Свариваемость материалов

A. Я. ХАКИМОВ, докт. техн. наук

В.

Ф.

МУСИЯЧЕНКО,

канд.

техн.

наук

Л. Я. МИХОДУИ, канд. техн. наук В. А.

САРЖЕВСКИИ,

докт.

техн.

наук

B. В. БАЖЕНОВ, докт.

техн. . наук А. С. ЗУБЧЕНКО, докт.

техн.

наук

В. Я. ЛИПОДАЕВ, докт.

техн.

наук /С.

А. ЮЩЕНКО, докт.

техн.

наук

В. С. САВЧЕНКО, канд.

техн.

наук В.

£. ЛАЗЬКО, докт.

техн.

наук

/О. Я. ГРЕЦКИЙ, канд. техн. наук

В.

А.

МЕТЛИЦКИЙ, докт.

техн.

наук

/О. Я. АРВУЗОВ, канд.

техн. наук

Я.

Я. ШИГАНОВ,

докт.

техн.

наук

С

040(01)—91

132

В. Н.

Волченко,

Э. Л. Макаров,

ISBN 5-229-00816-4

(т. I)

Шип

В. В. и др.,

издательство «Ме­

ISBN

5-229-00815-3

таллургия», 1991

= = = s =

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

15

Предисловие

к т. I

16

Р а з д е л

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

ОСНОВЫ

СВАРКИ

18

Г л а в а

1.

Физические основы,

источники

энергии и классификация

про­

18

цессов сварки

(Волченко В. Я.)

1.1. Физические

основы

сварки

18

1.2. Классификация

процессов

20

1.3. Оценка эффективности сварочных процессов

23

1.3.1. Обобщенный баланс

энергии

23

1.3.2. Схема

балансов

энергии

25

1.3.3. Оценка эффективности источников энергии

26

1.3.4. Примеры

расчетов

29

Г л а в а

2.

Тепловые процессы при сварке

(Шип В. В.)

32

2.1. Основные

понятия

32

2.2. Схемы

нагреваемого

тела

32

2.3. Типы и тепловая эффективность источников

нагрева

33

2.4. Тепловые

процессы при

дуговой

сварке

. .

36

2.4.1. Расчет температурного поля

при однопроходной сварке и наплавке

36

2.4.2. Расчет параметров термического цикла сварки

40

2.4.3. Расчет

проплавления

основного

металла

45

2.5. Учет распределенности источников теплоты

.

. .

47

2.6. Особенности

тепловых

процессов

при различных видах

сварки

49

2.6.1. Контактная

сварка

стержней

49

2.6.2. Точечная контактная сварка листов

52

2.6.3. Электрошлаковая

сварка

53

2:6.4. Плазменная

сварка

54

2.6.5. Лучевые

виды сварки

55

2.7. Справочные данные и примеры

расчетов

56

Г л а в а

3.

Металлургия сварки

(Потапов

Н. Н.)

59

3.1. Плавление металла в сварочной ванне

59

3.1.1. Металлургические

реакции

при

сварке

.....................................

60

3.1.2. Термодинамический метод оценки протекания реакций при сварке

61

3.2. Расчет состава металла шва

металла

в образовании

63

3.2.1. Доли участия основного и присадочного

63

сварочной ванны

элементов

. . .

3.2.2. Коэффициенты усвоения

в сварочной ванне

65

3.3. Реакции в сварочной ванне

67

3.3.1. Взаимодействие металла с газами

67

3.3.2. Взаимодействие металла со шлаками

72

3.3.3. Влияние физико-химических

реакций

на

качество

металла

шва

75

Г л а в а

4. Термодеформационные процессы при сварке

(Куркин А. С.)

76

4.1. Деформации, перемещения и напряжения при сварке

76

4.1.1. Виды

деформаций

и

перемещений

76

4.1.2. Возникновение деформаций

77

4.1.3. Образование

напряжений

...........................

и

......................

79

4.1.4. Влияние

фазовых

превращений

на

деформацию

напряжения

81

4.2. Влияние термодеформационных процессов на качество сварных кон­

82

струкций

.

. . .

