Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В узлах кристаллической решетки металлов находятся иообоб ествлены ны; вапентные электроны полностью или частично о о щ и перемещены в междоузельное пространство. Твердые растворы обычно имеют решетку растворителя. Они образуются по типу внед ения (в железе — Н2, С, Х2, Р, 8, В) или замещения, если близки радиусы атомов, геометрия, параметры кристаллической решетки и ки и химические свойства смешиваемых веществ. Все металлы образуют твердые растворы замещения. П н расплавлении металлических растворов нарушается дальний порядок, но сохраняется ближний порядок, т. е.
правильное расположение частиц в микрообъемах. Жидкие и твердые растворы сильно отличаются от идеальных растворов; с повышением температуры это отличие ослабевает. Уравнение для реальных растворов приводят к форме уравнения для идеальных растворов также с помощ р ью поп авочного коэффициента активности у, = а;/Ф;, где )у; — молярная концентрация, а — активность компоненты, или активная концентрация Ф:я, а; — акт (имеет такую же размерность, как и У;).
В идеальном растворе У;=1, а а;=)Ун На рис. 8.4 в качестве примера приведены зависимости активности а (для разных коэффициентов активности у) кремния и меди, растворенных в железе, от их концентрации, ии а также активность магния, растворенного в алюминии, в зависимости от температуры. Из рис. 8.4 следует, что в интервале малой концентрации активность растворенных веществ равна их моляр " р моля ной концентоации. При существенном увеличении концентрации отклонения от идеальности весьма существенны, например: для меди, растворенной в железе, коэффициент активности у возрастает до 7, а для кремния снижается до 0,1, Из рис. 8.4, б также следует, что активность веществ в растворе снижается по мере увеличения температуры.
319 Окончание табл. 1.6 Наибольшая плотность мощности а пятне, Вт1мм Температура пламени или дуги, К Наименьшая площадь награаа, мм Источники энергии Дуга в парах: щелочных металлов железа Дуга в газах; 4500-5000 5000-6000 1 1О 1.!О 5000-8000 1.10 1 !О водород, азот 6000-!0000 10000-20000 аргон, гелий Микроплаэменная дуга !. !04 1 !О Электронный луч Лазерный луч ! !О 1 10 1 10 1 10 Примечание.
Понятие температуры для луча нехарактерно, так как в этом случае движение частиц в основном направленное, а не хаотичное. 1.5.2. Расчет энергоемкости процессов сварки Расчеты показали, что для многих видов соединений и материалов механические и термомеханические процессы требуют значительно меньше энергии, чем термические процессы при сварке плавлением. Например, при сварке встык стальных стержней диаметром 20 мм дуговым ванным способом необходимая удельная 2 энергия со, = 1800 Дяо'мм; при контактной стыковой сварке оплав- 32 Однако сварка возможна только до плотности мощности 3 4 2 10 ...10 Вт1мм, так как ббльшие плотности мощности приводят к выплескам и интенсивному испарению материала, полезному лишь при резке и размерной обработке изделий. Плотность мощности луча и энергетические коэффициенты наплавки, расплавления и другие (см.
гл. 3) пригодны для оценки только отдельных видов источников энергии или методов сварки. Для оценки эффективности разных классов сварочных процессов и разных методов сварки и пайки целесообразно использовать удельные энергии с„ и сщ необходимые при сварке данного соединения. 2 м г, = 400 дж1мм; при сварке трением с„= 130 Дж1мм . Для сварки встык пластин из алюминиевого сплава толщиной 5 мм требунэтся следующие значения удельной энергии соа: при аргоноду- 2 говой сварке = 300 Дэну мм; при контактной сварке = 200 Дж1мм; 2 при холодной сварке = 30 Дж1мм, Расчет удельной энергии с„для разных методов сварки плавлением коррозионно-стойкой стали типа 18 — 10 (рис. 1.9) показал, что с увеличением толщины изделия удельная сварочная энергия резко растет при использовании многослойой сварки Например аргонодуговая 800 сварка вольфрамовым (АДВ) электро- АЛВ дом обеспечивает получение стыкового сварного соединения для листов толщи- / ДФ ной 15 мм при общих затратах энергии 2 ПД на все проходы до 1000 Дж1мм .
Электронно-лучевая сварка (ЭЛС) благодаря 200 ЭЛС кинжальному проплавлению за один проход позволяет соединить встык лис- 0 10 20 30 б, мм ты толщиной от 1О до 50 мм практически при одной и той же удельной энер- Рис. 1.9. Средние значения пщ 30...60 дж1мм2. Использование удельной энергии аяь прн сварке листов стали типа плазменном дуги (ПД) " дугового Разрв 18 — 10 толщиной до 50 мм да в вакууме (ВД) при узкой Разделке различнымн способами позволяет потреблять при сварке мень- 2 ще удельной энергии (с„= 150...300 Дж1мм ), чем для дуги под флюсом (ДФ), для которой в зависимости от разделки кромок тре- 2 буется ео = 400...
