- •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
2.3.2. Свариваемость высоколегированной стали ферритного класса
К высоколегированным сталям ферритного класса относятся высокохро-мистые стали, содержащие более 17% хрома и до 0,15% углерода.
Хром способствует образованию однофазной ферритной структуры.
Высокохромистые ферритные стали (XI7, Х25, Х28 и др.) обладают ком-плексом ценных свойств: высокая коррозионная стойкость в различных аг-рессивных средах; высокая жаростойкость и кислотостойкость при темпе-ратуре до I000...II00 °C.
В связи с необходимостью экономии никеля эти стали широко исполь- зуются для производства сварных конструкций.
Особенность ферритных сталей состоит в том, что, будучи однофазными, они являются не закаливающимися сталями, так как не подвержены струк-турным превращениям при нагреве и охлаждении. Однако сварка этих сталей сопряжена с рядом трудностей:
а) повышена склонность металла к росту зерна, что невозможно устранить последующей термообработкой;
б) появляется склонность металла к охрупчиванию;
в) возможно образование межкристаллитной коррозии.
Отсутствие в ферритных сталях структурных и фазовых превращений дела-ет невозможным измельчение зерна в процессе термообработки. Поэтому укрупнение зерна феррита, вызванное нагревом при сварке, снижает проч-ность, пластичностъ и кислотостойкость металла, а в холодном состоянии по-является хрупкость. Рост зерна наблюдается как в околошовной зоне, так и в металле шва. Для предупреждения этого явление необходимо применять режимы с малой погонной энергией (высокие скорости сварки), специальные технологические приемы сварки (короткие участки, перерывы, валики малых сечений и т.д.); для частичного измельчения зерна в наплавленном металле целесообразно использовать сварочные материалы, содержащие элементы-модификаторы (титан, алюминий и т. д.).
Длительный нагрев металла шва и околошовной зоны до высоких темпе-ратур могут привести к значительной потере металлом пластичности. Это яв-ление называется охрупчиванием металла. Причин такого явления могут быть две:
тепловое охрупчивание в интервале температур 350...500 °С;
снижение пластичности металла вследствие выпадения вторичных кар-бидов хрома по границам зерен.
Эффективных мер борьбы с тепловым охрупчиванием до настоящего вре-мени нет, так как до конца неясны причины его появления.
Для предупреждения охрупчивания второго вида применяют предварите-льный подогрев изделия до температуры 150…180 °С и снижение содержа-ния углерода в наплавленном металле.
Межкристаллитная коррозия протекает преимущественно по границам зерен. В хромистых ферритных сталях к межкристаллитной коррозии склон-ны участки основного металла, непосредственно прилегающие к шву и на-греваемые до наиболее высоких температур. По границам зерен выпадают карбиды хрома и железа. Периферийные участки зерен феррита обедняются хромом и подвергаются коррозии. Для предупреждения этого явления необ-ходимо предотвратить образование карбидов хрома. С этой целью исполь-зуют титан и ниобий, которые образуют карбиды, более прочные, чем карби-ды хрома. Кроме того, необходимо уменьшать содержание углерода.
Аналогично сварке мартенситных сталей, сварка ферритных сталей также имеет два варианта:
а) сварочные материалы позволяют получить сварное соединение, отличаю-щееся после термической обработки структурной однородностью и необхо-димой прочностью;
б) сварочные материалы обеспечивают получение сварных соединений, для которых характерна структурная неоднородность (структура металла шва —аустенит, структура основного металла — феррит) и отсутствие равнопроч-ности с основным металлом.
При сварке по первому варианту производится предварительный по-догрев изделия до температуры I50...I80 °C; исключение может быть сде-лано для низкоуглеродистых высоколегированных ферритных сталей толщиной до 10 мм. Однако во всех случаях необходима немедленная термическая обработка после сварки, цель которой — повышение пластичности сварного соединения и его стойкости против образования хо-лодных трещин.
Режим термообработки: нагрев до температуры 870…900 °С, выдержка при этой температуре не менее 10 часов и последующее быстрое ох-лаждение в холодной (проточной) воде. Иногда хорошие результаты дает высокий отпуск конструкции при температуре 700…750 °С.
При сварке по второму варианту термообработка значительно ухудшает свойства сварного соединения (образование прослоек, обогащенных карби-дами), что может привести к его разрушению.