Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Равновесие между фазами достигается непосредственно на ежфазной поверхности. В этом случае возникает концентрацноннос уплотнение, протяженносп и максимальная концентрация рнмеси в котором остаются практически поспжнными, резко изменяясь лишь в начале и в конце процесса. В связи с этим распределение примеси в растущем крнсталлите состоит из трех характерных участков (рис.
12.23), В начальной сгаднн кристаллизации (учаспж 1) концентрация примеси в твердой фазе Ство = Со)г. Перел перемещающейся межфазной границей в жидкой фазе происхолит посте- Рнс. ! 2.22. Виды МХН в сварном шве (Отрсзкн — базы определения МХН; 1„- участок контакта расплавленного металла сварочной ванны с Оснсоным металлом) 1!! В Рис. !2.23. Схема конвектнвных потоков в сварочной ванне: 1 — пятно луггк 2 — ссрсмсшсквя распяявяснного металла;, — у ; 3, П и рд — чястяя роста яристяялита 599 стуленты уже получили подготовку в области общенаучных н общетехнических дисциплин, включая высшую математику, физику.
химию, сопротивление материалов, материаловедение, термодинамику, электротехнику и др. Основой данного издания послужил учебник В.Н. Волченко, В.М. Ямпольского, В.А. Винокурова и других под редакцией В.В. Фролова «Теория сварочных процессов» (М., 1988), существенно дополненненный и переработанный. Естественно, что в нем нашли отражение главные вопросы теории сварочных процессов, которые разрабатывались как российскими учеными, так и учеными других стран. Учебник подготовлен в рамках реализации приоритетного национального проекта «Образование». Он может быть полезен также стулентам специальностей 150107 «Металлургия сварочного производства», 150206 «Машины и технология высокоэффективных процессов обработки материалов», 150207 «Реновация средств и объектов материального производства в машиностроении», бакалаврам и магистрам направления 551800 «Технологические машины и оборудование», инженерно-техническим работникам сварочного производства.
Авторы выражают глубокую благодарность рецензентам, давшим ценные указания по материалу книги. Все замечания н пожелания читателей, направленные на улучшение книги, будут восприняты авторами с благодарностью и пониманием. ОТ АВТОРОВ Конечная цель сварочного производства — выпуск экономичных сварных конструкций, отвечающих по своим конструктивным формам, механическим и физическим свойствам тому назначению и тем условиям эксплуатации, для которых они создаются.
Обеспечение рациональных форм и определение оптимальных сечений элементов конструкций относится к задачам проектирования. Получение необходимых механических и физических свойств сварных соединений — главная задача, решение которой должны обеспечить технологические процессы сварки. Теория сварочных процессов призвана дать правильное описание совокупности явлений, которые составляют сущность сварки. Сварка является весьма сложным процессом, в особенности если иметь в виду многообразие способов сварки, основанных на использовании различных физических явлений.
Первую группу явлений, которую рассматривает теория сварочных процессов, составляют физические, механические и химические явления, происходящие при подготовке свариваемого материала к образованию прочных связей между отдельными частями свариваемой детали. В большинстве случаев это явления, связанные с преобразованием различных видов энергии в тепловую. Металл, будучи натрет и расплавлен, способен образовывать сварное соединение. Чаще всего при сварке для нагрева металла используют электрическую энергию. Однако существует много способов сварки, в которых используют энергию, выделяющуюся при горении газов, лучевую энергию, механическую, а также их сочетание.
Физико-химические процессы, лежащие в основе этих способов, описаны в разд. 1 «Источники энергии для сварки». Теплота, переданная источниками энергии свариваемому телу, распространяется в нем, подчиняясь законам теплопроводности. Эти явления рассмотрены в разд. 11 «Тепловые процессы при сварке». Если бы металл не изменял своих механических и физических свойств при повышении температуры, то задача изучения нагрева тел при сварке свелась бы только к определению условий, при которых металл в зоне сварки достигает необходимой температуры.
В действительности изучение температурных процессов в металле шва и вблизи него необходимо главным образом по двум причинам: для количественного описания многочисленных реакций, которые идут между жидким металлом и шлаком или газом и для определения условий кристаллизации металла, различных структурных превращений и термодеформационных процессов в метал- ач гоо Й 90 то Я 60 "о зо зо ЗО го 10,0 о,з ! о з,о УФ Видимая ИК области оптического диапазона Длина волны, мкы о, Рис. 2.13. С с соп .
