Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 69
Текст из файла (страница 69)
В астоящее время получил широкое применение прикладной н аспект понятия свариваемосгн материалов, учитывшошии назна ние изгот овленных из них сварных конструкций. Соответствующее в ГОСТ 2б001-84: ОПРЕ оп деление понятия с вар иваемостн дано в ГОСТ «Сварнваемость — свойство металлов илн сочетания металлов обзовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделий». Согласно этому определению свариваемость зависит, с одной стороны, от материала, технологии сварки, конструктивного оформления соединения, с лругой — от требуемых эксплуатационных свойств сварной конструкции, которые определяются предьявляемыми к ней техническими требованиями.
Это может быль от назначения одно свойство или комплекс свойств в зависимости от н сварной конструкции. 12Л.З. Показатели свариваемвсти Признаки, характеризующие ту или иную степень свариваемостн„четко не определены и устанавливаются в зависимости от отраслевых технических требований к производству сварных конструкций. 2.2.9. Фотононизации О ебьитр+ '1 ~ А +2емедд. атом до~ (2.26) (2.27) (2.28) Оо эВ 25 20 15 1О 2.2.10. Деионизацня 57 Результатом неупругого соударения будет образование иона и двух электронов, обладающих малыми скоростями. Затем электроны снова начнут ускоряться электрическим полем.
Ионизация холодной плазмы осуществляется весьма небольшим числом высокоскоростных электронов, соответствующих «хвосту» максвелловского распределения. Поэтому неупругих столкновений в сварочном столбе дуги обычно значительно меньше, чем упругих. Энергия ионизации, численно равная Ц, зависит от строения атома, т. е. от его места в периодической системе элементов Менделеева (рис. 2.11).
Потенциал ионизации Ц представляет собой О 1О 20 30 40 50 60 70 80 У Рис. 2.11. Потенциалы иониэации химических элементов в зависимости от их порядкового номера Л в периодической системе элементов Менделеева периодическую функцию атомного номера элемента 2, и значения (7; снижаются с уменьшением номера группы и увеличением номера периода таблицы Менделеева. Наименьший потенциал ионизации (Ц = 3,9 эВ) имеют пары цезия Ск Единственный валентный электрон у щелочных металлов первой группы слабо связан с ядром, поэтому и энергия ионизации щелочных металлов невелика. Наивысший потенциал У; =24,6 эВ наблюдается у самого легкого из инертных газов — гелия Не.
Оболочка инертных газов заполнена и поэтому наиболее прочна. Атомы и молекулы могут возбуждаться не только при соударениях м ежду собой или с ионами и электронами, но и путем поглощения ния квантов излучения которые появляются в столбе дуги при Р рекомбинации других сильно возбужденных атомов. Условие фотоионизации выражается формулой Ьч > е(7„ — !5 где л = 4,13 1О эВ с — постоянная Планка; ч = с!Х, — частота колебаний с — скорость света; Ц вЂ” длина волны электромагнитного 1 излучения, способного вызвать ионизацию атомов, м. Из условия (2.27) получаем выражение для Хр Ьс 4,13 1О 1~ 3 10~ 12,4.10 т е(/; е(l; е(7; Чем больше потенциал ионизации элемента Ц, тем меньше требуемая длина волны Хь Для сварочной дуги значения еЦ составляют 4...25 эВ и соответствующие длины волн находятся в ультрафиолетовой части спектра.
Например, для аргона е(', = = 15,7 эВ, Х; = 1,24 10 !15,7 = 7,85 1О мкм, а для щелочных металлов еЦ = 4...6 эВ; Х; = 0,2...0,3 мкм. Фотоионизация в плотной плазме, видимо, незначительна по сравнению с термической ионизацией, причем выделить их доли расчетным и опытным путем пока не удается. В любой точке стационарного разряда концентрация заряженных частиц любого типа определяется равенством скоростей образования и потерь частиц в этой точке.
Ионизация в плазме приводит к Разделению зарядов, но электрическое притяжение ограничивает степень возможного разделения и плазма остается квазинейтральной Наряду с ионизацией непрерывно происходят уравновешиваю~цие ее процессы деионизации. К ним относятся рекомбинация заряженных частиц в нейтральные, захват электронов (прилипание), дрейф проводимости и диффузионные процессы, выравнивающие концентрацию (амбиполярная диффузия).
В практике лабораторных экспериментальных исследований свариваемостн, как правило, применяют сварные образцы специальной конструкции или образцы с имитацией сварочных термических или термодефо)змационных циклов. В результате испытаний таких образцов определяют склонность материала к образованию дефектов при сварке, характеристики структуры, механические и специальные свойства сварных соединений нли зон имитации, значения которых используют для установления относительных количественных показ~те~ей сва1зиваемостн. Относительные показатели определяют по соотношению одноименных свойств металла сварного соединения и основного металла (например, твердости, ударной вязкости зоны термического влияния и о~но~~ого металла). Их применяют для сравнительной оп~на~ качества материала в отношении его реакции на процесс сварки независимо от вида сварных конструкций.
Традиционно принято различать несколько качественных степеней технологической свариваемости: хорошая, удовлетворительная, ограниченная и плохая. Проводя прикладную оценку свариваемости на основании результатов испытаний, по отдельным показателям свариваемости (или нх сочетаниям) судят о поведении сварных соединений прн эксплуатации определенного вида конструкций, Число показателей свариваемостн должно быть равно числу характеристик и свойств, обеспечивающих работоспособность сварных соединений. Часто пользуются набором основных показателей свариваемости, типовых для каждого вида материалов н условий эксплуатации, соответствующих назначению сварных конструкций.
