ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
В.В. Пешков А.Б. Коломенский И.Б. Корчагин
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ СВАРКИ
Утверждено учебно-методическим советом университета в качестве учебного пособия
Воронеж 2017
УДК 621. 791. 4
Пешков В.В. Технологические основы современных способов сварки: учеб. пособие [Электронный ресурс]. - Электрон. текстовые и граф. данные (5,0 Мб) / В.В. Пешков, А.Б. Коломенский, И.Б. Корчагин. - Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024х768; Adobe Acrobat; CD-ROM диско-
вод; мышь. – Загл. с экрана.
В учебном пособии изложены современные представления о природе образования сварного соединения. Даны основные характеристики конструкционных материалов, применяемых в ответственных изделиях современного машиностроения: алюминиевых, титановых и магниевых сплавов, а также легированных сталей и композиционных материалов. Рассмотрены технологические особенности основных методов сварки плавлением и давлением, применяемых в производстве. Приведены технологические схемы и параметры режимов, рекомендации по сварке металлов и композиционных материалов.
Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению 15.04.01 «Машиностроение» (программа магистерской подготовки «Технологии сварочного производства»), дисциплине «Технологические основы современных способов сварки».
Табл. 57. Ил. 140. Библиогр.: 56 назв.
Рецензенты: Научно-исследовательский институт автоматизации средств производства и контроля (г. Воронеж) (д-р техн. наук, проф. В.Г. Егоров); д-р техн. наук, проф. Ю.С. Ткаченко
©Пешков В.В., Коломенский А.Б., Корчагин И.Б., 2017
©Оформление. ФГБОУ ВО «Ворнежский государственный технический университет», 2017
Существующие в настоящее время способы сварки можно разделить по технологическим признакам на две группы: сварка плавлением и сварка давлением.
К первой группе относятся способы сварки, в которых формирование соединения происходит в результате кристаллизации расплавленного металла в зоне шва без воздействия на свариваемые заготовки каких-либо статических, ударных или вибрационных сжимающих давлений.
Ко второй группе относятся способы сварки, при которых металл непосредственно в зоне соединения может иметь температуру ниже или выше температуры плавления, но образование соединения происходит при действии на свариваемые заготовки сжимающих давлений (статических, ударных, вибрационных).
Данные способы сварки следует рассматривать как технологические приёмы, направленные на решение одной и той же задачи – установление межатомных связей на границах раздела соединяемых элементов. При этом физика процесса образования соединения и элементарные акты (образование физического контакта, активация поверхностей, образование химических связей, объёмное взаимодействие), протекающие в зоне соединения, являются общими для всех видов сварки. Различия же состоят в видах использования энергии, способах её подвода к свариваемым материалам и в кинетике развития элементарных актов и процесса образования соединения в целом.
Основной объём сварочных работ в настоящее время выполняется сваркой плавления в связи с её универсальностью, мобильностью, возможностью обеспечивать требуемое качество соединения. В то же время существует целый ряд конструкций, для изготовления которых более эффективна сварка давлением. С развитием техники и разработкой новых материалов и конструкций роль процессов сварки давлением будет возрастать.
3
Учебное пособие по курсу «Технологические основы современных способов сварки» предназначено для подготовки магистров по направленности «Технология сварочного производства», и оно особенно полезно для студентов, которые не оканчивали бакалавриат по направленности «Оборудование и технология сварочного производства».
ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Проектирование и производство ответственных конструкций в технике выполняется с учётом жёстких условий их эксплуатации. Например, для изделий авиационной и космической техники это высокие скорости полёта, многократно повторяющиеся пиковые нагрузки, форсированные режимы эксплуатации, перепады температур, аэродинамический нагрев конструкции и т.п. Одновременно решается задача минимизации габарита и массы, обеспечения качества и надёжности работы конструкции и её агрегатов.
Широкое распространение при изготовлении таких изделий получили такие конструкционные материалы, как алюминиевые и магниевые сплавы, титан и его сплавы, высокопрочные стали и композиционные материалы.
1.1.Алюминий и его сплавы
Кчислу основных конструкционных материалов в самолетостроении относятся сплавы на основе алюминия. Даже в сверхзвуковых самолетах, у которых из-за разогрева в результате трения о воздух определенные элементы фюзеляжа и несущих плоскостей приходится выполнять из титановых сплавов или сталей, большую часть конструкции также выполняют из алюминиевых сплавов: на их долю в самолетах приходится 60-70 % от общей массы изделия.
Алюминий вследствие высокой химической активности встречается в природе в виде химических соединений с другими элементами. Металлический алюминий получают ненагар-
4
тованный металл.
Относительно малый атомный радиус алюминия является причиной того, что алюминий образует с другими элементами ограниченные твёрдые растворы (цинк, магний, литий) и интерметаллиды (марганец, медь, железо и др.). Поэтому даже незначительные количества неизбежных примесей в алюминии
– железа и кремния – существенно влияют на структуру и свойства металла. Так, если предел прочности алюминия марки
А999 составляет 39,7 МПа, то у алюминия марки А7 (Fe≤0,16 %; Si≤ 0,16 %) он достигает уже 68-78 МПа.
Основное значение как конструкционный металл имеют полуфабрикаты из алюминиевых сплавов (листы, профили, трубы и пр.). Легирующими элементами в алюминиевых сплавах являются марганец, медь, литий, цинк, магний, кремний, железо, никель и др., в качестве модифицирующих добавок используют титан, цирконий, бор.
В табл. 1.1 приведены характеристики свариваемости некоторых алюминиевых сплавов.
Деформируемые сплавы имеют концентрацию легирующих элементов меньше предела растворимости и при нагреве могут быть переведены в однофазное состояние, при котором обеспечивается их высокая деформационная способность. Концентрация легирующих элементов в литейных сплавах превышает их предельную растворимость в алюминии. Поэтому эти сплавы имеют эвтектику, наличие которой обеспечивает сплавам хорошие литейные свойства (жидкотекучесть), но ухудшает их способность к деформации.
1.2. Магниевые сплавы
По распространённости в природе магний среди конструкционных металлов занимает третье место – после алюминия и железа, но он долго не находил практического применения из-за трудности его извлечения из руд и довольно сложной технологии производства из него полуфабрикатов.
5