Якушин Б.Ф. - Физико-химические и металлургические процессы в металлах при сварке (1043835), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Будет лаэеэс» к»мнсриа-тех»ическкм Рэбп»июм с»апач»аю юваювалспм. УДК 621.791.01(075.8) ББК 34.641 Ф Коллсктээ эетарюв, 2007 Ю О(мрмле»»с. Иэээтмьстэю МГТУ»м.Н.Ъ Бэуэп«ю, 2007 !5ВМ 978-5-7038-3020 8 ПРЕДИСЛОВИЕ В и»челе трепета тыаюелстня сверке продолжает астэеэться одним нэ ведущих технологических процессов самани» материальной основы современной цивилиэеции. Более половинм млоапа нвциавшьного щюдукв щюмышленно !шэянт»1х стран сохвежл а помощью сайжи и ролатвсиньа технологий.
До 2/3 мирового потребления отельного прока. тв влет иа производство сварных конструкций н аюружецнй. Во многих а1учээх сверке является наиболее эффективным или единственно ваэмакным способом совдепия иерээьемных соедименнй конструкционных мвтернвлов н получения рсаурсосбсрегшоших эвготовак, мвксиммьло щшближеипых по геометрни к оптимальной форме готовой дещли нвн конструкции.
Сверке лодвергэютав аршпмчески любые метаэды н немстэллы (плаатмажы, керамике, сюклю и др.). Рвэрвбппа новых техноиогвчссвпх процессов, сварочных материалов и процессов термической обработки аюриых соединений требует миовэтелыюй теоретической подгатавкц в области сварочных процессов. В связи с миы э Стэндврте учебной щюгрвммы по специальности ! 50202 «Оборудование и техиовопш сварочного щюнэволствэ» лнслиплина «Теория авэрачных процессов» явлются бвювой при подготовке инженеров-механиков. Онэ ахввтьпает широкий врут прапесаш.
происходящих при сварке материалов и опрелелэюших в шшсчном итоге качество и рэботасшюабносп. сварных соединений. Учебник и»лис»и коллекпиюм авторов — согрулникое кафедры «Техвшогни сверки и диагностики» МГТУ им. НЭК Бэумвма н включат в себя четмре рээдма: !. «Источники энергии лля сварки» (л-р техн. наук, проф. В.М. Неравный); Н. «Тепловые процессы при аварке» (д-р техн.
наук, проф. А.В. Кое ОМЛОВ)1 )Н. «Фиэико-химические и мепшлурпанекне процессм при амрке» (д-р техн. наук, проф. Б.Ф. Якушин); )у. «Термодефармэцноиньж процессы и щювршцсвия в мещллэх прн сварке» (д-р техн. наук, проф. А.С. Куркин, д-р техн наук, проф. ЭЛ. Макаров, д-р техн.
наук, проф. А.В. Коновалов). Прн описании пранессов, сопугсгвуюших обратов»пню сварных саеппыний, используется широкий круг вопросов пз различных фундвмен.пшьиых дисциплин. Поэтому при подготовке учебнике »вторы прндермшэлись учебного плене ло двиной спенпмынкти, согласно которому и,,в 40 41 Скачки потенциала в катадной и анодной областях обусловлены скоплениями п ос ан р тр ственного заряда и повышенным сопро. тивлеиием этих областей по сравнению со столбом дуги.
Неравномс ным о з р оказывается н распрелеление температуры по длине с~алба ги. Вы о ду . с кис значения температуры в столбе дуги (плазменном канале) ) снижаются до существенно меньших значений иа паве хности р электродов. Все зто приводит к тому, что условия в призлектролных областях заметно отличаются от условий в плазменном канапе (шнуре), и, следовательно, при изучении процессов в дуге аледует выделить три зоны; катодную 1, анодную 2 и столб дуги 3 (рис. 2.4).
3 В газовом промежутке межлу двумя А г электродами заряженные частицы мо- гут возникнуть во всех трех зонах„ но ф главным образом онн появляются в реф+ — — у~ф зультате процессов эмиссии иа катоде и объемной нонизации в столбе дуги. В Рис, 2.4.
Зоны луги связи с огРаниченностью эмиссии электронов столб дуги (как и любой проводник) вдали от катода сохраняет по отношению к нему повожительный потенциал, поэтому часто его бывать, что плазма столба обычно квазинейтральна. 2.1.5. Вал ...Вальт-ампернва характеристика дуги Для газового аз я а о Р Р л с пРотивлеиие не является постоянным астиц в нем зависит ат ин(йм сапы), так как число заряженных части тенсивности иоиизации и, в частности, от силы тока. Поэтом в газах, как правило, не подчиняется закону о му Ома и вольт-амперная характеристика газового разряда обычно является нелинейной.
В зависимости от плот плотности тока вольт-амперная характеристика дуги может быть (рис. 2.5 . В области 1 п ыть палающей, пологой и возрастающ " ей грена н роста эмиссии ных частиц главным образом вследсгвие разогрева н катода, а следовательно, и соответствующего ей раста объемной Рнс. 2.5. Вальт-амлервмс характеристики сварочных дуг понизации в столбе дуги. Сопротивление столба луги уменьшается н падает нужное лдя подаержания рюряда напряжение Пл! вольтамперная характеристика дуги является падающей.
