Главная → Статьи

Технология термической обработки

На результаты термической обработки особое влияние оказывают общая ширина нагреваемого участка, скорость нагрева до температуры выдержки, время выдержки, скорость охлаждения, равномерность распределения температуры по толщине нагреваемого изделия и ширине нагреваемого участка.

При термической обработке стыков трубопроводов нагреваемая зона представляет собой кольцевой участок трубы необходимой ширины со швом посередине. Минимальная ширина нагреваемой зоны при толщине стенки трубы менее 20 мм равна четырем толщинам стенки плюс ширина усиления шва, но не менее 70 мм; при толщине стенки более 20 мм минимальная ширина зоны 100 мм. От ширины зоны нагрева зависит уровень остаточных напряжений. Отдавать предпочтение следует более широкой зоне нагрева.

Равномерность нагрева зависит от способа нагрева, размеров нагревателя и теплоизоляции, работы источников питания, соблюдения режима обработки. В процессе нагрева в интервале температур от 20 до 550 °С градиент температуры должен составлять 0,5 °С на 1 мм толщины металла. При более высоких температурах скорость нагрева повышается и в зависимости от класса стали может составлять 100 °С/ч, 100 °С/с и более. Перерывы в нагреве не допускаются. При вынужденных перерывах (отключение электроэнергии, выход из строя оборудования) нагревающее устройство необходимо оставлять на стыке. При термической обработке нагрев осуществляют жесткими или гибкими нагревателями, которые должны иметь достаточную мощность, определенные размеры, быть удобными в эксплуатации.

В монтажных условиях в настоящее время наиболь-ще распространение получили гибкие пальцевые нагреватели. Число нагревателей берут в зависимости от толщины стенки изделия. Для нагрева металла толщиной до 12 мм требуется один нагреватель, при увеличении толщины на каждые 12 мм прибавляется по одному нагревателю. При необходимости можно увеличить или уменьшить ширину нагревателя, изменяя длину пальца.

Для термической обработки сварных соединений широко применялись муфельные печи. Муфельная печь состоит из двух половин, электрические элементы которых включают в сеть последовательно при термообработке стыков трубопроводов диаметром до 159 мм и параллельно для трубопроводов больших диаметров. Для обеспечения равномерного нагрева при горизонтальном расположении трубопровода печь устанавливают несимметрично, сдвигая ее на 30—40 мм по отношению к сварному стыку, при вертикальном расположении — симметрично.

Для стыков трубопроводов небольшого диаметра (до 133 мм) с толщиной стенки до 20 мм применяют газопламенный нагрев. Для обеспечения равномерности нагрева на трубу предварительно надевают воронку из листового асбеста или теплоизоляционный муфельный манжет. Зазор между мундштуком горелки и поверхностью трубы должен быть равномерным. Давление подаваемого газа при нагреве устанавливают в пределах 0,06—0,12 МПа, для выдержки при заданной температуре — 0,02— 0,04 МПа. Давление газа зависит от диаметра трубы (чем больше диаметр трубы, тем большим должно быть давление).

При термической обработке используют кроме указанных способов нагрева индукционный нагрев. В этом случае наблюдается неравномерность распределения температуры вдоль нагреваемого участка. Максимальная температура устанавливается в средней части индуктора. Для предотвращения этого явления следует применять двухсекционный индуктор или гибкий индуктор со вторым слоем витков. Зазор между индуктором и поверхностью трубы должен быть минимальным, что обеспечивает более равномерный нагрев по периметру трубы и уменьшает потери мощности на рассеивание.

Для предотвращения перегрева верхней части стыка вертикальных стыков трубопроводов диаметром более 400 мм при индукционном нагреве токами промышленной частоты неообходимо наматывать витки индуктора 8 верхней части с большим зазором, чем в нижней.

—

Технологический процесс термической обработки сварных соединений трубопроводов независимо от применяемых методов нагрева включает следующие составляющие: тип и число нагревательных устройств и схемы их рационального размещения и включения; термоэлектрические преобразователи и теплоизоляцию; схему включения термоэлектрических преобразователей в измерительную цепь потенциометра; схему соединения нагревательных устройств с источником питания; режим нагрева, выдержки и охлаждения сварного соединения; демонтаж теплоизоляции, нагревательных устройств и термоэлектрических преобразователей; контроль качества сварных соединений путем измерения твердости; оформление технической документации по термической обработке.