Например, для сварных соединений, выполняемых из углеродистых и легированных сталей, принимают следующие показатели свариваемости: — сопротивляемостьобразованию горячих трещин; — сопротивляемость образованию холодных трещин; — значения основных механических свойств шва и зоны термического влияния; — сопротивляемость хрупкому разрушению; — сопротивление развитию трещнноподобных дефектов.
В соответствии с особенностями рабочих нагрузок н условий эксплуатации назначаются и другие показатели: выносливость при циклических нагрузках, хладостойкость при эксплуатации в условиях низких температур н т. п. Достаточными показателами сварнваемосги материала считаются те, которые равны или выше нормативных значений требуе- 560 мых свойств согласно техническим условиям на эксплуатацию данного типа сварных конструкций, Если все показатели свариваемостн являются достаточнымн, т.
е. все требования к эксплуатационным свойствам сварных соединений с принятыми допущениями удовлетворяются, то свариваемость материалов считается достаточной. Если не обеспечивается минимально приемлемый уровень хотя бы одного показателя свариваемости, то свариваемость материала считается недостаточной.
Следует отметить, что при таком подходе свариваемость одного и того же материала может быгь оценена различно в зависимости от назначения сварного изделия, Наряду с экспериментальными используются расчетные методы определения показателей свариваемости, в том числе специальные компьютерные программы, учитывающие химический состав, тип соединения, способ и режимы сварки и другие факторы.
122. Элементы термодинамики твердых тел Монолитность сварного соединения прн сварке (см, гл. 1) обеспечивается образованием межатомных и межмолекулярных связей между частицами соединяемых материалов на поверхности их контакта. Процессы образованна связей, их изменения прн фазовых н структурных превращениях н их нарушения при разрушении материалов развиваются а соответствии с законамн термодинамики.
Атомная структура металлических материалов является термодмнамической системой, которая представляет собой совокупность частиц, находящихся в состоянии упорядоченного и неупорядоченного теплового движения и силового взаимодействия. Применяются два метода анализа термодинамической системы: статистический и феноменологический. В статистическом методе рассматривается повеление отдельных частиц. В этом случае одним из важнейпшх параметров системы является среднестатистическая кинетическая энергия частиц: (12.1) где /с — постоянная Больцмана; Т вЂ” термодинамическая (абсолютная) температура, К. Статистическое распределение всех частиц по значениям энергии от О до ас описывается распределением Максвелла — Больцмана 1з — мы 561 Ф М (Т) Л „(Т) Ф(Е > Е;) = А ехр~ — '~, (12.2) 6=0 — ТК+РУ, 563 Е! Е2 Е Рис. 12.2. Статистическое распределение Максвелла — Больцмана (рнс.
!2.2). Максимальное число частиц Л'ая„Щ имеет энергию, близкую к среднестатистической Е;. Чем выше температура, тем меньше Фаях(Т;) н тем большее числю частиц имеет энерппо, пре- вышающую срелнестатнстическую (Е > Е; ): Отклонение энергии частицы от Е называется флуктуацней энергии ~ЛЕ Флуктуации энергии играют важную роль в процессах фазовых и структурных превращений. При феноменологическом методе анализа состояния н свойств термодннамической системы оиа рассматривается как единое целое. Основными параметрами термодинамической системы являются внутренняя энергия К свободная энергия Р н энтропия Х Общий запас внутренне) знерсиа складывается из кинетической энергии поступательного, вращательного и колебательного движений частиц и потенциальной энергии взанмодействиа между ними. Свободная энергия — часть внутренней энергии, которая характеризует упорядоченное движение частиц н может быль превращена в работу.
Энтропия — функция системы, характеризующая степень неупорядоченности теплового движения и силового взаимодействия частиц. В соответствии с этим различают две составляющих энтропии: внбрационную Ю, (характеризующую движение частиц) и конфигурационную Я„(обусловленную расположением часпщ). Величина ТК представляет собой связанную часть внутренней энергии, которая не может быть превращена в работу. 562 В соответствии со вторым законом термодинамики только часть введенной в систему тепловой элергин может быль превращена в работу, т.
е. расходуется н» приращение свободной энергии, а остальная часть идет н» увеличение энтропии. Все самопроизвольные процессы (без притока энергии извне) развиваются в направлении уменьшения свободной энергии. Развитию процесса соответствует отрицательное приращение свободной энергии (ЬР < О), равновесию системы соответствует нулевое приращение (ЬР = О) и минимум свободной энергии (Р = Р~;„). При этом имеет место увеличение энтропии системы, В термодинамических расчетах для твердых тел при постоянном объеме (Р = сопи) используют свободную энергию„которая носит название изохориого термодинамнческого потенциала нли энергии Гельмгольца: В термодинамических расчетах для газа (при пзмеияемом объеме (Р = чаг) и постоянном давлении (Р = сопи) используют нзобарный термодинамнческий потенциал — энергию Гиббса: Методика расчета термодинамнческнх параметров подробно рассмотрена в гл.
8. Для анализа физических процессов в металлах при сварке часто используют только тенденции изменений этих параметроа. 12З. Дефекты кристаллической решетки в металлах при сварке 12.3.1. Понятие о дефектах кристаллической рещепси В процессе кристаллизации, технологических тепловых н механических воздействий в металле возникают дефекты кристаллической решетки, т. е. нарушается правильность кристаллического строения во многих локальных субмикроскопическнх зонах металла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
