Свариваемость материалов
..pdf31.1.2. Коррозионная стойкость тугоплавких металлов |
401 |
|
31.1.3. Сплавы тугоплавких металлов |
|
402 |
31.2. Свариваемость тугоплавких металлов |
|
409 |
31.2.1. Свариваемость циркониевых сплавов . |
..................................... 410 |
31.2.2.Свариваемость сплавов на основе ниобия, ванадия и тантала 411
31.2.3.Свариваемость сплавов на основе хрома, молибдена и вольфрама 416
31.3. Технология |
сварки |
тугоплавких |
металлов |
|
|
421 |
|||||||
Р а з д е л 9. РАЗНОРОДНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ |
|
||||||||||||
Г л а в а |
32. Сварные |
|
соединения |
разнородных сталей |
(Земзин В. Н.) |
422 |
|||||||
32.1. Применение в сварных конструкциях |
|
|
|
422 |
|||||||||
32.2. Свариваемость |
|
|
|
. |
|
. |
|
|
|
. . . |
424 |
||
32.2.1. Химическая и структурная неоднородностьсоединений |
424 |
||||||||||||
32.2.2. Образование |
и строение зоны сплавления |
|
. |
427 |
|||||||||
32.2.3. Образование |
диффузионных прослоек в зоне сплавления |
429 |
|||||||||||
32.2.4. Дефекты |
соединений . . . . |
|
|
|
|
431 |
|||||||
32.2.5. Остаточные напряжения и деформации |
|
|
433 |
||||||||||
32.3. Свойства сварных соединений |
|
|
|
|
435 |
||||||||
32.3.1. Механические |
свойства |
|
|
. |
|
|
435 |
||||||
32.3.2. Жаропрочность и коррозионная стойкость |
|
436 |
|||||||||||
32.4. Технология |
сварки |
|
|
|
|
|
|
|
|
438 |
|||
32.4.1. Способы сварки |
|
|
|
|
|
|
|
|
438 |
||||
32.4.2. Стали перлитного |
класса |
|
|
|
. . . |
439 |
|||||||
32.4.3. Высокохромистые |
стали |
мартенситного, |
мартенсито-ферритного |
|
|||||||||
|
и ферритно-аустенитного |
классов |
|
. . . |
439 |
||||||||
32.4.4. Аустенитные |
стали и сплавы на никелевой |
основе |
440 |
||||||||||
Г л а в а |
33. Разнородные металлы и сплавы |
(Гирш |
В. И.) |
442 |
|||||||||
33.1. Общие проблемы сварки и возможные пути решения |
442 |
||||||||||||
33.2. Сварка стали с |
металлами и сплавами другихгрупп . |
444 |
|||||||||||
33.2.1. Сварка стали с алюминием и алюминиевыми сплавами |
444 |
||||||||||||
33.2.2. Сварка стали с медью и медными сплавами |
|
448 |
|||||||||||
33.2.3. Сварка стали |
с |
титановыми |
сплавами |
|
|
451 |
|||||||
33.3. Сварка меди и медных сплавов с металлами и сплавами других групп |
453 |
||||||||||||
33.3.1. Сварка меди с алюминием |
|
|
|
|
453 |
||||||||
33.3.2. Сварка меди с титаном |
|
|
|
|
|
455 |
|||||||
33.3.3. Сварка меди с тугоплавкими металлами |
|
|
457 |
||||||||||
33.4. Сварка титана |
с |
алюминием |
|
|
|
, |
458 |
||||||
Р а з д е л |
10. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ НАПЛАВКИ И НАПЫЛЕНИЯ |
|
|||||||||||
Г л а в а |
34. Наплавочные материалы |
(Гаврилюк |
В. |
С.) |
459 |
||||||||
34.1. Материалы для износостойкой и коррозионностойкой наплавки |
459 |
||||||||||||
34.1.1. Перлитные |
материалы |
|
|
|
|
|
459 |
||||||
34.1.2. Мартенситные материалы |
. . . |
|
. |
. |
459 |
||||||||
34.1.3. Высокомарганцовистые |
аустенитные |
материалы |
460 |
||||||||||
34.1.4. Высокохромистые материалы . |
|
|
|
460 |
|||||||||
34.1.5. Коррозионностойкие |
материалы |
|
|
|
460 |
||||||||
34.2. Виды наплавочных |
материалов |
