свойств металла при нагреве.

Улучшение структур достигается путем устранения хрупких закаленных участков и обеспечения однородной структуры в сварном шве и зоне термического влияния.

В результате снижается опасность образования трещин, повышается пластичность, ударная вязкость и эксплуатационная прочность изделий.

При производстве аппаратуры различают два вида термической обработки: предварительную и последующую.

Предварительная термическая обработка (подогрев) выполняется до начала сварки, во время сварки и после сварки в процессе охлаждения шва и зоны термического влияния.

Последующая термическая обработка выполняется через определенный промежуток времени после прекращения процесса сварки. Этот промежуток времени называется временем залеживания.

Предварительная термическая обработка

Предварительная термическая обработка преследует следующие цели:

1. Снижение скорости охлаждения. Это способствует образованию благоприятных структур.

2. В результате подогрева повышается деформационная способность металла и одновременно снижается величина сварочных напряжений.

Предварительная термическая обработка отличается дешевизной, имеет характер местной термической обработки и выполняется при температуре не выше 400С. Подогреву подвергают непосредственно сварной шов и прилегающую к нему область, где имеют место напряжения и закалочные, неоднородные структурные образования.

Нагревательные устройства для местной термической обработки (газовые печи, печи сопротивления и устройства для индукционного нагрева) зависят от вида применяемого топлива.

Газовые печи состоят из кольцевой горелки и кожуха. Устройство печей весьма простое, работают на местном топливе.

Многопламенные газовые горелки применяются для обработки плоских поверхностей и продольных швов.

Электрические печи сопротивления работают на постоянном и переменном токе, для их питания используются сварочные генераторы и трансформаторы.

Устройство индукционного нагрева с применением токов высокой частоты имеет универсальное применение при термической обработке продольных и поперечных швов аппаратов, стыков труб независимо от габаритных размеров деталей и аппаратов.

Последующая термическая обработка

Аппараты и их элементы, изготовленные из углеродистых и низколегированных сталей с применением сварки, штамповки, гибки, подлежат обязательной термообработке, если:

1 толщина цилиндрической или конической части, днища или патрубка аппарата в месте их сварного соединения более 36 мм;

2 толщина стенки цилиндрических или конических элементов аппарата, изготовленных из листовой стали гибкой, превышает величину, вычисленную по формуле:

s = 0,009(D + 1200),

где D - минимальный внутренний диаметр, мм;

3 они предназначены для эксплуатации в средах, вызывающих коррозионное растрескивание;

4 днища аппарата независимо от их толщины, изготовленные холодной штамповкой.

Последующая термическая обработка применяется двух разновидностей:

1. Отпуск или отжиг.

2. Термическая обработка с фазовой перекристаллизацией.

Последующая термическая обработка отличается большой энергоемкостью, трудозатратами, но очень эффективно влияет на улучшение структуры металла, снятие сварочных напряжений, удаление водорода.

Степень снижения сварочных напряжений зависит, в первую очередь, от температуры нагрева, но немаловажное значение имеет также время выдержки. Последнее зависит от толщины стали и уменьшается с повышением температуры. Наиболее ходовые температуры нагрева углеродистой стали 600-650С.

Для уменьшения напряжений обязательной термической обработке подвергают сварные аппараты из углеродистой и низколегированной стали, толщина стенки которой превосходит 33 мм.

Особенностью термической обработки с фазовой перекристаллизацией является нагрев выше температуры фазовых превращений и медленное охлаждение для достижения структурного равновесия. Восстанавливается исходная структура стали во всех зонах сварного соединения. Ее применяют для аппаратов из сталей, склонных к закалке на воздухе, для которых подогрев не является достаточным для подавления структур закалки. Для общей объемной термической обработки применяются стационарные печи для загрузки аппарата целиком или по частям. Размер подвижного пода печи 4000х2700х4000 мм с максимальным весом загрузки до 125 тонн.

5.1.1 Проковка

Проковка представляет собой разновидность обработки давлением. Применяется при изготовлении аппаратуры, для снижения сварочных напряжений и предупреждения деформаций, когда исключена термическая обработка.

Функция операции - снижение напряжений - достигается пластической деформацией металла шва. Эффективность проковки по сравнению с отжигом значительно ниже. Поэтому проковку для снижения сварочных напряжений применяют при монтаже только для аппаратов больших размеров.

Более эффективного действия проковка достигает для предупреждения деформаций при сварке аппаратуры.