При подготовке к термической обработке гибкими электронагревателями сопротивления следует тщательно подбирать длину электронагревателей, чтобы она строго соответствовала длине окружности трубы. После установки нагревателей (рис. 79) на сварном соединении размещают теплоизоляцию (рис. 80), общая ширина которой должна быть на 600—1000 мм больше ширины зоны нагрева. Толщина слоя теплоизоляции на нагреваемой зоне должна быть не менее 40 мм, а на прилегающих участках — не менее 20 мм. Необходимая скорость нагрева обеспечивается правильным подбором силы тока в электронагревателях (для ГЭН 100—200 А в каждом нагревателе). Технологические приемы термообработки с использованием электронагревателей комбинированного действия во многом совпадают с аналогичными операциями, выполняемыми нагревателями сопротивления. Типоразмер КЭН выбирают в зависимости от практических условий термообработки, диаметр и толщина стенки трубопровода, режим термической обработки. При установке нагреватели КЭН должны наматываться обязательно одинаково — по часовой или против часовой стрелки. В противном случае эффективность их применения может резко снизиться. Электронагреватели КЭН, как правило, подсоединяют к источнику питания параллельно, в отдельных случаях допускается последовательное соединение. В монтажных условиях используют индукционный нагрев токами промышленной и повышенной частоты. В этом случае теплоизоляцию следует накладывать до установки индуктора. Для чего обычно используют асбестовый картон и асбестовую ткань. Общая ширина теплоизолируемого участка должна быть на 800— 1000 мм больше зоны нагрева. Толщина слоя теплоизоляции на нагреваемой зоне должна быть не менее 20 мм, на прилегающих участках — не менее 10 мм. Индуктор изготовляют из одного куска провода, с медными наконечниками на концах.

Рис. 79. Схемы (а—в) установки нагревателей
1 — сварное соединение; 2 — пояс ГЭН; 3 — металлический поясок для крепления нагревателя; 4 — секция КЭН

Рис. 80. Сварное соединение, подготовленное к термической обработке
1 — сварное соединение; 2 — асбест; 3 — теплоизоляционные маты; 4 — нагревательные элементы

Для нагрева кромок трубопровода одноплеменными универсальными ацетилено-кислородными горелками на него устанавливают воронку из изогнутого металлического листа, покрытого изнутри асбестовой тканью или асбестовым картоном, предназначенные для обеспечения равномерного нагрева по окружности трубопровода. Затем накладывают теплоизоляцию толщиной не менее 10 мм на участки трубопровода, прилегающие к зоне нагрева на ширину 150—200 мм в каждую сторону от краев зоны нагрева. При нагреве кольцевой многопламенной горелкой ее устанавливают на трубопровод концентрично и таким образом, чтобы расстояние между внутренними выходными мундштуками горелки и наружной поверхностью трубопровода составляло 25— 30 мм. Затем накладывают теплоизоляцию толщиной не менее 20 мм на участках трубопровода шириной 300—400 мм, прилегающих к зоне нагрева. При термической обработке с помощью термохимического нагрева экзотермические «пакеты» или «коврики» укладывают на сварные соединения, закрывают теплоизоляцией и зажигают их открытым пламенем.

Групповой термической обработкой называются такие технологические операции, при которых группа сварных соединений одинакового или разного типоразмера одновременно подвергается этому виду обработки с использованием одного источника питания или одной установки. Этот способ является высокоэффективным технологическим приемом, позволяющим значительно повысить производительность труда термистов, снизить сроки проведения и стоимость работ. Групповую термическую обработку можно выполнять одновременным нагревом нескольких сварных соединений одинакового типоразмера, термообрабатываемых по одному режиму с использованием одного источника питания, и одновременным нагревом нескольких соединений разных типоразмеров, термообрабатываемых по одинаковым или разным режимам с помощью различных электронагревателей и нескольких источников питания от одной установки. Групповую термическую обработку можно осуществлять только с применением электрических методов нагрева.

При сварке трубопроводов с большими толщинами стенок может произойти их намагничивание, которое вызывает отклонение сварочной дуги и нарушает нормальный процесс сварки. Устраняют это явление несколькими приемами. На трубопровод наматывают 6—8 витков сварочного кабеля, подключенного к сварочному преобразователю постоянного тока, реостат которого установлен на ток 100—150 А; меняя число витков на трубах, направление и силу тока, добиваются устранения магнитного поля трубопровода. В другом случае, на каждую из труб можно намотать 3—4 витка сварочного провода и образовавшиеся 2 индуктора подключать к двум сварочным преобразователям постоянного тока, процесс размагничивания происходит аналогично предыдущему. Можно наматывать на каждую трубу 5—6 витков оголенного провода сечением 90—180 мм2, оба индуктора соединяют между собой тонкой стальной или медной проволокой и подсоединяют к сварочному трансформатору, включенному на полную мощность, проволока быстро нагревается и перегорает; если размагничивания не произойдет, операцию повторяют.

Обычно после 2—3 включений намагничивание исчезает. Магнитное поле может исчезнуть, если на трубопровод установить электронагреватель любого вида и вести нагрев до 600—650 °С, по мере приближения температуры к этой точке магнитное поле будет ослабевать пока не исчезнет совсем. В отдельных случаях эф-фективной является сварка с включенными 6—8-витковыми индукторами, питаемыми постоянным током.

Ваш отзыв