Главная | Обратная связь

Термические основы сварки и коэффициенты полезного действия процесса сварки.

Рассмотрим соотношение между энергией сварочного источника и энергией введенной в свариваемые тела.

 

 

П₁-потери энергии в сварочном источнике

П₂-потери энергии в инструменте при передаче( нагрев электрода, флюса, газов, излучение)

П₃- потери в изделии на теплопроводность (нагрев изделия, сварочного стола)

П₄-испарение (потери уноса)

Е_св - энергия процесса сварки

Е_св = Е_пит-П₁

Е_изд = Е_св-П₂-энергия изделия

Е_ст= Е_изд-(П₃+П₄)- энергия стыка

 

Каждая ступень передачи энергии от источника к изделию характеризуется η

η _и- эффективный КПД, тот процент энергии, который дошел до пластины

η _и= Е_изд / Е_св

η _т- термический КПД

η _т= Е_ст / Е_изд

η _тд - термодинамический (полный) КПД

η _тд= Е_ст / Е_св= η _и* η _т = 50-60%

Взаимодействие металла с газами при сварке. Диссоциация газов. Константа равновесия реакции диссоциации.

Взаимодействие металлов с газами.

Несмотря на принимаемые защитные меры, не удается исключить попадание воздуха в зону сварки. При сварке под флюсом и покрытыми электродами воздух проникает через флюс и шлак. В состав газовой фазы дуги входят:

- Газы воздуха – О, Н, N, пары воды

- Газы, образующиеся при плавлении и испарении электродных покрытий и флюсов

- Газы – продукты химических реакций

- Пары металла

При взаимодействии газа с металлом происходит растворение газа в жидком металле и образование оксидов, нитридов, гидридов. Условия взаимодействия: молекулы газа поступают на поверхность металла, происходит диссоциация газа на атомы, происходит адсорбция, растворение газа в металле, диффузия в глубь металла. Наибольшее значение имеют диссоциация и растворение.

Диссоциация газов.

Диссоциация газов происходит при высоких температурах, поэтому в зоне сварки молекулы газа диссоциируют и образуется смесь молекул и атомов газов. В атомарном состоянии газы имеют высокую химическую активность и легко взаимодействуют с жидким металлом электродных капель из сварочной ванны. Процесс диссоциации характеризуется количественной величиной – степенью диссоциации ( ). – отношение числа диссоциировавших молекул к числу не распавшихся первоначальных молекул ( ), выражается через константу равновесия и внешнего давления –

– константа равновесия. Выражается через отношение давлений.

– для водорода

– для кислорода

- для углекислого газа

С увеличением внешнего давления степень диссоциации уменьшается.

Таким образом, вблизи столба дуги в высокотемпературной зоне диссоциация водорода, кислорода, азота близка к единице. В сварочной ванне, где температура ниже идет обратный процесс образования молекул из атомов – процесс рекомбинации. Рассмотрим процесс диссоциации углекислого газа в зависимости от температуры:

Считают, что при полностью диссоциирует, а у поверхности сварочной ванны при 2000 диссоциация незначительна, то есть при каждом значении температуры газовая фаза состоит из кислорода, угарного газа и углекислого с концентрацией пропорционально ординатам кривых.