Тема 1 Фізико-хімічні основи зварювання, джерела енергії та класифікація процесів.

Фізико-хімічні основи зварювання. Види зв’язків між частками твердих тіл та дифузійні процеси. Поверхневі явища: енергія активації, адсорбція. Змочування поверхні рідким металом, адгезія. Умови та стадійність процесу утворення монолітного з’єднання у твердому стані. Утворення з’єднання у рідкому стані. Фізична зварність матеріалів. Джерела енергії. Класифікація джерел енергії. Схема енергетичного балансу процесу зварювання. Ефективність процесу зварювання. Ефективній, термічний та термодинамічний коефіцієнти корисної дії джерела нагріву. Загальна характеристика таких джерел нагріву, як газове полумя, електрична дуга, плазмовий струмень, електронный промінь, лазерний промінь. Класифікація процесів зварювання. Ознаки класифікації процесів зварювання. Класифікація процесів зварювання за фізичними ознаками. Класифікація процесів зварювання за технічними та технологічними ознаками.

Методичні вказівки

Вивчення цієї теми необхідно почати з опрацювання загальної теорії зв’язків між частками та кристалічної будови твердих тіл, надав особливу увагу моделі міжмолекулярного (за рахунок сил Ван-дер-Ваальса) та металевого зв’язку. Ознайомитися с поняттями поверхневої енергії та поверхневого натягу, такими явищами, як адсорбція, адгезія, дифузія. Вивчати умови та стадійність процесу утворення монолітного з’єднання у твердому та рідкому стані. Сформулювати поняття фізичної зварності.

При вивченні джерел енергії бажано їх розділити на механічні (деформування та високошвидкісне зсування поверхонь, тертя) та термічні (газове полум’я, електрична дуга, лазерний та електронний промінь). Знати схему енергетичного балансу процесу зварювання та формули розрахунку ефективного, термічного та термодинамічного коефіцієнтів корисної дії джерела нагріву. Вивчати характеристики таких джерел нагрівання, як газове полум’я, електрична дуга, плазмовий струмінь, електронний промінь, лазерний промінь. Необхідно знати таки порівняльні параметри термічного джерела енергії, як температура джерела, щільність теплового струму, мінімальна площа підводу тепла, коефіцієнти корисної дії джерел нагрівання.

Вивчати ознаки класифікації процесів зварювання, згідно до діючих нормативних документів. Ознайомитись з класифікацій методів зварювання за фізичними ознаками: способом активації поверхневих часток (наявністю тиску), видом енергії, що використовується при зварюванні, видом нагрівання або механічної дії, станом металу при зварюванні. Знати класифікацію за технічними та технологічними ознаками на прикладі дугового зварювання.

Література [1, c.8-31, 91-138; 2, ч.1, с. 8-25; 3, с. 4-14; 4, c. 8-21; 5, с. 7-26; 6, с. 18-32]

Тема 2. Електричні, магнітні та гідродинамичні процеси при зварюванні

Електрична зварювальна дуга. Основні області, розподіл напруги у дузі. Статична вольт-амперна характеристика дуги. Емісія електронів у катодній області. Термоелектронна емісія. Работа виходу електронів у різних металів. Плівкові вольфрамові катоди. Ефект Шотткі. Автоелектронна емісія. Іонизація стовпа дузі. Потенціал іонизації різних газів та парів металів. Температура стовпа дузі. Особливості горіння стисненої дуги. Баланс енергії дуги. Полярність струму. Ефект катодного розпилювання. Особливості горіння дуги змінного струму. Вентильний ефект. Магнітне дуття. Стиснення дуги властним магнитним полем (пінч-ефект). Взаимодія дуги зі зовняшнім магнитним полем. Перенесення електродного металу та перемішування металу зварної ванни. Види перенесення електродного металлу. Сили, які діють на краплю. Способи примусового перенесення. Сили, які діють на метал зварної ванни. Ефект Марангоні. Способи примусового перемішування. Нагрівання металу електричним струмом. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома. Електричний опір конструкційних материалів та залежність опору від температури. Особливості течі електричному струму через контакт твердих тіл.

Методичні вказівки

Під час вивчення цієї теми необхідно вказати фізичні я вища, що супроводжують процес горіння елелектричної дуги. Ознайонится з розподілом потенціалу в дузі, знати сутність процесів емісії та іонизації. Особливу уваги слід надати вивченню катодних процесів термоелектронної та автоемісії. Знати роботу виходу електрону у основних конструкційних металів, які застосовують у зварних конструкціях. Вивчати способи зменьшення работи вихіду електронів застосуванням сполук лужнів металів (K, Na, Cs) або домішок у метал вольфрамового електроду (Th, La, Zr, Ce). Ознайомитися з процесом іонізації газу у стовпі дуги. Знати, що таке потенціал іонизації та його значення, що до головних зварювальних газів, розрахункове значення температури дуги та вплив на неї параметрів процесу. Вміти побудувати статичну вольт-амперну характеристику дуги, залежно від її должини та складу газового середовища. Вивчати особливості горіння стисненої дуги, знати фактори, що впливають на стиснення електричної дуги. Вміти розрахурати енергию, яка видиляеться у активних плямах дуги. Вивчати вплив роду та полярності струму на глибину проплавлення та ширину зварного шву. Вивчати сутність ефекту катодного роспилювання у инертних газах (аргон, гелій). Особливості горіння дуги змінного струму. Вентільний ефект, що проявляеться при зварюванні алюмінию на змінному струмі вольфрамовим електродом. Відхилення дуги при її взаимодії зі контуром зварювання (магнитне дуття). Вплив міста підведення струму на відхилення дуги. Вплив феромагнітних мас на відхілення дуги. Стиснення дуги властним магнитним полем (пинч-ефект). Взаимодія дуги зі зовняшнім продолним магнитним полем. Взаимодія дуги зі зовняшнім поперечним магнитним полем.

При вивченні процесу перенесення електродного металу треба ознайомитися з основними видами переносу металу: крупнокрапельному, дрібнокрапельному, стуміневому, капельному з короткими замиканнями. Вивчати сили, що діють на краплю електродного металу: силу ваги, силу поверхневого натягу, аеродінамичну силу від газовоплазмового потоку, реакційну силу випаровування у активній плямі дуги, електромагнитну силу та інші. Знати коєфіціенти поверхневого натягу найпоширених конструкційних металів та вплив на поверхневий натяг шлаків та газових сумішей. Знати характер залежности сил, що діють на краплю, від полярності та сили струму. Вміти перебачити вид переносу залежно від способу зварювання, та щільності струму в електроді.

Вивчання процесу нагрівання металу електрічним струмом слід почати з закону Джоуля-Ленца та закона Ома. Вміти розрахувати кількість теплоти, що виділяется при проходженні електричного струму, залежно від відомих параметрів процесу: напруги або сили струму, електричного опору, геометрії провідника, тощо. Знати питомий електричний опір найпоширених конструкційних металів та залежність опору від температури. Ознайомитися з опіром електричному струму, що тече чере контакт твердих тіл.

Література [1, c.31-106; 2, ч.1, с. 26-160; ],