|
|
|
|
461 |
|||||||
34.2.1. Покрытые электроды |
|
. . . |
|
|
|
461 |
|||||||
34.2.2. Проволока |
стальная |
сварочная . . |
|
|
|
461 |
|||||||
34.2.3. Порошковая |
наплавочная проволока |
|
|
|
461 |
||||||||
34.2.4. Наплавочные |
ленточные |
электроды |
|
|
|
465 |
|||||||
34.2.5. |
Прутки |
для |
н а п л а в к и ................................ |
|
|
466 |
|||||||
34.2.6. Плавленые карбиды вольфрама (релиты) |
|
|
466 |
||||||||||
34.3. Дефекты наплавки |
|
|
|
|
|
|
|
|
467 |
Г л а в а 35. |
Материалы |
для |
напыления |
(Гаврилюк |
В. С.) |
|
468 |
|||||
35.1. Основные способы |
напыления |
|
|
|
|
|
468 |
|||||
35.2. Материалы для |
напыления . . . |
|
|
|
|
|
471 |
|||||
35.2.1. Порошки |
из |
чистых металлов . . . . |
|
|
471 |
|||||||
35.2.2. Порошковые |
материалы |
сложного |
состава |
|
|
• 472 |
||||||
35.3. Особенности технологии напыления |
|
|
|
|
473 |
|||||||
35.4. Оценка качества напыленного слоя |
|
|
|
|
474 |
|||||||
Р а з д е л и . НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ |
|
|
|
|||||||||
Г л а в а 36. |
Стекло и керамика |
(Бачин |
В. А.) |
|
|
475 |
||||||
36.1. Состав и основные свойства материалов |
|
|
475 |
|||||||||
36.1.1. Стекло |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
475 |
|
36.1.2. Ситаллы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
476 |
|
36.1.3. Керамика |
|
|
|
|
|
|
...................................................... |
|
|
477 |
||
36.1.4. Металлы и сплавы для сварки со стеклом, ситаллом |
и керамикой 478 |
|||||||||||
36.2. Свариваемость |
материалов |
|
|
|
. . . |
|
|
478 |
||||
36.2.1. Природа и механизм образования |
соединения |
|
479 |
|||||||||
36.2.2. Причины образования дефектов |
|
|
|
|
479 |
|||||||
36.3. Технология |
сварки . |
..................................... |
|
|
480 |
|||||||
36.3.1. Подготовка |
стекла, |
ситалла |
н |
керамики |
|
|
480 |
|||||
36.3.2. Подготовка металлов к сварке |
|
|
|
|
481 |
|||||||
36.3.3. Режимы |
сварки |
......................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
481 |
|||
36.3.4. Особенности конструкции металлостеклянных и металлокерами |
||||||||||||
ческих узлов |
|
|
|
|
|
|
|
• , , • |
. 4 8 1 |
|||
Г л а в а 37. |
Пластмассы |
(Зайцев К. И.) |
|
|
|
482 |
||||||
37.1. Состав |
и свойства . |
|
|
|
|
|
|
|
482 |
|||
37.1.1. Получение |
пластмасс |
|
|
|
|
|
|
482 |
||||
37.1.2. Особенности |
строения |
|
|
. . . |
|
|
482 |
|||||
37.1.3. Надмолекулярная структура, |
ориентация |
|
|
483 |
||||||||
37.1.4. Реакция |
пластмасс |
на |
термомеханический |
цикл |
. . . . |
484 |
37.1.5.Основные пластмассы для сварных конструкций (табл. 37 1) 484
37.1.6.Механические и служебные свойства пластмасс (табл. 37.1) и [1] 485
37.2. Формообразование деталей из пластмасс |
4$5 |
||
37.3. Оценка свариваемости |
пластмасс |
486 |
|
37.3.1. Основные стадии процесса сварки . |
486 |
||
37.3.2. Механизм образования сварных соединений |
488 |
||
37.3.3. Методы повышения |
свариваемости |
490 |
|
Р а з д е л |
12. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ |
|
|
Г л а в а |
38. Композиционные |
материалы с металлической |
матрицей |
(Чернышова Т. А.) |
|
