Отпуск сварных конструкций

Отпуск сварных конструкций применяют для изменения структуры и свойств металла, а также для снижения остаточных напряжений. Применение отпуска для снижения остаточных напряжений целесообразно, если предъявляются повышенные требования к прочности сварной конструкции и точности ее размеров при последующей эксплуатации. Кроме того, иногда целесообразно восстановить пластические свойства в зонах, где концентрировались пластические деформации при сварке, повысив тем самым сопротивляемость хрупким разрушениям при низких температурах.

По объему применения отпуск для снижения остаточных напряжений превосходит все остальные способы.

В ряде случаев отпуск нецелесообразен. Прежде всего это относится к конструкциям, сваренным из разнородных материалов, когда в результате отпуска снижения напряжений не происходит. Неэффективен отпуск и в тех случаях, когда жесткость различных частей конструкции сильно отличается. Иногда отпуск нецелесообразен по технико-экономическим показателям: отпуск - процесс дорогостоящий и, если конструкция без отпуска работает весь срок эксплуатации, то естественно, отпуск не нужен. Однако на предприятиях его могут выполнять по соображениям перестраховки.

Недостатками отпуска являются снижение предела текучести материала и трудность удержания равномерной температуры по всему объему в больших печах.

Необходимо также помнить, что отпуск тяжелых и протяженных конструкций должен осуществляться при наличии достаточного количества опор во избежание пластических прогибов при высоких температурах.

Различают несколько видов отпуска:

- общий - когда равномерно нагревают изделие целиком;

- местный - нагревают лишь часть конструкции в зоне сварного соединения;

- поэтапный - источник нагрева движется вдоль конструкции, например, оболочки или трубы и последовательно нагревает ее участки;

- поэлементный - термической обработке подвергают сварные узлы конструкции, а затем сваривают их между собой.

По температуре нагрева отпуск делится на высокий, средний и низкий. Для низколегированных и низкоуглеродистых сталей этим видам отпуска соответствуют интервалы температур: 550 – 680 °С, 350 – 500 °С, 250 – 300 °С.

Рис. 4.6

Степень снижения напряжений зависит в основном от температуры отпуска и мало зависит от скорости нагрева. Для хрупких материалов с целью исключения разрушений при их нагреве следует ориентироваться на малые скорости нагрева. Для пластичных материалов допустима скорость нагрева несколько сот градусов в час.

Продолжительность нагрева и стадии выравнивания температуры по толщине зависят от сечения детали и теплофизических свойств материала.

Снижение напряжений наиболее интенсивно идет на стадии нагрева и происходит пропорционально начальному уровню напряжений: высокие и низкие напряжения снижаются на одинаковое количество процентов.

Наиболее сильным фактором, изменяющим уровень остаточных напряжений, является температура отпуска. В связи с этим длительная выдержка как средство снижения напряжений не рекомендуется. Экономически целесообразно вести отпуск с выдержкой в течение 2 - 3 часов.

При сварке и термической обработке массивных деталей в глубине металла возникает объемное напряженное состояние. Снижение уровня напряжений в этом случае происходит в значительной мере из-за пластических деформаций и релаксации напряжений в приповерхностных слоях, а не в глубине металла. Ползучесть металла на поверхности вызывает перераспределение напряжений и происходит их снижение во всем объеме тела. Однако трехосные напряжения (σ _i)при отпуске снижаются значительно меньше, чем одноосные того же уровня. Увеличение продолжительности выдержки в этих случаях не дает положительного эффекта.

Температура отпуска (°С), обеспечивающая снижение остаточных напряжений до уровня (0, 1 - 0, 2) σ _т для различных металлов находится в следующих пределах:

- магниевые сплавы 250-300;

- алюминиевые сплавы 250-300;

- титановые сплавы 550-600;

- конструкционные стали 580-680;

- аустенитные стали 850-1050.