НАЗАД: Содержание

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В наши дни основой ускоренного научно-технического прогресса является сочетание широкого развития исследований с быстрым использованием их результатов на практике. Таким наглядным примером может служить сварка, которая за последние десятилетия стала в нашей стране одним из основных технологических процессов металлообрабатывающего производства в машиностроении и строительстве.

Применение сварных конструкций обеспечивает не только наиболее прогрессивное решение современных инженерных задач, но и дает большую экономическую выгоду. Использование этих конструкций сокращает расход металла от 15 до 35 % по сравнению с аналогичными коваными или литыми конструкциями. Производство сварных конструкций в нашей стране, начиная еще с конца 30-х и начала 40-х годов XX века, твердо стало на путь механизации. Уровень механизации сварочных работ непрерывно повышается.

Применяемые в нашей стране различные способы сварки, начиная с традиционных дуговых и контактных, и кончая различными лучевыми методами и сваркой взрывом, позволяют соединять практически все существующие металлы и сплавы, а также металлы с неметаллами в неограниченном диапазоне толщин: от фольги до стальных блоков толщиной в 2 м.

 В настоящее время в промышленности применяют более 160 способов сварки. Эти способы основаны на использовании различных физических, химических и других явлений. Поэтому детальное рассмотрение вопросов теории сварочных процессов возможно лишь применительно к отдельным видам сварки. Поскольку наибольшее применение в нашей стране и за рубежом имеют процессы сварки плавлением сталей, то основной акцент в курсе делается именно на данные процессы.

Курс «Теория сварочных процессов» преследует цель – изучение физико-химических и металлофизических процессов, происходящих при сварке в металле шва и околошовной зоне сварного соединения с целью получения качественного сварного соединения с заданными эксплуатационными свойствами. Поэтому при разработке технологии сварки стремятся получить сварное соединение, имеющее эксплуатационные характеристики на уровне характеристик основного, т. е. свариваемого, металла. С точки зрения прочностных свойств необходимо получить сварное соединение равнопрочное основному металлу.

Приступая к изучению курса «Теория сварочных процессов», необходимо ознакомиться с основными сварочными терминами и определениями. Они регламентированы ГОСТ 2601 («Сварка металлов. Основные понятия. Термины и определения»). В соответствии с этим стандартом следует остановиться прежде всего на следующих определениях.

Сварное соединение – неразъемное соединение, выполненное сваркой.

Сварка – процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми частями при их нагревании и (или) пластическом деформировании. Сварное соединение характеризуется установлением непрерывной структурной связи.

Около 70 % сварных соединений получены сваркой плавлением. При сварке плавлением образование сварного соединения можно представить состоящим из трех этапов (см. рис. 1): начало процесса, плавление основного и присадочного металлов, затвердевание, кристаллизация расплавленного металла по окончанию действия источника нагрева, т. е. образование неразъемного соединения.

 

 

Рис. 1. Образование сварного соединения при дуговой сварке:
а – начало процесса; б – плавление основного и присадочного металла; в – кристаллизация металла шва (распределение максимальных температур  в поперечном сечении сварного соединения); 1– свариваемые детали; 2 – плавящийся электрод; 3 – сварочная ванна; 4 – сварной шов; 5 – зона термического влияния

 

При сварке плавлением сварное соединение состоит из трех составляющих: сварного шва, зоны термического влияния (ЗТВ) и основного металла (см. рис. 1).

Сварной шов – участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла (сварочной ванны) или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформирования.

Сварочная ванна – расплавленный (жидкий) металл в месте соединения свариваемых деталей.

Зона термического влияния (ЗТВ) – участок основного металла, не подвергавшийся расплавлению, структура и свойства которого изменились в результате нагрева при сварке или наплавке.

 ЗТВ ограничена двумя изотермами – изотермой температуры плавления (для сталей порядка 1500 0С) и изотермой температуры, нагрев ниже которой не изменит структуру, следовательно, и свойства свариваемого металла. Такой температурой для углеродистых сталей можно считать 400 0С (температура низкого отпуска). Для некоторых (прежде всего легированных) сталей это может быть температура 200-250 0С.

 

Разделы курса

Решаемые задачи

Физические основы сварки

Установление принципиальных трудностей образования сварных соединений и методы их преодоления

Источники энергии при сварке

Выбор источника энергии по их производительности и экономичности

Тепловые основы сварки

Выбор режима сварки исходя из допустимого тепловложения и максимальной производительности

Металлургические основы сварки плавлением

Выбор технологии сварки, сварочных материалов исходя из особенностей металлургических процессов и химической активности металла, его требуемых эксплуатационных свойств

Технологическая прочность сварных соединений

Определение условий получения сварных соединений без трещин с минимальным усложнением технологии сварки

Свариваемость металлов

Определение технологических трудностей получения сварных соединений и методов их преодоления (т. е. анализ отношения свариваемого металла к термическому циклу сварки и процессу кристаллизации сварочной ванны)

 

Курс «Теория сварочных процессов» посвящен анализу причинно-следственных связей, имеющих место при сварке. Курс отвечает на вопросы:

·         Что происходит при сварке?

·         В чем причины этих явлений?

·         Как они влияют на качество сварных соединений?

Курс базируется на таких дисциплинах как физика, химия, теплотехника, металловедение, теория металлургических процессов. В свою очередь, курс – основа технологических дисциплин специальности – технология и оборудование контактной сварки и сварки плавлением, материалы и их поведение при сварке.

Освоив данный курс, студент должен знать:

·         Физические основы (принципы) образования сварного соединения на базе установления межатомных связей;

·         Требования, предъявляемые к источникам энергии при сварке, и характерные особенности наиболее распространенных источников энергии;

·         Характер воздействия термического цикла сварки на структуру и свойства сварного соединения;

·         Характер взаимодействия газовой и шлаковой фаз с металлической фазой в зоне плавления;

·         Причины образования дефектов в сварных соединениях.

 

Студент должен уметь:

·           По марке стали (или другого материала), т. е. по химическому составу основного (свариваемого) металла, оценить его свариваемость и предложить технологические приемы для образования качественного соединения;

·           По заданным геометрическим параметрам шва или механическим свойствам сварного соединения выбрать режим сварки, обеспечивающий оптимальное сочетание эксплуатационных характеристик свариваемого металла;

·           По заданным режимам сварки рассчитать производительность процесса и оценить его энергетическую эффективность

 

ДАЛЕЕ: 1.1. Принципиальные трудности, препятствующие образованию сварных соединений