Metalurgia spawania
Edmund Tasak
rok wydania: 2008
oprawa: twarda
stron: 568
format: 18 x 24 cm
SPIS TREŚCI:
Wprowadzenie 13
Wykaz skrótów i oznaczeń 14
1. Klasyfikacja procesów spajania 19
1.1. Sposoby otrzymywania ciągłości metalicznej materiału 19
1.2. Rola ciśnienia i temperatury 21
1.3. Spajanie z przetopieniem i bez przetopienia 22
1.4. Spajanie z dociskiem i bez docisku 24
1.5. Rodzaje energii wykorzystywane w procesach spajania 25
1.6. Zjawiska występujące na powierzchni międzyfazowej i sposób przenoszenia energii 27
1.7. Inne kryteria klasyfikacji 31
1.8. Procesy pokrewne spajaniu 32
1.9. Klasyfikacja procesów spajania według American Welding Society 33
2. Źródła ciepła w procesie spajania z przetopieniem 36
2.1. Płomień gazowy 39
2.2. Spawalniczy łuk elektryczny 43
2.2.1. Zjawiska występujące w łuku elektrycznym 50
2.2.1.1. Siły działające na kropię w łuku elektrycznym 52
2.2.1.2. Transport kropli do jeziorka 56
2.2.2. Charakterystyczne właściwości łuków spawalniczych 61
2.2.2.1. Łuk podczas spawania gołym drutem w powietrzu 61
2.2.2.2. Łuk elektrod otulonych 62
2.2.2.3. Łuk podczas spawania pod topnikiem 65
2.2.2.4. Łuk w metodzie GTAW (TIG) 67
2.2.2.5. Łuk podczas spawania metodą GMAW (MIG i MA G) 72
2.2 2.6. Spawanie łukowe drutem z rdzeniem proszkowym (FCAW) 79
2.2.2.7. Spawanie łukowe drutem proszkowym samoosłonowym 83
2.3. Spawanie elektrożużlowe 86
2.4. Spawanie elektrogazowe 89
2.5. Spawalnicze źródła ciepła o dużej gęstości energii 92
2.5.1. Łuk plazmowy 94
2.5.2. Wiązka elektronów 95
2.5.3. Wiązka laserowa 103
3. Procesy cieplne spawania 109
4. Metalurgia procesów spawalniczych 123
4.1. Wpływ łuku na kształtowanie się jeziorka spawalniczego 124
4.1.1. Ruchy cieczy w jeziorku spawalniczym 124
4.1.2. Wpływ konwekcji cieczy na kształt jeziorka 126
4.1.3. Parowanie ciekłego metalu 130
4.1.4. Intensyfikacja procesu spawania elektrodą nietopliwą (GTAW) 131
4.2. Reakcje gaz - metal 133
4.2.1. Absorpcja gazów 135
4.2.2. Reakcje 140
4.2.3. Wydzielanie 142
4.3. Mechanizm tworzenia pęcherzy 146
4.4. Wpływ tlenu na właściwości spoin 151
4.5. Wpływ azotu na właściwości spoin 155
4.6. Rola wodoru w procesie spawania 159
4.6.1. Porowatość wodorowa 160
4.6.2. Kruchość wodorowa 163
4.6.3. Pękanie wodorowe 164
4.6.4. Sposoby obniżenia zawartości wodoru w spoinach 172
4.7. Rola żużla w procesie spawania 174
4.7.1. Reakcje żużel - metal 174
4.7.1.1. Odtlenianie spoin 175
4.7.1.2. Odsiarczanie spoin 178
4.7.1.3. Odfosforowanie spoin 179
4.7.2. Rodzaje topników i ich wpływ na właściwości spoin 179
4.7.3. Procesy metalurgiczne podczas spawania łukiem krytym pod topnikiem 183
4.7.4. Procesy metalurgiczne podczas spawania elektrożużlowego 191
4.7.5. Żużle stalownicze i spawalnicze 195
4.7.6. Żużle powstające podczas spawania metali nieżelaznych 196
4.8. Gazy osłonowe w procesie spawania 197
4.8.1. Rola gazu osłonowego 197
4.8.1. Argon 198
4.8.1.2. Hel 199
4.8.1.3. Dwutlenek węgla 199
4.8.1.4. Tlen 199
4.8.1.5. Wodór 200
4.8.2. Gazy osłonowe do spawania stali węglowych i niskostopowych 200
4.8.3. Gazy osłonowe do spawania stali wysokostopowych 201
4.8.4. Gazy osłonowe do spawania metali nieżelaznych i ich stopów 202
4.8.4.1. Gazy do spawania aluminium i jego stopów 202
4.8.4.2. Gazy do spawania miedzi i jej stopów 202
4.8.4.3. Gazy do spawania niklu i jego stopów 202
4.8.5. Zanieczyszczenie powietrza podczas spawania łukowego w osłonach gazowych 202
5. Podstawy procesu krystalizacji 206
5.1. Krzepnięcie czystych metali 208
5.2. Krzepnięcie stopów 210
5.2.1. Krzepnięcie równowagowe i rozkład domieszki przy krzepnięciu 210
5.2.2. Krzepnięcie w warunkach braku dyfuzji w fazie stałej i całkowitej dyfuzji w fazie ciekłej 214
