Федеральное агентство по образованию

ГОСУДАРСТВЕНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА "Машины и автоматизация сварочного производства"

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ: “ Материалы и их поведение при сварке”

УЧЕБНОГО ПЛАНА СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ

150202 - “ Оборудование и технология cварочного производства “

КАФЕДРА “ Машины и автоматизация сварочного производства”

Категория слушателей: лица с высшим техническим образованием, проходя щих профессиональную подготовку по специальности «Оборудование и технология сварочного производства»

Форма обучения: очно-заочная с элементами дистанционных технологий

Г. Ростов-на-Дону

2005 г.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

“МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ”

1.1 Целью дисциплины является углубленное изучение закономерностей и специфических особенностей поведения различных материалов под действием термических и деформационных процессов сварки, а также изменение свойств сварных соединений, определяемых длительной эксплуатацией в условиях воздействии внешней среды.

Изучение дисциплины позволит усвоить механизмы процессов, определяющих формирование устойчивых структур сварных швов и соединений из черных и цветных металлов. На этой основе специалист по сварке сможет оценить или прогнозировать физико-механические свойства соединений и формировать собственные взгляды и позицию при проектировании технологии изготовления сварных конструкций.

1.2 Основной задачей изучения дисциплины является привитие специалистам научно обоснованного подхода к выбору основных и сварочных материалов, разработке технологии сварки, до- и послесварочной обработки сварных соединений.

В результате изучения дисциплины специалист должен

иметь представление:

· о специфических видах повреждаемости сварных соединений, выполненных из заданных материалов различными способами сварки и эксплуатирующихся в условиях, характерных для отрасли;

· о взаимосвязи конструктивных и технологических факторов всего процесса создания сварной конструкции на ее работоспособность и долговечность.

Знать:

· основы технологии производства и испытаний машиностроительных материалов и критерии их использования в сварных соединениях заданного назначения;

· причины появления и движения дефектов кристаллического строения реальных сплавов и роль сварочных процессов в повышении уровня дефектности структуры металла, а также в изменении физических и механических характеристик различных участков сварного соединения;

· механизмы воздействия условий эксплуатации (нагрузка – среда – температура – время) на изменение исходных свойств основного металла и снижение свойств сварного соединения;

· особенности поведения сталей, сплавов и цветных металлов при различных термодеформационных циклах сварки;

· фазовые и структурные превращения, происходящие при сварке сплавов и цветных металлов, и их роль в появлении неоднородностей сварочных соединений;

· методы и средства улучшения свойств швов и сварных соединений, используемые как на стадии проектирования, так и реализации технологии сварки.

Уметь:

· пользоваться европейскими и российскими стандартами по сварке и смежными с ней процессами, отраслевыми нормативами и руководящими документами;

· выбирать оптимальные способы и виды сварки, исходя из эксплутационных требований к сварным соединениям, с учетом наибольшей экономичности производства (программа выпуска, себестоимости, объемы реализации, товарный вид и т.д.);

· осуществлять выбор сварочных материалов, режимов сварки, видов до- и после сварочной обработки;

· прогнозировать возможные изменения структуры и механических свойств металла в различных зонах сварного соединения и оценить технологическую свариваемость;

· проектировать и практически разрабатывать технологию сварки;

· производить критериальную оценку различных вариантов технологий (включая ремонтные) с целью достижения минимального уровня дефектвности сварных соединений и конструкции в целом.

1.3 Методические указания по преподаванию дисциплины

1.3.1 Изложение курса должно дать представление о том, как на стадии проектирования и реализации технологии сварки обеспечить требуемый комплекс служебных характеристик изделий, эксплуатирующихся в нормальных и экстремальных условиях нагружения, воздействия температур и различных по агрессивности сред.

