Разделы сайта
Читаемое
Обновления Mar-2024
|
Промышленность Ижоры --> Сварка металлов и сплавов плавлением Физико-металлургические процессы при сварке плавлением Процессы, происходящие при сварке плавлением, достаточно сложны и имеют существенное значение, так как определяют качество сварного соединения. При этом виде сварки применяются различные источники теплоты, обладающие специфическими свойствами. Эги источники оказывают тепловое и химическое воздействие на основной и присадочный металлы, от чего зависят состав и свойства металла шва, а также структура околошовной зоны. В результате нагрева, осуществляемого этими источниками теплоты, металл плавится, образуя сварочную ванну, а затем затвердевает в виде сварного шва. В зоне сварки происходит взаимодействие жидкого металла со шлаком и газом. Перечисленные процессы являются общими для всех способов сварки плавлением. § 2-1, Сварочная дуга Сварочная дуга является электрическим разрядом в газах сравнительно высокого давления (не ниже 50 тор). Она характеризуется высокой плотностью тока в электропроводном газовом канале и низким напряжением между электродами. Электропроводность газа дуги обусловлена заряженными частицами - электронами и ионами, возникающими в результате его термической ионизации. Образующаяся смесь нейтральных атомов, электронов и ионов носит название плазмы. В электрической дуге энергия источника ее питания преобразуется в кинетическую и потенциальную энергию частиц плазмы, которая, в свою очередь, передается электродам и частично превращается в электромагнитное излучение - фотоны, покидающие зону дуги. Электропроводный газовый канал, соединяющий электроды, имеет форму усеченного конуса или ци- линдра. Его свойства на различных расстояниях от электродов не одинаковы. Тонкие слои газа, примыкающие к электродам, имеют сравнительно низкую температуру. В зависимости от полярности электрода, к которому они примыкают, эти слои называются катодной и анодной областями дуги. По ориентировоч-нымданным протяженность (толщина) катодной областиравна нескольким длинам свободного пробега нейтральных атомов, т. е. = 10 *-4-10 см. Анодная область приравнивается к длине свободного пробега электрона, имеющей порядок 1 = == 10 *ч-10 * см. Между приэлектродными областями располагается наиболее протяженная, высокотемпературная область разряда - столб дуги (рис. 2-1). Напряжение дуги U распределяется между различными ее областями весьма неравномерно (рис. 2-1). Значительная часть его падает в приэлектродных областях, что указывает на высокую напряженность электрического поля t ==-- в них. I ак, в катодной области протяженностью 1 = 10 см и падением напряжения = 10-20 В напряженность поля достигает величины = 2-10 В/см. В анодной области она оценивается значением = 10* В/см. Поэтому процессы, протекающие в приэлектродных областях, играют первостепенную роль в механизмах преобразования электрической энергии источников питания в тепловую и передачи ее электродам. Столб дуги. В столбе дуги падение напряжения сравнительно невелико, а напряженность поля в нем составляет 10-50 В/см. При отсутствии ограничений в радиальном развитии столба дуги его диаметр, а также температура и напряженность поля в нем определяются внутренними процессами. Для оценки величины перечисленных параметров столба дуги современная теория использует уравнение баланса энергии единицы длины столба и уравнение термической иониза- fZ -W 8 6 k г 5 2 ; о Рис. 2-1. Основные области дуги и распределение потенциала в дуге: / - катод; 2 - катодная область; 3- столб; 4 - аноднаяобласть; 5 - анод 3 Заказ № 782 Рис. 2-2. Зависимость напряжений в приэлектродных областях от потенциала ионизации дугового газа ции газа (Саха). Кроме того, для дуги справедлив принцип минимума , утверждающий, что из всех возможных состояний столба наиболее устойчиво состояние с минимальной напряженностью поля в нем Из этих уравнений и изложенного принципа вытекают: температура столба. К: Т = SOOUi; (2-1) напряженность поля. В/и: 1у2,4д0.3 £=2.10 -; (2-2) плотность тока, А/и: /,p = 5,5.10--5ir, (2-3) где f/, - потенциал ионизации; -сечение столкновения атомов с электронами. По силе тока /д и его плотности гр легко вычислить сечение 5 и диаметр столба d, так как 5- /д 4 гср Из уравнений (2-1)-(2-3) видно, что все параметры столба дуги наиболее существенно зависят от потенциала ионизации дугового газа, с ростом которого значительно увеличиваются температура столба, напряженность поля и плотность тока. Так, при горении дуги в парах калия (Ui = 4,33 эВ) и силе тока 200 А температура столба равна 3460 К, напряженность поля 8 В/см и плотность тока 300 А/см. При той же силе тока дуга в парах железа (t/, = 7,83 эВ) характеризуется параметрами Т = 6320 К, Е = 28 В/см и = 1800 А/см\ В большинстве случаев сварочные дуги горят в смесях многих газов и паров, включающих пары электродов, покрытий и флюсов, воздух, защитные газы и т. д. При термической ионизации такие смеси веду г себя подобно некоторому однородному газу с эффективным потенциалом ионизации U , зависящим как от потенциалов ионизации компонентов смеси U, так и от их относительной концентрации Как показал В. В. Фролов, = -b2(f) exp(-i ft). (2-4) Из уравнения (2-4) следует, что наибольшее влияние на величину эффективного потенциала ионизации смеси оказывает тот компонент, который имеет самый низкий потенциал ионизации,
|
© 2003 - 2024 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка |