- •Раздел 1. Источники энергии при сварке
- •1.1. Физические основы и определение процесса сварки
- •1.2. Особенности формирования сварного соединения
- •1.3. Классификация процессов сварки
- •1.4. Требования к источникам энергии при сварке и оценка
- •1.5. Электрическая дуга как вид электрического разряда
- •1.6. Особенности электрической проводимости твердых тел,
- •1.7. Способы возбуждения сварочной дуги и ее зоны.
- •1.8. Общие законы образования заряженных частиц в газе
- •1.8.1. Ионизация газов
- •1.8.2. Фотоионизация
- •1.8.3. Ионизация соударением частиц
- •1.8.4. Термическая ионизация
- •1.8.5. Ионизация частиц в результате их ускорения
- •1.8.6. Эмиссионные процессы на поверхности твердых тел
- •1.8.7. Термоэлектронная эмиссия
- •1.8.8. Автоэлектронная эмиссия
- •1.8.9. Фотоэлектронная эмиссия
- •1.8.10. Вторичная эмиссия
- •1.9. Приэлектродные области дугового разряда
- •1.9.1. Катодная область
- •1.9.2. Анодная область
- •1.9.3. Столб дуги
- •1.10. Характеристика переноса электродного металла
- •1.10.1. Силы тяжести и поверхностного натяжения
- •1.10.2. Электродинамическая сила (пинч-эффект)
- •1.10.3. Реактивное давление, обусловленное интенсивным
- •1.10.4. Электростатические силы
- •1.10.5. Плазменные потоки
- •1.10.6. Влияние напряжения дуги на перенос металла
- •1.11. Устойчивость дугового разряда
- •1.12. Магнитная гидродинамика сварочной дуги
- •1.12.1. Собственное поле дуги и контура сварки
- •1.12.2. Внешнее магнитное поле и дуга
- •1.12.3. Практическое использование влияния на дугу поперечного магнитного поля
- •3. Вращающаяся (бегущая) дуга
- •1.13. Плазменнодуговые процессы
- •1.14. Лучевые источники энергии при сварке
- •1.14.1. Электроннолучевые источники
- •1.14.2. Фотоннолучевые источники
- •Раздел 2. Основы физической химии
- •2.2. Первое начало термодинамики и его следствия
- •2.3. Вычисление теплоемкостей веществ
- •2.4. Второе начало термодинамики
- •2.5. Понятие об изотермных потенциалах
- •2.6. Равновесие физико-химических систем
- •2.6.1. Закон действующих масс и константа равновесия
- •2.6.2. Закон действующих масс и константа равновесия
- •2.7. Максимальная работа реакции и ее связь
- •2.8. Влияние температуры и давления на
- •2.8.1. Влияние температуры на положение равновесия
- •2.8.2. Влияние давления на положение равновесия
- •2.8.3. Вычисление констант равновесия химических
- •2.9. Явления в жидких средах и на поверхностях
- •2.9.1. Закон распределения вещества в несмешивающихся
- •2.9.2. Практическая ценность закона распределения при изучении металлургических процессов
- •2.9.3. Поверхностная энергия
- •2.9.4. Адсорбция
- •2.9.5. Вязкость жидкости
- •2.9.6. Процессы испарения
- •2.10. Оценка химического сродства элементов к кислороду
- •2.10.1. Оценка степени сродства элементов к кислороду по изменению изобарно-изотермного потенциала образования окисла
- •2.10.2. Оценка степени химического сродства элементов к кислороду
- •2.10.3. Упругость диссоциации компонентов, находящихся в
- •Раздел III. Металлургические основы сварки плавлением
- •Радел IV. Основы тепловых процессов при сварке
- •Основные теплофизические единицы, понятия и определения
- •Дифференциальные уравнения теплопроводности
- •Стационарный процесс распространения теплоты
- •Теплоты при сварке
- •Мгновенный точечный источник теплоты в полубесконечном теле
- •Мгновенный линейный источник теплоты в пластине
- •Мгновенный плоский источник теплоты в стержне
- •Сварочные источники теплоты
- •Непрерывно действующие неподвижные источники теплоты
- •Непрерывно действующий неподвижный точечный источник теплоты на поверхности полубесконечного тела
- •Непрерывно действующий неподвижный линейный источник теплоты в пластине
- •Непрерывно действующий неподвижный плоский источник теплоты в стержне
- •Подвижные сосредоточенные источники теплоты
- •Подвижный точечный источник теплоты на поверхности полубесконечного тела
- •Мощные быстродвижущиеся источники теплоты
- •Расчеты термического цикла основного металла
- •Наплавка валика на массивное тело
- •Однопроходная сварка листов встык
- •Валиковая проба
- •Производительность дуговой сварки
- •Расплавление электрода
- •Проплавление основного металла
- •Определение времени пребывания металла сварочной ванны в расплавленном состоянии и длины сварочной ванны
- •2. Определение площади проплавления основного металла
- •3. Определение ширины зоны нагрева
- •Тепловая эффективность процесса сварки
- •Раздел V. Технологическая прочность сварных соединений Понятие технологической и эксплуатационной прочности
- •Трещины при сварке и их классификация
- •Горячие трещины при сварке
- •Методика оценки склонности металла сварного шва к образованию горячих трещин
- •Влияние различных факторов на вероятность образования горячих трещин
- •Холодные трещины при сварке
- •Методы определения стойкости металла околошовной зоны против образования холодных трещин
- •Методы определения стойкости против перехода в хрупкое состояние
- •Методы проверки эксплуатационных характеристик металла шва, околошовной зоны и сварного соединения
- •Пути повышения технологической прочности сварных соединений
- •Раздел VI. Свариваемость металлов Понятие свариваемости металлов. Факторы, определяющие свариваемость металлов
- •Влияние изменения химического состава на свариваемость
- •Ориентировочная оценка свариваемости стали по эквивалентному содержанию углерода
- •Характеристика свариваемости сталей
- •I. Свариваемость углеродистых конструкционных сталей
- •2. Свариваемость легированных сталей
- •2.1. Свариваемость низколегированных сталей
- •2.2. Свариваемость среднелегированных сталей
- •2.3. Свариваемость высоколегированных сталей
- •2.3.1. Свариваемость высоколегированной стали мартенситного класса
- •2.3.2. Свариваемость высоколегированной стали ферритного класса
- •2.3.3. Свариваемость высоколегированной стали аустенитного класса
- •2.3.4.Свариваемость высоколегированной стали карбидного класс
2.9.3. Поверхностная энергия
Различные химические процессы, протекающие в гетерогенных систе-мах, обычно начинают развиваться с поверхности раздела фаз, переме-щаясь в глубь системы.
Поверхность раздела между двумя фазами обладает определенной энергией, которая называется поверхностным натяжением или свободной энергией поверхности. Благодаря этой энергии поверхность ведет себя как туго натянутая пленка, так как поверхностная энергия стремится умень-шить размеры поверхности.
Внутри тела все силы молекулярного сцепления уравновешены, а у по-верхности тела не уравновешены. В связи с этим у поверхностного слоя со-здается давление, нормально направленное к поверхности внутрь тела. Для увеличения размера поверхности некоторое количество молекул должно выйти из внутренних слоев на поверхность, для чего необходимо совер-шить работу. Совершенная работа переходит в работу поверхностного на-тяжения.
Мерой поверхностной энергии является работа, которую нужно за-тратить для увеличения площади поверхности на 1 см2. Величину поверх-ностного натяжения можно определять и как силу, действующую на 1 см длины поверхностного слоя (дин/см).
Сила поверхностного натяжения зависит от природы соприкасаю-щихся веществ. Для жидкости ее определяют по отношению к воздуху.
Если воздух заменить каким-либо веществом, величина поверхност-ного натяжения изменится:
а) чистая вода — воздух σ = 73,0 эрг/см ;
б) чистая вода — эфир σ = 9,7 эрг/см.
Поверхностное натяжение зависит и от примесей в веществе:
а) водный раствор поваренной соли — воздух σ = 74,6 эрг/см;
б) водный раствор пропилового спирта — воздух σ = 43,6 эрг/см.
Вещества, которые сильно влияют на поверхностное натяжение, как правило значительно понижают его, называются поверхностно-активными веществами. Вещества, которые слабо влияют на поверхностное натя-жение, как правило незначительно повышая его, называются поверх-ностно-неактивными веществами.
При сварке и пайке поверхность необходимо смачивать жидким метал-лом. Для хорошего смачивания поверхности жидкость должна обладать малым поверхностным натяжением, что способствует значительному уве-личению поверхности. Кроме того, необходимо добиться легкого отде-ления капель от электрода, хорошего растворения отдельных капель в жидком металле. С этой целью широко используют вещества, понижаю-щие поверхностное натяжение металла. Такими веществами являются соли и окислы щелочных металлов, которые вводятся в состав электродных покрытий или сварочных флюсов, а также могут наноситься на поверх-ность сварочной проволоки при различных способах газоэлектрической сварки.
Поскольку поверхностная энергия является одним из видов свободной энергии, условием устойчивого состояния системы или вещества является минимум свободной энергии. Отсюда следует, что чем больше отношение площади поверхности к массе вещества, тем менее устойчива фаза. Это по-ложение имеет весьма важное практическое значение, так как уменьшение размера частиц сопровождается увеличением их растворимости в веще-стве. Этим объясняются некоторые явления, наблюдаемые при сварке:
а) в процессе рекристаллизации при сварке в жидкой фазе (плавлением) крупные зерна растут за счет мелких зерен, которые растворяются в них, так как обладают слишком большой поверхностной энергией;
б) при сварке плавящимся электродом технологические свойства про-цесса заметно улучшаются при переходе от режимов с крупнокапельным переносом электродного металла к режимам с мелкокапельным переносом.