491 |
|
38.1. К л ассиф икация ....................................................................................... |
|
491 |
38.2.Межфазное взаимодействие в композиционных материалах . . 492
38.2.1.Физико-химическая и термомеханическая совместимость компо
нентов |
|
|
|
|
492 |
|
38.2.2. Армирующие наполнители |
|
494 |
||||
38.2.3. Матричные сплавы |
|
. |
................................ 497 |
|
||
38.2.4. Типы связи и структур |
поверхностей |
раздела в композицион |
|
|||
ных |
материалах |
|
|
. . . |
497 |
|
38.3. Способы |
производства |
композиционных |
м ат ер и ал ов ..................... |
497 |
||
38.4. Свойства композиционных материалов с металлической матрицей |
498 |
|||||
38.5. Проблемы |
свариваемости композиционных материалов |
500 |
||||
38.5.1. Сварка |
композиционных |
материалов |
|
503 |
||
38.5.2. Дуговая сварка в среде |
защитных газов |
503 |
||||
38.5.3. Электронно-лучевая |
сварка |
|
504 |
|||
38.5.4. Контактная точечная сварка |
|
504 |
38.5.5. Диффузионная |
сварка |
|
504 |
||
38.5.6. Клинопрессовая |
сварка |
|
505 |
||
38.5.7. Сварка взрывом |
|
. . |
505 |
||
38.6. Пайка |
композиционных материалов |
506 |
|||
Г л а в а 39. |
Пористые |
материалы |
на металлической основе |
(Третья |
|
ков А. Ф.) |
|
|
|
|
507 |
39.1. Классификация пористых материалов |
507 |
||||
39.2. Пористые порошковые материалы |
507 |
||||
39.2.1. Проблемы свариваемости ППМ |
508 |
||||
39.2.2. Способы сварки и пайки ППМ |
508 |
||||
39.3. Пористые сетчатые материалы . . |
510 |
||||
39.3.1. Проблемы свариваемости |
ПСМ |
510 |
|||
39.3.2. Способы сварки |
ПСМ |
|
510 |
||
Библиографический список |
|
513 |
|||
Предметный указатель |
|
|
|
523 |
|
Содержание! II и III томов |
|
526 |
Настоящий справочник* — пособие для читателя, занимающе гося сварочной техникой. Три тома данного издания включают: вопросы сваримости материалов (I том), технологию и обору дование (II том), автоматизацию, контроль и математические методы оценки качества (III том). Там же (в томе III) осве щены вопросы экономики, охраны труда и среды, стандарти зация. Расчеты сварных конструкций даны в небольшом объ еме (II том), поскольку в настоящее время выходит специаль ный справочник по этой теме в Киевском издательстве.
Сварочное производство включает в себя множество обла стей техники, поэтому составить справочник по сварке нелег кая задача. Соответственно авторы — специалисты из ведущих организаций страны, которые в курсе как современных взгля дов, так и фундаментальных положений науки. Насколько справочник удался — судить читателю.
Хотим отметить, что архитектоника данного справочника ** существенно отличается от четырехтомника «Сварка в машино строении», 1978 г.* Мы старались использовать опыт послед них изданий зарубежных справочников. Это справочники на не
мецком языке: «Техника |
сварки» в двух томах, под ред. |
Ю. Руге, М.,' Металлургия, |
1984 г., справочник под ред. А. Ной |
мана, там же, 1985 г. и пятитомник Welding Handbook, 8-е из дание американского общества сварщиков (AWS). В отноше нии рубрикации предпочтение отдано немецкому стилю. Нам представляется, что читателю так будет удобнее искать нуж ный материал.