1.3.2 При изложении основных подходов к проектированию сварочных технологий необходимо акцентировать внимание на том, что в зависимости от условий эксплуатации к сварным соединениям предъявляются различный комплекс свойств, во многом зависящий от исходных, определяемых составом и свойствами выбранного металла и их изменениями, вызванными процессом сварки. В связи с этим целесообразно:

- в разделах курса, где излагаются металловедческие аспекты формирования структуры и свойств особое внимание обращается на виды дефектов кристаллического строения, причин их образования, факторы, регулирующие их плотность и типичные места расположения а также способы прямого и косвенного их обнаружения:

- в разделах курса, где представлены типовые диаграммы состояния различных сплавов следует подчеркнуть возможность и условность их использования для оценки реальных структур металла шва с учетом неравновесности процессов их образования при технологических воздействиях:

- в разделах, где освещаются фазово-структурные превращения, оказывающие влияние на формирование свойств сварного соединения, акцентируется внимание на их существенные различия в участках расположенных на разном расстоянии от шва, зависимости от скоростей охлаждения и типа сталей определенного легирования.

1.3.3 При изложении вопросов, связанных с прогнозом свойств соединений, необходимо осветить современные точки зрения на технологическую прочность материалов в процессе сварки и после нее, показать сущность понятия свариваемости, разнообразие расчетных и экспериментальных методов ее определения и пути улучшения. Особо подчеркнуть критерии свариваемости для сплавов разного легирования.

1.3.4 Изложение подходов к разработке технологии сварки различных классов сталей и специальных сплавов необходимо вести с позиций конструктивно-технологического проектирования, показывать взаимозависимость конструктивных решений и технологических возможностей их осуществления.

1.3.5 В разделе обоснования принципов разработки технологий сварки разнородных материалов особо акцентировать внимание на отрицательную роль химической и структурной неоднородностей в охрупчивании соединений и возможных путях ее устранения.

1.3.6 В разделах, где представляются конкретные рекомендации по выбору сварочных материалов для различных сочетаний сталей и сплавов следует использовать их обозначения в соответствии с действующими стандартами и иллюстрировать их применение нормативными данными, принятыми в различных отраслях промышленности.

1.3.7. Лабораторные и практические работы по дисциплине должны включать как экспериментальное изучение особенностей сварки различных сталей и сплавов, так и использовать компьютерное моделирование процессов формирования структуры и свойств сварных соединений.

