Теория сварочных процессов

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Теория сварочных процессов

Тогда Дср системы можно найти так:Аср — 2 ср продуктов реакции 2 ер исходных веществ-, Зависимость теплового эффекта химической реакции от температуры подчиняется закону Кирхгофа, который можно вывести на основании следующих рассуждений
...
Первое начало термодинамики, связывающее между собой энергетические эффекты химических процессов, еще не дает полной характеристики этих процессов, так как ничего не говорит об их направлении и возможности реализации
...
Второе начало термодинамики решает вопрос о направлении естественных, самопроизвольно протекающих процессов и утверждает, что они приводят систему в более равновесное состояние
...
Отсюда следует, что полностью превратить теплоту в полезную работу нельзя и что должны существовать границы и условия, при которых это превращение будет наиболее полным
...
Следовательно, необратимый самопроизвольный процесс идет в сторону уменьшения свободной энергии и условием равновесия системы будет минимум этой энергии
...
Свойства изотермных потенциалов F и С позволяют установить связь между тепловым эффектом процесса и той максимальной работой, которую можно ог процесса получить, если он протекает обратимо
...
Химический потенциал не зависит от условий, при которых осуществляется равновесие, и определяется для данного компонента с числом молей пг при постоянных количествах всех остальных компонентов системы:Очевидно, что равенство химических потенциалов всех компонентов в различных частях системы выражает условие химического равновесия и отклонения от него приведут к самопроизвольному выравниванию химических потенциалов
...
Если, например, система состоит из двух частей — раствора и пара над ним, причем ;л вещества в растворе оказалось более, чем в паре, то произойдет испарение вещества из раствора до выравнивания значений цраСтвор и и
...
Однако поведение реальных газов подчиняется законам для идеальных газов лишь при низких давлениях и при температурах, значительно отличающихся от критических
...
Летучесть / при этом определяется из отношенияРядгде р—действительное давление газа в данных условиях;Рид — Давление, которым обладал бы идеальный газ при данных Т и V
...
При этом, зная активность вещества в одной из частей системы, подчиняющейся идеальным законам, находят его активность в равновесном с нею реальном растворе
...
О ХИМИЧЕСКОМ РАВНОВЕСИИРавновесием называется термодинамическое состояние химической системы, не изменяющееся во времени при данных внешних условиях ее существования и характеризующееся минимальным значением изотермных потенциалов
...
Они дают наглядное представление о ходе химического процесса, позволяют установить количественные соотношения между участвующими в них веществами и выполнять разнообразные расчеты, связанные с количественной стороной процесса
...
Однако из химического уравнения неясно, какому соотношению между исходными веществами и продуктами реакции отвечает состояние равновесия и в каком положении относительно равновесия будет находиться данная реакция
...
Тогда константа равновесия реакции выразится какДля реальных газов и растворов закон действующих масс применим, если вместо давлений и концентраций используются соответственно летучести и активности
...
Над поверхностью любого из них образуется насыщенный пар, давление или упругость которого в условиях неизменности состава твердых фаз определяется только температурой процесса
...
В подобных процессах при известных условиях реакция может практически дойти до конца, если, например, образующуюся газообразную углекислоту С02 непрерывно удалять из зоны реакции
...
Согласно этому уравнению максимальная работа может достигать различных значений в зависимости от величины начальных и конечных парциальных давлений реагирующих веществ
...
Поэтому для оценки химического сродства максимальные работы разных реакций нужно сравнивать при одинаковых начальных и конечных парциальных давлениях реагирующих веществ
...
Будет ли протекать реакция соды с кремнеземом при р = 1 аш и температуре 298° К?Чтобы ответить на этот вопрос, Следует определить знак максимальной работы реакции Атах
...
Следовательно,d in КР ая _В этом случае повышение температуры вызовет рост константыравновесия, а так как Кр = —, то равновесие сместится в сторону увеличения концентрации продуктов реакции, т
...
Этот принцип заключается в следующем: «Если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, то последнее смещается, причем в системе протекают процессы, ослабляющие эффект внешнего воздействия'»
...
Например, повышение температуры, как мы установили, смещает положение равновесия в сторону большего выхода тех веществ, которые образуются с поглощением тепла
...
В остальных случаях результат расчета позволяет установить порядок в значении константы равновесия и знак, определяющий термодинамическую возможность и направление процесса
...
