Главная


Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 22 ... 66 ... 110 ... 154 ... 167
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22


скачать книгу Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений




ФИЗИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СВАРКИПолучение качественного соединения как сваркой давлением, так и сваркой плавлением зависит от атомно-кристаллического строения свариваемых металлов
...
Поэтому для данного вида сварки имеют значение природа атомов, вступающих в контакт, условия активации атомов и факторы, препятствующие активации, характер межатомных связей свариваемых поверхностей
...
РОЛЬ АТОМНОГО СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВСреди многих показателей, связанных с особенностями атомного строения металлов, для сварки наибольшее значение имеют следующие:прочность связи наиболее легко отделяемых электронов внешней оболочки с ядром или ионом;тип и прочность связи между атомами;показатель свободной энергии поверхности
...
Известно также, что прочность связи электронов внешней оболочки с ядром тем больше, чем выше степень заполнения внешнего электронного уровня электронами
...
При полностью укомплектованных внешних уров-4нях связь этих электронов с атомами настолько велика, что они практически не могут отделиться и принять участие в электронном обмене, необходимом для образования сварных или химических соединений
...
Чем прочнее это закрепление и больше энергия связи, тем труднее электрону оторваться от своего атома и принять участие в электронном обмене с атомами другой свариваемой поверхности
...
Чем больше это расстояние, тем меньше энергия связи внешнего электрона с ядром, и соответственно тем выше способность электрона к отрыву от атома и к сварке давлением
...
ФИЗИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ СВАРКИПолучение качественного соединения как сваркой давлением, так и сваркой плавлением зависит от атомно-кристаллического строения свариваемых металлов
...
Поэтому для данного вида сварки имеют значение природа атомов, вступающих в контакт, условия активации атомов и факторы, препятствующие активации, характер межатомных связей свариваемых поверхностей
...
РОЛЬ АТОМНОГО СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВСреди многих показателей, связанных с особенностями атомного строения металлов, для сварки наибольшее значение имеют следующие:прочность связи наиболее легко отделяемых электронов внешней оболочки с ядром или ионом;тип и прочность связи между атомами;показатель свободной энергии поверхности
...
Энергия электронных групп на различных электронных уровнях определяется главным квантовым числом (энергетический уровень электронной оболочки в дальнейшем будем называть группой), изменяющимся от 1 до 6
...
Если сравнивать атомные радиусы, число оболочек и электронов различных элементов, то легко увидеть, что при малоотличающихся радиусах заполнение объема атома оболочками и электронами очень сильно отличается и возрастает с увеличением атомнойТаблица 1
...
Энергия электронных групп на различных электронных уровнях определяется главным квантовым числом (энергетический уровень электронной оболочки в дальнейшем будем называть группой), изменяющимся от 1 до 6
...
Электроны (даже внешнего уровня) по-разному связаны с ядром, поэтому может быть несколько потенциалов ионизации — первый для отрыва первого электрона, второй — для отрыва второго электрона и т
...
Поверхностное натяжение (поверхностная энергия) является фактором, обусловливающим противодействие активации поверхности, например выходу на поверхность дислокаций
...
Оно же затрудняет отрыв электронов внешней оболочки и установление электронного обмена, необходимого при сварке давлением, поэтому значение поверхностной энергии металлов может служить фактором, характеризующим противодействие соединения при сварке давлением:
...
РОЛЬ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ МЕТАЛЛОВПомимо атомного строения металлов при сварке давлением и плавлением имеет значение кристаллическое строение металлов, которое наряду с атомным строением определяет условия взаимодействия соединяемых металлов
...
Характер расположения атомов для данного металла и расстояние между атомами определяются энергетическими условиями взаимодействия между ионами и обобществленными электронами металлической связи
...
Поскольку у разных металлов ионы имеют различное энергетическое состояние и различное число оставшихся электронов, то взаимодействие между ионами и «электронным газом» и, соответственно, закономерность расположения ионов и расстояние между ними будут различными
...
В кубических решетках атомы располагаются по вершинам куба, а дополнительные атомы — в центре каждой элементарной ячейки (объемно-центрированная кубическая решетка, ОЦК) либо в центре каждой грани ячейки (гранецентрированная кубическая решетка, ГЦК)
...
Это связано с изменением энергетического состояния атомов при нагреве или охлаждении и приобретением такой формы построения и взаимодействия, которую характеризует наименьшая свободная энергия системы
...
А это значит, что атомы одного свариваемого металла способны энергетически благоприятно располагаться в кристаллической решетке другого свариваемого металла
...
Однако в тех случаях, когда необходимо учесть температурную зависимость теплофизических свойств свариваемого металла, распределение источников нагрева по значительному объему, наличие тепловых стоков, например, при сварке с регулированием термических циклов (РТЦ) посредством принудительного сопутствующего охлаждения (ПСО), требуются новые подходы к решению задачи по определению параметров теплового поля сварки, основанные на использовании численных методов расчета
...
Схема сварки с РТЦ посредством принудительного сопутствующего охлаждения:а — ЭШС с односторонним охлаждением: б — ЭШС с двусторонним охлаждением; в — АДС с односторонним охлаждением; 1 — электродная проволока; 2 — ползун, формирующий шов; 3 — шлаковая ванна; 4 — металлическая ваина; Б — факел охлаждающей среды; в — охлаждающее устройство —• водовоздушная форсунка; 7 — охлаждаемая поверхность; 8 —• сварной шов; 9 — свариваемый металлности сварного соединения| 10 — расстояние от факела охлаждения до источника нагрева- А — расстояние от охлаждаемой поверхности до кромки охлаждающей форсунки' 0О — удельный расход охлаждающей среды
...
Схема сварки с РТЦ посредством принудительного сопутствующего охлаждения:а — ЭШС с односторонним охлаждением: б — ЭШС с двусторонним охлаждением; в — АДС с односторонним охлаждением; 1 — электродная проволока; 2 — ползун, формирующий шов; 3 — шлаковая ванна; 4 — металлическая ваина; Б — факел охлаждающей среды; в — охлаждающее устройство —• водовоздушная форсунка; 7 — охлаждаемая поверхность; 8 —• сварной шов; 9 — свариваемый металлности сварного соединения| 10 — расстояние от факела охлаждения до источника нагрева- А — расстояние от охлаждаемой поверхности до кромки охлаждающей форсунки' 0О — удельный расход охлаждающей среды
...
Наиболее значительное влияние технологии сварки на параметры термических циклов, характеризующих как стадию нагрева, так и стадию охлаждения, проявляется в варианте ЭШС, предусматривающем применение РТЦ и ГПМ (вариант 4)
...
При этом по сравнению с условиями общепринятой технологии (вариант I) значения тс сокращаются примерно в 2 раза, скорость охлаждения аУбоо-ьоо возрастает в 15—20 раз при одновременном увеличении скорости сварки в 2 раза
...
При использовании РТЦ ожидаемый результат достигается без изменения установленных для данной толщины проката режимов и производительности сварочного процесса
...
ПЛАВЛЕНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СПЛАВОВ И МЕТАЛЛА СВАРОЧНОЙ ВАННЫПри различнБ1Х методах сварки плавлением кристаллическое строение металла шва, связанное с условиями перехода сварочной ванны из жидкого состояния в твердое, является одним из факторов, определяющих качество и свойства этого участка сварного соединения
...
ПЛАВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ, СВАРОЧНАЯ ВАННАМеталлы — кристаллические вещества, характеризующиеся при данных условиях строго определенным пространственным расположением атомов
...
Такое расположение атомов у каждого металла обусловлено их энергетическим состоянием (взаимодействие электронов с ядром) и соответственно минимумом свободной энергии Т7 системы атомов
...
Таким образом, металл в твердом состоянии при данной температуре имеет определенное, энергетически наиболее устойчивое кристаллическое (атомное) строение с минимумом свободной энергии Р
...
Все это может привести к изменению их взаимного расположения, которое при данной температуре будет соответствовать минимуму свободной энергии системы атомов при изменившемся энергетическом состоянии
...
Изменение свободной энергии F кристаллического вещества н его расплава прн повышении температуры: 1 *- a-Fe; 2 — y-Fe; 3 — жидкостьдет приводить к дальнейшему изменению энергетического состояния атомов, возрастут вероятность их отрыва от узлов и вероятность разрушения кристаллического комплекса на отдельные колонии
...
