книги из ГПНТБ / Антикайн, П. А. Надежность металла паровых котлов и трубопроводов

д е ф о р м а ц ию около 1%, или из-за сильного изменения механических свойств, то возможна либо их замена, ли­ бо восстановительная термическая обработка. Часто экономически выгоднее провести нормализацию или нор­ мализацию с отпуском перлитных паропроводных труб. При этом происходит восстановление структуры и меха­ нических свойств, легирующие элементы возвращаются в твердый раствор в феррите и трубы могут эксплуати­ роваться в дальнейшем как новые.

Н е следует забывать о контроле сварных соединений и металла элементов паровых котлов и паропроводов, работающих при температуре ниже 450°С. В этих эле­ ментах не наблюдается ползучесть и отсутствуют струк­ турные измерения. Н о в сварных соединениях в процес­ се эксплуатации могут развиваться трещины, а стенки труб утоняться от коррозии и эрозии потоком воды, ис­ текающей с большой скоростью.

Д л и т е л ь н а я безаварийная работа сварных соединений при температуре ниже 450 °С еще не является гарантией их надежной работы в дальнейшем . Поэтому в процессе эксплуатации лаборатория металлов станции или район­ ного энергетического управления д о л ж н ы осуществлять периодический контроль сварных соединений трубопро­ водов с н а р у ж н ы м диаметром более 100 мм. Контроль включает внешний осмотр и ультразвуковую дефектоско­ пию. Этот контроль при давлении 100 кгс/смг и выше производится в первый капитальный ремонт и через к а ж ­ дые 30—35 тыс. ч эксплуатации . Н а трубопроводах с дав ­

И З М Е Н Е Н ИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СТАЛИ В ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА

3-1. ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ СВАРКА

Сварку поверхностей нагрева трубопроводов в завод­ ских, монтажных и ремонтных условиях осуществляют электродуговым способом. Н а монтаже блоков 300 Мет и более широко применяют аргоно-дуговую сварку. Пр и ремонте труднодоступных стыков поверхностей нагрева иногда используют газовую сварку.

50

слой кристаллов, образовавшихся из жидкости с повышенной концен­ трацией примесей, захватывает эти примеси. За этим слоем распо­ ложен слой, содержание примесей в котором приблизительно равно среднему в жидком металле сварочной ванны. Третий слой примы­ кает к времешіоп прамице 'раздела между жидким и твердым метал­ лом, образующейся при перерыве кристаллизации. Из него примеси успевают продиффундировать в жидкий металл. В слое, примыкаю­

определяются его химическим составом и структурой. Механические свойства сварного шва зависят в большей степени от первичной кристаллической структуры, полу­

ностью, так как металл с такой структурой обладает вы­ сокой прочностью и пластичностью.

Если при остывании сварного шва происходит ин­ тенсивный встречный рост дендрптов, оттесняющих

легко разрушается . П р а в и л ь н ы м выбором формы раз ­ делки кромок и режима сварки стремятся обеспечить такой характер кристаллизации, при котором плоскость

са неметаллические включения удаляются в корку шла­

53

Сернистые включения образуются в основном за счет серы, переходящей в металл шва из электродных по­

щие повышенный процент серы, склонны к образованию сквозных свищей. Сульфиды ж е л е з а в наплавленном металле сварного шва имеют небольшие размеры .

В сварных швах можно обнаружить небольшие уса­ дочные и газовые раковины с относительно гладкой по­

скопления. Источником газов являются реакции, проис­ ходящие в металле, и газы, растворившиеся в металле при высоких температурах н выделяющиеся при остыва­ нии. Образование газовых раковин может быть вызвано повышенной влажностью электродных покрытий и флю­ сов, окисленной поверхностью свариваемых кромок, при­ менением присадочной проволоки с окисленной поверх­ ностью и т. д.

Сварные стыки паропроводов, кольцевые стыки ба­ рабанов паровых котлов, сварные швы, крепящие до­ нышки к коллекторам, выполняют в несколько слоев. При наложении каждого последующего слоя располо­

нагрев основного металла, вызывающий оплавление кро­ мок и перекристаллизацию металла в зоне теплового влияния сварки. Б о л ь ш а я часть тепла от источника на­ грева отводится в металл и очень небольшая часть рас­ сеивается в атмосферу. Рассмотрим строение однопро­ ходного сварного соединения (рис. 20).