ЯВЛЕНИЯ В ЖИДКИХ СРЕДАХ И НА ПОВЕРХНОСТЯХ РАЗДЕЛА ФАЗВ зоне сварки плавлением весьма важное значение имеют процессы, протекающие в жидких фазах и на границе раздела фаз
...
Рассмотрим систему, состоящую из двух жидких фаз А и В, не растворяющихся одна в другой, и третьей — газовой фазы, один из компонентов которой может растворяться как в фазе А, так и в фазе В
...
Закись железа хорошо растворима не только в жидком металле^но и в жидком шлаке, и распределение ее между этими двумя различными по свойствам жидкостями подчиняется закону распределения
...
Условившись в дальнейшем заключать концентрации веществ, находящихся в шлаке, в круглые скобки, а веществ, находящихся в жидком металле,— в квадратные, запишемУменьшение концентрации свободной закиси железа в шлаке может вызвать снижение содержания ее и в жидком металле: из металла она будет переходить в шлак, так как для данной температуры значение константы распределения постоянно
...
Различные химические процессы, протекающие в гетерогенных системах, обычно начинают развиваться с поверхностей раздела фаз, перемещаясь затем далее, в глубь системы
...
Особенности свойств поверхностных слоев вещества проявляются на любой поверхности раздела фаз, но особенно сильно — в системе «жидкость — газ», слабее — на границе двух
...
Проявление этих свойств есть результат наличия на поверхности раздела фаз определенной энергии — поверхностной энергии, или энергии поверхностного натяжения
...
Под действием этой энергии капля жидкости, предоставленная самой себе, принимает форму шара, при которой ее поверхность для данного объема будет наименьшей
...
В этом случае жидкость можно представить как бы заключенной в упругую растянутую резиновую пленку, стремящуюся ее сжать, хотя в действительности такой пленки нет
...
Описав вокруг них сферы радиусом г, равным расстоянию, на котором действуют силы межмолекулярного притяжения, убедимся, что силовое состояние молекул А и Б различно
...
Этим пользуются при пайке и сварке, стремясь добиться лучшей смачиваемости поверхности твердого металла жидким металлом и более легкого растворения капель электродного металла в сварочной ванне
...
Повышение последней приводит к равномерному снижению поверхностного натяжения, так как вследствие расширения вещества ослабляются силы притяжения между молекулами как внутри вещества, так и в его поверхностном слое
...
Молекулы или атомы вещества, расположенные на поверхности, обладают, в отличие от молекул и атомов, находящихся внутри вещества, свободными, не занятыми силами связи
...
Существует несколько методов изме-ения вязкости шлаков, причем се они основаны на измерении \вц-пз сопротивления, которое встречает тело, движущееся в шлаке
...
Метод вращения цилиндра имеет несколько разновидностей, одной из которых является измерение скорости вращения цилиндра в исследуемой жидкости под действием определенного вращающего момента
...
Но вводу сложности вычислений и недостатка точных значений констант, определяя упругость паров, часто ограничиваются грубо приближенными уравнениями, построенными на основании обработки экспериментальных данных для нескольких температур
...
Если компоненты смеси или сплава взаимно нерастворимы, то упругость пара тсаждого компонента остается неизменной и общая упругость пара равна сумме упругостей паров составляющих компонентов при не очень низком содержании их в смеси
...
В условиях взаимной растворимости веществ давление пара растворителя уменьшается « повышением содержания в нем растворенного вещества и при небольших количествах последнего пропорционально его мольной доле (закон Рауля)
...
Но скорость испарения конечна, перенос металла в виде капель через дуговой промежуток происходит очень быстро и поэтому в процессе полета капли кипят и лишь частично испаряются
...
В интервале 1000— 3500 °К изобарно-изотермный потенциал образования оксидов с повышением температуры увеличивается, что говорит об уменьшении степени сродства элементов к кислороду с ростом температуры
...
По убывающей силе- сродства к кислороду при температуре •3500 °К рассмотренные элементы можно расположить в такой ряд:С; Т1; А1; Мп; Б!; Ее; №•Интересна зависимость от температуры сродства углерода к кислороду: при относительно низких температурах, близких к началу затвердевания сталей, углерод как раскислитель становится с первого на пятое место в указанном ряду, уступая в сродстве к кислороду алюминию, титану, кремнию и марганцу
...