5.2.3. Krzepnięcie w warunkach braku dyfuzji w fazie stałej i dyfuzyjnym rozprowadzeniu domieszki w cieczy 215
5.2.4. Przechłodzenie stężeniowe 219
5.2.5. Wzrost komórkowy 221
5.2.6. Wzrost komórkowo-dendrytyczny 222
5.2.7. Wzrost dendrytyczny 223
6. Krystalizacja spoin 224
6.1. Tworzenie się jeziorka spawalniczego i jego kształt 224
6.2. Charakterystyka krystalizacji metalu spoiny 225
6.3. Mechanizmy zarodkowania w spoinie 232
6.3.1. Zarodkowanie i wzrost epitaksjalny 232
6.3.2. Zarodkowanie i wzrost nieepitaksjalny 234
6.3.3. Inne mechanizmy zarodkowania 235
6.3.3.1. Fragmentacja dendrytów 236
6.3.3.2. Separacja ziaren 236
6.3.3.3. Zarodkowanie heterogeniczne 238
6.3.3.4. Zarodkowanie powierzchniowe 239
6.3.4. Wpływ parametrów spawania na zarodkowanie heterogeniczne 241
6.4. Możliwości regulacji struktury spoiny 242
6.4.1. Wzrost prędkości chłodzenia 243
6.4.2. Modyfikowanie struktury spoin 243
6.4.3. Zewnętrzne oddziaływanie na metal w jeziorku 244
6.4.3.1. Elektromagnetyczne mieszanie jeziorka spawalniczego 244
6.4.3.2. Oscylacja łuku
6.4.3.3. Pulsacja łuku 247
6.4.3.4. Zarodkowanie ziaren na powierzchni 247
6.4.3.5. Zmiana kierunku ziaren kolumnowych 247
6.4.4. Wpływ parametrów spawania na kształt i strukturę spoin 249
6.5. Pierwotna struktura spoin 251
6.5.1. Wpływ szybkości krzepnięcia na strukturę 253
6.5.2. Wpływ parametrów spawania na charakter krystalizacji 257
6.6. Krystalizacja spoin stali austenitycznych 260
6.6.1. Krystalizacja równowagowa stali austenitycznych 260
6.6.2. Krystalizacja nierównowagowa 261
6.6.3. Krystalizacja z wydzielaniem ferrytu δ 264
6.6.4. Krystalizacja z wydzielaniem austenitu 265
6.6.5. Przemiana ferrytu δ w austenit podczas chłodzenia 265
6.6.6. Wpływ składu chemicznego na krystalizację spoin stali austenitycznych chromowo-niklowych 267
6.6.7. Określanie zawartości ferrytu w spoinie 272
6.6.8. Wpływ szybkości chłodzenia na charakter krzepnięcia i zawartość ferrytu 274
6.7. Chemiczna niejednorodność spoiny 277
6.7.1. Mikrosegregacja 277
6.7.2. Pasmowość struktury spoiny 280
6.7.3. Stopień wymieszania spoiny 283
6.7.4. Niejednorodność w pobliżu linii wtopienia 286
6.7.5. Zanieczyszczenia w spoinie 289
6.7.5.1. Porowatość gazowa 289
6.7.5.2. Wtrącenia niemetaliczne 290
6.7.5.3. Wtrącenia obcego metalu 293
6.8. Nadtapianie równowagowe i krystalizacja izotermiczna 294
7. Pękanie połączeń spawanych 299
7.1. Pęknięcia krystalizacyjne w spoinie 299
7.1.1. Wpływ węgla siarki i fosforu na proces pękania 306
7.1.2. Pękanie krystalizacyjne spoin stali austenitycznych 311
7.1.3. Wpływ napięcia powierzchniowego cieczy na granicach ziaren na skłonność do pękania 316
7.1.4. Sposoby ograniczenia skłonności do pękania krystalizacyjnego spoin 317
7.1.4.1. Dobór składu chemicznego spoin stopów aluminium 317
7.1.4.2. Kontrola struktury spoin stali austenitycznych 320
7.1.4.3. Regulacja wielkości ziaren podczas krzepnięcia 321
7.1.4.4. Dobór warunków spawania 323
7.1.4.1. Optymalizacja kształtu spoiny 327
7.2. Mechanizmy nadtapiania w strefie częściowego stopienia 330
7.2.1. Reakcja związków międzymetalicznych Ax,By z roztworem stałym α 331
7.2.2. Nadtapianie eutektyki 333
7.2.3. Nadtapianie równowagowe
7.2.4. Nadtapianie resztkowej eutektyki na granicach ziaren 337
7.2.5. Nadtapianie osnowy stopu 338
7.2.6. Nadtapianie obszarów segregacji 339
7.3. Pęknięcia segregacyjne w strefie wpływu ciepła stali niestopowych i stopowych 339
7.4. Pękanie stopów niklu 344
7.5. Pękanie stopów aluminium 347
7.6. Sposoby zapobiegania pękania stali i stopów aluminium w strefie częściowego stopienia 353
7.7 Pękanie zimne 359
7.8. Pęknięcia lamelarne 364
7.8.1. Mechanizm pękania lamelarnego 366
