Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Кроме того, процесс формирования шва обычно протекае~ при температурах, близких к температуре плавления сплава, но не превышающих ес, т. е. без затрат на скрытую теплоту плавления. При обшей ширине пластической зоны формирования соединения около 5 мм минимальная удельная энергия составит вс = 2,7 660 0,5 = 89! Дж/см = 9 Дж?мм~.
4. Холодная сварка, Имеем «внутренний» источник энергии. Преобразование энергии сжатия деталей происходит в некотором активном объеме с одинаковой глубиной по обеим сторонам от шва. Энергия, требуемая для сварки, в данном случае также определяется как произведение среднего теплосодержания лри температуре стыка около 600 'С (для алюминия) и глубины ак~ивной зоны, равной = ! мм: е„=- 2,7 600 О, ! .
2 = 324 Дж!см = 3,24 Дж/мм . 5. Сварка взрывазз Экспериментально установлено, что для сварки алюминиевых пластин толщиной 1 мм требуется около ! г взрывчатого 2 вещества на 1 см плошади соединяемых деталей. Учитывая, что удельная энергия для взрывчатого вещества составляет = 6000 Дж/г, получаем ориентировочную оценку: а,„= 1 6000 Дж/см = 60 Дж! мм . Сопоставление энергозатрат при рассмотренных способах сварки показывает, что способы сварки давлением менее энергоемки по сравнению со сваркой плавлением.
Немаловажно и то, что при сварке в твердой фазе не требуется расходовать энергию на расплавление металла, что экономит около !5...30',4 энергии. Контрольные вопросы !. Какие существуют межатомные связи, какова их природа? 2. Каковы особенности ковалентной, ионной,металлической и молекулярной связей? Как этн особенности влияю~ на физические свойства кристаллов? 3. Какова сущносзь стадийносси сварки? 4. В чем заключается основное отличие сварки плавлением от сварки давлением? 5.
В чем состоит основное отличие сварки плавлением от пайки? 6. В чем заключается основное отличие пайки от склеивания? 7. Чем отличаемся физическое определение сварки от термодннамнческого? 8. Назовите основные признаки классификации сварочных процессов. 9. В каких случаях целесообразно использовать удельную энергию при оценке энергетической эффективности сварки? 36 Глава 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ДУГОВОМ РАЗРЯДЕ 2.1. Электрический разряд в газах 2.1.1. Виды разряда В обычном (нормальном) состоянии газы являются хорошими электрическими изоляторами — диэлектриками.
Однако, приложив достаточно сильное электрическое поле, можно вызвать нарушение изолирующих свойств газа (пробой) и его ионизацию: в газе возникают заряженные частицы, и он становится проводником, благодаря чему появляется возможность пропускать через проводник электрический ток и воздействовать на него электромагнитными полями. Протекание тока через газ получило название электрического разряда в газах (или газового разряда).
Различают самостоятельный и несамостоятельный газовые разряды, последний прекращается при устранении внешнего источника ионизации. Явления, возникающие при протекании электрического тока через газ, зависят от рода и давления газа, от материала, из которого изготовлены электроды, от геометрии электродов и соединяющего их канала, а также от величины протекающего тока. Газовый разряд может быть неустойчивым (например, искровым) и устойчивым (стационарным). В дальнейшем будем рассматривать только самостоятельные и стационарные газовые разряды.
Их можно классифицировать по внешнему виду: темнавой (таунсендовский), тлеющий, в том числе коронный, и дуговой разряды. Например, если в длинной цилиндрической стеклянной трубке, заполненной газом при давлении около 100 Па, медленно повышать разность потенциалов между катодом и анодом, то при— !2 боры фиксируют наличие тока начиная с 10 А.
Он появляется вследствие вызываемой космическими лучами ионизации в объеме газа на стенках трубки и на электродах. С помощью ограничивающего сопротивления можно получить все три формы разряда (рис. 2.!). Темновой разряд переходит в тлеющий, который отличается уже заметным свечением, используемым в газосветных трубках. При этом катодное падение потенциала (7«> 100 В; — 2 — ! 2 плотность тока 7' = 10 ...10 А!см . Практически повсюду, за исключением приэлектродных областей, ионизованный газ электронейтрален, т. е.
представляет собой 37 Рас ассмотрим реакцию диссоциации оксида МеО, протекающую в растворе того же металла: 2МеО = 2Ме + О2. мероз а2 Р 2 ам о (8.69а) Ее следствием может быть изменение концентраций как оксида, так и элемента Ме. Константа равновесия этой реакции (диссоциации оксида) выражается как Иными словами, чтобы перевести в оксид малое количество какого-либо элемента в составе сплава, необходимо поднять парцнальное давление кислорода, что нежелательно вследствие окисления основы сплава.
Поэтому нельзя до конца окислить и удалить из сварочной ванны вредные примеси — серу и фосфор. 2. Если в растворе содержится малая доля нежелательного элемента и его оксида, то упругость диссоциации такого оксида можно приблизительно рассчитать по формуле О где ам, и ам,о — активности соответственно элемента Ме и его оксида МеО. Отсюда упругость диссоциации оксида МеО в растворе равна 2 ам о р, =К г Р 2 аме (8.69б) смотрим два случая. Е . Если в растворе количество МеО малб, то, полагая а, = 1, ам, = можно записать: 2 Ро, =Ро,амо (8.70) Если ли учесть, что при малых концентрациях активность равна мольной доле растворимого, то ам,о <1, а р' ~ ро .
