
- •Раздел 1. Источники энергии при сварке
- •1.1. Физические основы и определение процесса сварки
- •1.2. Особенности формирования сварного соединения
- •1.3. Классификация процессов сварки
- •1.4. Требования к источникам энергии при сварке и оценка
- •1.5. Электрическая дуга как вид электрического разряда
- •1.6. Особенности электрической проводимости твердых тел,
- •1.7. Способы возбуждения сварочной дуги и ее зоны.
- •1.8. Общие законы образования заряженных частиц в газе
- •1.8.1. Ионизация газов
- •1.8.2. Фотоионизация
- •1.8.3. Ионизация соударением частиц
- •1.8.4. Термическая ионизация
- •1.8.5. Ионизация частиц в результате их ускорения
- •1.8.6. Эмиссионные процессы на поверхности твердых тел
- •1.8.7. Термоэлектронная эмиссия
- •1.8.8. Автоэлектронная эмиссия
- •1.8.9. Фотоэлектронная эмиссия
- •1.8.10. Вторичная эмиссия
- •1.9. Приэлектродные области дугового разряда
- •1.9.1. Катодная область
- •1.9.2. Анодная область
- •1.9.3. Столб дуги
- •1.10. Характеристика переноса электродного металла
- •1.10.1. Силы тяжести и поверхностного натяжения
- •1.10.2. Электродинамическая сила (пинч-эффект)
- •1.10.3. Реактивное давление, обусловленное интенсивным
- •1.10.4. Электростатические силы
- •1.10.5. Плазменные потоки
- •1.10.6. Влияние напряжения дуги на перенос металла
- •1.11. Устойчивость дугового разряда
- •1.12. Магнитная гидродинамика сварочной дуги
- •1.12.1. Собственное поле дуги и контура сварки
- •1.12.2. Внешнее магнитное поле и дуга
- •1.12.3. Практическое использование влияния на дугу поперечного магнитного поля
- •3. Вращающаяся (бегущая) дуга
- •1.13. Плазменнодуговые процессы
- •1.14. Лучевые источники энергии при сварке
- •1.14.1. Электроннолучевые источники
- •1.14.2. Фотоннолучевые источники
- •Раздел 2. Основы физической химии
- •2.2. Первое начало термодинамики и его следствия
- •2.3. Вычисление теплоемкостей веществ
- •2.4. Второе начало термодинамики
- •2.5. Понятие об изотермных потенциалах
- •2.6. Равновесие физико-химических систем
- •2.6.1. Закон действующих масс и константа равновесия
- •2.6.2. Закон действующих масс и константа равновесия
- •2.7. Максимальная работа реакции и ее связь
- •2.8. Влияние температуры и давления на
- •2.8.1. Влияние температуры на положение равновесия
- •2.8.2. Влияние давления на положение равновесия
- •2.8.3. Вычисление констант равновесия химических
- •2.9. Явления в жидких средах и на поверхностях
- •2.9.1. Закон распределения вещества в несмешивающихся
- •2.9.2. Практическая ценность закона распределения при изучении металлургических процессов
- •2.9.3. Поверхностная энергия
- •2.9.4. Адсорбция
- •2.9.5. Вязкость жидкости
- •2.9.6. Процессы испарения
- •2.10. Оценка химического сродства элементов к кислороду
- •2.10.1. Оценка степени сродства элементов к кислороду по изменению изобарно-изотермного потенциала образования окисла
- •2.10.2. Оценка степени химического сродства элементов к кислороду
- •2.10.3. Упругость диссоциации компонентов, находящихся в
- •Раздел III. Металлургические основы сварки плавлением
- •Радел IV. Основы тепловых процессов при сварке
- •Основные теплофизические единицы, понятия и определения
- •Дифференциальные уравнения теплопроводности
- •Стационарный процесс распространения теплоты
- •Теплоты при сварке
- •Мгновенный точечный источник теплоты в полубесконечном теле
- •Мгновенный линейный источник теплоты в пластине
- •Мгновенный плоский источник теплоты в стержне
- •Сварочные источники теплоты
- •Непрерывно действующие неподвижные источники теплоты
- •Непрерывно действующий неподвижный точечный источник теплоты на поверхности полубесконечного тела
- •Непрерывно действующий неподвижный линейный источник теплоты в пластине
- •Непрерывно действующий неподвижный плоский источник теплоты в стержне
- •Подвижные сосредоточенные источники теплоты
- •Подвижный точечный источник теплоты на поверхности полубесконечного тела
- •Мощные быстродвижущиеся источники теплоты
- •Расчеты термического цикла основного металла
- •Наплавка валика на массивное тело
