Тема 6. Структурно-фазові та металургійні процесі при зварюванні

Структурно-фазові перетворення у металу шва.. Основні зони зварного з’єднання. Структурно-фазові зміни та склад зони термічного впливу. Особливості формування зони часткового оплавлення у ЗТВ на прикладі алюмінієвих сплавів. Взаємодія металу з газами при зварюванні. Розчинення газів у рідкому металі. Окиснювання металу при зварюванні. Взаємодія металу з азотом. Взаємодія металу з воднем. Взаємодія металу зі шлаками газами при зварюванні. Розкислення металу при зварюванні. Легування металу шва при зварюванні плавленням. Рафінування металу шва при зварюванні плавленням.

Методичні вказівки

Знати основні зони зварного з’єднання: зварний шов, зона сплавлення, часткового оплавлення, перегріву, нормалізації, неповної рекристалізації, рекристалізації, синьоламкості. Ознайомитися зі структурно-фазовими змінами та складом зони термічного впливу. Знати особливості формування зони часткового оплавлення у ЗТВ на прикладі алюмінієвих сплавів.

Вивчати взаємодію металу з газами при зварюванні: розчинення газів у рідкому металі, окиснювання металу при зварюванні, взаємодію металу з азотом, з воднем. Вивчати взаємодію металу зі шлаками газами при зварюванні. Знати процеси розкислення металу, легування металу шва, рафінування металу шва при зварюванні плавленням.

Література [1, c.313-405; 2, ч.2, с. 108-181; 3, с. 20-46; 4, с. 77-95; 6, 67-75],

Литература

Основна

1. Теория сварочных процессов: учеб. для вузов / В. Н. Волченко, В. М. Ямпольский, В. А. Винокуров, В. В. Фролов [и др. ]. - М. : Высшая школа, 1988. - 559 с.

2. Коперсак В. М. Теорія зварювальних процесів: Текст лекцій в 2-х ч. - Ч. 1 Джерела живлення та теплові процеси при зварювані. - К., 2011. - 384 с.; - Ч. 2. Фізмко-хімічні та металургійні процеси при зварюванні. - К., 2011. – 252 с.

3. О. К. Горлов. Фізико-хімічні основи технологічних процесів. Зварювання: навч. посібник / О. К. Горлов, Є. П. Рогачов, С. М. Лашко. – Х.: Нац. аерокосм. ун-т „Харк. авіац. ін-т”, 2010 – Ч.1. – 72 с. 

Додаткова

4. Сварка в машиностроении : справ.: в 4 т . Т. 1 / К. В. Васильев, В. И. Вилль, В. Н. Волченко, А. А. Ерохин [и др. ]. - под ред. Н.А. Ольшанского. - М. : Машиностроение, 1978. - 504 с.

5. Сливінський О. А. Здатність до зварювання конструкційних матеріалів: : навч. посіб. для студ. вищ. навч. закл. // - К. : НТУУ "КПІ", 2010. - 259 с

6. Сварка и свариваемые материалы: в 3-х т. Т.1. Свариваемость материалов. Справ. изд. / Под ред. Э. Л. Макарова. – М.: Машиностроение, 1991. – 528 с.

7. Технологія електродугового зварювання: підручник. / І. В. Гуменюк, О.В. Іваськін, О.В. Гуменюк. – К.: Грамота, 2006. – 512 с.

Вопросы к модулю:

1. Види зв’язків між частками твердих тіл та дифузійні процеси.

2. Поверхневі явища: поверхнева енергія, адсорбція, адгезія.

3. Процеси утворення монолітного з’єднання у твердому та рідкому стані.

4. Класифікація та загальна характеристика джерел нагріву.

5. Енергетичний баланс та коефіцієнти корисної дії. процесу зварювання.

6. Класифікація процесів зварювання.

7. Електрична дуга: області дуги, температура, розподіл напруги. СВАХ.

8. Емісія електронів у катодній області. Плівкові катоди.

9. Баланс енергії дуги. Полярність струму.

10. Взаємодія дуги з магнітним полем (зі зовнішнім, магнітне дуття, пінч-ефект).

11. Перенесення електродного металу: види, сили, методи примусового перенесення.

12. Перемішання металу зварної ванни (сили, які діють на ванну, ефект Марангоні).

13. Нагрівання металу електричним струмом.

14. Основні поняття, величини та законі, які застосовуються у теплових розрахунках.

15. Розрахункові та експериментальне визначення температури металу при зварюванні.

16. Тимчасови термічні та залишкові напруги та деформації при зварюванні.

17. Методи зниження залишкових напруг та деформацій у зварних з’єднаннях.

18. Структурно-фазові перетворення у металу шва.

19. Взаимодія металу з газами при зварюванні.

20. Взаимодія металу зі шлаками при зварюванні.

Тести

До якого виду явищ відносять: А) явища, які змінюють будову елементарних часток; Б) явища, які не змінюють будову елементарних часток; В) молекулярний зв'язок; Г) ковалентний зв'язок.

