Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Теория сварочных процессов моделирование физико-химических процессо

..pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
3.3 Mб
Скачать

25.Перечислите группы металлургических процессов при сварке плавлением.

26.Охарактеризуйте основные типы сварочных ванн.

27.Характер распределения температур в сварочной ванне 1 типа.

28.Под действием каких сил осуществляется перенос электродного металла в сварочную ванну при ручной дуговой и автоматической сварке под флюсом?

29.Назовите виды переноса электродного металла через дуговой промежуток.

30.От каких факторов зависит размер электродных капель?

31.Как изменяется характер переноса электродного металла с ростом сварочного тока или напряжения на дуге?

32.Напишите уравнение диссоциации двух- и трехатомных газов, наиболее часто встречающихся в атмосфере дуги.

33.Каков механизм насыщения жидкого металла газами?

34.В чем проявляется влияние кислорода на свойства стали?

35.Как влияет азот на свойства стали?

36.Как влияет водород на свойства стали?

37.Какими путями попадают кислород, азот и водород в реакционное пространство при дуговой сварке?

38.В чем проявляетсявлияниеоксидовуглеродана свойства стали?

39.Назначение шлаков при сварке.

40.В чем основы молекулярной и ионной теории шлаков?

41.Что такое основность шлаков?

42.Охарактеризуйте основные физические свойства сварочных

шлаков.

43.Каковы различие длинных и коротких шлаков?

44.Дайте характеристику важнейших простых оксидов, входящих

всостав сварочных шлаков.

45.Назовите три основные системы сварочных шлаков.

46.В чем заключаются металлургические функции шлаков?

47.Перечислите три основных вида окисления составляющих металла и шлака.

48.Виды раскислительных процессов.

49.Приведите пример раскисления стали с получением конденсированных продуктов реакции.

50.Дайте характеристику основных раскислителей Si; Mn; Ti; Al; подчеркните положительные и отрицательные свойства каждого из них.

81

Стр. 81

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

51.Какие группы компонентов входят в состав электродного покрытия или флюса?

52.Каков механизм диффузионного раскисления стали шлаком?

53.Какими бывают сварочные флюсы по способу изготовления?

54.Пути легирования металла шва, их особенности, достоинства и недостатки.

55.Что такое коэффициент перехода элемента?

56.Каков механизм рафинирования стали от серы и фосфора?

57.В чем особенности металлургических процессов при дуговой сварке в углекислом газе?

58.В чем особенности металлургических процессов при сварке порошковой проволокой?

59.В чем особенности металлургических процессов при электрошлаковой сварке?

82

Стр. 82

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Алешин Н.П., Чернышев Г.Г. Сварка. Резка. Контроль: Справочник. – М.: Машиностроение, 2004. – 480 с.

2.Казаков Ю.В., Баннов М.Д. Сварка и резка материалов: учеб. пособие. – М.: Академия, 2002. – 400 с.

3.Язовских В.М., Ольшанская Т.В. Инженерные методы расчета Основы работы в системе Mathcad: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. –

Пермь, 2002. – 99 с.

4.Язовских В.М. Свариваемость легированных сталей: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2004. – 204 с.

5.Кроновер Р.М. Фракталы и хаос в динамических системах. Основы теории. – М.: Постмаркет, 2000. – 352 с.

6.Сварка и свариваемые материалы. – Т.1. Свариваемость материалов / под ред. Э.Л. Макарова. – М.: Металлургия. 1991. – 528 с.

7.Фролов В.В. Теория сварочных процессов. – М.: Высшая шко-

ла, 1988. – 560 с.

8.Походня И.К. Металлургия дуговой сварки. Процессы в дуге и плавление электродов. – Киев: Наукова думка, 1990. – 671 с.

9.Федер Е. Фракталы. – М.: Мир,1991. – 254 с.

10.Синергетика и фракталы в материаловедении / В.С. Иванова, А.С. Баланкин, И.Ж. Бунин, А.А. Оксогоев. – М.: Наука,1994. – 383 с.

11.Горячие трещины при сварке жаропрочных сплавов / М.Х. Шоршоров [и др.]. – М.: Машиностроение, 1997. – 224 с.

