1.4.6 Дисоціація окисів

Реакції відновлення і окислення металів відіграють важливу роль у технології зварюван­ня металів. Вплив окислів на зварювальні процеси залежить від споріднення металу до кисню. Про спорідненість металу до кисню можна судити за величиною роботи яку необхідно затра­тити на руйнування окисла цього металу.

Загальне рівняння дисоціації металічних окислів таке:

Рівняння константи рівноваги цієї реакції визначається із тієї дисоціації:

У цьому рівнянні можна прийняти:

Парціальний тиск кисню, за якого встановлюється рівновага реакції називається пруж­ністю дисоціації. Про зміни пружності дисоціації від температури можна судити за допомо­гою із рівняння:

При дисоціації переважної більшості окислу , тому пружність дисоціації зростає при збільшенні температури.

Рівняння дає можливість обчислити пружність дисоціації.

Для обчислення пружності дисоціації можна скористатись рівнянням:

Стійкість окисів металів для температур можна визначити як за термодинамічних потенціалів , так за величиною пружності дисоціації. Чим більше змінюються термодинамічні потенціали і чим менша пружність дисоціації окисла, тим більша спорідненість до кисню має елемент.

Межам, окисли яких мають високу пружність дисоціації погано окислюються, називаються благородними.

Якщо метал утворює декілька окислів, то більш високу пружність дисоціації за однієї і тієї ж температури має окисел, який містить більше кисню.

2 Теплообмін при зварюванні

2.1 Теплопровідність

2.1.1 Теплопровідність під час стаціонарного режиму і граничних умов 1 роду

Теплопровідність – молекулярне перенесення теплоти у суцільному середовищі під дією градієнта температури.

Теорія теплопровідності базується:

• на законі Фурьє (основному законі теплопровідності):

(2.1)

• диференціальному рівнянні теплопровідності (рівнянні Фур'є-Кірхгофа), яке для системи, що не має внутрішніх джерел теплоти, має вигляд:

(2.2)

(Вт/м²) – вектор густини те­плового потоку, що напрямлений по нормалі до ізотермічної по­верхні в, сторону зменшення температури; (Вт(м·К))– те­плопровідність (коефіцієнт теплопровідності), що дорівнює кількості теплоти, яка проходить в 1 с через 1 м² ізотермічної поверхні під час градієнту температури 1 К/м; = (К/м) – градієнт температури - вектор, напрямлений по нормалі до ізотермічної поверхні в бік збільшення температури; τ (с) - час; a (м/с) – коефіцієнт температуро провідності .

За умови стаціонарного режиму температурне поле не за­лежить від часу, тобто і за умови відсутності внутрішніх джерел теплоти диференціальне рівняння теплопровідності(2.2) набуває вигляд

2.1.2 Частинні випадки рівняння теплопровідності

Для деяких способів зварювання загальне рівняння теплопровідності можна суттєво спростити. Розглянемо приклади такого спрощення.

1. При зварюванні такої пластини температурне поле можна вважати двовимірним, тому що температура по товщині пластини не змінюється Тоді рівняння теплопровідності має вигляд

2. У довгому тонкому стержні, температура може бути розподілена в поперечному перерізі рівномірно і не буде залежати відхід

Тому

3. За стаціонарних умов кожний елемент тіла отримує стільки теплоти, скільки віддає. У цьому випадку температура будь-якого елемента незмінна,

Тоді рівняння теплопровідності набуває вигляду

4. Рівняння плоского стаціонарного процесу буде мати вигляд

5. Рівняння лінійного стаціонарного процесу записується у вигляді