В области 1! при дальнейшем росте тока и ограниченном сечении электродов столб луги несколько сжимается и объем Раза, участвующего 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 описмвшот сварочные дуги с так называемым отрицательным электрическим сопротивлением. Падшошая и пологая вольт-амперные характеристики сварочных дуг типичны для ручной дуговой сварки штучными электродами с покрытием (РД) н газоэлектрической (1 3) сварки, а также вообще для сварки при малых плотностях тока, в том числе и дугой под флюсом (ДФ).
Сварка при высоких плотностях тока и плазмеино-дуговые процессы соответствуют области Н! на рис 2.5. Они характеРизуются сильным сжатием столба дуги и возрастающей вольтамперной хараатеристикой, что указывает на увеличение энергии, расходуемои внутри дуги у,к 19 2С +01 Рл 2СО; 2Мл+ ОЗ РП 2МпО; Рйь ОЗ жз 8!02. (9.!8) !8 17 0 0 16 РеО тС ь- СО +Ре; РеО «-Мп Рх МпО ч Ре; (9.19) 2ГеО + Вз РХ ЗзОг . 2Ре. 0 0,05 0,10 Оз,% Рнс. 9.9.
Влияние концелтрални кислорода на механические свойства ннзкоуглероднстай стелл 401 м — 24~8 0,32 О, % (мас.) Рне. 9Д. Высокотемпературный участок диаграммы Ре О (В-В' — лини» равновесия трех фаз: раствора (Ре + 0), жидкой закиси железа РсО и гиоабразного кислорода] При сварке наблюдаются существенные отклонения от равновесной диаграммы состояния «железо — кислород».
Значительный перегрев жидкого металла увеличиваег растворимость кислорода более чем до О,!6 % (ветвь  — В'). В этом случае максимальная растворимость в железе определяется по уравнению )8[07 ] = — т 2, 734. 6320 (9.!7) Т Прл быстром охлаждении железа мажет наблюдаться образо- ванне пересыщенного твердого раствора Ре, а вне твердого раствора останется не успевшая разложиться закись железа РеО.
Она войдет в состав легкоплавких лнкватов, располагающихся по зонам срастания кристаллов. Наличие легнрующих элементов в стали также влияет на растворимость кислорода. Наиболее сильно снижают растворнмость кислорода в железе элементы углерод н кремний, которые являются самыми ахтнвнымн раскнслнтелями, связывающими 01 в оксиды СО н 8!Оз. Ввод таких элементов в металл шва относится к физико-химнческнм способам его защиты. Присутствие кислорода в сталях нарялу с окислением железа вызывает непосредственное окисление ряда яегнрующих элементов, например. Очередность окислении 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 легнрующнх элементов с закнсью железа, когда окнслителем выступает не свободный кислород, а связанный в окснд РеО: Этн реакции прогнозируют по энергии Гиббса. Возможность окисления легнрующих элементов устанавливают в результате термодинамических расчетов, которые приведены в гл, 8. Таким образом, кнслород в стали прнсутствует главным образом в виде оксидов РеО, МпО, СаО и др., в том числе в виде комплексов с Бг0% ТзО1 и другими кислыми ойсндами. Как правило, оксиды оы о„лС77, МДжум РеО располагаются по границам зерен металла в виде стекловндных игл н поэтому играют роль мнкронадрезов, а комплексы — в виде легкоплавких ликватов, образующих при высоких температурах жидкие прослойки, которые после затвердевання становятся хрупкими. Наличие кислорода в сталя ухудшает все свойства свариваемого металла (рнс.
9.9). С увеличением салержания кисло- рода резко уменьшаются пределы прочности ц, и текучести о„ относительное удлинение Ь и ударная вязкость КС(/, причем особенно значительно снижается ударная вязкость. Наряду с этим при увеличении содержания кислорода в стали происходит следующее: уменьшается стойкость против коррозии; обнаруживается склонность к старению; цри содержании кислорода более 0,08 % появляется склонность к хладно- н красноломкости; усиливается рост зерен при нагреве; ухудшается способность к обработке резанием и ковке; повижается магнитная проницаемость н увеличивается электрическое сопротивление, 9.2.2.
Влияние азота на свойства стали Атомарный азот растворяется преимущественно в тех металлах, с которыми он может образовывать химические соединения— ингриды. При растворении в стали азот образует ингриды как с железом, так и с большинством примесей. С железом азот взаимодействует по эндотермнческим реакциям и образует два типа нитридов.
4ре +0,5Х2 КЦ Ре4Х (- 18,9 кДж)моль); (9.20) Ге ь 0,5Х2 Кц РезХ ( — 16,4 кДж(моль). (9.21) Нитрид Ге4Х содержит 5,88 % Хз, а нитрнд РезХ вЂ” 11,1 % Хз. Для сварки большее значение имеет ингрид Ре4Х, а для процессов, характеризующихся избытком азота, например для азотизацнн стали, — РезХ, В соответствии с равновесной диаграммой состояния кжелезо— азот» (рнс.
9.10] при охлаждении сплава вначале нз ннтроаустенита (твердого раствора азота в Рот) выпадает а-фаза, нлн нитроферрит (твердый раствор азота в Ре„). После достижения температуры 865 К, отвечающей точке А!, нитроферрит-эвтектоид распадается на механическую смесь феррита н ингрида железа. Прн дальнейшем уменьшении температуры в равновесных условиях предельная растворимость азота в нитроферрнте снижается от 0,135 % цри 865 К до 0,00! % при комнатной температуре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