600 Дж1мм . СРавнение значений си и собщ длЯ однопРоходной сваРки стали показывает, что с„с уменьшением интенсивности источника воз- 2 Растает примерно от 3... 5 Дж1мм для лазернои сварки до 200...400 Дж1мм для газового пламени. В то же время общие за- 2 траты энеРгии е бщ, в котоРых УчитываютсЯ, напРимеР, энеРгоза~раты на вакуумирование для электронного луча (площадь сечения соединения = 500 мм ) и при КПД лазера (= 1...15 %), в десятки Раз выше для этих источников, чем для дуги в аргоне или для газового пламени (рис. 1.10).
33 р, Т = сопя! аз„. вСв 1,0 амв 0,8 Л1 лз 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 П1'1. ЛЗ Рис. 8.5. Объем с двумя газами до (а) и после (б) их смешения данную систему: 0 0,2 0,4 0,6 0,8 0 0,2 0,4 0,6 0,8 81; Со, мас. доли М8, мас. доли а б Рис. 8.4. Влияние содержания 88 (кривая 2) и Са (кривая 3) в Ге (а) и М8 в А! (6) иа их активность в расллавах при различных температурах (штриховыми линиями 1 показаны зависимости активности от концентрации в идеальных растворах) к компонентам бесконечно разбавленного раствора.
Его активность прямо пропорциональная мольной доле, так как частицы растворимого не взаимодействуют друг с другом вследствие их рассеяния. Регулярные растворы характеризуются тем, что энтальпия растворения при их образовании не равна нулю. К ним относятся расплавы Со, %, А1 и Ре, их коэффициент активности связан с энтальпией следующим соотношением: Н! = )1Т !пуь В термодинамике концентрация вещества (компонента) в смеси веществ или в растворах определяется через мольные доли, определяемые отношением числа молей данного компонента к сумме молей всех веществ, входящих в При растворении вещества теряют индивидуальные термодинамические свойства по следующим причинам: при образовании раствора увеличивается степень беспорядка, т.
е. растет энтропия; изменяется внутренняя энергия веществ в результате установления новых межчастичных связей. Поэтому значения термодинамических параметров веществ, находящихся в растворе, отличаются от значений тех же параметров исходных (чистых) веществ. Кроме зависимости от температуры, давления и фазового состояния энтропия имеет очень сильную зависимость от концентрации вещества в данной системе — в растворе.
Жидкие растворы делят на идеализированные (бесконечно разбавленные), совершенные и регулярные. В бесконечно разбавленных рас1лворпх мольная доля растворителя близка к единице. В них молекулы растворенного вещества не взаимодействуют между собой, так как отделены друг от друга молекулами растворителя. В этом случае энтропия растворителя вычисляется по формуле 5т = О О = 5 + )!Т 1п)з', где А! — мольная доля растворителя.
Совершенным раствором считается раствор, при образовании которого энтальпия растворения и изменение объема близки к нулю. К ним относятся в условиях сварки все газовые смеси и бинарные растворы металлов: Со, Сг, Мп, Мо, % в железе. В совершенных растворах все компоненты при любых концентрациях подчиняются закону Рауля, т. е. сумма парциальных давлений компонентов раствора равна внешнему давлению. То же относится 320 (8.25 а) смеси !'о.. Ко=и,).п,.; ~.= —; К=К вЂ”, !о, Хл Л1 Л! где )г — малярный объем.
Подставив выражение для 1; в уравнение (8.22), получим, что энтропия 1 моль 1-го компонента в смеси при температуре Т равна ( ~~ п! ! Я~ — — Я~ + С ! Т+ Я 1~ К вЂ” ' л! (8.25б) 321 где А! п — соответственно мольная доля и число молей данного ь ! компонента;,> л; — сумма молей всех компонентов. Рассмотрим процесс смешения двух идеальных газов, не реагирующих между собой.
Пусть в двух частях объема, разделенного перегородкой А, находится п! молей первого и л2 молей второго газа (рис. 8.5, а). Если удалить перегородку А (рис. 8.5, б), то произойдет перемешивание газов в результате диффузии и на каждый моль 1-го компонента будет приходиться часть )г1 общего объема ~'~ и/ Используя (8.25а) и принимая во внимание, что 1п и/ = -!п У/, преобразуем выражение (8.25б) к виду 5т —— (50 + Ск 1п Т -ь А 1п Р') — Л 1п л//. Поскольку выражение в скобках согласно (8.22) равно энтропии бт чистого вещества при температуре Т, окончательно получим 'ет 5т /11и е/'. (8.26а) Отсюда следует, что энтропия /-го компонента в смеси или растворе при температуре Т зависит от энтропии Ят чистого вещества при этой температуре, обусловленной тепловыми условиями, и произведения Л1пЛ//, определяемого концентрацией. Чем больше концентрация /-го компонента (/9', -ь1), тем меньше его энтропия, и наоборот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