В I и II томах неизбежны некоторые повторения, поскольку свариваемость и технология весьма связаны. Однако читатель должен легко получить оба ответа: как сварить тот или иной металл и что может дать та или иная технология.
Данный справочник может быть полезен не только инжене
рам и техникам, но |
и студентам, занимающимся сварочным |
производством. |
|
Академик»АН СССР |
Г А. Николаев |
Профессор МГТУ им. Н. Э. Баумана, |
|
докт. техн. наук |
В. Н. Волченко |
* Данные о свойствах свариваемых материалов согласованы с ГСССД
ипо ГОСТ 8.310—90 соответствуют категории информационных данных.
**Содержание II и III томов справочника приведено в конце настоящего
тома.
В настоящее время для производства сварных конструкций находят применение широкий круг материалов: различные типы сталей, сплавы цветных и тугоплавких металлов, пластмассы, композитные и неметаллические материалы. В перспективе эта тенденция будет усиливаться. Одной из важных проблем сварки становится обеспечение свариваемости многих материалов. По этому эти вопросы вынесены в отдельный том справочника.
В справочнике с современных позиций рассмотрены теоре тические и практические аспекты сварки почти всех упомяну тых выше материалов. Прежде всего обращено внимание на прикладной характер оценки свариваемости, достаточность ко торой определяется из условия удовлетворения эксплуатацион ных свойств, требуемых от сварных соединений. Рассмотрены наиболее эффективные экспериментальные методы оценки по казателей свариваемости с помощью сварочных технологиче ских проб, специализированных машинных испытаний,, сопо ставления уровня механических свойств сварных соединений с требуемыми по техническим условиям. Показана возможность использования расчетных методов, подробное изложение кото рых из-за ограниченности объема перенесено в III том спра вочника. На основании анализа процессов металлургических взаимодействий в сварочной ванне, кристаллизации металла шва, фазовых и структурных превращений в твердом металле в условиях сварочного термического цикла трактуются резуль таты оценка свариваемости. Приведены принципиальные метал лургические и технологические способы обеспечения достаточ ной свариваемости материалов.
Можно надеяться, что изложенные в справочнике материалы будут полезны разработчикам хорошо свариваемых материа лов, технологам при проектировании технологии сварки кон струкций, студентам и аспирантам, изучающим курс теории сва рочных процессов.
Э. Л; Макаров
Условные обозначения |
|
|
|
РДС — ручная дуговая |
сварка |
штучным |
электро |
дом |
дуговая |
сварка |
под флю |
АДС — автоматическая |
|||
сом |
|
|
|
АрДС — аргонодуговая сварка ЭЛС — электронно-лучевая сварка ЭШС — электрошлаковая сварка
d3—диаметр электрода и сварочной проволоки
U — напряжение дуги |
|
|
|
/ — номинальный сварочный ток |
|
|
|
v — скорость сварки |
|
теплоты |
|
q — эффективная мощность источника |
|||
q/v — погонная энергия сварки |
|
|
ре |
г. ц'. к. — гранецентрированная кристаллическая |
|||
шетка |
кристаллическая |
||
о. ц. к. — объемноцентрированная |
|||
решетка |
|
|
|
Гпл — температура плавления |
|
|
|
Т„ — температура ликвидуса |
|
|
|
Тс— температура солидуса |
хрупкости |
|
|
ТИХ — температурный интервал |
|
||
ГТ — горячие трещины при сварке |
|
|
|
XT — холодные трещины при сварке |
при |
ко |
|
VKP — критическая скорость деформации, |
|||
торой образуются ГТ |
|
|
|
От — физический предел текучести |
|
|
Оо,2— условный предел текучести ов — временное сопротивление б — относительное удлинение ф — относительное сужение
K.CU, KCV, КСТ — ударная вязкость с U- и V-образным над резом и трещиной соответственно
Раздел 1
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ
Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ (Волченко В. Н.)
