При изготовлении металлоконструкций качество сварки напрямую влияет на прочность, долговечность и безопасность конечной конструкции. Для критических конструктивных компонентов, легированных сталей, толстых стальных листов и сварных соединений с высокой степенью фиксации правильный предварительный нагрев перед сваркой и послесварочная термообработка (PWHT) может сыграть важную роль в борьбе с растрескиванием, уменьшении остаточных напряжений и улучшении общих характеристик сварных соединений.

1. Почему важен предварительный нагрев перед сваркой?

Под предварительным нагревом понимается нагрев основного металла вокруг области сварки до заданной температуры перед началом сварки. Требуемая температура предварительного нагрева зависит от таких факторов, как марка стали, углеродный эквивалент, толщина материала, сварочные материалы, ограничитель соединения, процесс сварки и температура окружающей среды.

К основным преимуществам предварительного подогрева относятся:

Уменьшите риск водородного растрескивания

Предварительный нагрев замедляет скорость охлаждения сварного шва и зоны термического влияния (ЗТВ). Это дает диффузионному водороду больше времени для выхода из сварного соединения и уменьшает образование твердых, хрупких микроструктур.

В результате риск водородного растрескивания и холодного растрескивания может быть значительно снижен.

Уменьшите остаточное сварочное напряжение

Во время сварки сталь вблизи сварного шва быстро нагревается, в то время как окружающий материал остается относительно холодным. Эта разница температур создает температурные градиенты, деформации и остаточные напряжения.

Правильный предварительный нагрев уменьшает разницу температур между зоной сварки и окружающей сталью, позволяя сварному соединению охлаждаться более постепенно и равномерно.

Это помогает снизить сварочное напряжение и сводит к минимуму возможность образования трещин и деформации.

Уменьшите эффекты ограничения суставов

Сильно закрепленные сварные соединения более подвержены растрескиванию, поскольку усадка при охлаждении не может происходить свободно.

Предварительный нагрев может уменьшить выраженность теплового сжатия и особенно полезен для толстых листов, сложных соединений и соединений с сильными ограничениями.

Во многих случаях увеличение соответствующей температуры предварительного нагрева может помочь снизить вероятность растрескивания сварного шва.

2. Как следует определять температуру предварительного нагрева?

Выбор температуры предварительного нагрева и температуры между проходами не должен основываться только на толщине материала.

Следует учитывать несколько факторов, в том числе:

• Марка стали и химический состав

• Углеродный эквивалент

• Толщина пластины

• Сварочные материалы

• Процесс сварки

• Совместная конфигурация

• Структурные ограничения

• Температура окружающей среды

• Тепловложение

• Применимые нормы сварки и спецификации проекта

Не менее важен равномерный нагрев.

Температура предварительного нагрева должна быть достаточно равномерной по толщине стали и вдоль зоны сварки. Неравномерный нагрев может создать дополнительную тепловую нагрузку, а не уменьшить ее.

При локальном предварительном нагреве зона нагрева должна выходить за пределы обеих сторон сварного шва, чтобы обеспечить стабильное и равномерное распределение температуры.

Точная ширина нагрева и температура всегда должны соответствовать применимым спецификациям процедуры сварки ( WPS ), техническим требованиям и соответствующим стандартам сварки.

3. Почему важна термообработка после сварки?

Послесварочную термообработку проводят после сварки для контроля остаточных напряжений, снижения содержания водорода, улучшения микроструктуры и механических свойств сварных соединений.

В зависимости от марки стали, толщины, условий эксплуатации и характеристик сварки термообработка после сварки может дать несколько преимуществ.

Удаление водорода

После сварки в металле шва и зоне термического влияния может оставаться диффузионный водород.

Для некоторых сталей и ответственных сварных соединений вскоре после сварки можно применять контролируемую низкотемпературную обработку для удаления водорода.

Нагрев сварного соединения в течение определенного периода может ускорить диффузию и выделение водорода, тем самым снижая риск замедленного водородного растрескивания.

Фактическая температура и время выдержки должны определяться в зависимости от марки стали, процедуры сварки, толщины шва и применимых стандартов.

Снижение остаточного сварочного напряжения

Сварка вызывает сильно локализованный нагрев и охлаждение. Поскольку сварной компонент удерживается окружающим материалом и геометрией соединения, после сварки в конструкции остаются остаточные напряжения.

Чрезмерное остаточное напряжение может способствовать:

• Сварочная деформация

• Концентрация стресса

• Снижение усталостных характеристик

• Повышенный риск растрескивания

• Нестабильность размеров

Термическая обработка для снятия напряжений нагревает сварной компонент до контролируемой температуры и удерживает ее в течение определенного периода, позволяя перераспределить и ослабить внутренние напряжения.

В зависимости от размера детали и требований проекта термообработка может проводиться по всей детали или локально вокруг сварного соединения.

Улучшение микроструктуры сварного шва

В некоторых легированных и высокопрочных сталях после сварки в зоне термического влияния могут образовываться закаленные или хрупкие микроструктуры.

Если эти микроструктуры остаются вместе с высокими остаточными напряжениями и водородом, сварное соединение может стать более восприимчивым к растрескиванию или хрупкому разрушению.

Соответствующая термическая обработка может помочь улучшить металлургическую структуру сварного соединения и улучшить:

• Прочность

• Пластичность

• Стабильность размеров

• Трещиностойкость

• Общие механические характеристики

4. Общий процесс предварительного нагрева и термообработки после сварки.

Типичный процесс контроля качества сварки может включать:

Идентификация материала → Обзор процедуры сварки → Предварительный нагрев → Проверка температуры → Сварка → Контроль температуры между проходами → Проверка сварного шва → Удаление водорода или термообработка при необходимости → Окончательный контроль

Контроль температуры следует контролировать на протяжении всего сварочного процесса с использованием соответствующего измерительного оборудования.

Для критически важных проектов стальных конструкций процедура сварки, температура предварительного нагрева, температура между проходами и требования к послесварочной обработке должны быть четко определены в утвержденных WPS и документации по качеству проекта.

5. Требуются ли предварительный нагрев и термообработка для каждой стальной конструкции?

Нет.

Не каждая сварная стальная конструкция требует предварительного нагрева или послесварочной термообработки.

Необходимость этих процессов зависит от таких факторов, как:

• Марка материала стали

• Углеродный эквивалент

• Толщина пластины

• Структурное значение

• Совместное ограничение

• Процесс сварки

• Условия обслуживания

• Применимые международные стандарты

• Технические требования к конкретному проекту

Для компонентов из обычной углеродистой стали с относительно тонким сечением и слабым сцеплением соединений обширная термическая обработка может не потребоваться.

Однако для толстых листов, высокопрочных сталей, легированных сталей, ответственных несущих элементов или сильно зажатых сварных соединений контроль температуры становится гораздо более важным.

Заключение

Предварительный нагрев и послесварочная термообработка — это не просто дополнительные сварочные процедуры. Если этого требуют материал, конструкция соединения, процедура сварки или технические условия, они являются важными мерами контроля качества для повышения надежности сварных соединений конструкционной стали.

Правильный контроль температуры может помочь уменьшить водородное растрескивание, контролировать скорость охлаждения, уменьшить остаточное напряжение, минимизировать деформацию, а также улучшить прочность и общие характеристики сварных соединений.

В ZSJH STEEL параметры сварки контролируются в соответствии с утвержденными производственными процессами, спецификациями проекта, требованиями к материалам и применимыми стандартами качества. От подготовки материала и сварки до проверки, обработки поверхности и окончательной доставки — мы предоставляем комплексные услуги по изготовлению металлоконструкций для промышленных и коммерческих проектов по всему миру.

Ищете надежного партнера по производству металлоконструкций?

Отправьте нам свои чертежи, технические характеристики или требования к проекту. Наша инженерно-производственная группа может оказать поддержку в изготовлении стальных конструкций по индивидуальному заказу, сварке, проверке качества, упаковке, экспортной доставке и руководстве по установке.