- •Билет №1
- •2.Общие положения теории кристаллизации.
- •3.Эффективный потенциал ионизации.
- •4.Температурное поле от движущегося плоского источника тепла в бесконечном стержне
- •Билет №2
- •1. Схема получения неразъемного соединения
- •2. Нагрев и плавление электродного материала
- •3. Процессы в столбе дуги.
- •4. Типовой баланс энергии процесса сварки
- •Билет №3
- •1. .Виды химических связей, области применения
- •2. Физические процессы в столбе дуги.
- •3. Особенности кристаллизации сварного шва.
- •4. Виды вводимой энергии и физически процессы
- •Билет №4
- •1. Металлическая связь
- •2. Взаимосвязь процессов в приэлектродных областях и столбе дуги.
- •3. Первичные структуры сварного шва и факторы, влияющие на нее
- •4. Оценка энергетической эффективности процессов сварки и наплавки.
- •Билет№5
- •1. Ковалентная связь
- •3. Легирование наплавленного металла
- •2. Нагрев и плавление металла при сварке и наплавке. Влияние режима сварки и теплофизических свойств материала на поле температур.
- •4. Взаимодействие металлов со шлаками при сварке
- •Билет №6
- •2. Влияние режима сварки и теплофизических свойств материала на поле температур.
- •3. Способы регулирования первичной структуры сварного шва
- •4. Физические процессы в катодной области дуги.
- •1. Ионная связь
Билет №4
1. Металлическая связь
Особенности свойств металлов и сплавов обусловлены:
положительные ионы расположены в узлах кристаллической решетки;
все валентные электроны обобщены и имеют одинаковый для всех средний уровень энергии.
При определении сил энергетического взаимодействия допустим:
ионы приближаются к точечным зарядам;
влияние соседних ионов отсутствует;
энергия притяжения «-», отталкивания «+»;
энергия связи U1(r) – энергия, необходимая для разъединения кристалла на изолированные атомы.
Существуют две составляющие энергии связи:
энергия электростатического взаимодействия «+» ионов и «-» электронов электронного газа.
составляющая U2(r) – кинетическая энергия электронного газа, приходящаяся на один атом. Эта энергия уравновешивает энергию электростатического взаимодействия и тело остается твердым.
Результирующая энергия связи характеризуется «потенциальной ямой», определяющей размер кристаллической решетки d.
где U∑ - энергия, необходимая для расплавления твердого тела (заштрихованная область).
Металлическая связь (взаимодействие «+» ионов и электронов газа) придает металлам и сплавам следующие свойства:
а) высокую электропроводность и теплопроводность;
б) высокую пластичность (электронный газ допускает большее смещение).
2. Взаимосвязь процессов в приэлектродных областях и столбе дуги.
Экспериментом в дуге обнаружены мощные потоки ионизированного газа с преимуществееным направлением вдоль её оси. Как правило, потоки появляются лишь при сравнительно больших токах Iд 50А по истечении не более 10-6сек. после зажигания дуги. Их скорость в сварочной дуге со стальными электродами достигает 75-150 м/сек.
Потоки обладают значительной тепловой мощностью и влияют на баланс энергии всех областей дуги. Потоки оказывают силовое воздействие на электроды, определяя при сварке глубину проплавления и высоту валика.
Пространственная устойчивость сварочной дуги есть свойство дуги сохранять пространственное положение столба дуги и приэлектродных областей при действии внешних возмущающих факторов (скорость сварки, состав атмосферы горения дуги, состав материала и форма электродов и т.д.).
Потоки в сварочной дуге, имеющие высокую скорость и температуру, значительно повышают пространственную устойчивость, поддерживая направление столба дуги перпендикулярно поверхности активных пятен.
Потоки в сварочных дугах.
Плазменные струи существуют в дуге в виде потоков пара, газа и их смеси.
При малых токах (Iд<30A) плазменные струи вызываются подъёмными силами, возникающими из-за меньшей плотности плазмы по сравнению с окружающей средой. То есть для слаботочных дуг действует конвективный механизм, что породило название «дуга».
При больших токах возникает гидродинамическое течение от стержневого катода к плоскому аноду (для W дуг), называемое катодной струей. Газовый поток входит в дугу в районе катода, нагревается, ионизируется, пересекает дугу в продольном направлении и при достижении анода растекается по нему.
Давление в дуге возникает под действием электромагнитных сил (сил Лоренца). Радиальное сжатие (пинч-эффект) обратно пропорционально сечению, по которому течет ток. Для дуги со стержневым катодом и плоским анодом давление постепенно убывает от катода к аноду.
а) Катодная струя (СНЭ-TIG)
,где =4π·10-7 Гн/м- магнитная проницаемость вакуума.
P1>P2 и возникает осевая составляющая.
Распределение анодного падения напряжения столба дуги в центре пятна объясняется нейтрализующим действием катодной струи.
б) Анодная струя обуславливается тем, что Ra<Rст, а также потоком паров металла анода. Для сварочной дуги доля испаряющегося металла анода может составлять ≤ 10% объёма расплавленного металла сварочной ванны. Скорость паров достигает десятков метров в секунду.