Якушин Б.Ф. - Физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке (1043835), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Ц . Нем отличается физическое определение сверки ст термодинамичсского? 9 8 Назовите основные признаки классификации сварочных прон ссов. е . В каких случаях целесообразно использовать удельную энергию лри оценке энергетической эффективности сваркит 36 Глава 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ДУГОВОМ РАЗРЯДЕ 2.1. Электрический разряд в газах 2.1Л. Виды разряда В обычном (нормвльном) состоянии газы являются хорошими электрическими изоляторами — днзлектриквми. Однако, приложив достаточно сильное электрическое поле, можно вызвать нарушение изолирующих свойств газа (пробой) и его ионизвцию; в газе возникают заряженные частицы, и ои становится проводником, благодаря чему появляется возможность пропускать через проводник электрический ток и воздействовать на него электромвгиитными полями, Протекание тока через гез получила название электрического разряда в газах (или газового разряда).
Различают самостоятельный и несамостоятельный газовые разряды, посяед. иий прекращается при устранении внешнего источника ионизация. Явления, возникающие при протекании звектрического тока через гвз, зависят от рода и давления пзщ, от мвтерикла, из которого изготовлены элекзроды, от геометрии электродов и соединяющего их канала, а также от величины протекиюшего 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: щемноеой (тяунссндовский), имеющий, в том числе коронный, и дуговой разряды. Например, если в длинной цилиндрической стеклянной трубке, заполненной газом при давлении около 1ОО Пв,медленно повышать разность потенциалов между катодом и анодом, то при- -12 боры фиксируют наличие тока начиная с 10 А. Он появляется вследствие вызываемой космическими лучами ионизации в объеме геэв на стенках трубки и нв электродах.
С помощью ограничивающего сопротивления можно получить все три формы разряда (рис. 2,1). Темновой разряд переходит в тлеющий, который отличается уже заметным свечением, используемым в газосветных трубках. При этом катодное падение потенциала (?к > 100 В; -2 -1 2 плотностьтока У= 1О ...1О А?см . Практически повсюду, за исключением приэлектродиых областей, ионизоввнный газ злекгронейтрвлсн, т.
е. предсювляет собой Рассмотрим реакцию диссоциапни оксида МеО, протекающую в растворе того же металла: 2МеО =' 2Ме + Ог. 2 м»рог г Р 2 'гм»0 (8.69 а) гле ам, и ам,о - активности соответственно элемента Ме н его оксилвМеО. Отсюла упруцють диссоцнации оксида МеО в растворе равна 2 'О Р 2 (8.696) ам» Так квк константа равновесия реакции равна упругости диссопиации того же оксида в чистом виде, то, полставнв ро в уравне.
2 нне (8.696) вместо Кр, получим: р' = ро м 2. При этом рас- 02 2 2 ам» слютрим два случая, 1. Если в растворе количество М»О мало, то, полагая а, = 1, ам» = можно записать: Рог =Рогамо 2 (8.70) Если учесть, что при малых концентрациях активность равна МОЛЬНОй ДОЛЕ РаетВОРНМОГО, та азго < 1, а Р' » Р . ТаКИМ бразом, упругость диссоциации р' оксида элемента, находящегося Ог в растворе, зависит не точько от природы оксида и температуры, но и от активности нли концентрацни оксида в растворе. С уменьшением концентрации оксипа его упругость диссоцивции снижается, что свидетельствует об увеличении химического сродства элемента оксида к кислороду. Ее следствием люжет быть изменение концентраций как оксида, так н элемента Ме. Константа равновесия этой реакции (диссоцнацни оксида! выражается как Иными словами, чтобы перевести в оксид малое количество юшого-либо элемента в составе сплава необходимо поднять парцнальное давление кислорода, что иежелатеяьно вследствие окисления основы сплава.
Поэтому нельзя до конца окислить н удалить из сварочной евины врелные примеси — серу и фосфор. 2. Если в растворе содержится малая доля нежелательного элемента и его оксида, то упругое гь днссоцнацин такого оксида можно приблизительно рассчитать по формуле л» аы» 'Л МГ»гл 7 где ам, = (»»»Ме)7100 — мольная доля металла в растворителе для случая неограниченной растворимости; Мм, н Ме»»гл относительные молекулярные (атомные) массы соответственно металла растворимого и растворителя. Полагая, что концентрация оксида близка к предельной концентрации насыщения (ае» = 1) и что Мм, = Мрл»тл (например, Ре и Мп), получим р = —.
Зто позволяет приближенно оценить Ро, Ог» ам» влияние степени насыщения (концентрации металла в растворите- ле) на упругость днссоциации его оксида. При уменьшении ам, Упругость диссоцнацин оксида увеличивается. Зто говорит о том, что полнос~ью окислить нежелательную составляющую сплава в растворителе невозможно, и наоборот, для предотвращения окис- ления элемента в растворе необходимо снижать равновесное пар- циальное давление кислорода.
Так, при сварке в вакууме снижают ро, что способствует распаду оксидов. г' На рис. 8.14 показаны зависимости упругости диссоциации для различных оксидов от концентрации элементов, образующих эти оксиды в растворе стали, Упругость диссоциация РеО показана в аиде горизонтальной линии, так как концентрация железа в рас- плаве принята постоянной и равной единице. Как следует нз рис. 8.14, лля температуры 2000 К характерно весьма энергичное окисление С.
затем 81, Ре н Мп при 361 Ме, 16(мас,) концентрацивх 0,001...1 % 0,0001 0,001 0,01 0,1 1,0 При темпеРатуре 2000 К лля МпО тех же значений концентраций вводимого в жидкий металл Р О элемента возрастает окисле- -4 нне углерода в составе сплава, Бго, что характеризует его раскис- -6 лающую способность. Угле- ролу в этом отношении усту- -8 лают все остальные элементы (Я, Ре, Мп). У кремния хнми- -10 ческое сродство к кислороду становится ббльшим, чем у )бдоз железа, при концентрациях, Рис. 8Л4.
Зависимость упрупкзи лиссоциации оксилов копиек а гаиец как раскислитель может пни метал ов в жилкой шши при проявлять себя только при температуре 2000 К концентрации выше 1 %; при меньшей концентрации интенсивнее окисляется железо. Применив изложенные выше зависимо. сти,можно определить для ланного сочетания элементов элементраскислитель и его количество (см, пример 8.4).
Пример 8.9. Определить необходимое количество раскислителя, кщорос должно быть введено через сварочную проволоку Св-08 при сварке стали Ст)сп в среде углскислшо газа. Рвскисление осуществляется только кремнием (окислеиие углерода не допускается). Реюеилц Пусть доли основного металла и присалочнога металла (сварочной проволоки Са-08) при образовании сварочной ванны составляют 50 %.
' . В табл. 8.10 в скобках указано принимаемое при расчете количество элементов. Будем считать, что металл сварочной ванны состоит толька из железа, углерода и кремния. Другими примесями пренебрегаем. Химический состав этих составляющих определим согласно ГОСТ 2246-70, где заданы значения в определением интервале.
Выбрав из ннх средние значения, определим нсхалный химический состав сварочной ванны. Исходя нз начальнмх 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 Тяблиял А!Ц Химический состав, %, всновнвге, электродного металла н свврочнвй ванны Расчет реакций окисления углерода и кремния ведем щз Оз, так как сродство к нему выше, чем к атомарному кислороду: 1 2[(.") Оз ся 2(СО), К„= Ргч 1 (Б) Ро, Из теории известно, чю раскисляющие способносш элементов зависят от температуры.
Рвскисление происхалит при кристахлизацин. поэтому расчетной будем считать температуру, близкую к температуре плавления стали. Принимаем Г= 1900 К. Если допустить, что 5! и С нахолятся в свободном состоянии, то расчет упругости диссоциации их оксидов можно рассчитать по формуле 1 (846),использУвсоотношение 1йдр — - 18- — или !8Кг = — 1бро,' Ро, для СО е,го~ -22""'0 +'78 29 оз +19 !4 !900 19,14 19,14 для ЯО 18р ' ' =+ — ' — ' ' =-13,891.
цзо ! -859300 — !81,7 1,7.1,01 '19,14.1900 19,14 19,!4 Отсюда следует, что в первую очередь окисляется углерод, но зто не допусптма по условиям задачи. Теперь рассчитаем упругости диссоциацни оксидов СО и 5!(ц с учетом их концентраций в расплаве. Для этого предварительно перейлем от массовых долей С, Я, Ре к мольныы (см. пример 8.2), используя следующие значения относительных атомных масс: !2,0!1 (С), 28,086 (Я), 55,847 (Ре). Тогда 363 цсо~ 8102 В з лсо! Ро, [С] (с) дяя ЯОз из оп шю! ! Ро, ВРо, =В [Я] [С]= 0'14!12'01 = 0,00647. О, 14 / 12, О! ь О, 08 ! 28, 09 ь 99, 8 ! 55, 85 На основании формулы (8.70) и реакций (а) и (6) запишем: для СО изменилась. Тогда [Я] = 0,0056, а после перевода в массовые единицы по формуле (8.27) из примера 82 получаем: доля Я = 0,283 %. Доля желеи [ре] равна 0,9884.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