Таким об- 02 2 разом, упругость диссоциации ро оксида элемента, находящегося 02 в растворе, зависит не только от природы оксида и температуры, но и от активности или концентрации оксида в растворе. С уменьшением концентрации оксида его упругость диссоциации снижается, что свидетельствует об увеличении химического сродства элемента оксида к кислороду. 360 Так как константа равновесия реакции равна упругости диссоциации того же оксида в чистом виде, то, подставив ро в уравне- 2 ние (8.696) в ( .
96) вместо К, получим: р = ро —. При этом расаМео 02 2 2 аме где аме = (;оМе)!100 — мольная доля металла в растворителе для случая неограниченной растворимости; Мм, и Мра„, — относительные молекулярные (атомные) массы соответственно металла растворимого и растворителя. Полагая, что концентрация оксида близка к предельной концентрации насыщения (а~я -1) и что Мм = Мрастя (например, Ге и Мп), получим р = —. Это позволяет приближенно оценить Роз 02 Я аме влияние степени насыщения (концентрации металла в растворителе) на упругость диссоциации его оксида. При уменьшении ам, Упругость диссоцнации оксида увеличивается. Это говорит о том, что полностью окислить нежелательную составляющую сплава в растворителе невозможно, и наоборот, для предотвращения окисления элемента в растворе необходимо снижать равновесное парциальное давление кислорода.
Так, при сварке в вакууме снижают ро, что способствует распаду оксидов. На рис. 8.14 показаны зависимости упругости диссоциации для различных оксидов от концентрации элементов, образующих этн оксиды в растворе стали. Упругость диссоциации РеО показана в виде горизонтальной линии, так как концентрация железа в расплаве принята постоянной и равной единице. Как следует из рис. 8.14, для температуры 2000 К характерно весьма энергичное окисление С, затем 81, Ге и Мп при 361 Ме, % (мас.) концентрациях 0,001...1 % 0,0001 0,001 0,01 0,1 1,0 При температуре 2000 К для тех же значений концентраций -2 Мпо вводимого в жидкий металл Р О элемента возрастает окисле- -4 ние углерода в составе сплава, 510 з что характеризует его раскис- -6 ляющую способность.
Угле- роду в этом отношении усту- -8 пают все остальные элементы (81, Ре, Мп). У кремния хими- -10 ческое сродство к кислороду становится большим, чем у 18Ро железа, при концентрациях, Ри . 8.14. 3 ис... ависимость упругости превышающих 0,001 %. Мардиссоциации окси ов от концен а- ганец как раскислнтель может р- "' ции металлов в жидкой стали при проявлять себя только при температуре 2000 К концентрации выше 1 %; при меньшей концентрации интенсивнее окисляется железо.
Применив изложенные выше зависимости, можно определить для данного сочетания элементов элементраскислитель и его количество (см. пример 8.4). Пример 8.9. Определить необходимое количество раскислителя, которое должно быть введено через сварочную проволоку Св-08 при сварке стали СтЗсп в среде углекислого газа, Раскисление осуществляется только кремнием (окисление углерода не допускается). Решение. Пусть доли основного металла н прнсадочного металла (сварочной проволоки Св-08) при образовании сварочной ванны составляю~ 50 %.
В табл. 8.10 в скобках указано принимаемое при расчете количество элементов. Будем считать, что металл сварочной ванны состоит только из железа, углерода и кремния. Другими примесями пренебрегаем. Химический состав этих составляющих определим согласно ГОСТ 2246-70, где заданы значения в определенном интервале. Выбрав из иих средние значения, определим исходный химический состав сварочной ванны. Исходя из начальных условий, учитываем, что должно происходить окисление углерода, а также, что это приводит к уменьшению прочности соединения и других его свойств. Технология сварки должна обеспечивать неизменное содержание углерода в металле шва, т. е. его массовую концентрацию, приблизительно равную 0,14 %. 362 Таблица 8.10.
Химический состав, %, основного, электродного металла и сварочной ванны Расчет реакций окисления углерода и кремния ведем по Оь так как сродство к нему выше, чем к атомарному кислороду: 2(С]+От г-в 2(СО), К Ро, 1 (5!) Оз ~~ (8!Оз) Кр (Ь) Рог Из теории известно, что раскисляющие способности элементов зависят от температуры. Раскисление происходит прн кристаллизации, поэтому расчетной будем считать температуру, близкую к температуре плавления стали. Принимаем Т = 1900 К. Если допустить, что 81 и С находятся в свободном состоянии, то расчет упругости диссоциации их оксидов можно рассчитать по формуле 1 (8.46), используя соотношение 18 К = !8 — или 18 К = — !8 ро,: Ро, для СО -221000 +178,29 +11,88.1,009 + ' ' — -1602; 19,14.1900 19,14 19,14 для 510 -859300 -181, 7 -4, 7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