Сплошнои спектр излучения столба ол а дуги в сравнении опнечным спектром (Е. Ролласон, Е. В -С ан- оммсрн) линии, излучаемых в разных зонах дугового аз я а, м дить о концентрации б воз ужденных атомов и, еле температуре зоны. С а , следовательно, о ны. равнивая интенсивности еле аль делают заключение об ктральных линий, приближения ее к те м электронной темпе а р туре плазмы и степени я ее к термодинамическому равновесию. Ва дения о плотности элек онов в пл ажные свен ие спектральных линий.
ктронов в плазме получают, измеряя ушире- 2.3,1. Электропроводность Полагаем, что движение электрона как частицы с массой пг и зарядом е под действием поля напряженностью Е и ускоряющей силы еЕ происходит в течение времени т, = Л/и„где ее — средняя квадратичная скорость электрона (скорость теплового движения, так как скоростью дрейфа пренебрегаем вследствие ее сравнительной малости), а Л вЂ” средняя длина свободного пробега электрона. При движении с ускорением еЕ)теза время т электрон разгоняется до скорости дрейфа еЕ = — т е е пге (2.30) Важнейшим свойством плазмы является способность переносить заряженные частицы под действием электрического поля. При наложении электрического поля возникают силы, заставляющие электроны дрейфовать — двигаться вдоль силовых линий поля; на хаотическое тепловое движение электронов накладывается их упорядоченное движение со скоростью дрейфа.
Пользуясь законами классической физики, можно оценить ее порядок по сравнению со скоростью теплового движения. Электрический ток создается направленным потоком электронов. В простейшем случае при неизменной силе тока имеет место равновесие между силой, с которой действует на электроны электрическое поле, и силой торможения, обусловленной столкновениями между электронами и ионами. Сила торможения равна среднему значению импульса, теряемого электроном при столкновении с ионами. (гз !) „/ пеппе' нет гпе (2.32) 60 б! 2З. Я З. Явления переноса в плазме Направленное движение ионов и эле онов в быть вызвано в м лектронов в плазме может двумя причинами: электрическим полем, щим ток, или же азии полем, создаюразницеи в концентрации частиц ме личными участками плазмы.
К ежду размы. роме того, в неравноме но н плазме обмен частицами ме об р нагретои и между областями с различной температурой создает механизм плазменной теплоп ово н годаря кото ом че е плопроводности, бларому через плазму идет поток тепловой э . П- речисленные п о роцессы обьединяются общим назв й энергии. Пепе сноса. О азванием -явление р .
Они обеспечивают переход от не веси ом у состоянию. неравновесного к равно- Плотность тока г' в плазме равна сумме электрических зарядов, пересекающих единичную площадку за 1 с: Подставляя в (2.31) значение ге из (2.30), получаем выражение закона Ома для плазмы -! †! 3десь о — удельная электропроводность плазмы (См!м, Ом .
м ): (2) )т хряр 1 Сгц„м С) 1-(1-тт)ехр~ - — ЯР .) (!2.43) -тп =Со — ~ж' — -', пз ~ пенное накопление примеси и образование постоянного концентрационного уплотнения с максимальной концентрацией Сойт. Коне соответствует стабилизации концеитрациоцного уплотнецне . онец ния с этим значением максимальной концентрации в нем. Иа участке 1 концентрация примеси в твердой фазе зависит от коэффициента распределения й н может быль выражена как функция расстояния х от точки начала кристаллизации где г.яр — срелняя скорость кристаллизации; )3» — коэффициент лиффузии примеси в жидкости (при этом размер характеристическог~ параметра — концентрационного ушютненнл Ья 23»акр).
На границе учаспта 1 функция Стрл асимптотическн приближается к Со Протяженность участка! определяется значениями А н 6». На стадии установившегося процесса (участок П) концентрация примеси остается практически неизменной, равной исходному составу расплава Со. На завершающей стадии затвердевання (участок П1) концен а и тр и я примеси резко увеличпвается, что определяется условием сохранения общего количества примеси в объеме расплава. Конечный участок значительно меныпе начального и образуется в результате быстрого затверлеваиня последней порции расплава, сильно обогащенной примесью.
П ри этом тп„ зависит С от протяженности концентрационного уплотнения 6,. 3, В условиях сварки процесс роста кристаллитов на на чальном происходит по закономерностям, блпзким к первому варианту, на среднем и конечном — к второму варианту, т. нн "нту, т. е, зло условлено мает промежуточное положение между ними. Это об ез л характером перемещения жидкого металла в сварочной ван р у ьтате воздействия потока газов и электромагнитных снл " ванне в (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