7.8.2. Czynniki wpływające na pękanie lamelarne 369
7.9. Pęknięcia wyżarzeniowe (relaksacyjne) 372
7.9.1. Pęknięcia niskotemperaturowe 373
7.9.2. Pęknięcia wysokotemperaturowe 374
7.9.3. Pęknięcia podplaterowe 378
7.10. Pękanie stopów niklu w czasie obróbki cieplnej po spawaniu 380
7.10.1. Zmiany struktury i właściwości w procesie spawania stopów niklu 380
7.10.2. Pękanie starzeniowe (relaksacyjne) stopów niklu 384
8. Przemiany fazowe i strukturalne w stalach w procesie spawania 388
8.1. Przemiany fazowe w procesie nagrzewania stali 388
8.2. Rozrost ziaren austenitu 392
8.3. Procesy ujednorodnienia austenitu 398
8.4. Wysokotemperaturowa niejednorodność austenitu 399
8.5. Metody badania przemian fazowych przy szybkich cyklach cieplnych 402
8.5.1. Metody symulacji spawalniczych cykli cieplnych 404
8.5.2. Porównanie przemian fazowych w rzeczywistej i symulowanej SWC 410
8.5.3. Porównanie przemian fazowych w warunkach chłodzenia podczas spawania i podczas obróbki cieplnej 412
8.6. Obliczeniowy sposób wyznaczania wykresów CTPc-S 413
8.7. Przemiany podczas chłodzenia spoin stali niskowęglowych i niskostopowych 418
8.8. Czynniki wpływające na mikrostrukturę spoiny 428
8.9. Struktura złącza spawanego w stalach niestopowych i niskostopowych 432
8.9.1. Struktura złącza spawanego w stalach niestopowych 432
8.9.2. Spawanie stali niskostopowych o wysokiej wytrzymałości 441
8.9.3. Spawanie stali niskostopowych ulepszanych cieplnie 450
8.10. Przemiany fazowe przy spawaniu stali nierdzewnych, kwasoodpornych i żaroodpornych 451
8.10.1. Stale chromowe martenzytyczne 454
8.10.2. Stale chromowo-nikiowe z miękkim martenzytem 460
8.10.3. Stale chromowe ferrytyczne i półferrytyczne 464
8.10.4. Sposoby zmniejszenia kruchości złącz spawamch ze stali ferrytyoznych i półferrytycznych 468
8.11. Spawanie stali chromowo-niklowych austenitycznych i austenityczno-ferrytycznych 470
8.11.1. Stale austenityczne odporne na korozję typu 18-10 470
8.11.2. Struktura złącz spawanych stali austenitycznych i austenityczno-ferrytycznych 473
8.11.3. Właściwości spoin w niskich temperaturach 477
8.11.4. Kruchość połączeń spawanych stali austenitycznych wskutek tworzenia się fazy σ 478
8.11.5. Pękanie wyżarzeniowe 483
8.12. Odporność na korozję połączeń spawanych stali nierdzewnych i kwasoodpornych 485
8.12.1. Korozja połączeń spawanych stali chromowych 489
8.12.2. Korozja połączeń spawanych stali austenitycznych i austenityczno-ferrytycznych 491
9. Naprężenia i odkształcenia w połączeniach spawanych 509
9.1. Odkształcenia w cyklu cieplnym spawania 509
9.2. Rozkład naprężeń w złączu spawanym 513
9.3. Oddziaływanie naprężeń własnych z naprężeniami zewnętrznymi 517
10. Obróbka cieplna połączeń spawanych 520
10.1. Podgrzewanie przed spawaniem 520
10.2. Wyżarzanie po spawaniu 524
10.2.1. Miejscowe wyżarzanie odprężające 525
10.2.2. Wyżarzanie odprężające całej konstrukcji 526
10.2.2.1. Mechanizm relaksacji naprężeń 527
10.2.2.2. Czynniki wpływające na relaksację naprężeń 533
10.2.2.3. Wpływ odprężania na właściwości stali 535
10.2.3. Wyżarzanie normalizujące 540
10.2.4. Wyżarzanie w zakresie dwufazowym (A1-A3) 541
10.3. Zmiany właściwości plastycznych połączeń spawanych w stalach eksploatowanych w podwyższonych temperaturach 546
10.3.1. Metoda badania wrażliwości na kruchość eksploatacyjną połączeń spawanych stali chromowo-molibdenowych 547
10.3.2. Wpływ składu chemicznego stali i spoin Cr-Mo na utratę plastyczności 548
10.3.3. Wskaźniki stosowane do oceny skłonności do utraty plastyczności 550
10.3.4. Technologiczne sposoby przeciwdziałania obniżeniu plastyczności podczas eksploatacji 550
Literatura 553
Skorowidz ważniejszych terminów 563