Відповіді: 1) До фізичних; 2) До хімічних;

До якого виду фізико-хімічних процесів належать процесі: А) нагрівання; Б) зварні напруги та деформації; плавлення; окислення металу зварної ванни;

Відповіді: 1) До металургійних; 2) До термомеханічних; 3) До структурно-фазових; 4) До теплових; 5) До електричних.

Який тип елементарного зв’язку: А) обумовлений взаємодією між катіонами та аніонами; Б) має найменшу енергію зв’язку; В) узагальнює валентні електрони групою атомів; Г) обумовлює зв'язок у молекулярному азоті.

Відповіді: 1) Іонний; 2) Ковалентний; 3) Металевий; 4) Молекулярний.

Яке поверхневе явище є: А) зчеплення (прилипання, злипання) приведених в контакт різнорідних твердих або рідких тіл; Б) явище, суть якого в прагненні рідини скоротити площу своєї поверхні при незмінному об'ємі; В) вибіркове поглинання речовини з газового чи рідкого середовища усім об'ємом твердого тіла чи рідини Г) вибіркове поглинання речовини з газового чи рідкого середовища поверхневим шаром твердого тіла чи рідини;

Відповіді: 1) Адгезія; 2) Абсорбція; 3) Адсорбція; 4) Змочування; 5) Поверхневий натяг.

Для утворення з’єднання у якій фазі характерно: А) наявність осадки, що приводить до певного рівня деформації металу; Б) виключно термічна активація; В) застосування нагріву; Г) застосування присаджувального металу.

Відповіді: 1) У твердої фазі; 2) У рідкої фазі; 3) як у твердій, так і у рідкій фазі.

Яка енергія передається поверхням, що з’єднуються: А) холодним зварюванням; Б) дуговим зварюванням; В) киснево-ацетиленовим зварюванням; Г) геліозварюванням.

Відповіді: 1) термічна; 2) механічна; 3) термічна та механічна.

Який вид джерела нагріву застосовується при: А) зварюванні вибухом; Б) лазерному зварюванні; В) контактному зварюванні; Г) термітному зварюванні.

Відповіді: 1) електричний; 2) хімічний; 3) радіаційний.

Як відображається у загальній схемі перетворення енергії А) зварювальний трансформатор; Б) система подачі стислого повітря; В) лазерний промінь; Г) газовий пальник.

Відповіді: 1) енергетичний резервуар; 2) джерело живлення; 3) інструмент.

Яке джерело нагрівання має: А) найбільшу щільність енергії; Б) найменшу площу нагрівання; В) найбільшу ширину зварного шву; Г) найменшу температуру.

Відповіді: 1) Газове полум’я; 2) Електрична дуга; 3) Лазерний промінь.

До якого класу процесів відносять: А) дугове зварювання; Б) ковальське зварювання; В) дифузійне зварювання; Г) ультразвукове зварювання.

Відповіді: 1) до механічного; 2) до термомеханічного; 3) до термічного.

До якої групи ознак відносять: А) ступень механізації; Б) форма енергії; В) вид електроду; Г) рід струму.

Відповіді: 1) до фізичних; 2) до технологічних; 3) до технічних.

Якій вид зварювання може буди: А) стиковим; Б) двоелектродним; В) в вуглекислому газі; Г) з радіаційним нагріванням.

Відповіді: 1) дугове; 2) електроконтактне; 3) дифузійне

У якої приелектродної області: А) накопичується позитивний просторовий заряд; Б) діють процеси емісії; В) менш падіння напруги; Г) менша товщина.

Відповіді: 1) у катодній; 2) у електродній.

Який від емісії: А) потрібує високу температуру катода; Б) потрібує значної концентрації електричного поля; В) основний при електронно-променевому зварюванні; Г) підтримує дугу при напівавтоматичному зварюванні алюмінію.

Відповіді: 1) термоелектронна; 2) автоелектронна; 3) фотоелектронна.

Як змінюється напруга на дузі при збільшені струму, якщо А) струм малий, іонізація стовпа дуги мала; Б) струм великий, дуга стиснена; В) щільність струму у електроді перевищує 100 А/мм²; Г) швидкість подання плавкого електроду постійна.

Відповіді: 1) зменшується; 2) не змінюється; 3) підвищується.

Який метал: А) у чистому вигляді має найменший потенціал виходу електрону; Б) у окисленому вигляді має більше потенціал виходу електрона, ніж у чистому; В) у окисленому вигляді має значно менший потенціал виходу електрона, ніж у чистому; Г) найменшу температуру плавлення.

Відповіді: 1) Fe; 2) K; 3) Al.

Який газ: А) має найбільший потенціал іонізації; Б) складає більшу частку повітря (близько 70%); В) не вступає в хімічну взаємодію з рідким металом та не розчінується у ньому; Г) завдяки хімічної взаємодії в два рази зменшує роботу виходу з мідного електроду.

Відповіді: 1) He; 2) N₂; 3) O₂.

Яку температуру (приблизно) має стовп електричної дуги у: А) аргоні; Б) гелію; В) парах кальцію; Г) парах заліза?