1.1. Физические основы сварки
Монолитность сварных соединений достигается обеспечением физико-химических и атомно-молекулярных связей между эле ментарными частицами соединяемых тел.
Элементарные связи удерживают каждый атом внутри кри сталла симметрично направленными силами. На свободной по верхности тела атом неуравновешен вследствие отсутствия или ослабления связей с внешней стороны (рис. 1.1,о). Это явление увеличивает потенциальную энергию еп поверхностного слоя. При соединении тел требуется извне механическая или тепло вая энергия ег для преодоления энергетического барьера (рис.
1. 1, 6).
Внешняя механическая энергия деформации будет затра чена на преодоление сил отталкивания, возникающих между поверхностными атомами сближаемых тел. Когда расстояния между ними будут близки к межатомным, в решетке кристал лов возникают квантовые процессы взаимодействия электрон ных оболочек атомов. После этого общая энергия системы нач
нет снижаться до уровня, соответствующего энергии Е% атомов в решетке целого кристалла, т. е. будет получено монолитное соединение.
Тепловая энергия, сообщенная поверхностным атомам при повышении температуры, увеличивает флуктуационную вероят ность развития процессов электронного взаимодействия и об легчает процесс соединения.
Трехстадийность процесса сварки связана с тем, что ее (так же как и пайку) можно отнести к классу так называемых топохимических реакций. Последние на микроучастках отличаются двухстадийностью процесса образования прочных связей между атомами соединяемых веществ (рис. 1.2). В микрообъемах про цесс сварки завершается третьей стадией — диффузией.
На первой стадии А развивается физический контакт, т. е. осуществляется сближение соединяемых веществ на расстоя
ния, требуемые |
для межатомного взаимодействия, а |
также |
||
происходит |
подготовка |
к взаимодействию. На второй |
стадии |
|
Б — стадии |
химического |
взаимодействия — заканчивается про |
||
цесс образования прочного соединения на микроучастке. |
|
|||
Диффузионные |
процессы развиваются почти одновременно |
с прорастанием дислокаций при пластической деформации кон
тактирующих поверхностей либо при наличии высокой темпе ратуры.
Практическое получение монолитных соединений осложнено двумя факторами:
свариваемые поверхности имеют микронеровности, поэтому
Рис. 1.1. Энергетический барьер потенциальной энергии системы ато мов у поверхности кристалла (а) и на границе твердой и жидкой фаз в начальный период их контактирования (б)
при совмещении поверхностей контактирование возможно лишь в отдельных точках;
свариваемые поверхности имеют загрязнения, так как на любой поверхности твердого тела адсорбируются атомы внеш ней среды.
Для качественного соедине ния изделий необходимо обеспе чить контакт по большей части стыкуемых поверхностей и акти вацию их.
Активация поверхностей со стоит в том, что поверхностным атомам твердого тела сообщает ся некоторая энергия, необходи мая для обрыва связей между атомами тела и атомами внеш ней среды, насыщающими их свободные связи; для повыше ния энергии поверхностных ато мов до уровня энергетического
барьера схватывания, т. е. для перевода их в активное состоя ние. Такая энергия активации может в общем случае быть сообщена в виде теплоты (термическая активация), упруго пластической деформации (механическая активация), элек тронного облучения и других видов воздействия.
Определение процесса сварки целесообразно дать, исходя из анализа физико-химических особенностей получения соеди нений. В зоне сварки можно установить наличие двух основных физических явлений, связанных с термодинамически необрати мым изменением формы энергии и состояния вещества
(рис. 1.3): введения и преобразования энергии; движения (превращения) вещества.
Исходя из сказанного, можно дать следующее термодинами ческое определение процесса сварки [1].
Сварка —это процесс получения монолитного соединения материалов за счет термодинамически необратимого превраще ния тепловой и механической энергии и вещества в стыке.