2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ

Лекционные занятия

№ темы, лек ции	Наименование тем и содержание разделов лекционного курса {литература)
1	2
1.	Производство, классификация и обозначение сталей и сплавов. Способы и основные этапы производства сталей: выплавка, легирование, разливка, способы улучшения качества. Кристаллизация и строение слитков. Особенности изготовления трубных сталей. Основы классификации и маркировка по ГОСТ и зарубежным стандартам . Электронный учебник, 5.1.: [5.1.1; 5.1.2; 5.1.3]
2.	Испытание металлов и сварных соединений. Основные механические характеристики и способы их определения. Классификация испытаний. Растяжение, изгиб, твердость, ударная вязкость. Испытания на усталость, ползучесть, коррозионную стойкость. Форма и размеры образцов. Оборудование. Электронный учебник 5.1.: [5.1.2.; 5.1.3.]
3.	Строение и свойства металлов и сплавов. Дефекты кристаллического строения. Понятие кристалла, смеси кристаллов, кристаллическая решетка, дефекты решетки. Превращения в твердом состоянии. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Диаграмма деформация-напряжения: поведение сплавов в упруго-пластической зоне, упрочнение, рекисталлизация, деформационная способность. Методы и средства повышения прочности и пластичности сплавов. Электронный учебник 5.1.: [5.1.2.; 5.1.3.]
4	Легирование и диаграммы состояния. Термический анализ поведения сплавов при легировании. Диаграммы состояния при полной и частичной растворимости ком поненентов.Образование интерметаллидов. Старение. Диаграмма состояния Fe-C. Основные фазово-структурные превращения: аустенит, перлит., промежуточные фазы, мартенсит. Электронный учебник 5.1.; [5.1.2, 5.1.3]
5	Легирование железоуглеродистых сплавов и их свариваемость. Изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита. Диаграммы ZTU {время-температура-превращение) и ZTA (время-скорость охлаждения-превращение). Влияние скоростей охлаждения и легирующих на расположение С-образных кривых диаграмм ZTU и ZTA.Влияние углерода и легирующих на свариваемость и упрочнение твердого раствора. Образование карбидов, нитридов и интерметаллидов. Электронный учебник 5.1.: [5.1.2., 5.1.3.]
6	Чугуны и стальное литье Составы чугунов и стальных литых сплавов. Свариваемость и технологические особенности сварки. Сварочные материалы (электроды, проволоки, ленты, флюсы и газы) Способы сварки. Электронный учебник 5.1.: [5.1.2.;5.1.3.]
7	Мелкозернистые и микролегированные стали. Назначение и состав. Влияние величины зерна и степени легирования на уровень механических свойств сварных соединений. Пригодность к сварке по DIN 1702. Влияние термического цикла и времени t охлаждения на упрочнение и разупрочнение сварных соединений. Особенности технологии сварки и термическая обработка. Электронный учебник 5.1.: [ 5.1.3 ]
8	Термомеханически обработанные стали и проблемы их сварки. (обзор) Назначение и области применения.Состав и свойства. Структура и чувствительность к тепловым режимам сварки. Свариваемость и основные прблемы технологии сварки. Пути улучшения свойств сварных соединений. Электронный учебник 5.: [ 5.1.1., 5.1.3]
9	Высокопрочные стали и особенности их сварки. Назначение и области применения. Состав, структура и свойства. Отношение к термическому циклу: закалка зоны термического влияния, охрупчивание, разупрочнение, чувствительность к концентраторам напряжений. Технологические и конструктивные способы снижения трещинообразования сварных соединений.Сопротивление усталости. Электронный учебник 5.1.: [5.1.1., 5.1.3.]
10	Строение сварных соединений Влияние способов и видов сварки на квазистационарное температурное поле и образование различных видов структуры. Понятие зоны термического влияния, ее состав в зависимости от структурного класса свариваемой стали и скорости охлаждения. Роль термообработки в гомогенизации структуры металла шва и выравнивании свойств сварного соединения. Электронный учебник 5.1.: [5.1.1., 5.1.3.]
11	Термическая обработка основного металла и сварного соединения. Понятие термообработки и цели ее проведения.Режимы и основные виды термообработки: гомогенизация, отжиг, отпуск, нормализация, отдых, улучшение. Физические процессы при термообработке: рост зерна, выпадение избыточных фаз, растворение компонентов. измельчение структуры. Изменение свойств металла и сварных соединений. Способы и оборудование. Механические (деформационные) способы обработки соединений. Магнитные и ультразвуковые способы. Электронный учебник 5.1.: [ 5.1.2., 5.1.3]
