ТЕОРИЯ сварочных процессов

ТЕОРИЯ сварочных процессов

В. Н. Волченко, В. М. Ямпольский, В. А. Винокуров, В. В. Фролов, В. А. Парахин, В. И. Ермолаева, Э. J1. Макаров, А. Г. Григорьянц, В. С. Гаврилюк, В. В. Шип

Сварка представляет собой прогрессивный метод получения неразъемных соединений в промышленности и в строительстве, поэтому сварочное производство в СССР непрерывно развива­ется, охватывая практически все отрасли народного хозяйства. Сварочное производство в СССР оснащено передовой техникой и технологией; по уровню автоматизации сварочных процессов и по объему выполняемых работ оно занимает первое место в мире.

В ближайшие десятилетия основным материалом для сварных конструкций в машиностроении и строительстве будет оставаться сталь. Но в сварных конструкциях в существенных объемах применяют также алюминий и его сплавы, сплавы титана, а для изделий новой техники — молибден, ниобий, вольфрам, цирконий, тантал и другие тугоплавкие металлы. Разработка технологии сварки указанных металлов, новых технологических процессов, сварочных материалов и процессов термической обработки свар­ных соединений требует основательной теоретической подготовки в области сварочных процессов. Дисциплина «Теория сварочных процессов» — базовая при подготовке инженеров-механиков по специальности «Оборудование и технология сварочного произ­водства» — служит именно этим целям. Она охватывает ши­рокий круг процессов, происходящих при сварке металлов и определяющих в конечном итоге качество неработоспособность сварных соединений.

Учебник написан большим коллективом авторов — сотрудни­ков МВТУ им. Н. 3. Баумана и включает в себя четыре раз­дела:

1. «Источники энергии при сварке» (д-р техн. наук, проф.

В. Н. Волченко, д-р техн. наук, проф. В. М. Ямпольский).

2. «Тепловые процессы при сварке» (д-р техн. наук, проф.

В. А. Винокуров).

3. «Физико-химические и металлургические процессы при сварке» (д-р техн. наук, проф. В. В. Фролов, канд. техн. наук, доц. В. И. Ермолаева, канд. техн. наук, доц. В. А. Парахин).

4. «Термодеформационные процессы и превращения в метал­лах при сварке» (д-р техн. наук, проф. А. Г. Григорьянц, д-р техн. наук, проф. Э. Л. Макаров, канд. техн. наук, доц. В. С. Гаври - люк, канд. техн. наук, доц. В. В. Шип).

При описании процессов, сопутствующих образованию свар­ных соединений, используется широкий круг вопросов из различ­ных фундаментальных дисциплин. Поэтому перед изучением кур-

з

са «Теория сварочных процессов» студенты получают подготовку в области общенаучных и общетехнических дисциплин.

По сравнению с первым изданием (1970 г., учебное пособие) книга значительно переработана и дополнена, так как за прошед­ший период наука о сварке и сварочная техника получили значи­тельное развитие, появились новые источники энергии, технологи­ческие процессы и материалы, существенно расширились науч­ные представления об основных явлениях, происходящих при сварке.

Естественно, что в учебнике нашли отражение главные вопро­сы теории, которые разрабатывались как советскими учеными, так и учеными других стран. Необходимо, однако, подчеркнуть, что значительный научный вклад в теорию сварочных процессов внесен советскими специалистами, научными коллективами Института электросварки (ИЭС) им. Е. О. Патона АН УССР, других академических и отраслевых институтов, а также учеными высших учебных заведений.

Книга может быть полезна не только студентам, но и инже­нерно-техническим работникам сварочного производства.

Академик Г. А. Николаев

Конечная цель сварочного производства — выпуск экономич­ных сварных конструкций, отвечающих по своим конструктив­ным формам, механическим и физическим свойствам тому экс­плуатационному назначению и условиям работы, для которых они создаются. Обеспечение рациональных форм и определение оптимальных сечений элементов конструкций относится к зада­чам проектирования. Получение необходимых механических и физических свойств сварных соединений — главная задача, ре­шение которой должны обеспечить технологические процессы сварки. Теория сварочных процессов призвана давать правиль­ное описание совокупности явлений, которые составляют сущ­ность процесса сварки.

Процесс сварки весьма сложен, в особенности если иметь в виду многообразие способов сварки, основанных на использо­вании различных физических явлений.