Склеивание, цементирование и другие соединительные про цессы, обеспечивающие монолитность соединения, в отличие от сварки и пайки, как правило, не требуют специальных источ-
Рис. 1.3. Схема-модель, поясняющая термодинамическое определение и классифика цию процессов сварки: Т, ТМ, ПМ — термические, термомеханические и прессово механические процессы
ников энергии. Они реализуются обычно только за счет вве дения (преобразования) вещества (клея, цемента и т. д.).
Кроме самого общего, термодинамического, возможны и другие определения сварки. Например, в технологическом ас пекте, согласно ГОСТ 2601—84, сварка — это процесс получе ния неразъемных соединений посредством установления меж атомных связей между свариваемыми частями при их местном нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.
1.2. Классификация процессов
Согласно схеме термодинамических превращений (см. рис. 1.3), целесообразно выделить при классификации процессов сварки три основных физических признака: форму вводимой энергии, наличие давления и вид инструмента — носителя энергии. Ос тальные признаки условно отнесены к техническим и техноло гическим (табл. 1.1). Такая классификация использована в ГОСТ 19521—74. По виду вводимой в изделие энергии все
|
|
|
|
|
|
т а б л и ц а |
и |
|
ПРИЗНАКИ И СТУПЕНИ КЛАССИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ СВАРКИ |
|
|||||||
Наименование |
|
Содержание |
|
|
Ступени классификации |
|
||
признака |
|
признака |
|
|
и порядок расположе |
|
||
|
|
|
|
|
|
ния процессов |
|
|
|
Наличие давления |
при |
Класс |
|
|
|||
|
сварке |
|
|
|
|
|
|
|
Физические |
Форма энергии, |
вводи |
Подкласс |
|
|
|||
|
|
|
||||||
|
мой при сварке |
|
|
|
|
|
||
|
Вид |
нагрева или |
меха |
Метод |
|
|
||
|
нического |
воздействия |
|
|
|
|||
|
(вид инструмента) |
|
|
|
|
|
||
Технические |
Устанавливаются |
|
для |
Группа |
|
|
||
|
каждого метода отдельно |
Подгруппа |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
Разновидность |
|
|
Технологические |
Устанавливаются |
|
для |
Способ |
|
|
||
|
каждого метода отдельно |
Прием |
|
|
||||
Технико-экономические |
Удельная |
энергия |
е, |
Устанавливается |
порядок |
|||
|
Дж/мма, |
необходимая |
в расположении |
методов |
||||
|
для |
соединения, |
|
или |
сварки от механических к |
|||
|
удельные |
затраты |
на |
термическим по |
увеличе |
|||
|
сварку, руб/мм2 |
|
|
нию е, Дж/мм2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А |
1.2 |
|
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ СВАРКИ МЕТАЛЛОВ ПО ФИЗИЧЕСКИМ |
|
|||||||
|
|
ПРИЗНАКАМ |
|
|
|
|
||
Сварка без давления |
|
|
Сварка с давлением |
|
|
|||
плавлением |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Термические Т-процессы |
Термомеханические |
|
Механические |
|
||||
|
ТМ-процессы |
|
|
М-процессы |
|
|||
Газовая |
Контактная |
|
|
|
Холодная |
|
|
|
Термитная |
Газопрессовая |
|
|
Трением |
|
|
||
Дуговая |
Индукционная с |
давле |
Ультразвуковая |
|
|
|||
Электрошлаковая |
нием |
|
|
|
|
|
|
|
Дугопрессовая (дугокон |
Взрывом |
|
|
|||||
Индукционная |
тактная) |
|
|
|
|
|
|
|
Печная с давлением |
|
Вакуумным схватыванием |
||||||
Электронно-лучевая |
Термитная |
с |
давле |
ПМ-прессово-механиче- |
|
|||
Фотоннолучевая (лазер |
нием |
|
|
|
|
ская |
|
|
Термокомпрессорная |
|
|
|
|
||||
ная) |
Диффузионная |
|
|
|
|
|
||
Плазменно-лучевая (ми- |
|
|
|
|
|
|||
кроплазменная) |
ТП-термопрессовые |
|
|
|
|