Иначе говоря, упругость диссоциации химического соединения есть концентрация единственного газообразного компонента в равновесной системе, выраженная в атмосферах
...
В самом деле, чем меньше, "при прочих равных условиях, давление (или концентрация) свободного кислорода, отвечающее состоянию равновесия реакции, тем Кольшее его количество связано в оксид и тем легче образуется последний
...
Наоборот, чем большее давление (или концентрация) свободного кислорода отвечает состоянию равновесия реакции, тем ^меньшее его количество связано в оксид, т
...
Исключение составляет закись никеля №0, у которой при температуре выше 2400 °К значение упругости диссоциации становится выше парциального давления кислорода воздуха
...
Чем выше расположена соответствующая кривая упругости диссоциации оксида, тем прочнее он и тем более сильным раскис-лителем будет элемент, образовавший с кислородом данный оксид
...
При температуре 2000 °К для тех же значений концентраций вводимого в жидкий металл элемента возрастает раскисляющая способность углерода, которому в этом отношении уступают все приведенные элементы
...
В твердых кристаллических телах положения атомов фиксированы в узлах кристаллической решетки, однако и в этом случае блуждание отдельных атомов вещества (миграция) вполне возможно, хотя и происходит менее интенсивно, чем в жидкости или газе
...
В том мов местами в процессе диффузии узле охкуда ушел дислоцированный атом, образуется вакансия, которая может быть занята соседним или каким-либо другим блуждающим атомом
...
Результатом нисходящей диффузии является равномерное распределение вещества по объему растворителя, тогда как восходящая диффузия приводит к разделению компонентов
...
Коэффициент диффузии Б значительно меняется в зависимости от температуры процесса, концентрации диффундирующего вещества, свойств среды, наличия в сплаве третьего компонента, а также от многих других причин
...
Зависимость коэффициента диффузии от концентрации диффундирующего элемента может быть выражена уравнением0==0°с^Гх(У-82)где Ст — предельная концентрация, соответствующая насыщению твердого раствора; Сх— концентрация диффундирующего элемента; Ц, — предельное значение коэффициента диффузии при уменьшении концентрации растворенного компонента до нуля
...
С одной стороны растворение третьего компонента, занимающего вакантные места, может затруднить диффузию; с другой — наличие инородных атомов в кристаллической решетке искажает ее и тем самым облегчает диффузию
...
Блантер установил, что при диффузии углерода в у-же-лезе те легирующие (третьи) элементы, которые не образуют стойких карбидов, а только искажают кристаллическую решетку растворителя, уменьшают работу разрыхления Ф и ускоряют процесс диффузии
...
Если легирующие элементы образуют карбиды более стойкие, чем карбид железа, то наличие их в твердом растворе в качестве третьего компонента увеличивает работу разрыхления и затрудняет диффузию
...
К числу таких процессов относится газонасыщение расплавленного металла капель и сварочной ванны; от диффузии в значительной мере зависит обмен между металлом и шлаком, т
...
Диффузия вызывает перераспределение элементов в зоне сварного соединения, с диффузионными процессами связывают возникновение микронеоднородности сварных швов, наконецбез учета диффузии нельзя объяснить такие важнейшие процессы, как рост зерен, перераспределение напряжений по объему тела, рекристаллизацию, ползучесть сварных соединений и т
...
Так, при сварке титана водород и азот окружающей среды могут активно диффундировать в глубь твердого металла на участках, нагретых до высокой температуры, и резко снижать качество сварных соединений
...
В связи с тем, что вблизи линии сплавления твердая фаза обеднена элементом, в глубинных слоях металла возникнет направленный к поверхности раздела диффузионный поток элемента Фх (рис
...
В этом случае основные причины диффузии такие:1)значительное изменение растворимости элемента в процессе фазовых превращений основного металла-растворителя;2)неравномерный нагрев и связанная с температурой различная растворимость элемента2 в разных объемах металла;3)выпадение из твердого раствора химических соединений, приводящее к обеднению его и появлению диффузионных процессов выравнивания;4)наличие неоднородности концентрации металла к моменту его затвердевания
...
Изотермическая поверхность Тф, а следовательно и поверхность раздела фаз, перемещается при сварке (правая стрелка) вместе с источником тепла, поэтому результат диффузионных процессов заметен только тогда, когда скорость диффузии соизмерима со скоростью сварки
...
Если, например, в наплавленном металле шва много сильных кар-бидообразователей, а в основном металле их мало, то выпадение карбидов в наплавленном металле вызовет диффузию углерода в шов из основного металла
...
Конечным результатом этих процессов будет образование обезу-глероженной прослойки в основном металле и цепочки («гряды») карбидов в шве вблизи поверхности сплавления
...
Важно отметить, что повторный нагрев при наложении последующих валиков или при термической обработке способствует развитию процессов диффузии, увеличению ширины обезуглероженной прослойки и дальнейшему выпадению карбидов (рис
...
Например, избирательность кристаллизации вызывает неоднородность состава внутренних слоев дендри-тов, периодичность процесса кристаллизации — химическую неоднородность слоев и т
...
Вместе с тем исследования металла сварных соединений показывают, что в подавляющем большинстве случаев эта неоднородность совсем не так велика, как можно было ожидать
...
Основной причиной значительного выравнивания концентраций элементов в сварных соединениях является диффузия этих элементов в процессе охлаждения металла после сварки
...
Так, при сварке двухслойной стали (СтЗ + 1Х18Н9Т), несмотря на все меры предосторожности, некоторая часть углерода диффундирует из сравнительно высокоуглеродистого основного металла (СтЗ) в низкоуглеродистый нержавеющий слой и антикоррозионные свойства нержавеющего слоя снижаются
...
В то же время некоторый объем стали насыщается этими элементами и образует очень твердую прослойку высокоуглеродистой стали, плохо поддающейся механической обработке
...
В таких условиях химическая однородность металла шва может быть достигнута только в результате совместного влияния перемешивания основного и электродного металлов в сварочной ванне и процессов диффузии элементов
...
Различают сварочные ванны двух типов:1)образующиеся при естественном охлаждении и формировании шва;2)образующиеся при использовании искусственного охлаждения и принудительного формирования шва
...
Расплавленный металл 2, находящийся в ванне в начальный период ее существования, частично оттеснен от передней ее стенки к задней, вследствие чего образуется углубление, называемое кратером 5
...
Наиболее долго в расплавленном виде находятся объемы металла, расположенные на продольной оси ванны, тогда как у ее краев металл кристаллизуется сразу же после расплавления
...
Передний участок ванны, который находится под непосредственным воздействием дуги (кривая /), нагрет значительно выше температуры плавления металла, в то время как периферийные участки и задняя часть ее имеют температуру, близкую К точке плавления
...
Искусственное водяное охлаждение 3 ванны придает ей чашеобразную симметричную форму и весьма существенно влияет на процессы первичной кристаллизации жидкого металла
...
В отличие от ванны первого типа, здесь верхняя часть ванны в процессе ее перемещения все время находится в жидком состоянии, что создает благоприятные условия для наиболее полного удаления из металла шлаковых включений и газов
...
Так, в условиях шлакового процесса:1)ванна имеет значительно больший объем и, следовательно, металл ванны дольше находится в расплавленном состоянии;2)температура ванны в различных ее участках почти одинакова и близка к температуре плавления металла;3)поверхность ванны полностью изолирована от непосредственного контакта с газовой фазой, так как над ванной расположен значительный слой жидкого шлака 5
...
Характер переноса электродного металла в сварочную ванну существенно влияет на степень развития физико-химических процессов при взаимодействии металлической, шлаковой и газовой фаз, а также на устойчивость самого процесса сварки
...
Действующая вниз сила Л^'эд будет больше силы Ы"щ, направленной вверх, так как поверхность ванны значительно больше, чем сечение электрода, а значит,'о 'оПоэтому электродинамическая сила Nm действует в направлении отрыва капли
...
На величину этой силы капли влияет:1)удельное поверхностное натяжение электродного металла при температуре плавления;2)наличие поверхностно-активных веществ, находящихся в соприкосновении с жидким металлом;3)температура поверхности капли
...
В этом случае величина поверхностного натяжения металла капель снижается как за счет наличия поверхностно-активных веществ в шлаке, так и вследствие более высокой температуры капель
...
Погруженный в шлаковую ванну, он плавится не только с торца, но и по боковой поверхности, поэтому конец его по мере плавления приобретает своеобразную заостренную форму
...
На каплю действуют те же основные силы: сила тяжести, электродинамическая сила и сила поверх-ностного натяжения, зависящая от свойств окружающей каплю среды — жидкого шлака
...
