Общий высокий отпуск в термических печах. Конструкцию нагревают до 600--650° С и выдерживают при этой температуре при толщине элементов до 20 мм 3 ч, свыше 20 до 36 мм 4 ч. После выдержки -- охлаждение на воздухе, в нашем случае выполнение данного способа практически нереализуемо, ввиду значительных размеров конструкции.
Местный высокий отпуск применяют для снижения уровня остаточных напряжений в отдельных участках или элементах сварных конструкций, а также для повышения пластических свойств. Элементы нагревают в переносных термических печах (т. в. ч.). Следует учитывать, что неравномерный нагрев при местном отпуске вызывает свои остаточные напряжения, которые могут достигать значительной величины. Данный способ для снятия напряжений и деформаций в процессе сварки опоры технологического трубопровода также неприменим.
Механический отпуск заключается в воздействии на конструкцию напряжений, равномерно распределенных по сечению и достигающих предела текучести. Этот способ вызывает побочные явления: наклеп, снижение пластических свойств, а также затруднителен для выполнения, так как требует приложения к конструкции значительных усилий.
Термопластический отпуск заключается в нагреве смежных параллельных шву зон, в которых действуют остаточные напряжения сжатия. Удлинение нагреваемых зон вызывает в шве напряжения растяжения и пластическую деформацию, снимающую остаточные напряжения.
Метод проковки швов также устраняет одновременно остаточные напряжения и деформации. Более эффективна проковка швов в горячем состоянии.
Возникновение остаточных сварочных напряжений можно предотвратить снижением степени неравномерности нагрева изделия при сварке. Поэтому стремятся выбрать режим, обеспечивающий наиболее равномерный нагрев изделия по поперечному сечению, а также применяют сопутствующий подогрев.
Деформации сварных конструкций можно условно подразделить на следующие виды.
Продольное укорочение является следствием продольной усадки шва и околошовной зоны АС
Поперечное укорочение обусловлено поперечной усадкой шва и околошовной зоны. Оба вида деформации образуются при симметричном наложении сварных швов. Численные значения усадки для различных типов сварных соединений в зависимости от способа сварки приведены в табл. 188.
Деформация изгиба конструкции возникает в случае несимметричного расположения швов относительно центра тяжести сечения. Величина деформации изгиба определяется стрелой прогиба (рис. 6).
Скручивание (рис. 7) имеет место при сварке двутавровых, коробчатых и иного сечения балок значительной длины. Деформация этого вида образуется вследствие неодновременности наложения поясных швов, разной жесткости сечения по осям симметрии и наличия полей остаточных напряжений в элементах конструкции до сварки.
Выпучины и волнистость (рис. 8) образуются в листовых конструкциях в результате возникновения остаточных напряжений сжатия и потери устойчивости листов.
Примерная таблица величин усадки при различных видах дуговой сварки.
Рисунок 6
Рисунок 7
Угловые деформации возникают в результате поперечной усадки сварных швов и зон, в которых в процессе нагрева имели место пластические деформации обжатия. В листах (см. рис. 7, б), угловые деформации имеют место при неполном проплавлении толщины. При полном проплавлении толщины -- угловые деформации незначительны или полностью отсутствуют. В двутаврах и таврах угловая деформация приводит к так называемой грибовидности полок. Величина угловой деформации оценивается величиной угла в (см. рис. 8).
Рисунок 8
Деформации сварных конструкций имеют, как правило, сложный характер. Так, в сварных тавровых и двутавровых балках имеют место продольные и поперечные укорочения, продольный изгиб, угловые деформации (грибовидность полок). При сварке листов встык также развиваются деформации продольного и поперечного укорочения, продольный изгиб, угловые деформации и т. д. Деформации сварных составных конструкций (тавровые и двутавровые балки и др.) определяются в основном деформацией наиболее жестких элементов конструкции. Например, деформация продольного изгиба при сварке тавра с нормальной толщиной полки определяется деформацией стенки, при сварке тавра с увеличенной толщиной полки -- деформацией полки (см. рис. 7,а). При сварке листов разной ширины встык деформация соединения будет определяться деформацией более широкого и, следовательно, более жесткого листа (рис. 9).