- •Однопроходная сварка листов встык
- •Валиковая проба
- •Производительность дуговой сварки
- •Расплавление электрода
- •Проплавление основного металла
- •Определение времени пребывания металла сварочной ванны в расплавленном состоянии и длины сварочной ванны
- •2. Определение площади проплавления основного металла
- •3. Определение ширины зоны нагрева
- •Тепловая эффективность процесса сварки
- •Раздел V. Технологическая прочность сварных соединений Понятие технологической и эксплуатационной прочности
- •Трещины при сварке и их классификация
- •Горячие трещины при сварке
- •Методика оценки склонности металла сварного шва к образованию горячих трещин
- •Влияние различных факторов на вероятность образования горячих трещин
- •Холодные трещины при сварке
- •Методы определения стойкости металла околошовной зоны против образования холодных трещин
- •Методы определения стойкости против перехода в хрупкое состояние
- •Методы проверки эксплуатационных характеристик металла шва, околошовной зоны и сварного соединения
- •Пути повышения технологической прочности сварных соединений
- •Раздел VI. Свариваемость металлов Понятие свариваемости металлов. Факторы, определяющие свариваемость металлов
- •Влияние изменения химического состава на свариваемость
- •Ориентировочная оценка свариваемости стали по эквивалентному содержанию углерода
- •Характеристика свариваемости сталей
- •I. Свариваемость углеродистых конструкционных сталей
- •2. Свариваемость легированных сталей
- •2.1. Свариваемость низколегированных сталей
- •2.2. Свариваемость среднелегированных сталей
- •2.3. Свариваемость высоколегированных сталей
- •2.3.1. Свариваемость высоколегированной стали мартенситного класса
- •2.3.2. Свариваемость высоколегированной стали ферритного класса
- •2.3.3. Свариваемость высоколегированной стали аустенитного класса
- •2.3.4.Свариваемость высоколегированной стали карбидного класс
Раздел V. Технологическая прочность сварных соединений Понятие технологической и эксплуатационной прочности
При проектировании и изготовлении любых, в том числе и сварных, кон-струкций необходимо учитывать различные факторы, действующие в усло-виях их производства и эксплуатации, а также устанавливать определенные запасы прочности. При соблюдении этих условий конструкции не должны разрушаться ранее установленных сроков.
Сварные соединения и конструкции проектируются обычно из условия равнопрочности металла шва и основного металла. Современное состояние сварочной науки и техники позволяет в большинстве случаев обеспечить прочность сварного соединения более высокую или равную прочности свари-ваемого материала.
При правильном выборе технологического процесса и качественном его исполнении разрушение сварных конструкций, как правило, происходит вне пределов сварных соединений. Однако имеются случаи, когда в условиях нормальной эксплуатации конструкции разрушаются в зонах сварных со-единений. Чаще всего причиной этого являются микро- и макроразрушения местного характера, возникающие в процессе технологической обработки.
В связи с указанным различают прочность конструкции в процессе ее тех-нологической обработки (технологическая прочность) и прочность в условиях эксплуатации конструкции (эксплуатационная прочность). Такое деление весьма условно, но оно помогает решать вопросы, связанные с по-ведением материалов при различных видах их технологической обработки и эксплуатации.
В процессе изготовления материал конструкции испытывает усилия, вели-чина которых может быть значительно больше эксплуатационных нагрузок. Такое несоответствие усилий, рассчитанных из условий эксплуа-тации, и усилий, возникающих в материале конструкции в процессе ее изготовления, может привести к недопустимо большим деформациям и раз-рушению конструкции. Эти условия осложняются еще и тем, что различные участки материала зоны термического влияния в процессе сварки подвергаются воздействию очень высоких температур, что приводит к рез-кому снижению прочности материала на этих участках.