4.2.1. Изменение размеров разделки кромок при сварке

82

4.2.2. Изменение формы и размеров конструкции

82

4.2.3. Остаточные

напряжения

83

4.3. Определение

сварочных

деформаций,

напряжений

и

перемещений

83

4.3.1. Расчетные

методы

83

4.3.2. Экспериментальные

методы

. .

.

.

91

4.4. Уменьшение

сварочных

деформаций,

напряжений

и

перемещений

93

4.4.1. Рациональное

конструирование . . .

93

4.4.2. Рациональная технология сборки и сварки

93

4.4.3. Пластическое

деформирование

после

сварки

93

4.4.4. Термическая

обработка

94

Г л а в а

5.

Фазовые и структурные превращения (Макаров

Э. Л.)

95

5.1. Характерные

зоны

сварных

соединений

95

5.2. Понятие

о

фазовых

и структурных

превращениях

96

5.3. Термодинамика

и кинетика

фазовых

превращений

97

5.3.1. Первичная

кристаллизация

97

5.3.2. Фазовые превращения в твердом состоянии

105

5.4. Структурные

превращения

112

5.4.1. Образование

границ зерен

ИЗ

5.4.2.

Рост

з е р е н .................................

114

5.4.3.

Перераспределение

примесей

.

117

5.4.4.

Перераспределение дефектов

кристаллической

решетки

119

Г л а в а

6.

Свариваемость и ее показатели

(Макаров Э. Л ., Якушин Б. Ф.)

120

6.1. Понятие

свариваемости

. . . .

120

6.1.1. Физическая и технологическая свариваемость

120

6.1.2. Факторы,

определяющие

свариваемость

121

6.1.3. Степени

свариваемости

121

6.2. Показатели

свариваемости

122

6.3. Горячие

трещины

(ГТ)

. . .

123

6.3.1. Природа

и причины образования

ГТ

123

6.3.2. Способы и критерии оценки

128

6.4. Холодные

трещины

(XT) .

.

.

136

6.4.1. Природа

и

причины

образования

XT

. .

136

6.4.2. Способы и критерии оценки склонности к XT

141

6.5. Ламелярные

трещины

. .

149

6.5.1. Природа и причины образования трещин

149

6.5.2. Способы

и

критерии

оценки

150

6.6. Трещины

повторного нагрева

.

152

6.6.1. Природа

и причины

образования

трещин

152

6.6.2. Способы

и

критерии

оценки

152

6.7. Хрупкие

разрушения

.

.

153

6.7.1. Природа

и

причины

разрушений

153

6.7.2. Способы

и

критерии

оценки

155

Р а з д е л 2. УГЛЕРОДИСТЫЕ

И

НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ

СТАЛИ

Г л а в а

7.

Углеродистые стали

(Хакимов А. Н.)

159

7.1. Назначение

сталей

159

7.2. Состав

сталей

160

7.3. Механические свойства

сталей

150

7.4. Свариваемость

сталей

. . . .

. . .

162

7.4.1. Требования к свойствам сварных соединений

162

7.4.2. Фазовые

превращения

при сварке . .

. . .

162

7.4.3. Типы структур

в шве

и зоне

термического влияния

163

7.5^Технология сварки и свойства сварных соединений

164

7.5.1. Ручная

сварка . . .

164

7.5.2. Сварка

под

флюсом

.

,

,

165

7.5.3.

Электрощлаковая с в а р к а ...........................................

165

7.5.4.

Сварка

с

регулируемым

термическим

циклом

166

Г л а в а

8.

Низколегированные перлитные стали

(Хакимов

А.

Н.)

169

8.1. Назначение

сталей

169

8.2. Состав

сталей

сталей

169

8.3. Механические свойства

170

8.4. Свариваемость

сталей

. .

170

8.4.1. Типы структур в зоне термического влияния

170

8.4.2. Влияние легирующих

элементов

170

8.4.3. Выбор

тепловых

режимов

сварки

. . .

171

&5. Технология сварки исвойствасварных соединений

172

8.5.1. Ручная

сварка

173

8.5.2. Сварка

под флюсом

173

8.5.3. Электрошлаковая

сварка

173

Г л а в а

9. Микролегироаанные стали

(Хакимов А. Н.)