Мероприятия по уменьшению сварочных деформаций и можно разделить на три группы: конструктивные, технологические, проводимые в процессе сварки, технологические, проводимые после сварки. Первая и вторая группы мероприятий имеют целью предотвращение возникновения деформаций, третья группа направлена на устранение возникших деформаций в готовых изделиях.
Конструктивные мероприятия заключаются в следующем: сечения сварных швов назначают минимальные по условиям прочности, увеличение сечения швов ведет к увеличению объемов, в которых протекают пластические деформации, швы необходимо располагать возможно ближе к оси, проходящей через центр тяжести сечения, каждую пару параллельных швов располагают симметрично относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения, для уравновешивания деформаций, припуски деталей на усадку должны быть равны усадке с тем, чтобы размеры конструкции после сварки соответствовали проектным;
- для уменьшения угловой деформации угол раскрытия V-образной разделки должен быть минимальным;
- в пространственно развитых конструкциях коробчатого сечения для предотвращения потери устойчивости элементов и образования выпучин целесообразно применять вспомогательные элементы в виде ребер жесткости, диафрагм, косынок, распоров;
- необходимо предусматривать возможность использования зажимных сборочно-сварочных приспособлений;
- количество швов в конструкции должно быть по возможности минимальным.
Наиболее важные технологические меры предотвращения возникновения сварочных напряжений:
- назначение оптимального режима сварки, с тем чтобы зона разогрева деталей была минимальной;
- правильный порядок выполнения швов, деформация, образующаяся после наложения первого шва, должна компенсироваться обратной деформацией после наложения последующего шва;
- при выполнении швов большой протяженности использовать обратно-ступенчатый способ сварки;
Рисунок 9
- проковка швов в процессе сварки, при выполнении многослойных швов последний слой проковывать не рекомендуется во избежание появления трещин;
- применение способа обратных деформаций (рис. 10). Способ заключается в придании свариваемым элементам деформации в сторону, обратную ожидаемой. Величину и направление действительных деформаций определяют предварительно опытным путем.
Рисунок 10
Для устранения остаточных деформаций применяют холодную и горячую правку изделий. Холодная правка основана на растяжении укороченных элементов сварных изделий до проектных размеров. В процессе холодной правки происходит пластическое деформирование растягиваемых волокон, что вызывает наклеп и перераспределение полей остаточных напряжений. Необходимо учитывать, что чрезмерная деформация может вызвать появление в металле трещин, что для конструкций недопустимо. Наклеп, вызванный пластической деформацией, увеличивает склонность металла к хрупкому разрушению. Холодную правку выполняют с помощью прессов, домкратов, вальцов или вручную кузнечным инструментом типа кувалда.
Горячую правку выполняют с помощью электрического или газопламенного нагрева. Этим способом можно устранить искривление сварных элементов, а также выпучины в листовых конструкциях. При этом способе правки нагревают пятнами или участками удлиненные волокна элемента, чем вызывают пластические деформации укорочения (обжатия). В процессе охлаждения места обжатия натягивают прилежащие волокна и выравнивают деформированные места.
Характер нагрева при горячей правке показан на рис. 11. Для контроля за ходом правки рекомендуется вести нагрев пятнами или участками через интервал времени, достаточный для остывания поля нагретого участка.
2.7 Выбор метода контроля качества сварных соединений (по РД 34.15.132-96)
Контроль качества сварочных соединений (готовых изделий и конструкций).
Все виды контроля качества сварки можно разделить на две основные группы:
I) неразрушающие виды контроля
II) разрушающие виды контроля
Неразрушающие виды контроля предназначены для выявления как наружных, так и внутренних дефектов. Обычно наружные дефекты выявляются внешним осмотром с использованием мерительного инструмента, а внутренние определяются физическими методами исследования - просвечиванием рентгеновскими и гамма-излучением, ультразвуком, магнитным и самым простым и дешевым методом - керосиновая проба. Неразрушающий контроль заключается в том, что сварной образец или изделие подвергается действию соответствующих импульсов.
