Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Остальные оксиды в железе не растворяются, могут в нем присутствовать только в виде отдельных включений и легко разлагаются при высоких температурах. Установлено, что при температуре плавления железа предельная растворимость кислорода в железе составляет сотые доли процента (0,16 %), а при комнатной температуре — тысячные доли процента. Твердый раствор 02 в Ге называют оксиферритом. На рис. 9.8 приведена левая часть диаграммы состояния «железо — кислород».
При температуре 845 К закись ГеО, находящаяся в железе вне твердого раствора, разлагается с образованием закисиокиси: (9.16) 4ГеО -+ Ге304+ Ге. Таким образом, при комнатной температуре кислород находится в железе как в твердом растворе Ге„(в оксиферрите), так и в виде включений Ге304. 399 УДК 62 1.79 ! .01(075.8) ББК 34.641 Т338 гзецеизеигпы: кафедра «Оборудование и технология сварочного произволствав Московского государственного нидустрнального университета (зав. кафедрой д-р техн, наук„проф. В.Н. Ластовнря); л-р техн. наук, проф. кафедры «Технолгння сварки, материаловеленне, износостойкость лепией машини Московского государственного университета путей сообщения С.Н. Киселев Теории епврочньгх процессов: Учебник для вузов l Т338 А.В. Коновалов, А.С.
Куркин, Э.Л. Макаров, В.М. Неровный, Б.Ф. Якушин; Под ред. В.М. Неровного. — М.: Нэд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. — 752 с.: ил. !БВ1Ч 978-5-7038-3020-8 И. заожсны теоретические основы сварочных процессов. Представлены сведения об основах физики сварочных луговых нсточнкков энергии, особенностях использования для сварки лучевой энергии и источников энергии, применяемых лла сварки давлением. Рассмотрены тепловые процессы при сварке металлов и ланы основныс сведения по химической термодинамике, физической химин, нсобхолимые лля понимания металлургических процессов при сварке. Описаны осиовныс тсрмодсформационныс процессы и превращения в металлах при сварке. Привалены краткис сведения О методах компь$Отсриого модели)говання сварочных пропсссОВ. Содсрнание учебника соотвстстауст курсам лекций, которые авторы читают в МГТУ им.
Ндд Баумана. Для студентов и магистров высших технических учебных заведений мапиностроитсльных специальностей, Булат полезен иннснсрио-техническим работникам сварочного произаодстзн. УДК 621.791.0Ц075.8) ББК 34.641 % Коллскгна авторов, 2007 47 Оформление. Издательство МГТУ им. Н.З. Баумана, 2007 18ВХ 978-5-7038-3020-8 ПРБДИСДОВИБ В начале третьего тысячелетия сварка продолжает оставаться одним иэ еедущнх технологических прщгессов создания материальной ОснОВН гхзвременной цивилизации. Более половины валового национального продукта промышленно развитых стран создастся с помогш ю сварки н родственных технологий. До 2/3 мирового потреблениа стального проката идет на производство сварных конструкций н сооружений.
Во многих случаях спарка является наиболее эффективным илн единственно возможным способом создания иеразьемных соединений конструкционных звперналов и получения ресурсосберегающих заготовок, максимально приближенных по геометрии к оптимальной форме готовой летали или конст!зукцин. Сварке подвергшотсл практически любые металлы н неметшьчы (пластмассы, керамика, стекло и др.). Разработка новых технологических процессогь сварочных материалов н процессов термической обработки сварных соединений требует основательной теоретической полготовки в области сварочных процессов.
В свои с этим в Станларте учебной программы по специальности !50202 «Оборудование н техиолопщ сварочного произеодстеав дисциплина «Теория сварочных процессов» является базовой при подготовке инженеров-механиков. Она охватывает широкий круг процессов, происходящих при сварке материалов н определшощих в конечном итоге качеспю н работоспособность сварных соединений. Учебник написан коллеатиеом авторов — сотрудников кафедры «Технологии сварки и диагностнкии МГТУ им.
Н.Э. Баумана и вюпочает в себя четыре раздела: 1. «Источники энергии для сеаркнв (д-р техн. наук, проф. В.М. Неровный); П. «Тепловые процессы при сваркев (д-р техн. Наук, проф. А.В. Коновалов); Ш. «Физико-химические и металлургические процессы прн сварке» (д-р техн. наук, проф. Б.Ф.
Якушин); !У. «Термодеформациоииые процессы и превращения в металлах при сварке» (д-р техн. наук, проф. А.С. Куркин, л-р техн. наук, проф. ЭЛ. Макаров, д-р техн. наук, проф. А.В. Коновалов). При описании процессов, сопутствующих образованию спарных соединений, используется широкий круг вопросов нз различных фундаментальных дисциплин. Поэтому при подготовке учебника авторы придерживались учебного плана по данной специалыюстп, согласно которому и, в 40 41 Скачки потенциала в катодной и анодной областях обусловлены скоплениями пространственного заряда и повышенным сопротивлением этих областей по сравнению со столбом дуги.
Неравномерным оказывается и распределение температуры по длине столба дуги. Высокие значения температуры в столбе дуги (плазменном канале) снижаются до существенно меньших значений на поверхности электродов. Все это приводит к тому, что условия в приэлектродных областях заметно отличаются от условий в плазменном канале (шнуре), и, следовательно, при изучении процессов в дуге следует выделить три зоны; катодную К ' 1, анодную 2 и столб дуги 3 (рис. 2.4). 1: д 1 3 '. В газовом промежутке между двумя А 2 электродами заряженные частицы могут возникнуть во всех трех зонах, но главным образом они появляются в реобъемной ионизации в столбе дуги. В 4 3 дуг и с в Я з и с о Р а н и ч е н н о с ь ю э м и с с и и э л е к тронов столб дуги (как и любой проводник) вдали от катода сохраняет по отношению к нему положительный потенциал, поэтому часто его называют положительным столбом. В то же время не следует забывать, что плазма столба обычно квазинейтральна.
2.1.3. Вольт-ампериая характеристика дуги Для газового разряда сопротивление не является постоянным сопз1), так как число заряженных частиц в нем зависит от ин- (Я ~ тенсивности ионнзации и, в частности, от силы тока. Поэтому электрический ток в газах, как правило, не подчиняется закону Ома и вольт-амперная характеристика газового разряда обычно является нелинейной. В зависимости от плотности тока вольт-амперная характеристика дуги может быть падающей, пологой и возрастающей (рнс. 2.5). В области 1 при малых токах (примерно до 100 А) с увеличением тока дуги уд интенсивно возрастает число заряженных частиц главным образом вследствие разогрева и роста эмиссии катода, а следовательно, и соответствующего ей роста объемной Рис. 25.
Вольт-амперные характеристики сварочных дуг ионизации в столбе дуги. Сопротивление столба дуги уменьшается и падает нужное для поддержания разряда напряжение Пд, вольтамперная характеристика дуги является падаюшей. В области П при дальнейшем росте тока и ограниченном сечении электродов столб дуги несколько сжимается и объем газа, участвуюшего в переносе зарядов, уменьшается.
Это приводит к меньшей скорости роста числа заряженных частиц. Напряжение дуги в этой области слабо зависит от тока, а вольт-амперная характеристика является пологой. Первые две области на рис. 2.5 описывают сварочные дуги с так называемым отрицательным электрическим сопротивлением. Падающая и пологая вольт-амперные характеристики сварочных дуг типичны для ручной дуговой сварки штучными электродами с покрытием (РД) и газоэлектрической (ГЭ) сварки, а также вообще для сварки при малых плотностях тока, в том числе и дугой под флюсом (ДФ). Сварка при высоких плотностях тока и плазменно-дуговые процессы соответствуют области 111 на рис 2.5. Они характеризуются сильным сжатием столба дуги и возрастаюшей вольтамперной характеристикой, что указывает на увеличение энергии, расходуемой внутри дуги. т,к 1900 2С+ Оз Г=1! 2СО; 2Мп+ Оз ~ ~2МпО; Рй+ Ог ~ ~8102.
(9.18) 1800 1700 1600 0 0 16 ЕеО+С з=»СО+Ее; ЕеО+Мп ~ зМпО+ Ее; (9.19) 2ГеО+ бй ~ ~8!07 +2ре. о,;о, МПа 8 РеО располагаются по границам зерен металла в виде стекловидных нгл и поэтому играют роль микронадрезов, а комплексы — в 400 300 4 200 2 100 110 105 100 95 90 0 005 0.10 Оъ % Рис. 9.9. Влияние концентрации кислорода на механические свойства низкоуглероднстой стали 401 400 м — 24м 0,32 О, % (мас.) Рис.
9.8. Высокотемпературный участок диаграммы Ее — О (В-В' — линия равновесия трех фаз: раствора [ге + 0), жидкой закнси железа РеО н газообразного кислорода) При сварке наблюдаются существенные отклонения от равновесной диаграммы состояния «железо — кислород». Значительный перегрев жидкого металла увеличивает растворимость кислорода более чем до 0,16 % (ветвь  — В'). В этом случае максимальная растворимость в железе определяется по уравнению 18[О1) = — + 2,7З4. 6320 Т При быстром охлаждении железа может наблюдаться образование пересыщенного твердого раствора Ре„, а вне твердого раствора останется не успевшая разложиться закись железа РеО. Она войдет в состав легкоплавких ликватов, располагающихся по зонам срастания кристаллов.
Наличие легирующнх элементов в стали также влияет на растворимость кислорода. Наиболее сильно снижают растворимость кислорода в железе элементы углерод и кремний, которые являются самыми активными раскислителями, связывающими Оз в оксиды СО и ЯО2. Ввод таких элементов в металл шва относится к физико-химнческнм способам его защиты. Присутствие кислорода в сталях наряду с окислением железа вызывает непосредственное окисление ряда легирующих элементов, например: Очередность окисления элементов обратно пропорциональна их химическому потенциалу (вариант такого расчета приведен в гл. 8, см. пример 8.4). Кроме того, параллельно могут идти нежелательные обменные реакции взаимодействия легирующих элементов с закисью железа, когда окнслителем выступает не свободный кислород, а связанный в оксид РеО: Эти реакции прогнозируют по энергии Гиббса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
