Горлов О. К. Фізико-хімічні основи технологічних процесів. Зварювання: навч посібник / О. К. Горлов, Є. П. Рогачов, С. М. Лашко


НазваГорлов О. К. Фізико-хімічні основи технологічних процесів. Зварювання: навч посібник / О. К. Горлов, Є. П. Рогачов, С. М. Лашко
Сторінка2/16
Дата16.07.2013
Розмір1.18 Mb.
ТипДокументи
bibl.com.ua > Фізика > Документи
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ПРОЦЕСИ ПРИ ЗВАРЮВАННІ

    1. Загальні відомості


Існує три стани речовини, що розрізняються між собою силами взаємодії атомів і молекул: твердий, рідкий і газоподібний. Перехід речовини з одного стану в інші супроводжується значними витратами енергії, що прикладаються зовні.

Для твердого й рідкого станів є характерними невеликі відстані між молекулами, між якими діють сили взаємного притягання. При переході речовини в рідкий, а потім у газоподібний стан ці відстані збільшуються, а сили їхньої взаємодії знижуються. Цей процес наочно можна спостерігати під час зварювання, коли метал плавиться, частково переходить у газоподібний стан, а потім виникають зворотні процеси, названі кристалізацією.

Процес плавлення металу в зоні зварного шва викликає виникнення складних фізико-хімічних процесів й утворення характерного з'єднання, що відрізняється за своєю структурою від основного металу.

До фізичних належать процеси, які, змінюючи фізичні властивості речовини, не змінюють будову елементарних часток, з яких складається ця речовина, а також її хімічні властивості.

До таких процесів належать:

  • електричні, теплові, механічні явища в джерелах нагрівання;

  • проходження електричного струму й теплові коливання кристалічних ґраток;

  • перехід основної й електродної речовини з твердого стану в рідкий (плавлення), перемішування їх між собою, кристалізація металу в зоні зварювальної ванни;

  • напруги й деформації, що виникають у кристалічних ґратках зварного шва й прилеглій до нього зоні основного металу.

Хімічні процеси змінюють будову елементарних часток, з яких складається ця речовина, у результаті чого створюються нові речовини з новими хімічними й фізичними властивостями.

До основних хімічних процесів належать хімічні реакції в газовій і рідкій фазах, на межах фаз (газової з рідкою, газової з твердою, рідкої з твердою) при взаємодії компонентів покриттів, флюсів, захисних газів з рідким металом з утворенням окислів, шлаків та інших сполук, що відрізняються своїми хімічними властивостями від основного металу.

Фізичні й хімічні процеси при зварюванні поєднані в часі й просторі, тому їх можна віднести до загального поняття – фізико-хімічні процеси.
    1. Принципові труднощі, що перешкоджають
      утворенню зварних з'єднань


Відповідно до другого закону термодинаміки кожна система прагне прийти в стан, при якому вона має мінімальний запас внутрішньої енергії. Однією зі складових внутрішньої енергії є поверхнева енергія. Чим менше величина поверхневої енергії, тим система є більш стійкою. При утворенні зварного з'єднання зменшується поверхня деталей, отже, й величина поверхневої енергії. Тому теоретично процес утворення зварного з'єднання має відбуватися мимовільно й з виділенням енергії. Однак на практиці для створення зварного з'єднання доводиться витрачати енергію величиною до 103…104 Дж/моль. Причиною цього є ряд проблем.

У твердому металі атоми розташовуються в певному порядку, утворюючи кристалічні ґрати. Кожний вид кристалічних ґрат металу характеризується параметром а, тобто відстанню між сусідніми атомами. Для більшості металів параметр кристалічних ґрат становить (3…5)А0 (1А0=10-10м). Отже, для забезпечення міжатомних зв'язків між поверхневими атомами деталей, що зварюють, необхідно їх зблизити на величину параметра кристалічних ґрат, тобто приблизно на 1А0.

Однак навіть при самому якісному механічному обробленні поверхні металів (шліфуванні, поліруванні) висота мікронерівностей поверхні становить (103…1040. У цих умовах фізичний контакт деталей, що зварюють, здійснюється тільки на окремих мікронерівностях, що не забезпечує необхідної міцності з'єднання.

Крім того, утворенню зварного з'єднання перешкоджають окісні плівки, забруднення на поверхні деталей. Усередині металу кожний атом утримується у своєму положенні силами зв'язку з симетрично розташованими щодо оточуючих його з усіх боків атомами. На вільній поверхні кристала або рідини атом виявляється неврівноваженим внаслідок відсутності зв'язку з одного або двох напрямків. Ця обставина обумовлює підвищення енергії поверхневого шару. Досить 10-6…10-7 с, щоб валентні зв'язки поверхневих атомів виявилися насиченими внаслідок взаємодії з навколишнім середовищем. Товщина поверхневих забруднень, отриманих за допомогою молекулярних сил взаємодії поверхневих атомів (сил Ван-дер-Ваальса), дорівнює величині 103…104 А0. Отже, крім необхідності забезпечити фізичний контакт на всій поверхні з’єднання деталей, що зварюють, треба спочатку очистити ці поверхні від різноманітних забруднень.

Існує ще й третя проблема у встановленні міжатомної взаємодії деталей. Кожний атом, що знаходиться всередині кристала, утримується симетрично спрямованими силами. На вільній поверхні, як уже було відзначено вище, атом є неврівноваженим внаслідок відсутності або ослаблення зв'язків із зовнішнім середовищем. Тому поверхневий атом буде мати більший запас потенційної енергії.