Разрушающие виды контроля предназначены для определения характера, места расположения и размеров дефектов и их влияния на работоспособность сварных соединений. Разрушающий контроль осуществляется сверлением, технологической пробой, механическими испытаниями на растяжение, изгиб, срез, удар, твердость, иногда гидравлическим или пневматическим испытанием сварных изделий с разрушением их. Надежным и широко применяемым в настоящее время является радиационный контроль просвечиванием сварных соединений рентгеновским и гамма-излучением. Дефекты выявляются в виде черных пятен на светлом фоне хорошего шва.
Ультразвуковой способ обнаружения дефектов сварки основан на отражении направленного импульса высокочастотной звуковой волны. Ультразвуковой контроль имеет следующие основные преимущества:
- высокая чувствительность (1-2%), позволяющая обнаруживать, определять местонахождение и измерять небольшие дефекты (площадью более 2 мм2);
- большая проникающая способность звуковых волн, позволяющая контролировать толстые материалы (для стали до 2 м);
- возможность контроля только с одной поверхности сварного соединения.
Однако ультразвуковой контроль имеет также и существенный недостаток, ограничивающий его применение или затрудняющий проверку качества сварных швов; он выражается в сложности расшифровки дефектов шва из-за влияния внутренней структуры (крупное зерно, тонкодисперсные включения); сложной конфигурации и ориентации дефекта и сложного вида сварного изделия.
Поэтому ультразвуковой контроль часто применяют как предварительный в сочетании с последующим просвечиванием швов рентгеновским или гамма-излучением. При всех случаях ультразвуковой контроль швов должен выполняться высококвалифицированными и опытными операторами.
Магнитный вид контроля металла основан на том, что при прохождении магнитных силовых линий по испытуемому материалу в местах дефектов возникают поля рассеяния. Если на поверхности металла нанести ферромагнитный порошок, то над местом расположения дефекта создадутся скопления порошка в виде правильно ориентированного магнитного спектра.
Существуют два способа контроля с помощью магнитного порошка: сухой и мокрый. В первом случае магнитный порошок (охра, сурик, железные опилки, окалина и т.д.) находится в сухом виде; во втором случае магнитный порошок находится во взвешенном состоянии в жидкости (керосине, мыльном растворе, воде). Сухим способом можно обнаружить как поверхностные, так и глубинные дефекты; мокрым способом лучше обнаруживаются поверхностные дефекты.
Гидравлическому испытанию подвергаются различные сосуды, котлы и трубопроводы, работающие под давлением. Гидравлическим испытанием контролируется не только плотность сварных соединений, но также относительная прочность всей сварной конструкции. При гидравлическом испытании сосуд наполняется водой; для выхода воздуха в верхней части одно отверстие оставляют открытым. Это отверстие закрывается лишь после наполнения водой всего сосуда. Затем в сосуде гидравлическим прессом создается давление, равное рабочему давлению. Если дефектов не обнаруживается, давление увеличивается до Рисп = 1,25 Рраб для сосудов и Рисп = 1,5 Рраб для трубопроводов. Под этим давлением сосуд или трубопровод выдерживают 5 мин, затем давление снижают до Рраб и обстукивают соединения молотком со сферической головкой на расстоянии 15-20 мм от кромки шва. После этого швы осматривают. При испытании на морозе вместо воды применяют антифриз.
Пневматическое испытание проводят с целью контроля плотности сварных соединений. Для этого в замкнутый сосуд нагнетают воздух до рабочего давления. Снаружи все швы смачиваются мыльным раствором. Сжатый воздух в местах неплотностей образует мыльные пузыри. В зависимости от количества и интенсивности выделения мыльных пузырей можно судить о характере и величине дефекта. Пневматический вид контроля сварных соединений получил широкое применение при испытании сосудов малой емкости, как наиболее удобный и доступный в заводских условиях с массовым производством. В этом случае испытуемый сосуд погружается в ванну с водой и неплотности определяются выделением пузырьков воздуха. Для сосудов очень большого объема применять испытание сжатым воздухом следует очень осторожно, так как при наличии дефектов в швах может произойти разрыв всего сосуда.