12.Походня И.К. Газы в сварных швах. – М.: Машиностроение, 1972. – 255 с.

13.Куликов И.С. Термодинамика оксидов. – М.:Металлургия, 1986. –

340 с.

14.Кубашевский О., Олкокк С.Б. Металлургическая термохимия. М.: Металлургия, 1982. – 370 с.

15.Туркдоган Е.Т. Физическая химия высокотемпературных процессов: справ. – М.: Металлургия, 1985. – 360 с.

16.Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н.Теория металлургических процессов. – М.: Металлургия, 1986. – 462 с.

17.Уточкин В.В. Физико-химические расчеты в теории сварочных процессов: учеб. пособие / Перм. гос. техн. ун-т. – Пермь, 2003. – 136 с.

18.Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали. – М., 1986. – 272 с.

83

Стр. 83

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

19.Бельченко Г.И., Губенко С.И. Неметаллические включения и качество стали. – Киев, Техника, 1980. – 168 с.

20.Петров Г.Л., Тумарев А.С. Теория сварочных процессов. – М.: Высшая школа, 1977. – 280 с.

21.Ерохин А.А. Основы сварки плавлением. Фихико-химические закономерности. – М.: Машиностроение, 1973. – 447 с.

22.Кривоносова Е.А. Теория сварочных процессов. Металлургия. Металловедение. Свариваемость: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм.

гос. техн. ун-та, 2007. – 262 с.

84

Стр. 84

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П. 1

Термодинамические свойства некоторых простых веществ и химических соединений при стандартных условиях

Вещество

Состояние

H2980 ,

S2980 ,

Cp0298 ,

кДж/моль

Дж/(моль К)

Дж/(моль К)

 

 

Al

Кристаллическая фаза

0

28,31

24,34

AlCl3

Газовая фаза

299,2

327,2

75,7

Al2O3

 

1675,0

50,94

79,00

B

 

0

5,87

11,96

BaO

Кристаллическая фаза

556,6

70,3

47,23

Ba2O3

1264,0

53,85

62,97

BaCO3

 

1202,0

112,10

85,35

BeO

 

598,7

14,1

25,4

C

 

0

5,74

8,53

CO

Газовая фаза

110,5

197,4

29,15

CO2

393,51

213,60

37,13

 

Ca

 

0

41,62

26,28

CaCO3

 

1206,0

29,90

81,85

CaF2

 

1214,0

68,87

67,03

CaO

 

635,1

39,70

42,80

Ca3(PO4)2

Кристаллическая фаза

4125,0

240,9

231,6

CaS

478,3

56,5

47,40

Cr

 

0

23,76

23,35

Cr2O3

 

1141,0

81,10

104,60

Cu

 

0

33,30

24,51

CuO

 

165,3

42,64

44,78

Cu2O

 

167,36

93,93

63,64

F

Газовая фаза

79,51

158,64

22,74

F2

0

202,90

31,32

 

Fe

 

0

27,15

25,23

FeCO3

 

747,68

92,68

82,13

FeO

Кристаллическая фаза

263,68

58,79

48,12

Fe2O3

821,32

89,96

103,70

 

Fe3O4

 

1117,71

151,46

143,40

FeS

 

95,4

67,36

50,54

H

 

217,9

114,60

20,79

H2

Газовая фаза

0

130,60

28,83

HF

268,61

173,51

29,16

 

H2O

 

241,84

188,74

33,56

 

 

 

 

85

Стр. 85

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Продолжение табл. П. 1

Вещество

Состояние

H2980 ,

S2980 ,

Cp0298 ,

кДж/моль

Дж/(моль К)

Дж/(моль К)

 

 

Mg

 

0

32,55

24,80

MgCO3

 

1096,21

65,69

75,52

MgO

 

601,24

26,94

37,41

Mn

 

0

31,76

26,32

MnS

 

205

78,23

50

MnO

 

384,93

60,25

44,83

MnO2

Кристаллическая фаза

519,65

53,14

54,02

Mn2O3

959,81

110,46

107,70

Mn3O4

 

1386,58

148,53

139,70

MnCO3

 

894

85,77

81,5

Mo

 

