Билет №1

1.История развития сварки

Первые способы сварки возникли у истоков цивилизации- с началом использования и обработки металлов. Еще в VIII-VII тысячелетии до н. э. возникла кузнечно-горновая сварка и пайка случайно находимых кусочков самородных металлов.

Позже научились выплавлять металл из руд, плавить его и литьем изготовлять более крупные из меди и бронзы – возникла литейная сварка и пайка.

Кузнечная сварка и пайка были ведущими процессами начиная с освоения железа и до конца XIX века, когда стали появляться и разрабатываться современные методы сварки, связанные с локальным нагревом и плавлением металла.

Эти способы сварки связаны с общим развитием техники и цивилизации – появлением электричества.

В 1802 году В.В.Петров открыл и исследовал дуговой разряд, используя который русский изобретатель Н.Н.Бенардос 1882 году предложил точечную дуговую сварку угольными (неплавящимися) электродами (СНЭ).

Русский инженер Н.Г.Славянов в 1886 году разработал наиболее распространенный в настоящее время способ сварки плавящимся электродом (СПЭ).

Однако отсутствие мощных и дешевых источников электроэнергии позволило возникнувшей в конце XIX-начале XX века газовой и термитной сварки временно обогнать электродуговую.

Разработка полуавтоматической и автоматической сварки под флюсом (по патенту Д.А.Дульчевского в 1929 году) сделала их основными в промышленности многих стран.

В 40-50 годах появилась дуговая сварка в среде защитных газов (Ar, He в США, CO₂ в СССР).

Во Франции была разработана и впервые внедрена ЭЛС. В дальнейшем развитие получила электрошлаковая, лазерная, ультразвуковая, диффузионная, плазменная сварка и др.

Все виды сварки продолжают развиваться, опираясь на созданную в процессе развития ТСП, поскольку экспериментальный поиск новой технологии становится все более дорогостоящим, трудоемким и длительным процессом. В этих условиях возрастает роль теоретического расчета физико-химических и металлургических процессов сварки, наплавки, пайки.

Определения терминов

Сварка – процесс получения неразъемного соединения на атомно-молекулярном уровне путем термодинамически необратимого превращения энергии и вещества.

Наплавка – сварка плавлением, в процессе которой на поверхность детали наносится слой металла необходимого состава.

Пайка – процесс соединения материалов с помощью вносимого между ними припоя с температурой плавления более низкой, чем у соединяемых материалов.

Склеивание – образование соединения без введения энергии благодаря силам адгезии (прилипания) между жидким клеем и молекулами твердого вещества.

2.Общие положения теории кристаллизации.

Положение 1. Для начала кристаллизации необходимо наличие центров кристаллизации.

Ими могут быть зародыши твердой фазы, образовавшиеся вследствие переохлаждения жидкости, или частицы примеси.

Положение 2. Зародыши твердой фазы находятся в состоянии динамического равновесия с окружающей жидкостью (т.е. могут растворяться в жидкости и возникать вновь и т.п.). Возникновение твердой фазы сопровождается выделением теплоты кристаллизации, что ведет к повышению температуры в окружающем объеме жидкости и может вызвать расплавление образовавшейся твердой фазы.

Если какой-то из зародышей вследствие благоприятного сочетания флунтуций температуры и градиента температуры достиг радиуса, называемого критическим, то он уже становится устойчивым и приобретает способность к дальнейшемому росту.

r_кр = , где:

σ – поверхностная энергия раздела жидкой и твердой фазы

L – скрытая теплота фазового превращения

Т_рф – температура равновесия фаз

∆ - величина переохлаждения.

Положение 3. Для непрерывного роста твердой фазы необходимо, чтобы температура межфазовой границы была ниже температуры равновесия фаз в течение всего процесса кристаллизации.

В реальных условиях межфазовая граница не является идеально плоской, а принимает ступенчатую форму.

∆ = от одного атомного слоя до 100 атомных слоев.

Положение 4. Если создать такие условия, когда по мере удаления от фронта кристаллизации в жидкость ее температура будет понижаться (выделяется теплота кристаллизации), то устойчивость межфазовой границы нарушится и возникает дендритная кристаллизация.

< 0 – условие возникновения дендритов.

Если в какой-либо участок межфазовой границы выдвинулся вперед, то он попадает в область повышенного переохлаждения, что вызывает его дальнейший рост и образуется дендрит. Направление роста дендритов соответствует кристаллографическим осям затвердевающего металла.

Положение 5. При кристаллизации сплава, в первую очередь, кристаллизуется чистое вещество основы сплава, перед межфазовой границей образуется область повышенной концентрации легирующих элементов и примесей, мешающих доступу новых порций чистого вещества, основы для достройки кристаллов.

Выравнивание концентраций осуществляется путем диффузии легирующих элементов и примесей в твердую фазу и за счет конвекции жидкости.

Если скорость диффузии недостаточна и конвекция не выравнивает концентрацию, то возникает дендритная структура, вызванная концентрационной неоднородностью.

Если какой-либо участок межфазовой границы выдвинулся вперед, то он попадает в область чистого вещества основы сплава и приобретает способность к дальнейшему росту и образует дендрит.

Между основаниями дендритов остается область, обогащенная легирующими элементами и примесями (либо эвтектика, либо обогащенный твердый раствор). Эта область фиксируется в твердой фазе по границам кристаллов (зерен).

Центры кристаллов обеднены легирующими элементами и примесями: межкристаллическая химическая неоднородность