175

9.1. Назначение

сталей

175

9.2. Состав

сталей

175

9.3. Термообработка и свойства сталей

.

176

9.3.1. Термомеханическая

обработка

176

9.3.2. Термообработка

из

межкритического

интервала

температур

177

9.4. Свариваемость

сталей

178

9.4.1. Влияние

легирующихэлементов

178

9.4.2. Выбор тепловых

режимов

сварки

178

9.5. Особенности

технологии

сварки

179

Р а з д е л

3. ЛЕГИРОВАННЫЕ

СТАЛИ

Г л а в а

10.

Низколегированные

бейнитно-мартенситные

стали

(Мусия-

ченко В. Ф., Миходуй J1. И.)

181

10.1. Состав

и

свойства

сталей

.

181

10.1.1. Назначение, производство

и

основные

марки

181

10.1.2. Механические свойства

и структура

181

10.2. Свариваемость

сталей

184

10.2.1. Фазовые превращения и структурные изменения

при сварке .

184

10.2.2. Сопротивляемость сварных соединений образованию ГТ и XT

186

10.2.3. Выбор

тепловых

режимов

сварки

.

190

10.3. Технология сварки и свойства соединений

195

10.3.1. Сварочные

материалы

. .

195

10.3.2. Сварка

покрытыми электродами

201

10.3.3. Сварка

в

защитных

газах

202

10.3.4. Сварка

под флюсом .

203

10.3.5. Электрошлаковая

сварка

203

Г л а в а

11.

Среднелегированные

мартенситно-бейнитные

стали

(Мусия-

ченко В. Ф. Саржевский В. А.)

204

11.1. Состав

и свойства

сталей

204

11.2 Свариваемость

сталей

205

11.2.1. Фазовые и структурные превращения при сварке

11.2.2.

Сопротивляемость

ГТ и

X

T

........................................................................ 210

11.2.3. Механические свойства металла зоны термического

влияния

212

11.2.4. Выбор

тепловых

режимов

сварки . .

217

11.3. Технология

сварки

и

свойства

соединений

218

11.3.1. Сварка

покрытыми

электродами

.

218

11.3.2. Сварка

в

защитных

газах

219

11.3.3. Сварка

под

флюсом

,

,

. 2 2 1

Г л а в а

\2t. Жаоопрочные перлитные стали

(Баженов

В.

В.)

224

12.1. СоСТ&в

и

свойства

сталей . . .

.

224

12.1.1. Основные марки

и

прим ен ение..................... ..... .

.

224

12.1.2. Химический

состав,

термообработка

и структура

,

225

12.2. Свариваемость

сталей .

225

12.2.1. Сопротивляемость

XT

226

12.2.2. Разупрочнение в зоне термического

влияния .

.

.

227

12.2.3. Изменение свойств

в зоне сплавления

при эксплуатации

228

12.3. Технология сварки и свойства

сварных

соединений

229

12.3.1. Сварка

покрытыми электродами

231

12.3.2. Сварка в защитных газах

232

12.3.3. Сварка

под

флюсом . .

232

12.3.4. Электроконтактная

сварка .

233

12.3.5. Свойства

сварных

соединений

234

Р а з д е л

4. ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫЕ

СТАЛИ

И

СПЛАВЫ

236

Г л а в а

13. Мартенситные стали

(Зубченко

А. С.)

236

13.1. Состав

и

свойства

сталей . .

236

13.1.1. Назначение и марки сталей

. . .

236

13.1.2. Структура сталей,

легированных

хромом

237

13.1.3. Механические

свойства

238

13.2. Свариваемость

сталей

. .

238

13>2.1. Склонность к образованию XT

• 238

13.2.2. Выбор теплового режима сварки

• 240

13.2.3. Улучшение

свариваемости

с т а л е й ...........................

,

242

13.3. Технология

сварки и

свойства

сварных

соединений

242

13.3.1. Способы

сварки

и

сварочные материалы .

242

13.3.2. Термическая обработка сварных соединений

244

13.3.3. Свойства сварных

соединений

244

Г л а в а

14.

Мартенсито-ферритные стали (ЗубченкоА. С.)