Відповіді: 1) 4000 К; 2) 6000 К; 3) 15 000 К; 4) 20 000 К.

На якій полярності: А) більш теплоти виділяється на виробі; Б) більш перегрівання електроду; В) окісна плівка на поверхні виробу дробиться іонами; Г) менш реактивні сили випарів, що діють на каплю?

Відповіді: 1) на прямій; 2) на зворотної.

Який струм: А) дає трансформатор; Б) дає більш стійку дугу; В) чутливий до магнітного дуття; Г) зменшує знос вольфрамового електроду при зваренні алюмінію.

Відповіді: 1) постійний; 2) змінний; 3) обидва.

Яку назву має явище: А) зниження роботи виходу електрону при підвищенні зовнішнього електричного поля; Б) руйнування поверхні твердих тіл при їх бомбардуванні атомами або іонами; В) асиметрії струму та напруги у різні полуперіоди горіння дуги; Г) стиснення каналу струму під дією магнітного поля, який наведено цим струмом?

Відповіді: 1) Вентильний ефект; 2) Пінч-ефект; 3) Ефект Шоттки; 4) Ефект Марангоні; 5) Ефект катодного розпилювання.

Внаслідок магнітного дуття електрична дуга зміщується у бік: А) місця підведення струму; Б) зменшення щільності ліній магнітного полю; В) феромагнітних мас; Г) негативного полюсу поперечного зовнішнього магнітного полю.

Відповіді: 1) Так; 2) Ні.

Який вид переносу електродного металу: А) найменш бажаний; Б) є характерним, якщо електрод тонкий (1.5 мм), щільність струму більш 10³ А/мм², захисний газ – аргон; В) часто застосовують при зварюванні у СО₂ тонколистових виробів; Г) є характерним при зварюванні під флюсом, якщо щільність струму 10⁴>i>10² А/мм², електрод 2 мм.

Відповіді: 1) Крупнокрапельний; 2) Крапельний з короткими замиканнями; 3) Дрібнокрапельний; 4) Струміневий; 5) У вигляді пару.

Яка сила, що діє на краплю електродного металу: А) залежить від складу флюсу, якщо він застосовується; Б) направлена від меншого перерізу к більшому; В) залежить від щільності електродного металу; Г) при малих струмах перешкоджає переносу, при великих – сприяє відриву капель від електроду.

Відповіді: 1) Сила ваги; 2) Сила поверхневого натягу; 3) Електромагнітна сила; 4) Реактивна сила випаровування; 5) Аеродинамічна сила.

Яка сила, що діє на краплю електродного металу: А) виникає при взаємодії краплі з потоками плазми у дузі; Б) пропорційна об’єму краплі; В) прикладена у активної плямі дуги; Г) може бути знижена домішками кисню у захисний газ.

Відповіді: 1) Сила ваги; 2) Сила поверхневого натягу; 3) Електромагнітна сила; 4) Реактивна сила випаровування; 5) Аеродинамічна сила.

Встановите матеріали у порядку зростання питомого електричного опору (1 – найбільший опор): А) Алюміній; Б) Мідь; В) Залізо; Г) Графіт.

Відповіді: 1-4

Як змінюється електричний опор: А) міді при нагріванні; Б) сталі при охолодженні; В) алюмінію при правлінні; Г) ніхрому при нагріванні.

Відповіді: 1) Зростає; 2) Зменшується; 3) Практично не змінюється.

Як зміниться потужність виділення тепла у циліндричному провіднику, якщо: А) силу струму збільшити удвічі; Б) подати удвічі більшу напругу холостого ходу; В) довжину провіднику зменшити удвічі; Г) діаметр провіднику збільшити удвічі?

Відповіді: 1) Збільшиться у 2 рази; 2) Зменшиться у 2 рази; 3) Збільшиться у 4 рази; 4) Зменшиться у 4 рази; 5) Збільшиться у 8 раз.

Взаїмодія з яким газом викликає: А) зменшення кількості легуючих елементів; Б) зменьшення стойкості проти коррозії; В) зменьшення ударної вязкості; Г) значну пористість?

Відповіді: 1) З воднем; 2) З азотом; 3) З киснем.

Який вплив мають наступні заходи: А) прокалювання електродів перед зварюванням; Б) застосування захісних газів; В) применение фторістих флюсов, що активно реагують з воднем; Г) легування сплавів титаном.

Відповіді: 1) Збереження пластичністі та ударної вязкості; 2) Зменьшення пористості.

Який окисел: А) підвищує густину шлака; Б) являється кислим; В) ефективно звязує сірку; Г) ефективно роскіслює метал?

Відповіді: 1) SiO₂; 2) MnO; 3)Fe₂O₃.

До якого типу відносят наступні реакції: А) [FeS]+[Mn]=(MnS)+[Fe]; Б) (SiO₂)+2[Fe]=[Si]+2[FeO]; В) [FeO]+(SiO₂)=(FeO*SiO₂); Г) 3[FeO]+2[Al]=(Al₂O₃)+3[Fe]?

Відповіді: 1) Роскислювання; 2) Рафинування; 3) Легування.