12	Углеродистые и углеродисто-марганцевые (низколегированные) стали и их свариваемость. Общая характеристика машиностроительных (конст-рукционных) сталей (ГОСТ 380-88, 19281-89 DIN 17100): назначение, формы поставки, составы, виды проката и литья. Стали улучшенной группы (ГОСТ1058-88, DIN1703). Свариваемость. Методы испытаний.Углеродный эквивалент.Роль погонной энергии и условий теплоотдачи на формирование структуры шва и зоны термовлияния. Время охлаждения t_8./5 как фактор влияния на структуру шва и отдельных участков соединения. Многослойная сварка и термообработка раннее наплавленных валиков. Пробы на свариваемость. Роль температуры подогрева. Электронный учебник 5.1.: [5.1.1., 5.1.3.]
13	Трещинообразование в углеродистых и углеродистомарганцевых (низколегированных) сталях. Трещинообразование как показатель свариваемости. Причины образования и классификация трещин.Виды разрушений: ( хрупкое и вязкое). Разрушения от усталости и ползучести. Замедленные трещины.Холодные и горячие трещины: классификация, основные гипотезы, роль структуры и химического состава, механизмы процессов и виды разрушений. Методы и пути предотвращения. Электронный учебник 5.1.,[5.1.3.]
14	Низколегированные стали для криогенной техники Общие сведения о сталях. Основные требования к сварным соединениям. Виды и способы испытаний основного металла и сварных соединений. Способы сварки и требования к сварочным материалам и подготовке свариваемых поверхностей. Нормативные требования к допустимым дефектам и регулирующие механизмы. Электронный учебник 5.1., [ 5.1.1., 5.1.3.]
15	Низколегированные теплостойкие стали. Понятие теплостойкости. Механизмы обеспечения ползучести и длительной прочности. Виды разрушений. Испытания основного металла и сварных соединений. Жаропрочность. Типы соединений, способы сварки и сварочные материалы. Нормативные и специальные требования к уровню технологии сварки. Допустимые дефекты и приемы их ограничения Электронный учебник 5.1: [5.1.1.,5.1.3 ].
16	Коррозия. Химическая и электрохимическая коррозия. Основные причины возникновения и факторы, ускоря-ющие процесс: химический состав, состояние поверхности металла или сварного соединения, степень агрессивности и характер среды, температура, уровень рабочих и остаточных напряжений.Механизмы коррозии сварных соединений. Скорость коррозии и оценка коррозионной стойкости. Понятие электрохимического потенциала. Пассивация. Межкристаллитная, ножевая, щелевая и питтинговая коррозия. Коррозия под напряжением. Испытания на коррозию. Методы повышения коррозионной стойкости сварных соединений: легирование шва, травление и пассивация, катодно-анодная защита, специальные покрытия. Электронный учебник 5.1.,[5.1.1., 5.1.2., 5.1.3.]
17	Высоколегированные коррозионостойкие стали. Определение понятий высоколегированных сталей и сплавов. Диаграммы состояний и влияние легирующих на области устойчивости аустенита и феррита. Роль углерода и азота. Хромоникелевый эквивалент. Диаграммы Шеффлера и Де-Лонга. Определение структуры сталей и сплавов.Глубокоаустенитные и аустенитно-ферритные стали. Ферритные и феррито-мартенситные стали.Свойства при нормальных, высоких и криогенных температурах. Общая характеристика свариваемости и характерные дефекты сварных швов и соединений. Способы сварки, Сварочные материалы. Особенности технологии сварки и послесварочной обработки.Нормы дефектности и способы улучшения качества соединений. Электронный учебник 5.:[5.1.1, 5.1.3.]
18	Защитные покрытия. Причины использования.и виды покрытий. Плакирование и способы его осуществления. Технология сварки плакированных сталей. Типы соединений и способы подготовки кромок. Последова-тельность выполнения сварочных операций. Основные дефекты и способы управления качеством соединений Облицовка кромок, способы облицовки: гальванизация, оцинковывание поверхности. Резиновая защита. Электронный учебник 5. 1.: [ 5.1.2.,5.1.3.]