В отводе продуктов хемосорбции в глубь металла большую роль играет механическое перемешивание жидкого металла, протекающее часто с бурным выделением газов
...
Наличие у поверхности катода слоя положительных ионов повышенной концентрации приводит к их перемещению в объем металла диффузионным путем вследствие разности концентраций
...
Изучение особенностей растворения кислорода в железе позволяет сделать выводы относительно взаимодействия кислорода со сталью, основой которой является железо
...
Кроме того, при повышенной скорости охлаждения металла нитриды железа могут не успеть выпасть из твердого раствора a-Fe и последний окажется пересыщенным азотом
...
Однако в условиях сварки высоколегированных сталей аустенитного класса азот повышает устойчивость аустенита и выступает как легирующая добавка, способная заменить некоторое количество никеля
...
При переходе железа из твердого состояния в жидкое наблюдается резкое возрастание растворимости водорода, достигающее максимальной величины при температуре ~ 2400 °С
...
Причина заключается в том, что количество растворенного в этих сталях водорода увеличивается и вследствие разновременности полиморфных превращений, протекающих в шве и в основном металле, в переходной зоне скапливается водород и возникают трещины
...
Окись углерода в тех или иных количествах всегда есть в газовой среде, но, будучи нерастворимой в жидком металле, непосредственной опасности для него не представляет
...
Однако если в металле в момент его кристаллизации нет нужных раскислителей (например, 51, Мп), способных подавить реакцию дальнейшего образования окиси углерода, то «кипение» сварочной ванны может продолжаться и привести к нежелательному снижению содержания углерода, а также к образованию пор в металле шва
...
Однако и при таком упрощении можно сделать общий вывод о необходимости защиты жидкого металла от контакта с воздухом и тщательной металлургической обработки его для получения качественного сварного соединения
...
Шлаки представляют собой сплав различных оксидов и солей, который имеет пониженный по сравнению с жидким металлом удельный вес и поэтому располагается в основном на поверхности металлической ванны
...
Кроме этих двух групп оксидов, в шлаках могут присутствовать и амфотерные оксиды, ведущие себя с сильными кислотами как основные оксиды, а с сильными основаниями — как кислотные
...
Возможны случаи, когда по значению п формально следует отнести шлак к кислым (я 1), однако из-за наличия в нем слабых кислотных и сильных основных оксидов он по характеру металлургического воздействия является основным
...
Весьма важно при этом знать, в какой форме находятся в данном шлаке различные оксиды,— в виде комплексных соединений или в свободном, диссоциированном состоянии
...
Таким образом, ко*-роткий шлак быстро затвердевает с поверхности, оставаясь жидким в зоне соприкосновения с кристаллизующимся металлом и обеспечивая как свободный выход газам из металла, так и соответствующее формирование шва
...
Переход из тестообразного состояния в твердое у длинных шлаков сопровождается нарастанием вязкости, при котором перегруппировка частиц, необходимая для получения кристаллической решетки, затрудняется
...
Дело в том, что только часть (иногда не более 10—15%) всего расплавившегося флюса или электродного покрытия участвует в массообмене с расплавленным металлом, тогда как большая его часть в контакт с металлом капель или сварочной ванны не вступает и, естественно, ни в каких металлургических процессах между металлом и шлаком не участвует
...
В качестве свидетелей можно брать неокисляющиеся элементы, не взаимодействующие с флюсом, свободно и неограниченно растворяющиеся в металле шва,— благородные металлы, никель, в некоторых случаях медь
...
Тонко измельченный и равномерно распределенный по всему объему электродного покрытия или флюса, элемент-свидетель участвует вместе с ними во всех видах конвективных перемещений и при вступлении в контакт с расплавленным металлом полностью переходит в него из флюса
...
Это обстоятельство позволяет с большим основанием, чем это делалось до на-Сг;стоящего времени, использоватьдля расчета протекающих при сварке процессов термодинамические равновесные константы
...
Это обстоятельство позволяет с большим основанием, чем это делалось до на-Сг;стоящего времени, использоватьдля расчета протекающих при сварке процессов термодинамические равновесные константы
...

Сварка химически активных и тугоплавких металлов и сплавов
Сварка разнородных сталей
Пористость сварных швов и меры борьбы с ней
Теория сварочных процессов
Дефекты сварных швов и соединений
Пособие по безопасному проведению сварочных работ
Сварщику цветных металлов: Справ. пособие

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Теория сварочных процессов