Локальная термообработка газовой горелкой

Суть данной операции заключается в контролируемом нагреве ограниченного участка конструкции для изменения структуры металла и снижения уровня остаточных напряжений. В отличие от печной обработки, мы воздействуем точечно, что требует глубокого понимания процессов, протекающих в материале.

При сварке зона соединения переживает резкий температурный цикл, ведущий к образованию закалочных структур и значительных внутренних напряжений, которые способны вызвать хрупкое разрушение или коробление изделия. Грамотно проведенный местный отпуск или нормализация позволяет сохранить прочность основы, значительно повысив пластичность и стойкость к трещинообразованию в обработанном секторе.

Для работы применяют мощные газовые горелки на пропане, ацетилене или пропан-бутановой смеси, обеспечивающие температуру, достаточную для структурных преобразований. Мощность аппарата подбирают из расчета 100-150 литров газа в час для обеспечения стабильного интенсивного пламени.

Критическое значение имеет многосопельная насадка либо горелка с широким факелом, которая исключает локальный перегрев и создает обширную равномерную зону прогрева. Использование одного узкого сопла часто приводит к образованию градиентов, сводя на нет весь положительный эффект от технологической процедуры.

Перед началом теплового воздействия область вокруг шва необходимо тщательно очистить от окалины, краски, масла и ржавчины. Эти загрязнения препятствуют равномерному прогреву и искажают визуальную индикацию температуры по цветам побежалости.

Для углеродистых и низколегированных конструкционных сталей именно изменение цвета окисленной поверхности служит основным практическим ориентиром. Зону нагрева выделяют, очерчивая мелом границы участка, который будет подвергаться тепловому воздействию; его ширина обычно составляет три-четыре ширины самого сварочного валика с каждой стороны.

Технология для типичной низкоуглеродистой стали, к примеру Ст3, предполагает медленный и плавный прогрев до температуры, соответствующей светло-соломенному или соломенному оттенку, что лежит в диапазоне 200-300 градусов Цельсия. Факел держат на расстоянии, обеспечивающем мягкое распределение тепла, и совершают им плавные круговые либо зигзагообразные движения, не задерживаясь на одном месте.

При отпуске сварного соединения после электродуговой сварки необходимо прогреть не только сам шов, но и прилегающую зону термического влияния шириной примерно 20-50 миллиметров, двигаясь вдоль соединения со скоростью около 150-300 миллиметров в минуту.

Для среднеуглеродистых сталей, таких как сталь 45, температуры требуются более высокие, соответствующие фиолетовым и синим тонам побежалости, что означает нагрев до 300-450 градусов. В данной ситуации скорость перемещения горелки снижают до 100-200 миллиметров в минуту.

Легированные стали, содержащие хром, молибден или ванадий, обладают повышенной устойчивостью к отпуску, поэтому для них целевые температуры еще выше, а процесс ведут ближе к темно-синему цвету, контролируя ситуацию термопарами или термокарандашами. Использование специальных индикаторных мелков, изменяющих цвет при конкретном тепловом пороге, сильно повышает точность выполнения задачи.

Снятие напряжений без существенного изменения твердости часто проводят методом так называемого барботирования или зонного прогрева. Нагрев осуществляют до появления первых синих оттенков, после чего дают детали медленно остыть под теплоизолирующим колпаком из асбестового полотна или сыпучего материала.

Скорость охлаждения здесь имеет принципиальное значение — естественное остывание на спокойном воздухе без сквозняков позволяет металлу перейти в более равновесное состояние. Резкое охлаждение водой или сжатым воздухом полностью нивелирует результат работы, создавая новые, порой более опасные напряжения.

Работа с уже готовыми узлами, когда доступ возможен лишь с одной стороны, требует особой методики. В подобном случае зону обработки ограничивают, устанавливая по бокам тепловые барьеры из огнеупорного кирпича или стальных пластин, чтобы сконцентрировать тепло в нужном объеме.

Мощность пламени при этом уменьшают, а время прогрева увеличивают для обеспечения сквозного прогрева по сечению. Контролируют температуру не только на открытой стороне, но и, по возможности, на обратной, используя контактный пирометр.

Недопустимым является пережог металла, когда поверхность начинает плавиться или появляются признаки окалинообразования с отслаиванием. Перегрев выше 727 градусов для углеродистых сталей ведет к формированию крупнозернистой структуры, резко снижающей механические свойства.

Качественно проведенный отпуск не должен оставлять резких границ на поверхности, переход цвета от обработанной области к основному металлу обязан быть плавным и постепенным. После завершения работы и остывания зону воздействия можно проконтролировать твердомером, убедившись, что твердость соответствует требуемым параметрам, обычно лежащим в пределах 180-250 HB.

В производственной практике часто возникает необходимость обработки зон вокруг технологических отверстий или мест жесткого закрепления деталей, где концентрируются напряжения. В этих точках применяют методику кольцевого или спирального прогрева от периферии к центру, создавая пластичную область, которая компенсирует нагрузки.

Диаметр зоны нагрева выбирают равным двум-трем диаметрам самого отверстия. Такой подход предотвращает образование трещин в ответственных узлах машин и механизмов при их дальнейшей эксплуатации под переменными нагрузками.

Правильно выполненная локальная термообработка значительно повышает ресурс конструкции, являясь филигранным инструментом в руках знающего специалиста.