245

14.1. Состав

и

свойства

сталей

245

14.1.1. Структура

сталей

. .

245

14.1.2. Назначение и маркисталей

.

245

14.1.3. Механические

свойства

сталей

.

247

14.2. Свариваемость

сталей

.....................................................

247

14.2.1. Фазовые и структурные превращения при сварке

247

14.2.2. Сопротивляемость XT и хрупкому разрушению

248

14.2.3. Выбор

теплового

режима

сварки . .

,

249

14.3. Технология сварки и свойства соединений

251

14.3.1. Способы сварки и сварочные материалы

251

14.3.2. Термическая

обработка

252

14.3.3. Механические и служебные свойства соединений

252

Г л а в а

15.

Ферритные стали

(Зубченко А. С.)

252

15.1*. Состав

и

свойства

сталей

252

15.1.1. Структура

сталей

. .

252

15.1.2. Марки и назначение сталей

253

15.1.3. Механические

свойства

сталей

•

254

15.2. Свариваемость

сталей . . . .

.

255

15.2.1. Охрупчивание сталей при нагреве

255

15.2.2. Сопротивляемость

XT .

257

15.2.3. Выбор

теплового

режима

сварки .

.

258

15.3. Технология сварки и свойства соединений

259

15.3.1. Способы сварки и сварочные материалы

259

15.3.2. Термическая обработка

260

15.3.3. Механические и служебные свойства соединений

260

Г л а в а

16. Аустенитные жаропрочные стали

(ЯкушинБ. Ф.)

261

16.1. Состав,

структура

и

назначение

261

16.2. Свариваемость

сталей

. . . .

264

16.2.1.

Структура, свойства

металла шва

и зоны

термического

влияния

264

16.2.2. Трещины в сварных соединениях

265

16.2.3. Охрупчивание

при

эксплуатации

267

16.3.

Технология сварки и свойства соединений

268

16.3.1. Выбор

сварочных

материалов

268

16.3.2. Выбор

режимов сварки

270

16.3.3. Жаропрочность

271

16.3.4. Выбор

послесварочной

термообработки

271

Г л а в а

17. Аустенитные коррознонностойкие стали

(Липодаев В. Н.)

272

17.1. Состав, структура и назначение

272

17.2.

Свариваемость

. .

.

..................................................... 276

17.2.1. Структура, свойства металла шва и зоны термическоговлияния

276

17.2.2. Трещины в

сварных соединениях . .

276

17.2.3. Хрупкие разрушения при эксплуатации

277

17.3. Технология

сварки

и свойства

соединений

279

17.3.1. Выбор

сварочных

материалов

279

17.3.2. Выбор

режимов сварки

. . .

279

17.3.3. Выбор

послесварочной

термообработки

280

17.3.4. Коррозионная стойкость

281

Г л а в а

18. Аустенитно-ферритные

нержавеющие стали

(Ющенко К.А.)

282

18.1. Состав, структура и назначение сталей

282

18.2.

Свариваемость

сталей .

.....................

, 284

18.3. Технология

сварки

и свойства

соединений

. .

285

18.3.1. Механические

свойства

сварных

соединений

287

18.3.2. Коррозионная стойкость сварных

соединений

287

Г л а в а

19. Аустенитно-мартенситные стали

(Савченко

В. С.)

290

19.1. Состав, структура

и назначение сталей

290

19.2. Свариваемость

сталей

.

. . . .

292

19.2.2. Хрупкость сварных

соединений

294

19.3. Технология сварки и свойства соединений

294

19.3.1. Выбор

сварочных

материалов

294

19.3.2. Выбор

режимов

сварки

. .

295

19.3.3. Выбор

послесварочной

термообработки

295

19.3.4. Коррозионная стойкость

соединений

296

Г л а в а 20. Мартенситно-стареющие стали

(Лаэько В. Е.)

297

20.1. Состав, структура сталей и их назначение

297

20.2. Свариваемость

сталей .

. .

299

20.2.1. Фазовые

и

структурные

превращения

299

20.2.2. Сопротивляемость

ГТ

300

20.2.3. Сопротивляемость

XT

. . . .