0

28,58

23,75

MoO3

 

755,00

78,21

73,65

Li2CO3

 

125,87

90,37

97,40

Na2CO3

 

1129,00

136,00

110,00

N

Газовая фаза

474,6

153,20

20,79

N2

0

191,50

29,10

N2O

 

81,55

220,00

38,71

NiS

Кристаллическая фаза

92,88

67,36

54,68

Ni

0

29,86

26,05

NiO

 

239,7

38,07

44,27

NO2

Газовая фаза

33,87

240,45

37,11

NO

90,37

210,62

29,83

N2O4

 

9,37

304,3

78,99

Nb

Кристаллическая фаза

0

36,61

16,92

NbO

399,57

48,12

26,47

Nb2O3

 

1903,72

137,23

126,86

O

Газовая фаза

249,18

160,95

21,90

O2

0

205,03

29,36

OH

 

38,96

183,64

29,89

Si

Кристаллическая фаза

0

18,72

19,80

SiF4

Газовая фаза

1548,0

281,60

73,37

SiO2

 

859,3

42,09

44,48

Ti

 

0

30,66

25,00

TiO2

 

943,9

50,23

56,44

Zn

Кристаллическая фаза

0

38,90

25,15

ZnS

201

57,7

46,02

 

ZnO2

 

1094,0

50,32

56,04

ZnCO3

 

810,7

82,4

80,18

V

 

0

29,29

24,49

86

 

 

 

 

Стр. 86

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Окончание табл. П. 1

V2O3

 

1230,10

98,32

103,96

V2O5

 

1561,7

131,05

129,80

VC

 

104,6

24,9

W

 

0

32,76

24,80

WC

 

44,0

35,0

WO2

Кристаллическая фаза

562,75

62,76

54,36

W2C

29,0

81,6

 

WO3

 

836,80

83,26

81,56

ZrO2

 

1094

50,32

56,04

ZrC

 

206,7

33,3

TaC

 

141,8

42,3

UO2

 

1084,5

77,95

63,76

Таблица П. 2 Значение функции М0 в формуле Улиха

Т, К

М0

Т, К

М0

Т, К

М0

298

0,000

1200

0,6409

3500

1,5481

350

0,0122

1400

0,7596

4000

1,6710

400

0,0392

1600

0,8665

4500

1,7805

500

0,1133

1800

0,9636

5000

1,8792

600

0,1962

1900

1,0089

5500

1,9691

700

0,2794

2000

1,0524

6000

2,0561

800

0,3597

2100

1,0941

6500

2,1278

900

0,4361

2200

1,1341

7000

2,1987

1000

0,5083

2500

1,2457

7500

2,2648

1100

0,5765

3000

1,4082

8000

2,3269

Таблица П. 3 Стандартная энергия Гиббса образования соединений из элементов

( G0

= A + BT , Дж/моль) при температурах 18002000 К

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соединение

 

А

В

Соединение

А

 

В

 

 

 

Карбиды

 

 

 

Al4C3

 

258000

97

Mn7C3

66100

 

58

B4C

 

69500

9

Mo2C

+66100

 

110

CaC2

 

213000

61

MoC

+40600

 

59

Cr23C6

 

380800

37

SiC

123000

 

+38

Cr7C3

 

168000

30

Ta2C

142300

 

5,5

Cr3C2

 

84400

15

TaC

161000

 

5,5

87

Стр. 87

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Продолжение табл. П. 3

Соединение

А

В

Соединение

А

В

C2H2(г)

220000

50,8

TiC

179000

15

CH4(г)

88400

108,5

ZrC

200000

12

Fe3C(β)

39860

17,52

Mn7C3

66370

57,03

 

 

 

Нитриды

 

 

AlN

330000

117

CrN

113600

73

BN

248000

86

NH3(Г)

55800

117,6

Be3N2

604000

196

Mg3N2(γ)

855000

504

Ca3N2(ж)

918400

490

Mo2N

71550

58

Cr2N

115000

64

Si3N4

922000

457

TaN

234700

79

VN

207500

78

TIN

334500

93

ZrN

360200

90

 

 

 

Оксиды

 

 

