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