300

20.2.4. Структурные и технологические дефекты сварных

соединений

300

20.3. Технология

сварки

и свойства сварных

соединений

301

20.3.1. Способы

сварки

плавлением

301

20.3.2. Способы

сварки

давлением .

302

20.3.3. Меры предотвращения дефектов

.

. .

302

20.3.4. Механические свойства сварных соединений

303

20.3.5. Служебные

свойства

сварных

соединений*

304

Г л а в а 21. Высоколегированные

сплавы

на

никелевой

основе (Яку­

шин Б. Ф.

304

21.1. Состав, структура и назначение

304

21.2. Свариваемость

никелевых

с п л а в о в ...........................

305

21.2.1.

Структура, свойства металла шбэ и зоны термического влияния 305

21.2.2.

Трещины в сварных соединениях

308

21.2.3.

Охрупчивание

при

эксплуатации

310

21.3.

Технология

сварки

и свойства

соединений

311

21.3.1. Выбор

сварочных

материалов

311

21.3.2. Выбор

режимов сварки

.

312

21.3.3. Жаропрочность

соединений

314

Р а з д е л 5. ЧУГУНЫ

314

Г л а в а

22.

Серые чугуны

(Грёцкий Ю.

Метлицкий В. А.)

314

22.1. Состав

и

свойства .

. . .

314

22.1.1. Классификация

по

составу

и

свойствам

314

22.1.2. Основные марки, структура и свойства

315

22.2. Свариваемость серых

чугунов .

.

315

22.3. Технология

сварки

и свойства соединений

317

22.3.1. Ручная

дуговая

сварка

317

22.3.2. Механизированная

сварка

320

22.3.3. ЭлекГрошлаковая

сварка

321

22.3.4. Газовая сварка .

.

322

22.3*5. Дефекты и их предотвращение

322

Г л а в а

23.

Ковкие,

высокопрочные

и

легированные

чугуны

(Грец­

кий Ю. Я., Метлицкий

В. А.)

325

23.1.

Состав

и с в о й с т в а ...........................................

325

23.1.1. Классификация по составу и свойствам

325

23.1.2. Основные

марки,

структура

и

свойства

326

23.2. Свариваемость

чугунов

326

23.2.1. Склонность

к образованию

трещин

326

23.2.2. Влияние химического состава и структуры

327

23.2.3. Способы сварки и свойства соединений

328

23.2.4. Предупреждение пор и трещины

330

Р а з д е л

6. ЛЕГКИЕ

ЦВЕТНЫЕ

МЕТАЛЛЫ ИСПЛАВЫ

33 Г

Г л а в а

24.

Алюминий,

магний

и

их

сплавы(Арбузов

Ю.П.,

Л у­

кин

В. И.)

331

24.1. Основные марки сплавов и их свойства

.

.

331

24.2. Свариваемость алюминиевых и магниевых сплавов

331

24.2.1. Дефекты в сварном соединении

338

24.2.2. Сопротивляемость

ГТ

339

24.2.3. Оксидные

пленки

340

24.2.4. Газовая

пористость

341

24.2.5. Вольфрамовые

включения

. . .

343

24.3. Технология сварки и свойства

сварных соединений

343

24.3.1. Особенности

технологии

сварки

.

343

24.3.2. Механические свойства сварных соединений

345

24.3.3. Коррозионная

стойкость

сварных

соединений

352

Г л а в а

25.

Титан и его сплавы (Шиганов

И. Н.)

352

25.1. Основные марки сплавов титана

и их свойства

352

25.2. Свариваемость

355

25.2.1. Показатели свариваемости

355

25.2.2. Титановые сплавы с а- и псевдо-а-структурой

356

25.2.3. Двухфазные

(а+Р)-сплавы

358

25.2.4. Высоколегированные

р-сплавы

360

Г л а в а

26.

Бериллий и его сплавы

(Шиганов

И. Н.)

361

26.1. Основные марки сплавов бериллия и их свойства

. . .

361

26.2. Основные марки алюминиево-бериллиевых

сплавов и

их свойства

362

26.3. Свариваемость

бериллия

и его

сплавов .

363

26.4. Технология

сварки

и свойства соединений

364