Первую группу явлений, которую рассматривает теория сва­рочных процессов, составляют физические, механические и хими­ческие явления, происходящие при подготовке свариваемого материала к образованию прочных связей между отдельными частями свариваемой детали. В большинстве случаев это явле­ния, связанные с преобразованием различных видов энергии в тепловую. Металл, будучи нагрет и расплавлен, способен образо­вывать сварное соединение. Чаще всего при сварке для нагрева металла используют электрическую энергию. Но имеется много способов сварки, в которых используют энергию, выделяющуюся при горении газов, лучевую энергию, механическую, а также их сочетание. Описание физико-химических процессов, лежащих в основе этих способов, дается. в разд. I «Источники энергии при сварке».

Теплота, переданная источниками энергии свариваемому телу, распространяется в нем, подчиняясь законам теплопроводности. Эти явления рассмотрены в разд. II «Тепловые процессы при сварке». Если бы металл не изменял своих механических и физи­ческих свойств при повышении температуры, то задача изучения нагрева тел при сварке свелась бы только к определению усло­вий, при которых металл в зоне сварки достигает необходимой температуры. В действительности изучение температурных про­цессов в металле шва и вблизи него необходимо главным обра­зом по двум причинам: для количественного описания многочис­ленных реакций, которые идут между жидким металлом и шлаком или газом, а также для определения условий кристаллизации металла, различных структурных превращений и термодеформа­ционных процессов в металлах. В III и IV разделах учебника рассмотрены металлургия и металловедение сварки.

Закономерности формирования химического состава металла шва изложены в разд. III «Физико-химические и металлургиче­ские процессы при сварке». Материал первых двух разделов дает описание тех физических и температурных условий, кото­рые создаются над поверхностью металла и в самом металле в процессе сварки. В этом плане материал первых двух разделов представляет собой как бы описание того физического фона, от которого зависит протекание реакций, переход различных леги­рующих элементов в металл шва или их удаление и окисление. Вопросы защиты металла шва и массообмена на границе ме­талл— шлак и металл — газ — центральные в разд. III. Эти про­цессы предопределяют химический состав металла шва, а следо­вательно, во многом и его механические свойства. Однако форми­рование свойств сварного шва, а тем более сварного соединения, определяется не только химическим составом металла. Характер кристаллизации шва во многом влияет на его свойства. Свой­ства околошовной зоны и в определенной мере металла шва су­щественно зависят от температурного и термомеханического циклов, кдторые сопровождают процесс сварки. Для многих ле­гированных сталей и сплавов эта фаза формирования сварного соединения предопределяет их механические свойства. Процесс сварки может создавать в металле такие скорости нагрева и охлаждения металла вследствие передачи теплоты по механизму теплопроводности, которые часто невозможно организовать при термической обработке путем поверхностной теплопередачи. Образование сварного соединения сопровождается пластически­ми деформациями металла и возникновением собственных на­пряжений, которые также влияют на свойства соединений. Эти вопросы рассматриваются в IV, заключительном разделе учеб­ника — «Термодеформационные процессы и превращения в ме­таллах при сварке».

Таким образом, теория сварочных процессов — теоретический фундамент науки о сварке в части формирования свойств свар­ного соединения. Разумеется, этим далеко не исчерпывается круг проблем, которые рассматриваются в области сварки. Теория сварочных процессов — один из первых курсов, который закла­дывает необходимую теоретическую базу для изучения различ­ных технологических процессов, создания сварочных материалов, а также для понимания и объяснения ряда вопросов в области прочности сварных соединений. Наиболее близко теория свароч­ных процессов соприкасается с курсами, в которых изучаются различные технологические процессы. Это, однако, не означает, что все вопросы, необходимые для изучения технологии сварки, сосредоточены в теории сварочных процессов. Исторически сло­жилось некоторое условное разделение материала между этими двумя группами курсов. В теории сварочных процессов рассмат­риваются, как правило, те явления и процессы, которые свой­ственны многим видам сварки, как бы общие для них, в то время как в технологических курсах больше внимания уделено тем конкретным вопросам, которые в значительной мере зависят от изучаемых технологических приемов.

Авторы выражают благодарность рецензентам, давшим цен­ные указания по материалу книги, а также заранее благодарны за все замечания и предложения, которые просят направлять по адресу: 101430, Москва ГСП-4, Неглинная улица, д. 29/14, издательство «Высшая школа».