Al2O3(α)

 

1681000

324

MgO

729000

204

B2O3

 

1220000

204

MgO(Г)

99000

23,9

BaO

 

555000

101

MnO

408400

90

BeO

 

619000

104

Mn2O3

982000

269

CO(г)

 

118000

83,77

Mn3O4

1790000

652

CO2(г)

 

397000

0,2

MoO2

557000

156

CaO

 

790000

194

NO(г)

915000

12,72

CoO(ж)

 

249700

80

NbO(г)

196000

84

Cr2O3

 

1131000

250

Nb2O5(ж)

1744000

340

CuO

 

113200

58,3

NiO

249800

92

Cu2O

 

136600

48,5

P2O5(Г)

1235000

331

FeO

 

245000

53

SiO(Г)

162000

46,3

Fe2O3

 

747000

210

SiO2(β)

947000

198

Fe3O4

 

992000

247

V2O4(ж)

1263000

234

H2O(г)

 

251070

57,65

V2O5

1441000

323

TiO(г)

 

28500

77

VO2(г)

251000

8,3

TiO2

 

936000

176

WO(г)

387000

93

Ti2O3(β)

 

1481000

246

WO2(г)

20000

22

Ti3O5(β)

 

2410000

410

WO3(ж)

731000

180

VO(Г)

 

131000

80

Y2O3

1920000

292

VO

 

406000

73

ZrO2

1081000

176

V2O3

 

1186000

233

 

 

 

 

 

 

Cульфиды

 

 

CS2(г)

 

12300

5,6

MgS

535000

187

CaS

 

692000

190

MnS

276000

63

FeS(ж)

 

135000

43,2

MoS2

386060

173

H2S(г)

 

90500

49,2

SO2(г)

361000

72,9

88

Стр. 88

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Окончание табл. П. 3

Соединение

А

В

Соединение

А

В

 

 

Фториды

 

 

AlF3

1230000

80

PF5

1646000

300

CaF2(ж)

1312000

210

SF

48200

12

CaF2

970000

84

SiF4

1665000

170

FeF2

473200

13

TiF3

1164000

45

MnF

140000

63

TiF4

1566600

134

MnF2

592000

0,5

MnF3

800000

54

NaF

405000

40

ZnF4

1677500

28

Таблица П. 4

Температуры кипения и плавления металлов при 105 Па, атомная масса элементов (А)

Эле-

А

Тпл,

Нпл,

Ткип,

Эле-

А

Тпл,

Нпл,

Ткип,

мент

К

КДж/моль

К

мент

К

КДж/моль

К

Al

27

932

10,47

2740

Ni

59

1725

17,6

3175

Cr

52

2170

20,92

2938

Si

28

1690

50,66

3700

Cu

64

1356

13,02

2820

Ti

48

1940

15,5

3565

Fe

56

1812

15,2

3320

V

51

2185

17,6

3625

Mg

24

923

8,31

1376

Zn

65

693

7,2

1181

Mn

55

1516

14,7

2392

Zr

91

2123

16,7

4700

W

184

3680

35,2

5828

Mo

6

2880

27,6

4883

O

16

Sn

119

504

7,08

2898

F

19

Ca

40

1112

1757

C

12

 

 

 

 

 

Таблица П. 5

Термодинамические данные для жидких разбавленных растворов на основе железа

 

Коэффициент

Уравнение для расчета

G0

Элемент i

активности

 

i

(Дж/моль) перехода iчист

= [i]1%

 

γi1873K

Al

0,049

62800 23,8T

 

C(гр)

0,57

22600 42,3T

 

Ca

2270

163200 58,6T

 

Cr

1,0

37,66T

 

Cu

8,6

4720046,65T

 

1/2H2

36500 + 30,46T

 

Mn

1,3

550039,1T

 

89

Стр. 89

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)

Окончание табл. П. 5

 

 

 

 

Коэффициент

 

 

 

Уравнение для расчета

G0

 

 

 

Элемент i

 

активности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

(Дж/моль) перехода iчист = [i]1%

 

 

 

 

 

 

 

 

γi1873K

 

 

 

 

 

 

 

Mo

 

 

 

