Механизм образования монолитных соединений твердых тел
На первый взгляд кажется, что образование монолитного соединения двух одинаковых монокристаллов с идеально гладкими и чистыми поверхностями возможно при любой температуре и без ввода внешней энергии. Для этого достаточно сблизить их поверхности на расстояние, соизмеримое с параметрами кристаллической решетки (порядка долей нанометра).
Тогда между сопряженными атомами возникнут связи, граница раздела А (рис. 1.1) исчезнет и произойдет сварка.
Такой процесс кажется вероятным и не противоречит второму началу термодинамики, так как сво - Рис. 1.1. Схема образования бодная энергия системы при этом соединения двух монокристал - должна уменьшиться на количество лов с идеально чистыми и энергии двух исчезнувших поверх - гладкими поверхностями: мо-
ностей раздела. В действительности Н0КРисталлы Д° (а) и после (б)
соединения
даже в идеальном случае для соединения поверхностей требуется затрата энергии. Дело в том, что любому устойчивому состоянию системы соответствует определенный минимум энергии атома. Каждый атом находится как бы в потенциальной яме и переход из одного устойчивого состояния в другое возможен только путем преодоления потенциального барьера (рис. 1.2).
|
^ИСТ» В |
Рис. 2.49. Внешние характеристики источника питания £/ист (я) и вольт-амперные характеристики дуги под флюсом UR {6)
Флюсовая защита позволяет значительно повысить по сравнению со сваркой открытой дугой сварочные токи /св (до 1000 А и более), а также^ мощность дуги и плотность тока усв на электродах (до 200 А/мм и выше).
Высокая плотность тока, избыточное давление, некоторое шунтирование дуги флюсом и присутствие во флюсе ионизирующих компонентов обеспечивают высокую устойчивость сварочного процесса. Практически отсутствует разбрызгивание металла, шов хорошо формируется.
Высокая плотность тока обусловливает возрастание вольт - амперной характеристики дуги, что позволяет применять источники
|
Рис. 2.50. Осциллограммы тока и напряжения в дуге (показаны схематически): а - при ручной дуговой сварке с короткими замыканиями; б - при сварке дугой под флюсом без коротких замыканий |
питания с жесткой или пологопадающей внешней характеристикой (рис. 2.49). Широко применяется подача электрода в дугу с постоянной скоростью, обеспечивающая саморегулирование процесса.
В отличие от ручной дуговой сварки (рис. 2.50) перенос металла в дуге под флюсом обычно мелкокапельный - без коротких замыканий и
|
иа. |
пиков тока /л
и напряжения Размер капель тем мельче, чем больше плотность тока. Существенную роль играет перенос электродного металла паром. Капли обычно пористые, их плотность равна
2.. .5 г/см3 вместо 7,8 г/см3 для стали.
|
Рис. 2.51. Зависимость температуры дуги под флюсом от фазы переменного тока |
Число мелких капель составляет 60...70 % общего числа капель. Температура дуги достигает 5000...7000 К. При сварке на переменном токе она колеблется в зависимости от изменения фазы |/ (рис. 2.51). Высокая устойчивость сварочного процесса позволяет в подавляющем большинстве случаев применять переменный ток, что связано с большей простотой и экономичностью сварочного оборудования. Различный теплоотвод с электрода и изделия обусловливает некоторую асимметрию тока в дуге под флюсом. Однако вентильный эффект сравнительно мал и, как правило, специальных устройств для его устранения не требуется. Сварка под флюсом отличается высоким КПД (рис. 2.52), ее легко автоматизировать, и поэтому она широко применяется в промышленности.