19	Высоколегированные жаропрочные и жаростойкие стали. Общая характеристика сталей и сплавов. Механизмы жаропрочности и влияние легирующих. Аустенитные и ферритные жаропрочные стали. Свариваемость. Сварочные материалы. Способы сварки. Специальные требования к сварным соединениям и к их обработке.Основные дефекты и механизмы регулирования качества соединений. Электронный учебник 5.1.:[5.1 .1., 5.1.2.,5.1.3.]
20	Износ.Виды и механизмы износа. Износ от трения, усталости, эррозии, кавитации и термического циклирования. Способы Восстановления размеров деталей и повышения износостойкости поверхностей. Сварочные и наплавочные материалы и способы сварки. Основные дефекты и способы их устранения. Электронный учебник 5.1.: [5.1.1., 5.1.3.]
21	Разнородные стали и сплавы и особенности их сварки Проблемы сварки сталей одного структурного класса, но разного легирования и сварки сталей и сплавов различных структурных классов. Эффект полного и частичного смешения металлов в шве. Кристаллизационные и диффузионные прослойки. Выбор сварочных материалов, способов, режимов и последовательности сварки Дефекты. Электронный учебник 5.1.: [ 5.1.3.]
22	Металлографические испытания.Основные задачи и методы испытаний. Макро- и микро испытания, области применения. Оборудование. Электронный учебник. 5.1.: [5.1.2., 5.1.3.]
23	Основы производства, классификация и обозначение цветных металлов и сплавов. Классификация и общая характеристика конструкционных цветных металлов и сплавов. Способы и технологические схемы получения меди, никеля, алюминия, титана и их сплавов. Обозначение по стандартам. Электронный учебник 5.1.: [5.1.2., 5.1.4.]
24	Особенности физико-механических процессов при сварке цветныхметаллов Физико-химические и механические свойства. Особенности воздействия сварочного нагрева на свариваемый металл. Условия и характер кристаллизации металла шва. Химическая и структурная неоднородность. Роль защитной среды и условий теплоотвода в формировании дефектов. Стандарты по сварке цветных металлов. Электронный учебник 5.1.: [ 5.1.4.]
25	Медь и меднолегированные сплавы. Области применения медных сварных и паяных соединений. Физико-химические и механические свойства медных сплавов, их зависимость от чистоты и степени раскисления. Критерии свариваемости. Способы сварки и пайки. Сварочные материалы: прутки, электроды, проволоки, защитные газы и флюсы. Подготовка под сварку и пайку, техника и режимы сварки. Характерные дефекты сварных и паяных швов. Электронный учебник 5.1.: [ 5.1.4.]
26	Никель и никелевые сплавы.Назначение и области применения. Физико- механические характеристики сплавов. Способы сварки и особенности процесса. Свариваемость. Сварочные материалы (электроды, проволоки, газы, флюсы). Склонность к трещинообразованию и пористости. Техника сварки, требования к качеству сварных соединений. Электронный учебник 5.1.: [5.1.1., 5.1.4.]
27	Алюминий и его сплавы.Области использования. Физикохимические свойства. Диаграммы состояния сплавов и классификация по уровню прочности, степени легирования, коррозионной стойкости. Свариваемость.Способы сварки и требования к подготовке свариваемых кромок Сварочные материалы. Дефекты швов и сварных соединений: трещины, окисные пленки, поры, остаточные деформации. Электронный учебник 5.1.: [ 5.1.1., 5.1.4.]
28	Специальные цветные металлы и сплавы. Титан и его сплавы, области применения. Физико-химические и механические свойства. Классификация по степени легирования, уровню прочности, коррозионной стойкости. Маркировка. Свариваемость. Способы сварки и особенности технологии. Сварочные материалы. Требования к подготовке элементов под сварку. Дефекты швов и соединений и пути их устранения. Тантал и цирконий. Специфика физико-химических свойств. Области применения. Способы и техника сварки. Основные дефекты. Электронный учебник 5.1.:[5.1.1., 5.1.4.]
29	Разнородные цветные металлы и сплавы. Области применения и эксплуатационные требования к сварным соединениям. Физико-химические процессы, осложняющие свариваемость разнородных цветных сплавов. Основные способы и приемы сварки. Соединения через прослойки. Сварка медно- никелевых сплавов со сталями. Сварка меди с алюминиевыми и титановыми сплавами. Сварочные материалы. Дефекты сварных швов и соединений. Электронный учебник 5.1.: [5.1.2., 5.1.4.]