Поэтому изучение состояния и свойств материалов, схемы и величины действующих на него усилий, величины и характера деформаций, напряже-ний и других факторов, от которых зависит вероятность появления местных разрушений при изготовлении и эксплуатации конструкций, составляют со-держание науки о технологической прочности.
Трещины при сварке и их классификация
По размерам и влиянию на прочность материала различают две ка-тегории местных разрушений (трещин).
К первой категории относят микротрещины, размеры которых соиз-меримы с размерами параметров кристаллической решетки. Эти трещины представляют собой различного рода несовершенства кристаллической ре-шетки. Они практически всегда имеются в любых реальных кристаллах, по-этому определение показателей механических характеристики (свойств) ма-териалов, проектирование и расчет конструкций производится с учетом того, что эти трещины существуют в материале.
Ко второй категории относят трещины более крупных размеров, возни-кающие в материалах при их технологической обработке или в результате эксплуатации изделия. Такие трещины в сварных конструкциях являются опасным дефектом, так как под действием даже небольших нагрузок они мо-гут развиваться и стать причиной серьезных аварий.
Образование трещин второй категории (макротрещин) при сварке проис-ходит в том случае, когда пластические деформации в материале в резуль-тате неравномерного нагрева и охлаждения исчерпаны и возрастающие напряжения достигнут предела прочности обрабатываемого материала.
В процессе нагрева и охлаждения материала при сварке его температура, величина деформаций и напряжений постоянно меняются, что вызывает из-менение свойств материалов, так как пластичность и прочность материалов в сильной мере зависят от температуры.
С начала
охлаждения и кристаллизации металла
шва в нем могут воз-никнуть деформации
и напряжения
растяжения,
величина которых по мере снижения
температуры быстро растет. Очевидно,
что трещины могут возникать лишь в том
случае, когда величина собственных
напряжений в металле сварного шва
достигнет значения предела прочности
материала при данной температуре.
Исследования показали, что возникновение
трещин вероятнее всего в области высоких
температур — выше 1300 оC.
Следует также отметить, что при
температурах, близких к линии солидуса
(солидус — твердый, плотный), возможно
резкое снижение пластичности материала,
что увеличивает вероятность возникновения
трещин в этом температурном интервале.
Вместе с тем установлено, что, если
трещины не возникли в об-ласти температур,
близких к
то при дальнейшем охлаждении металла
шва их возникновение мало вероятно, так
как во всех более удаленных от источника
теплоты участках напряжения значительно
ниже предела проч-ности. Кроме того,
установлено, что некоторое снижение
пластичности ме-таллов наблюдается в
интервале температур 500…100 оC.
Таким образом установлено, что существуют
два температурных интервала возникновения
трещин:
вблизи температур линии солидуса;
в области более низких температур с пониженными пластическими свойствами металла.
В зависимости от температурного интервала возникновения различают трещины горячие (кристаллизационные) и холодные.
Горячими принято считать трещины, которые появляются в металле на завершающейся стадии процесса кристаллизации в интервале температур, близких к температурам линии солидуса.
Холодные трещины возникают при более низких температурах, чаще всего в результате структурных превращений в металле.
Механизм образования горячих и холодных трещин различен: горячие трещины имеют межкристаллический характер, т. е. обычно проходят по границам между кристаллами, тогда как холодные трещины чаще всего пере-секают кристаллы и границы между ними.
Горячие трещины обычно имеют извилистую форму и кристаллическую зернистую поверхность излома.
Холодные трещины имеют более прямолинейный характер, их поверх-ность чаще всего бывает гладкой, блестящей.
Различие в характере горячих и холодных трещин приводит к необходи-мости рассматривать их отдельно. Но следует иметь в виду, что борьба с го-рячими и холодными трещинами составляет две стороны общей проблемы повышения технологической и эксплуатационной прочности сварной кон-струкции.