В этот период энергетическое состояние металла приближается к энергетическому состоянию расплава, поэтому при достижении определенной температуры ?2 свободная энергия жидкости станет ниже свободной энергии даже высокотемпературной модификации кристаллического тела (см
...
Рассматривая влияние условий плавления на последующую кристаллизацию и свойства, необходимо остановиться на роли неметаллических включений и карбидов, неизбежно присутствующих в сталях и металле сварочной ванны
...
В связи с этим представляют интерес температуры плавления и растворения твердых и тугоплавких включений, которые могут находиться в стали при ее нагреве и плавлении
...
Поведение этих включений при плавлении особенно большое значение имеет для сварки, так как продолжительность пребывания металла при высоких температурах в твердом и жидком состояниях очень невелика
...
При меньшей продолжительности нагрева полного растворения карбидов вольфрама, ванадия, титана при нагреве стали в твердом состоянии может не произойти, и карбиды частично перейдут в жидкую ванну
...
В принципе, в ванне расплавленной стали даже при небольших степенях перегрева карбиды всех основных легирующих элементов должны растворяться в соответствии с данными тройных диаграмм состояния железо—углерод — легирующий элемент
...
Поэтому при быстро протекающем нагреве, малых степенях перегрева и малой продолжительности существования ванны наиболее тугоплавкие карбиды могут сохраниться
...
ЗАКОНОМЕРНОСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СВАРНОГО ШВАПроцесс кристаллизации расплавленного металла, как и процесс плавления, связан с переходом к состоянию с меньшей свободной энергией
...
Если считать, что при переходе металла из жидкого состояния в твердое объем его изменяется мало (для большинства металлов среднее изменение плотности составляет 3 %), то справедливо выражение и = Р + (II — полная внутренняя энергия системы; Р — свободная энергия системы; Т£ — связанная энергия системы, здесь Т — абсолютная температура; 5 — энтропия — функция вероятности состояния, имеет максимум при равновесии)
...
Однако при этой температуре свободные энергии жидкого Р№ и твердого /-г металлов равны, поэтому активного перехода одного состояния в другое не происходит
...
Естественно, чем меньше АТК и чем ближе температура, при которой протекает процесс, к равновесной, тем меньше размер и ниже устойчивость образующихся центров кристаллизации
...
С одной стороны, с увеличением размера зародыша свободная энергия должна уменьшаться с увеличением объема жидкого металла, переходящегоСкорость охла/кденияРис
...
Влияние размера кристалла ния металла иа степень его переохла- при переходе из жидкого состояния в ждеииятвердое на изменение свободной энер-гии металлав более равновесное при данном переохлаждении твердое состояние (рис
...
Это связано с тем, что и зарождение, и особенно рост кристаллов требуют непрерывного поступления атомов к местам их образования и роста, а подвижность атомов с понижением температуры уменьшается
...
Таким образом, с увеличением степени переохлаждения скорости зарождения и роста кристаллов повышаются, пока определяющим фактором является уменьшение свободной энергии металла, и начинают снижаться после того, как решающее значение приобретает уменьшение подвижности атомов
...
Примеси, не имеющие указанного структурного соответствия, также могут стать искусственными центрами кристаллизации, если они находились в расплаве и поверхностные силы привели к адсорбции на них атомов расплавленного металла
...
Поскольку рассмотренные центры кристаллизации существуют и в жидком металле, для кристаллизации на них требуется меньшая степень переохлаждения, чем для образования естественного зародыша (кристаллизация на них начинается раньше)
...
Эти элементы рисущи как крупным отливкам и слиткам, так и сварным швам, днако характеры кристаллизации крупных отливок и сварных вов, выполненных сваркой плавлением, существенно отли-аются
...
В реальных условиях кристаллизация расплавленного металла идет в пространстве, ограниченном твердыми, более холодными поверхностями — стенками и дном изложницы, стенами литейной формы, твердым металлом в сварочной ванне
...
Поскольку процесс перемещения атомов примеси диффузионный и связан со временем, степень дендритной ликвации зависит от скоростей кристаллизации и охлаждения
...
В очаге горения дуги металл сварочной ванны имеет самую высокую температуру ~2300 °С, значительно выше температуры плавления *пл и температуры кристаллизации 2кр
...
По мере удаления от очага дуги температура жидкого металла снижается, вблизи кромок и 34ранее закристаллизовавшегося металла шва становится близкой к температуре кристаллизации ¿Kp
...
Однако в связи с тем, что в сечении Г—Г, проходящем через очаг дуги и свариваемые кромки, температура жидкого металла на границе с твердым металлом выше, чем в сечениях, лежащих ближе к хвостовой части ванны (Д—Д и Е—Е), рост кристаллитов в хвостовой части ванны значительно опережает рост кристаллитов на кромках в зоне максимальной температуры ¿max-Если мгновенно прекратить сварку и создать условия для предотвращения растекания головной части ванны, то характер кристаллизации можно представить так, как это изображено на рис
...
Кристаллы из хвостовой части вытягиваются вдоль оси шва, они имеют большую протяженность; кристаллы с боковых поверхностей, растущие с кромок в задней части ванны, составляют с осью шва определенный угол
...
Размеры кристаллов, растущих с боковых поверхностей, и угол их наклона к оси шва зависят от многих факторов — толщины и массы сварив аемого металла, его температуры и теплофизических свойств, от скорости сварки, силы сварочного тока, технологии сварки (например, числа сварочных дуг) и др
...
Химическая неоднородность металла сварного шва по слоям кристаллизацииталла такой же толщины, поэтому кристаллическое строение отдельных слоев и шва в целом оказывается более мелким и плотным, с менее выраженной ликвацией примесей по зонам
...
Явление это связывается с остановками кристаллизации, вызванными тепловым эффектом (выделение теплоты) при переходе из жидкого состояния в твердое и другими обстоятельствами
...
АЛЛОТРОПИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ, ИХ РОЛЬ ПРИ СВАРКЕНагрев или охлаждение металла в твердом состоянии может вызвать переход одного вида кристаллической решетки в другой в соответствии с минимумом свободной энергии, отвечающем тому или иному расположению атомов (см
...
Во-первых, при охлаждении после сварки, если металл сварного шва (закристаллизовавшейся сварочной ванны) подвергается вторичной кристаллизации, нарушается неблагоприятное строение в виде вытянутых столбчатых кристаллов и возникает новая, более мелкозернистая структура, часто из мелких равноосных зерен
...
Во-вторых, перегретые при сварке плавлением или давлением зоны основного металла можно вновь сделать мелкозернистыми в результате дополнительного нагрева с малым перенагревом выше температуры полиморфного превращения с последующим охлаждением с той или иной скоростью
...
Такой эффект улучшения свойств сварного соединения при полиморфном превращении иногда используют, подвергая сварное соединение при сварке давлением многократным циклическим нагревам и охлаждениям с переходом через температуру превращения
...
ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ СПЛАВОВ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ МЕТАЛЛА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙВ промышленности чаще всего применяют не чистые металлы, а сплавы двух или нескольких элементов на основе какого-либо одного металла
...
Возможность изменения свойств сплавов путем термообработки, их свариваемость, структура и свойства сварных соединений и, что очень важно, возможность получения надежного соединения при сварке сплавов на основе разных металлов определяются природой сплавов, их строением, фазовым состоянием и составом, изменениями, происходящими при нагреве и охлаждении как в процессе термообработки, так и в процессе сварки
...
Такие элементы, естественно, не могут образовывать сплавов, свариваемых методами сварки плавлением, а их сварка давлением в твердом состоянии — сложная задача
...
При переходе жидкого однородного сплава в твердое состояние в нем могут происходить различные изменения, связанные с полиморфными превращениями основы сплава, с взаимодействием элементов, составляющих сплав
...




Соединение труб из разнородных металлов
Сварка модулированным током
Современные средства защиты сварщиков
Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений
Технология и оборудование контактной сварки. Учебное пособие для машиностроительных и политехнических втузов
Контактные металлургические процессы при пайке
Диффузионная сварка разнородных материалов: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений