Пермский государственный технический университет
Кафедра сварочного производства и технологии конструкционных материалов
УТВЕРЖДАЮ Заведующий
кафедрой д.т.н.,
профессор _______________
Ю.Д. Щицын
_____
______________ 20__ г
Лекция № 7
По дисциплине
Технология конструкционных материалов
Аэрокосмический факультет
(для специальности ЛА, РКТ, ЭМС)
Тема: «Основы сварочного производства»
(наименование темы лекции)
Кандидат технических
наук, доцент
(фамилия и инициалы
автора)
Долинов д.Л.
Обсуждены на
заседании кафедры ________20
___ г Протокол
№
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Приветствие, проверка наличия и готовности студентов к занятию, соблюдения порядка в аудитории. Обоснование актуальности и объявление темы, цели, учебных вопросов лекции, ее значимости для выбранной профессии Доведение литературы по материалу лекции.
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ:
Сущность и классификация сварочных процессов.
Виды сварочных соединений и швов.
Строение металла в зоне сварки.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Доведение основных выводов по теме лекции и ее значение для будущей профессиональной деятельности. Доведение задания на самоподготовку, ответы на вопросы.
ЛИТЕРАТУРА
Фетисов Г.П. и др. Материаловедение и технология металлов. – М.: «Высшая школа», 2001. – 638 с.
Солнцев Ю.П. и др. Материаловедение и технология конструкционных материалов. – М.: МИСиС, 1996. – 576 с.
Губарева Э.М. Основы технологических процессов получения изделий (заготовок) различными способами : учеб. Пособие. – Пермь, ПГТУ, 2007. – 214 с.
УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ:
Наглядные пособия:
- Комплект слайдов по теме лекции, плакаты.
Технические средства обучения:
- Графопроектор.
Приложения:
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(при необходимости)
ТЕКСТ ЛЕКЦИИ
Первый учебный вопрос. Сущность и классификация сварочных процессов
Общие сведения
Сварка представляет собой крупный вид производства. Она применяется для создания новых конструкций и сооружений, для ремонта машин, для получения изделий со специальными свойствами. Сварные конструкции работают при сверхвысоких и сверхнизких температурах, при повышенных давлениях и в условиях космического вакуума. Сваркой соединяют не только металлы, но и пластмассы, стекло, керамику и другие материалы. При этом свариваемые элементы могут иметь размеры от нескольких микрон в электронной технике до десятков метров в машиностроении и строительстве. Сварку выполняют на воздухе, под водой, в вакууме.
Физические основы сварки
Сварка это процесс получения неразъемного соединения материалов путем образования межатомных связей между свариваемыми частями.
Чтобы соединение обладало теми же свойствами, что и свариваемые материалы, необходимо между свариваемыми поверхностями сформировать такие же химические связи, как и в соединяемых материалах. Для этого необходимо сблизить поверхности на расстояния, при которых начинают действовать межатомные силы притяжения, т.е. приложить энергию активации. Взаимодействие наступает при сближении на расстояние равное параметру кристаллической решётки 0,0002…0,0003 мкм. Однако сварка реальных тел затрудняется рядом факторов.
* Реальные тела не имеют идеально чистых и гладких поверхностей, как бы тщательно не были обработаны контакты. После механической обработки на поверхности присутствуют макроскопическая волнистость и шероховатость. Микровыступы располагаются на волнистой поверхности, шаг которых может составлять от 1000 до 10000 мкм, а высота микровыступов, обычно, значительно больше параметра кристаллической решётки. При сближении таких поверхностей их контакт произойдёт не по всей поверхности, а лишь в отдельных точках (рис.1.).
*
Рис.1.
Модель контакта твёрдых тел
по
макроскопической волнистости (а)
и
микроскопической шероховатости
(б)
поверхностей
Таким образом, образование металлических связей в реальных металлах возможно при условии:
удаления с контактных поверхностей загрязнений (оксиды);
обеспечения сплошности контакта, т. е. сближения поверхностей на расстояние параметра кристаллической решётки по всей поверхности соединения.
Для преодоления этих затруднений, в процессе сварки реальных металлов, применяют нагрев и сжимающие давление.
При нагреве с повышением температуры металл становится сначала пластичным, а потом расплавляется. Объемы жидкого металла свариваемых поверхностей самопроизвольно сливаются в общую сварочную ванну.
Давление, прилагаемое к соединяемым частям, создает значительную пластическую деформацию металла, и он начинает течь подобно жидкости. Металл перемещается вдоль поверхности раздела, и уносит с собой поверхностный слой с загрязнениями и пленками. Далее в тесное соприкосновение вступают выходящие на поверхность свежие слои металла, и образуют одно целое.
Некоторые пластичные металлы (Al, Cu, Pb) способны образовывать соединения без применения источников тепла в результате только пластического деформирования. Другие металлы способны образовывать сварные соединения при пластическом деформировании, только при определенных температурах. Многие металлы могут быть сварены с доведением некоторого их объема до расплавленного состояния.
Следует отметить, что образование металлических связей между поверхностями, хоть и является основным условием формирования сварного соединения, всё же не определяет конечные свойства полученных соединений. Свойства соединений зависят от целого ряда процессов, сопутствующих образованию межатомных связей. Эти процессы приводят к изменению в зоне сварного соединения микроструктуры, химического состава, формированию внутренних напряжений и деформаций. Наибольшие отклонения свойств сварного соединения от свойств основного металла наблюдаются при сварке плавлением, так как металл нагревается до температуры плавления неравномерно по всему объёму заготовок. При сварке давлением также могут происходить изменения фазового состава и микроструктуры, так как металл может нагреваться выше температуры рекристаллизации и фазовых превращений, но эти изменения не столь существенны, как при сварке плавлением.