5.3. Термическая обработка сварных соединений

Сварные соединения, работающие в условиях ползучести, без термообработки после сварки не обеспечивают эксплуатационной надежности ввиду структурной неоднородности и наличия остаточных напряжений. Исключение составляют соединения из сталей 12ХМ, 15ХМ, 12Х1МФ, 12Х2МФСР при толщине до 6 мм.

Основным видом термообработки является отпуск. Он стабилизирует структуру (твердость) сварного соединения и снижает остаточные напряжения.

Отпуск позволяет применять сварочные материалы с низким содержанием углерода, что обеспечивает технологическую прочность сварных соединений.

Температура и время отпуска определяются химическим составом и толщиной материала (табл. 9). Так, с увеличением содержания С, Мо, V, повышающих релаксационную стойкость сталей, температура и время выдержки увеличиваются. Недостатком отпуска является невозможность полного выравнивания структуры.

Таблица 9

Режим отпуска сварных соединений, выполненных дуговой сваркой

Марка стали	Толщина свариваемых деталей, мм	Минимальное время выдержки, ч
Отпуск Т = 715  15 С
12МХ	10	–
12ХМ	10 – 20	1
15ХМ	20 – 40	2
20МЛ	40 – 80	3
	 80	4
Отпуск Т = 735  15 С
12Х1МФ	 6	–
20ХМФЛ	6 – 10	1
	10 – 20	2
	20 – 40	3
	40 – 80	4
	 80	5
Отпуск Т = 745  15 С
15Х1М1Ф	 6	–
15Х1М1ФЛ	6 – 10	1
12Х2МФСГ	10 – 20	2
	20 – 40	3
	40 – 80	5
	 80	7

Нормализация с последующим отпуском позволяет ликвидировать разупрочнения и обеспечивать высокую эксплуатационную надежность сварных соединений. Но это требует использования сварочных материалов, имеющих более высокую термическую прирабатываемость швов.

Кроме этого, при нормализации необходимо применять термообработку всей конструкции, так как местный высокотемпературный нагрев под нормализацию вызывает разупрочнение металла в зонах, расположенных вблизи источника нагрева, что снижает сопротивление ползучести и длительной прочности. Термическую обработку осуществляют сразу после сварки, но не позднее, чем через 72 часа.

В тех случаях, когда не представляется возможным осуществить термообработку сразу после сварки или сваривают металлы большой толщины, рекомендуют производить низкотемпературную термообработку сварных соединений – отдых.

Отдых – это продолжение нагрева после окончания сварки (без охлаждения до комнатной температуры). В процессе отдыха не происходит фазовых превращений, а проходят лишь диффузионные и релаксационные процессы. При этом наблюдается эвакуация диффузионного водорода из металла шва и зоны термического влияния. Наблюдается также релаксация сварных напряжений (рис. 32).

Рис. 32. Влияние времени выдержки после сварки на содержание Н2, работу зарождения трещины Ар.т. и максимальную разрушающую нагрузку Рmax для наплавленного металла типа 10ХН2М

Температуру отдыха принимают на 10...20 °С выше, чем критическая температура хрупкости, но не выше нижней границы термического старения. Для большинства теплоустойчивых сталей температура отдыха составляет 100...200 °С при времени выдержки 8...10 часов.

Контрольные вопросы к главе 5

1. Какие перлитные стали называют жаропрочными?

2. Назовите основные трудности при сварке перлитных жаропрочных сталей.

3. Какие требования предъявляются к сварочным материалам?

4. Какие меры применяют для уменьшения содержания водорода в металле шва?

5. Что такое "отдых" сварных соединений, когда и с какой целью его применяют?