З’єднання деталей зі знищенням вільної поверхні має супроводжуватися звільненням енергії. Для зміни положення атом має перебороти енергетичний бар'єр. Для цього йому потрібно надати додаткову енергію. Ця енергія називається енергією активації, завдяки якій підвищується енергія атомів до рівня «бар'єра» схоплювання.

Енергія активації витрачається на подолання сил відштовхування, що виникають між зближуваними поверхневими атомами. Коли відстань між ними буде дорівнювати міжатомним відстаням у ґратах кристалів, виникнуть квантові процеси взаємодії електронних оболонок атомів. Після цього загальна енергія системи почне зменшуватися до рівня, що відповідає енергії атомів у ґратах цілого кристала. Чим вище температура, тим меншою буде необхідна енергія активації.

Отже, процес зварювання має кілька стадій. На першій стадії розвивається фізичний контакт до рівня, необхідного для міжатомної взаємодії. На другій стадії відбувається хімічна взаємодія з утворенням з'єднання. У макрообсягах процес зварювання завершується третьою стадією – дифузією атомів углиб тіла.

Всі існуючі способи зварювання – це різні технологічні прийоми подолання принципових труднощів, що перешкоджають об'єднанню кристалів.

Енергія активації може передаватися зварюваним деталям у вигляді:

– теплоти (термічна активація);

– пружно-пластичної деформації (механічна активація);

– електронного, іонного й інших видів опромінення (радіаційна активація).

Найчастіше застосовують який-небудь один з перших двох видів активації або обидва разом.

Енергія при зварюванні витрачається на таке:

– пружну й пластичну деформації, необхідні для зближення поверхонь, що з'єднують;

– обривання зв'язків між атомами тіла й молекулами (атомами) зовнішнього середовища, що насичують їхні вільні зв'язки;

– підвищення енергії поверхневих атомів до рівня енергетичного «бар'єра» схоплювання, тобто для переходу їх в активний стан.

При зварюванні тиском якісне нероз'ємне з'єднання утвориться при зближенні зварюваних поверхонь на відстань, що дозволяє реалізуватися силам міжатомної взаємодії і установити електронний обмін між збудженими (активованими) атомами на цих поверхнях. Тому для цього виду зварювання мають значення природа атомів, що вступають у контакт, умови активації атомів і чинники, що перешкоджають активації, а також характер міжатомних зв'язків зварюваних поверхонь.

При зварюванні плавленням для спільної кристалізації металу шва і оплавленого металу деталей, що зварюють, має значення характер взаємодії атомно-кристалічних ґрат у твердо-рідинному і твердому станах, природа зв'язків та інше, що пов'язане з атомно-кристалічною будовою цих металів.

Різноманіття хімічних і фізичних властивостей елементів і, в тому числі, здатність атомів до взаємодії з утворенням зв'язку того або іншого ступеня міцності, визначається різницею в електронній будові.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

Схожі:

Проектування технологічних процесів обробки деталей механічних засобів
МОДУЛЬ ЗАГАЛЬНІ ПРИНЦИПИ ПРОЕКТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У МАШИНОБУДУВАННІ
Колесніченко Л. А., Борисенко Л. Л. К 60 Основи психології та педагогіки:...
К 60 Основи психології та педагогіки: Навч метод посібник для самост вивч дисц. — К.: КНЕУ, 2002. — 157 с
Конспект лекцій з курсу “ Системно-структурне моделювання технологічних...
Конспект лекцій з курсу “Системно-структурне моделювання технологічних процесів” / Укладач П. В. Кушніров. – Суми: Вид-во СумДУ,...
МОДУЛЬ ВСТУП. ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІВОДИ. ГІДРОЛОГІЯ РІЧОК Блок...
Гідрологія – наука про природні води, їх властивості та явища і процеси, що в них відбуваються, а також закономірності розвитку цих...
ПРАВОВІ ОСНОВИ ДОКУМЕНТОЗНАВЧОЇ ДІЯЛЬНОСТІ
Правові основи документознавчої діяльності /Д. О. Готило, С. Ф. Гуцу, В. М. Петрук – Навч посібник для студентів гуманітарного факультету...
Сутність процесу електроконтактного точкового зварювання
Мета роботи: вивчити технологічний процес електроконтактного точкового зварювання; визначити його відмінності; ознайомитися з будовою...
1 Держава, право та Конституція України
Основи конституційного права і чинного законодавства України / Г. Ю. Каніщев, В. Б. Селевко, С. С. Бичкова. – Навч посібник. – Харків:...
Максимова Н. Ю., Мілютіна К. Л., Піскун В. М. Основи дитячої патопсихології: Навч посібник
Важковиховуваність як психолого–педагогічна проблема. Типологія соціально-дезадаптованої поведінки. Асоціальна поведінка як відхилення...
Пасинков В. В., Сорокин В. С. Материалы електронной техники
...
ЗВІТ про виконання лабораторної роботи РУЧНЕ ЕЛЕКТРОДУГОВЕ ЗВАРЮВАННЯ...
Умовне позначення електродів для ручного дугового зварювання і наплавлення сталі ГОСТ 9466-75
Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання


При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
Головна сторінка