Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Почему для расчета параметров термического цикла при сварке обычно используют модели быстродвнжушихся источников теплоты? 4. Как получают выражения для расчета максимальных температур? 5, Почему для оценки скоростей охлаждения в околошовной зоне используют выражения, полученные для точек, лежащих на оси шва? 295 297 6. В ? каких случаях при проведении расчетов используют номогра- имы. Можно ли проводить расчеты без них? 7.
Каки . Какими параметрами характеризуется форма сечения сва ного шва? р ого 8. К ак оценить тепловую эффективность процесса проплавления? 9. Каким ими параметрами характеризуется производительность расплавления электрода? 1О. С ч ем связано изменение производительности расплавления электродной проволоки при увеличении ее вылета? 11. С чем связано ограничение тока при сварке штучными электродами? 12. 2. В каких случаях применяют многослойную сварку короткими участками? 13, а 3. Какие расчетные схемы используют для расчетов тепловых процессов при контактной стыковой сварке? 14. К акие приемы используют при расчете температур для периода их выравнивания? Раздел 1П ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ При всех способах сварки металл подвергается высокотемпературному нагреву (до температур, близких к температуре кипения).
Зто резко увеличивает его химическую активность при взаимодействии с окружающей средой. Металл окисляется, насыщается азотом, водородом, что приводит к ухудшению его механических свойств. Прочность сварных конструкций зависит от того, в какой мере сохранено высокое качество металла, достигнутое при плавке, прокатке, термообработке сталей и сплавов. В современных сварочных процессах используют методы и средства, позволяюшие не только сохранить, но и повысить качество металла в зоне сварного соединения.
В данном разделе рассмотрены методы прогнозирования хода физико-химических реакций, описано их влияние на свойства металла и дано обоснование способов управления металлургическими процессами, способствуюшего их развитию в благоприятном направлении. Глава 8. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Для прогнозирования хода физико-химических реакций используют метод термодинамического анализа равновесных процессов, допуская при этом, что несмотря на кратковременность процесса сварки высокие температуры нагрева металла и большая удельная поверхность его контакта со средой практически обеспечивают достижение термодинамического равновесия.
8.1. Понятие о термодинамической системе Физическая химия изучает химические процессы физическими методами. Одним из ее разделов является химическая термодинамика, которая рассматривает законы развития химических и физи- ческих процессов с позиций термодинамики — общей науки об изменениях и переходах энергии. В ее основе лежат главным образом два закона, известные из курса физики: первый закон термодинамики, представляющий собой закон сохранения материи и энергии, сформулированный М.В. Ломоносовым в 1756 г., и второй закон термодинамики, позволяющий судить о возможности самопроизвольного развития процессов в данных физических условиях. Не ограничиваясь общими феноменологическими уравнениями термодинамики, химическая термодинамика дополняет их квантово-механическим учением о строении вещества, привлекает статистический метод и этим значительно расширяет возможности исследования сложных материальных систем.
Объектом изучения в термодинамике является термодинамическая система, т. е. комплекс физических тел, находящихся во взаимодействии между собой и с окружающей средой, мысленно обособленный от окружающей среды. В частности химические реакции, представляющие собой превращения одних веществ в другие, отличные от исходных по химическому составу и строению, можно рассматривать как процессы, в которых участвуют исходные вещества и продукты реакций, составляющие термодинамическую систему. П о характеру взаимодействия с окружающей средой, т. е, обмена с ней массой и энергией, различают несколько видов термодинамических систем.
Изолированной системой называется термодинамическая система, у которой запрещен обмен энергией и массой с окружающей средой: ~ Е = сопят; ~х М =сопзь У замкнутои системы разрешен обмен энергией с окружающей средой, но массообмен запрещен:,) Е~сопзц ~ М=сопзьНезамкнутые системы обмениваются со средой энергией и массой: ~Е ~ сопзц ~ М ~ сопзь Их изучают в термодинамике неравновесных процессов. Зона сваривания является примером незамкнутой системы. По своему строению термодинамические системы могут быть гомогенными, если нет границ раздела между отдельными их частямн (газовые смеси, растворы), или гетерогенными, если существуют границы раздела между отдельными частями системы (фазами), которые отличаются друг от друга химическим составом или физическими свойствами, обусловленными их строением (твердое тело, жидкость, пар).