Металл шва граничит с участком частичного оплавления. IIa упрощенной диаграмме состояния железо — углерод, расположенной на схеме справа, температурный интервал этого участка обозначен цифрами 1—2. На участке частичного оплавления происходит силь­ ный рост зерна. Здесь наблюдается большая химическая неоднород­ ность, так как часть зерна и пограничные участки соседних с ними зерен перешли в жидкое состояние и в жидкий металл устремились

54

углерод и іпримеси. После быстрого снижения теміпературы была зафиксирована химическая неоднородность, полученная щт на­ греве в интервале температур между ликвидусом и солндусом.

дении от температуры, значительно превышающей температуру пол­

с такой структурой обладает пониженной пластичностью и ударной

вызывает измельчение зерна. Участок нормализации отличается по­ вышенными механическими свойствами при комнатной температуре. Ширина его составляет от 0,2 до 4—5 мм.

На четвертом участке (4—5), где температура изменялась в ин­ тервале между линиями GS- и PS-диаграммы (рис. 20,а), происходит частичная перекристаллизация. В первую очередь превращение -охва­ тывает зерна перлита. Эти зерна и часть зерен феррита превратились при нагреве в аустенит. При последующем охлаждении остались неизмельченные зерна феррита, не претерпевшие превращения при на­

блюдать только в наклепанной стали. Вытянутые и раздробленные под влиянием пластической деформации зерна в интервале темпера­ тур от 450 до 723 °С стремятся перекристаллизоваться в равноосные зерна. В интервале температур 650—723 °С может произойти собира­ тельная рекристаллизация, приводящая к росту зерен. Участок ре­ кристаллизации сохраняет структуру. Ширина этого участка 0,1— 1,5 мм.

Шестой участок — участок синеломкости (6—7). На этом участке температура изменялась от 400 до 200 °С. В связи с развитием про­ цесса старения снижается пластичность стали; по границам зерен скапливаются нитриды и карбиды. Обычные металлографические ме­ тоды не позволяют обнаружить эти скопления. У сталей, не склон­ ных к старению, участок синеломкости отсутствует.

Нагрев стали ниже 200 °С не вызывает изменений структуры и свойств (рис. 20,г).

Участок металла, претерпевший изменения структу­ ры и свойств под воздействием термического цикла свар­ к и , — з о н а термического влияния сварки.

56

В сварных соединениях углеродистых и низколегиро­ ванных сталей в результате неодновременности перехо­ да жидкого металла сварочной ванны в твердое состоя­ ние и неравномерного нагрева околошовной зоны воз­

нию сварных стыков при сварке листовых заготовок д л я штамповки днищ, при сварке металлоконструкций кар­ касов и т. д. В сварных стыках остаточные напряжения могут вызывать образование холодных трещин.

Сварные соединения элементов котла и трубопрово­ дов с целью снятия остаточных напряжений, д л я повы­ шения пластичности и стабилизации структуры часто подвергают термической обработке. Сварные соединения перлитных и феррито-мартенситных сталей подвергают

ковые включения, горячие и холодные трещины, отступ­ ления поперечного сечения сварного шва от проектной формы, наплывы, подрезы и прожоги.

Контроль качества сварных соединений паровых кот­ лов и трубопроводов осуществляют внешним осмотром; механическими испытаниями образцов, вырезанных из контрольных пластин, из контрольных стыков труб или из самих изделий; просвечиванием рентгеновскими или гамма - лучами; ультразвуковой или цветной дефектоско­

размеров шва проекту, наличие подрезов, непроваров и

57

вом изделии ne допускаются. В сварном шве элементов, работающих под давлением, не должн о быть наплывов и подрезов, а такж е отступлений от формы и размеров, требуемых по чертежу. Не допускается пористая, нозд­ реватая поверхность металла шва, получающаяся при чрезмерном газовыделепни металла из-за плохого каче­

гамма - лучами можно опреде­ лить внутренние дефекты свар­ ных соединений: раковины, по­ ры, шлаковые включения, тре­ щины и пепровары.

ку, помещенную в кассете. При прохождении через деталь из-за поглощения металлом интенсивность потока гамма-лучей уменьшает­ ся. Интенсивность потока, прошедшего через дефект, выше, чем на соседних участках. Пленка засвечивается прошедшими лучами. В ме­ стах, где интенсивность потока больше, пленка почернеет сильнее. Дефекты на пленке получаются темными. Если сварной шов выпол­ нен хорошо п в металле шва нет никаких дефектов, то после просве­ чивания рентгеновскими лучами и обработки пленки на темном фоне получается светлая полоса; она соответствует металлу шва, так как толщина шва с усилением больше толщины стенок основного ме­ талла.

59