140

министерство образования и науки

Российской федерации

Курский государственный технический университет

Кафедра ''Оборудование и технология сварочного производства''

Теория сварочных процессов

Конспект лекций

Составил доцент Артеменко Ю.А.

Курск 2008

Содержание

История развития сварки ……………………………………………………… 5

Определение сварки. Физические основы и классификация процессов сварки . Виды элементарных связей ………………………………………………...…. 7

Стадии процесса сварки. Сварка давлением. Сварка плавлением ……….... 8

Требования к источникам энергии при сварке. Классификация процессов сварки ……………………………………………………………………………..…...10

Физико-химические процессы в дуговом разряде ……….….11

Определение дугового разряда. Способы возбуждения ………………..……...11

Строение дугового разряда. ВАХ дуги …………………………………….…...12

Плазма столба дуги. Электропроводность столба дуги. Потенциал ионизации. Уравнение Саха ……………………………………………………………….…..14

Строение катодной области. Дуги с холодным и горячим катодами ………...17

Анодная область ………………………………………………………………….19

Схема трех источников …………………………………………………………...20

Магнитное поле дуги . Пинч-эффект ……………………………………………21

Магнитное поле сварочного контура. Магнитное дутье ……………………….22

Дуга переменного тока …………………………………………………………...24

Плавление и перенос электродного металла ……………………………………26

Плазменная дуга. Плазмообразующие газы ……………………………………29

Сварка под флюсом …….……………………………………………………………….32

Электрошлаковая сварка …………………………………………………………33

Тепловые процессы при сварке ………………………………………35

Основные понятия ………………………………………………………………..35

Схематизация нагреваемых тел …………………………………………………36

Классификация источников ……………………………………………………...37

Закон теплопроводности Фурье ………………………………………………...38

Поверхностная теплоотдача и граничные условия ……………………………39

Дифференциальное уравнение теплопроводности …………………………….42

Температурные поля от неподвижных источников ……………………………44

Непрерывно действующие неподвижные источники ………………………….46

Точечный источник на поверхности полубесконечного тела ……………........47

Линейный источник в бесконечной пластине …………………………………..49

Период теплонасыщения. Период выравнивания температур…………….…. .51

Расчет температуры при ограниченных размерах тела ………………………...53

Термический цикл сварки ………………………………………………………..54

Плавление основного металла…………………………………………………. ..56

термодеформационные процессы при сварке………………... .58

Свойства металлов при температурах сварочного цикла ……………………...58

Схема кинетики внутренних термических напряжений ……………………….61

Стальной стержень ……………………………………………………………….61

Местный нагрев пластины ……………………………………………………....63

Вывод расчетных формул для одноосных внутренних напряжений ……........65

Упругопластическое деформирование ………………………………………....67

Последовательность расчета кинетики внутренних напряжений

при сварке…………………………………………………………………………68

Остаточные напряжения в сварных соединениях …………………………......69

Деформации и перемещения при сварке ………………………………………..71

Экспериментальные методы определения _ост ………………………………..73

Физико-химические и металлургические процессы при сварке ……...75

Основные понятия и определения химической термодинамики ……………...75

Первый закон термодинамики. Энтальпия ……………………………………..77

Второе начало термодинамики. Энтропия ……………………………………...79

Энергия Гиббса …………………………………………………………………...81

Изотерма химических реакций …………………………………………………..83

Равновесие в гетерогенных системах. Правило фаз ……………………………84

Константа равновесия в гетерогенных системах ……………………………….85

Термодинамика растворов……………………………………………………... ..86

Приращение изобарного потенциала вещества при растворении………... …...88

Взаимодействие с водородом…………………………………………………… 89

Взаимодействие наплавленного металла с азотом ……………………………..91

Процессы карбидообразования ………………………………………………….93

Окисление металлов……………………………………………………………... 94

Химическое сродство к газу жидких металлов, которые

ограниченно растворяют свое химическое соединение с ним ……………….96

Химическое сродство к кислороду легирующих элементов ………………….98

Раскисление металлов……………………………………………………………98

Легирование металлов через шлак …………………………………………….101

Шлаковые фазы и их назначение ……………………………………………...102

Распределение температур в зоне сварки …………………………………..…104

Металлургия сварки под флюсом …………………………………………..…106

Сварка в среде СО₂ и инертных газах ………………………………………....108

Металлургия сварки покрытыми электродами ……………………………….110

Фазовые превращения при сварке …………………………………113

Первичная кристаллизация …………………………………………………….113

Схема кристаллизации сварных швов ………………………………………....116

Химическая неоднородность сварных соединений ………………………......119

Природа и причины образования горячих трещин ……………………….......121

Виды ГТ. Способы оценки склонности к ГТ ………………………………….124

Методы борьбы с ГТ …………………………………………………………...127

Характерные зоны сварных соединений ……………………………………...128

Фазовые превращения в твердом состоянии ………………………………....130

Структурные превращения в сплавах при нагреве и охлаждении ……….….133

Фазовые и структурные превращения при сварке сталей ……………….…..134

Превращения при нагреве основного металла …………………………….….134

Превращения в сталях при охлаждении ………………………………………136

Природа и причины образования холодных трещин ………………………....138

Способы оценки склонности к ХТ ………………………………………….….139

Способы борьбы с ХТ ……………………………………………………….…..141