3. Практические занятия

№ тем	Наименование занятий, соответствующий номер темы	Объем в час на изучение темы
1	2	3
1	Горячие трещины при сварке углеродистых сталей 5.1.,[5.1.3.]	4
2	Выбор технологии сварки высоколегированных сталей и сплавов. 5.1.,[5.1.1.; 5.1.2; 5.1.3]	4

4. Лабораторные занятия

№ темы, лаб. раб.	Наименование лабораторных занятий	Объем в часах., отводимый на проведение лабораторных работ
1	2	3
1	Моделирование дефектов кристаллической решетки и изучение структуры сварных соединений. 5.1.: [5.1.2., 5.1.3., 5.1.9]	4
2	Оценка склонности сварных соединений к горячим трещинам 5.1.:[ 5.1.3., 5.1.6., 5.1.9.]	4
3	Оценка влияния технологии сварки высоколегированных сталей на склонность к межкристаллитной коррозии сварных соединений. 5.1.[5.1.3,5.1.6., 5.1.8, 5.1.10 ]	4

5. Список основной и дополнительной литературы

Основная литература

5.1.1 Технология конструкционных материалов / Под ред. И.Н Дальского .- М.: Машиностроение, 1992.-469 с.

5.1.2 Новиков И. И., Строганов Г.Б., Новиков А.И. Металловеде- ние,термообработка и рентгенография.- М.: МИСИС, 1994.- 479с.

5.1.3 Моисеенко В.П. Материалы и их поведение при сварке. Черные металлы и сплавы: Учебное пособие. - Ростов–на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 1997. - 161с.

5.1.4.Моисеенко В.П Материалы и их поведение при сварке. Цветные металлы и сплавы. Учебное пособие. – Ростов – на- Дону: Издательский центр ДГТУ, 1998. - 78 с.

5.1.5. Моисеенко В.П., Эйдельнант В.И. Технологические особенности сварки плавлением сталей и сплавов. Учебное пособие.- Ростов-на-Дону; Издательский центр ДГТУ,2003. -154с.

5.1.6. Моисеенко В.П., Эйдельнант В.И. Сварочно-технологические

свойства цветных металлов и сплавов. Учебное пособие – Ростов-на-Дону. Издательский центр. ДГТУ, 2003. - 81с.

Дополнительная литература

5.1.7.Марочник сталей и сплавов / Под ред. В.Г.Сорокина.- М.: Машиностроение, 1989. – 639 с.

5.1.8.Конструкционные материалы/ Под ред. Б.Н.Арзамасова.- М.: Машиностроение, 1990 – 687 с.

5.1.9. Сварка в машиностроении/ Под общей ред. Г.А.Николаева, Т.1,2.- М.: Машиностроение, 1978.

5.1.10.Сварка и свариваемые материалы/ Под ред.В.Н Волченко. Т1.-М.: Металлургия, 1991, -525 с.

5.1.12.Сварочные материалы для дуговой сварки / Под ред Н.Н ПотаповаТ1,2 – М.: Машиностроение, 1989. – 543 с.

Лившиц Л.С., Хакимов А.Н Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений.- М.: Машиностроение, 1989, - 334 с.

5.1.13. Шоршоров М.Х., Белов В.В Фазовые превращения и изменения свойств стали при сварке. – М.: Наука,-1972, -224 с.

5.1.14.Гуревич М.М Справочник по сварке цветных металлов.- К.: Наукова думка. 1981 –607 с.

5.1.15. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением.- М.: Машиностроение, 1977,- 432 с.

5.1.16. Земзин В.Н. Сварные соединения разнородных сталей.- М.:Машиностроение, 1971.- 230 с.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

“МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ ПРИ СВАРКЕ”

1.3 Методические указания по преподаванию дисциплины

Облицовка кромок, способы облицовки: гальванизация, оцинковывание поверхности. Резиновая защита. Электронный учебник 5. 1.: [ 5.1.2.,5.1.3.]

5. Список основной и дополнительной литературы