298 Фазой называется часть гетерогенной системы, отделенная физической границей раздела, т. е. границей резкого изменения свойств. Так как всякая граница раздела обладает запасом свободной энергии, то в высоко дисперсных системах свойства поверхностей раздела будут влиять на состояние системы и даже доминировать над объемными свойствами. Так, при высокой степени дробления твердых или жидких фаз изменяются их температуры плавления, температуры кипения. Высокодисперсные системы могут создавать метастабильные системы — коллоидные растворы и аэрозоли.
К таким системам общие термодинамические закономерности уже не применимы. Совокупность всех свойств термодинамической системы определяет ее состояние. Термодинамические свойства системы описываются характеристическими функциями или их производными. К ним относятся внутренняя энергия, энтальпия, энтропия и термодинамические потенциалы. Любая физическая величина, влияющая на состояние системы — объем Г, давление р, температура Т, — носит название термодинамического параметра или параметра состояния. Для наиболее простой системы — идеального газа — можно ограничиться двумя параметрами состояния: Т и р, так как молярный объем К определяется из уравнения состояния газа, т.
е. зависит от Т и р. Изменение хотя бы одного параметра состояния приводит к изменению всей системы, называемому термодинамическим процессом. Последовательное изменение состояния системы, приводящее ее вновь в исходное состояние, называется круговым процессом или циклом. .Термодинамические процессы следует разделять на обратимые и необратимые.
Обратимым процессом называется такой процесс, который будучи проведенным под внешним воздействием в прямом и обратном направлениях, не оставляет никаких изменений в окружающей среде. Обратимый процесс можно рассматривать как сумму бесконечно близких равновесий, когда бесконечно малое изменение параметров (внешних условий) может изменить направление процесса.
Поэтому истинно обратимый процесс может совершаться только с бесконечно малой скоростью, с тем чтобы соблюдалось условие равновесия или обратимости. Обратимый процесс можно отождествить с термодинамическим равновесием, т. е. с таким состоянием системы, при котором взаимно компенсированные процессы не приводят к изменению состава и параметров системы. Однако практически все процессы (в разной степени) лишь приближенно можно считать обратимыми. 299 Таблица 1.5. Характеристики эффективности некоторых способов сварки Для одного и того же источника энергии, например при контактной сварке, внутреннее сопротивление машины может различаться в 10 раз н соответственно этому изменяется КПД источника.
1.4.4. Требовании к источникам энергии дли сварки Классификация сварочных процессов показывает, что каждая их группа может быть реализована с помощью определенного источника энергии. Для выполнения качественной сварки источник энергии должен отвечать требованиям технологической и конструктивной целесообразности применения, экономичности преобразования энергии, ограничения вредных побочных эффектов прн сварке и т. п.
Источники энергии для сварки плавлением (луч, дуга, пламя и др.) должны обеспечивать в зоне сварки (пятне нагрева заданных размеров) концентрацию тепловой энергии и температуру, достаточную для плавления материала и провара его на требуемую глубину, но без интенсивного испарения. Источники энергии для сварки давлением (контактной, термопрессовой, холодной и др.) должны обеспечивать концентрацию тепловой илн механической энергии в зоне сварки, а также давление, достаточное для создания физического контакта, активации соединяемых поверхностей и химического взаимодействия атомов в зоне контакта. Должны быть также обеспечены физическая или физико-химическая защита зоны сварки от окружающего воздуха и другие технологические условия, специфические для каждого метода сварки. 1.4.5. Прессово-механические процессы В основе всех прессово-механических процессов лежит пластич ическая деформация, создаваемая тем нли иным способом в зоне сварного соединения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
