Термическая обработка сварных соединений снимает остаточные напряжения и снижает твёрдость в зоне термического влияния после сварки. Для трубопроводов из легированных и хромомолибденовых сталей на НПЗ это обязательная операция: без неё стык растрескивается под давлением и агрессивной средой. Разберём режимы, оборудование и контроль по нормам, действующим в Казахстане.
Зачем нужна термообработка сварного стыка
При сварке металл в зоне шва нагревается выше 1400 °C и резко остывает. В результате в зоне термического влияния (ЗТВ) образуются закалочные структуры с твёрдостью до 350–450 HB, а остаточные напряжения достигают предела текучести стали. Это провоцирует холодные трещины, снижает пластичность и коррозионную стойкость соединения.
Высокий отпуск при 600–760 °C выравнивает структуру, снижает твёрдость ЗТВ до нормируемых 240–260 HB и снимает 85–90 % остаточных напряжений. Требование к термообработке фиксируют ГОСТ 34347-2017 и ПБ 03-585-03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических трубопроводов». Термообработка идёт в общей цепочке со сваркой трубопроводов и последующим контролем шва.
Виды термической обработки при сварке
Предварительный и сопутствующий подогрев
Подогрев до 100–350 °C выполняют до и во время сварки. Он замедляет остывание, снижает наводороживание металла и предотвращает холодные трещины. Температуру назначают по марке стали и толщине стенки.
Высокий отпуск (снятие напряжений)
Основной вид послесварочной термообработки (PWHT). Стык нагревают ниже критической точки Ac1, выдерживают и медленно охлаждают. Снимаются остаточные напряжения, стабилизируется структура, падает твёрдость ЗТВ.
Нормализация и аустенизация
Применяют реже — при полной перекристаллизации структуры или для восстановления свойств аустенитных сталей. Требуют более высоких температур и точного контроля скорости охлаждения.
Режимы термообработки по маркам стали
Температуру и выдержку задаёт технологическая карта под конкретную марку и толщину стенки. Ориентировочные режимы высокого отпуска сведены в таблицу.
| Марка стали | Вид термообработки | Температура, °C | Выдержка (на 1 мм стенки) |
|---|---|---|---|
| Ст20, 20 (углеродистая) | Высокий отпуск | 600–650 | 2,5–3 мин, не менее 1 ч |
| 09Г2С, 16ГС (низколегированная) | Высокий отпуск | 630–680 | 2,5–3 мин, не менее 1 ч |
| 12Х1МФ, 15Х1М1Ф | Высокий отпуск | 700–740 | 3 мин, не менее 1 ч |
| 15Х5М (хромомолибденовая) | Высокий отпуск | 730–760 | 3 мин, не менее 1,5 ч |
| 12Х18Н10Т (аустенитная) | Стабилизирующий отжиг* | 850–900 | по проекту |
*Для аустенитных сталей отпуск обычно не требуется; термообработку назначают только по проекту при риске межкристаллитной коррозии. Скорость нагрева и охлаждения ограничивают величиной около 5500/S °C/ч (S — толщина стенки, мм), но не более 200–300 °C/ч, чтобы не создать новые термические напряжения.
Оборудование для термообработки
В трассовых условиях НПЗ чаще всего применяют гибкие керамические электронагреватели (КЭН): бусинковые маты обматывают вокруг стыка и накрывают теплоизоляцией. Для труб большого диаметра используют индукционный среднечастотный нагрев — он даёт быстрый и равномерный прогрев по кольцу. Газопламенный нагрев кольцевыми горелками применяют в полевых условиях, но контроль температуры при нём хуже. Детали в цехе обрабатывают в печах.
Процессом управляет программируемый многоканальный регулятор. Термопары типа К (хромель-алюмель) приваривают к стыку, а весь термоцикл — нагрев, выдержку и охлаждение — записывают на диаграмму или в память прибора. Эта запись становится основным документом качества.
Контроль качества после термообработки
Результат оценивают по записанной термограмме и по замеру твёрдости шва и ЗТВ переносным твердомером (по Бринеллю или Виккерсу). Для углеродистых и хромомолибденовых сталей твёрдость обычно ограничивают 240 HB, реже 260 HB. При отклонениях стык вырезают и проводят механические испытания контрольных образцов.
Окончательный неразрушающий контроль сварных швов и гидравлические испытания трубопровода проводят уже после термообработки — так проверяют соединение в его конечном состоянии. Полный цикл сварочно-термических работ входит в монтаж трубопроводов на объектах Атырауского НПЗ.
Часто задаваемые вопросы
Когда термообработка сварного стыка обязательна?
Для трубопроводов из хромомолибденовых сталей (15Х5М, 12Х1МФ) — независимо от толщины стенки. Для углеродистых и низколегированных — при толщине свыше 36 мм или по проекту с учётом среды, температуры и давления. Требование фиксируется в нормативной документации и проекте производства работ.
До какой температуры нагревают стык при высоком отпуске?
Углеродистые стали — 600–650 °C, низколегированные — 630–680 °C, хромомолибденовая 15Х5М — 730–760 °C. Точный режим задаёт технологическая карта под марку стали и толщину стенки трубы.
Чем делают термообработку в полевых условиях?
Чаще всего гибкими керамическими электронагревателями (КЭН), которыми обматывают стык, реже — индукционным или газопламенным кольцевым нагревом. Процессом управляет программируемый регулятор с приваренными термопарами и записью термоцикла.
Как контролируют результат термообработки?
По записанной термограмме (график нагрев–выдержка–охлаждение) и по замеру твёрдости зоны термического влияния переносным твердомером. Для углеродистых сталей твёрдость обычно ограничивают 240 HB.
Можно ли варить трубу без подогрева?
Тонкостенные углеродистые трубы — можно. Для легированных, толстостенных сталей или при отрицательной температуре воздуха нужен предварительный подогрев 100–350 °C, иначе в шве образуются холодные трещины.
Портит ли термообработка металл трубы?
При соблюдении режима — нет. Но превышение температуры или скорости охлаждения может перегреть или разупрочнить металл, поэтому режим строго контролируют термопарами и записью диаграммы.
Заключение
Термическая обработка сварных соединений — не формальность, а условие ресурса трубопровода на действующем НПЗ. ТОО «Техноконтроль» выполняет подогрев и высокий отпуск стыков гибкими электронагревателями с записью термоцикла и контролем твёрдости на объектах Атырауского НПЗ. Нормативная база: ГОСТ 34347-2017, ПБ 03-585-03, ГОСТ Р 55724. Консультация по сварочно-термическим работам — +7 778 387 10 05.
