ТЕОРИЯ сварочных процессов

Виды раскислительных процессов

Из анализа обменных реакций типа (9.52) заключаем, что по отношению к металлу такие реакции могут иметь не только окис­лительный, но и восстановительный характер (если равновесие реакции сдвигается влево).

Поэтому для обеспечения восстановительного характера об­менных реакций нужно применять элементы, которые обладают повышенным сродством к кислороду и в определенных условиях

способны энергично связывать кислород, освобождая металл из оксида. На рис. 9.26 пред­ставлена схема этого процесса. В двух контейнерах находятся два различных оксида, при их нагревании выделяется кисло­род. Если соединить контейне­ры между собой, то кислород будет перетекать в левый сосуд (с меньшим парциальным дав­лением). В этом сосуде нахо­дится металл А, имеющий большее химическое сродство
к кислороду. Такие элементы называются раскислителями, а сам процесс восстановления металла из оксида - раскислением.

Помимо раскисления действием элементов-раскислителей су­ществует диффузионное раскисление, при котором кислород (в составе оксида основы сплава) экстрагируется из металла с помо­щью сварочного шлака специального состава.

Как правило, при окислении сталей наиболее вероятно окисле­ние основы, т. е. железа, и образование FeO, что доказано термо­динамическим расчетом (см. пример 8.4). Рассмотрим процессы раскисления сталей, содержащих растворенный в них оксид FeO.

Раскисление стали с получением конденсированных про­дуктов реакции (осадочное раскисление) сопровождается обра­зованием конденсированных оксидов, не растворимых в металле. К раскислителям, образующим такие оксиды, относятся Ті, Si, Мп, Al и др. В общем виде реакция раскисления стали представляется уравнением

m[FeO] + п [Ра] <=± [РапOm] + m[Fe],

где Ра - раскислитель; т, п - стехиометрические коэффициенты. Рассчитаем константу равновесия реакции (9.53):

Но в сталях [Fe] ~ 1, поэтому равновесная концентрация сво - ббдной закиси железа в металле равна

(9.55)

trqK'c - измененное значение Кс с учетом [Fe]» 1. Следовательно, концентрация свободной закиси железа уменьшается с повышением содержания раскислителя и уменьшением концентрации оксидов данного раскислителя в металле. Если допустить, что раскислите­лями, как правило, служат элементы, образующие не растворимые в металле оксиды, которые удаляются в виде шлака, то концентрацию

[РапOw] можно считать величиной постоянной. Тогда, исключая [Ра„От] из выражения (9.55), получаем:

TOC o "1-5" h z 8кТр . , _ _ч

= 1,13^в. (2.3)

Для средней квадратичной скорости получаем

f = J—= U 22ов. (2.4)

В случае максвелловской функции распределения (2.1) темпе­ратура Те характеризует среднюю кинетическую энергию теплово­го движения электрона г:

еЛкТе=-(2.5)

Поскольку температура и средняя кинетическая энергия тепло­вого движения частиц столь тесно взаимосвязаны, в физике плаз­мы принято выражать температуру в единицах энергии, например

в электронвольтах. Температура Тэ&, выраженная в электронволь - тах, связана с соответствующей температурой Г, выраженной в

кельвинах, соотношением Тэв = —. Рассчитаем, какая темпера-

е

тура Т (в кельвинах) соответствует температуре ТэВ = 1 эВ:

Т = ТТэВ=-6-2Л-°й -1-11600К.

к 1,38-10"23 Отметим, что средняя кинетическая энергия частицы є равна | ГэВ, а не ТэВ.

Часто пользуются понятием температуры плазмы и в тех слу­чаях, когда функция распределения частиц (сорта а) отличается от

максвелловской, понимая под температурой Та величину, опреде­ляемую соотношением (2.5).

Плазму газового разряда часто называют низкотемпературной.

4 5

Ее температура обычно не превышает 10 ...10 К, а концентрация

8 15 —3

заряженных частиц пе ~ и; ~ 10 ...10 см, причем такая плазма 44
практически всегда слабоионизована, так как концентрация ней-

TOC o "1-5" h z 1П12 1П17 -3 0

тральных частиц па ~ 10 ...10 см. В плазме сильноточного

4 5

дугового разряда Г~ 10 ...10 К, а концентрация заряженных час - .л18 1Л20 -3

тиц пе~ п; ~ 10 ... 10 см при практически полной ионизации.