Проковка оказывает влияние на механические свойства металла шва, причем характер влияния определяется тепловым и механическим режимами процесса. Как правило, возрастает твердость.

Проковку осуществляют пневматическим молотком и зубилом с притупленной кромкой. Рекомендуемая скорость операции около 0,15 м/мин.

Контрольные вопросы

1 Каковы цели термической обработки?

2 Виды термической обработки?

3 Когда проводится предварительная и последующая термическая обработка?

4 Цели предварительной термической обработки?

5 Нагревательные устройства для проведения предварительной термической обработки?

6 Разновидности последующей термической обработки?

7 От чего зависит степень снижения сварочных напряжений при последующей термической обработке?

8 Особенности термической обработки с фазовой перекристаллизацией.

9 Назначение и область применения проковки.

Словарь терминов

Аппарат – изделие, состоящее из герметически закрытой емкости, имеющей внутренние устройства, предназначенные для осуществления физико-химических процессов.

Базовый диаметр – это даметр, размер которого сохраняется постоянным при изменении толщины стенки аппарата.

Взаимозаменяемостью называется свойство составной части изделия, обеспечивающее возможность ее применения вместо другой без дополнительной обработки с сохранением заданного качества изделия, в состав которого она входит.

Гидродинамические аппараты – это аппараты, предназначенные для реализации процессов перемешивания и разделения жидких и газовых сред и очистки продуктов от примесей.

Карта раскроя сборочной единицы (обечайки, корпуса, днища) представляет собой чертеж развертки на плоскости, который определяет количество и габаритные размеры листов-заготовок, расположение и протяженность продольных и поперечных швов.

Массообменные аппараты – это аппараты, в которых передача тепла происходит при непосредственном контакте сред. Нередко, одновременно с передачей тепла, в таких аппаратах происходят и химические реакции.

Операция – часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте определенным видом оборудования и количеством рабочих.

Переход – часть операции, установа или позиции, выполняемой на одном участке детали одним и тем же инструментом при постоянном режиме процесса.

Позиция – часть операции, выполняемая в различных местах детали или аппарата при одной установке.

Проковка представляет собой разновидность обработки давлением. Применяется при изготовлении аппаратуры, для снижения сварочных напряжений и предупреждения деформаций, когда исключена термическая обработка.

Производственный процесс – совокупность всех действий людей и орудий производства, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта выпускаемых изделий.

Проход – часть операции, если последняя выполняется в несколько приемов на одном участке детали или аппарата и не зависит от применяемого режима процесса.

Рабочее движение – наименьший элемент процесса.

Рабочий прием – малая часть операции, представляющая собой новое рабочее движение.

Разметкой называется операция, состоящая в нанесении на поверхность заготовки размерных точек и линий с учетом всех видов припусков.

Смещение кромок – это несовпадение серединных поверхностей или осевых линий стыкуемых элементов.

Сосуд – это работающая под давлением герметически закрытая емкость, предназначенная для ведения физико-химических процессов, а также для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворенных газов и жидкостей.

Тепловые аппараты – это аппараты, в которых тепловой поток проходит через стенку, разделяющую среды.

Технологическое оборудование – орудия производства, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещаются материалы или заготовки, средства воздействия на них и источники энергии, например, станки, прессы, печи, разметочные плиты, испытательные стенды и т. д.

Технологическая оснастка – орудия производства, добавляемые к технологическому оборудования для выполнения определенной части технологического процесса, например, штампы, приспособления, режущий инструмент, калибры, пресс-формы и т. д.

Технологический процесс – это часть производственного процесса, в результате которого изменяется форма или физические свойства заготовок или отдельные детали соединяются в сборочные единицы.

Точность – степень соответствия реальных объектов их идеальным прототипам. Количественным критерием точности служит погрешность.

Трубопроводы – устройства, по которым транспортируются жидкие, газообразные и сыпучие вещества.

Установ – часть операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок или сборочной единицы.

Химические аппараты – это аппараты, в которых происходят различные химические реакции.

Список литературы

1 Бакиев А.В. Технология аппаратостроения -Уфа.: 1995

2 Сосуды и аппараты стальные сварные. Технические требования. ОСТ 26 291-94

3 Никифоров А.Д., Беленький В.А., Поплавский Ю.В. Типовые технологические процессы изготовления аппаратов для химических производств -М.: Машиностроение, 1979

4 Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением – М. ПИО ОБТ, 2003

71