1,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42,8T

 

 

 

 

 

1/2N2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10500 + 20,37T

 

 

 

 

 

Ni

 

 

 

0,66

 

 

 

 

 

 

 

10000 36,8T

 

 

 

 

1/2O2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

117000 2,89T

 

 

 

 

1/2S2(ж)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72000 10,25T

 

 

 

 

 

Si

 

 

 

0,0013

 

 

 

 

 

 

131800 17,32T

 

 

 

 

 

Ti

 

 

 

0,037

 

 

 

 

 

 

69500 27,28T

 

 

 

 

 

V

 

 

 

0,17

 

 

 

 

 

 

 

42300 29,2T

 

 

 

 

 

W

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18,4T

 

 

 

 

 

 

Zr

 

 

 

0,14

 

 

 

 

 

 

 

80300 34,9T

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица П. 6

Коэффициенты взаимодействия первого порядка элементов в железе

 

 

 

 

 

 

 

при 1873 К ( e j = e

 

 

/100 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

табл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эле-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Элементj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ментi

Al

С

Са

 

Сr

Си

 

Н

Мп

Мо

N

Ni

 

 

О

Р

S

Si

Ti

V

W

Zr

А1 С

4,5

9,1

 

–4,7

 

 

24 67

–5,8

 

 

–660

3

0,56

 

4,3

14,0

 

–9,7

 

–2,4

1,6

 

 

 

–0,83

11

1,2

 

 

–34

5,1

4,6

8

–7,7

–0,56

СаСr

–7,2

–34

–0,2

 

 

–1,2

–4,4

 

 

–9,7

 

–12

 

–0,03

1,6

 

–33

0,18

–19

0,02

 

 

–14

–5,3

–2

–0,43

5,9

Сu Н

6,6 6

 

1,8

2,3

 

–24

2,6

 

 

–6,5

4,4

–2,1

2,7

 

1,3

 

 

 

–0,22

0,05

 

0

–0,14

0,22

0

 

 

–19

1,1

0,8

2,7

–1,9

0,48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,74

 

 

Мn

–7

 

 

–31

0

–9,1

 

 

–8,3

–035

–4,8

0

Мо

–9,7

 

–0,03

 

–20

–10

 

–0,07

–0,05

N Ni

–2,8

13

 

 

–4,7

0,9

 

–2

–1,1

0 2,8:

1

 

 

5 1

4,5

0,7

4,7

–53

–9,3

–0,35

–63

 

–4,2

–6,7

 

–0,03

 

–25

 

0,09

 

 

 

–0,35

–0,4

0,57

ОР

–390

–45

 

–4

–1,3

 

–310

–2,1

0,35

5,7

0,6

 

 

–20

7 13

–13,3

–13,1

–60

–30

0,85

 

13

 

 

–3

2,4

 

21

–3,2

–1,7

9,4

0,06

 

 

13

 

2,8

12

–5,6

–4,2

–2,3

300

S Si

3,5

11

 

 

–1,1

–0,84

 

12 64

–2,6

0,27

1 9

0

 

 

–27

29 11

–2,8

6,3

–7,2

–1,6

0,97

–5,2

 

5,8

18

 

–6,7

 

–0,03

1,4

 

 

 

0,2

 

0,5

 

 

–23

 

5,6

11

2,5

Ti

–72

 

5,5

 

–110

–180

0,9

 

 

–180

–11

1,3

V

–34

 

 

–59

–35

 

 

–97

–2,8

4,2

1,5

W

15

 

 

–8,8

–7,2

 

 

5,2

3,5

Zr

 

 

 

–410

 

 

–16

Таблица П. 7

Энергии смешения оксидов и солей (Q) в расплавленном шлаке, ккал/моль

Оксид

TiO2

Al2O3

CaO

SiO2

FeO

CaF2

MgO

MnO

TiO2

5,3

19,5

0

6,35

0

6,4

0

Al2O3

5,3

3,8

18,7

12,9

0

0

7,7

CaO

19,5

3,8

23,1

0

0

0

0

90

 

 

 

 

 

 

 

 

Стр. 90

ЭБ ПНИПУ (elib.pstu.ru)