ТЕОРИЯ сварочных процессов

Влияние кислорода на свойства стали

Кислород растворяется во многих металлах, в том числе и в железе. Изучение особенностей растворения кислорода в железе позволяет сделать выводы относительно взаимодействия кислоро­да со сталью, основой которой является железо. Железо с кислоро­дом образует три оксида в результате следующих реакций:

2Fe + О2 2FeO (закись, содержащую 22,7 % 02);

6FeO + О2 2Fe304 (закись-окись, содержащую 27,64 % О2);

4Fe304 + О2 бРегОз (окись, содержащую 30,06 % О2).

Из этих трех оксидов только закись железа FeO растворима в железе и поэтому наиболее сильно влияет на его свойства в соста­ве свариваемого металла. Остальные оксиды в железе не раство­ряются, могут в нем присутствовать только в виде отдельных включений и легко разлагаются при высоких температурах.

Установлено, что при температуре плавления железа предель­ная растворимость кислорода в железе составляет сотые доли про­цента (0,16 %), а при комнатной температуре - тысячные доли процента. Твердый раствор О2 в Fe называют оксиферритом.

На рис. 9.8 приведена левая часть диаграммы состояния «желе­зо - кислород». При температуре 845 К закись FeO, находящаяся в железе вне твердого раствора, разлагается с образованием закиси - окиси:

4FeO -► Fe304 + Fe. (9.16)

Таким образом, при комнатной температуре кислород находит­ся в железе как в твердом растворе Fea (в оксиферрите), так и в виде включений Рез04.

В начале третьего тысячелетия сварка продолжает оставаться одним из ведущих технологических процессов создания материальной основы современной цивилизации. Более половины валового национального продукта промышленно развитых стран создается с помощью сварки и родственных технологий. До 2/3 мирового потребления стального прока­та идет на производство сварных конструкций и сооружений. Во многих случаях сварка является наиболее эффективным или единственно воз­можным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и получения ресурсосберегающих заготовок, максимально приближенных по геометрии к оптимальной форме готовой детали или конструкции.

Сварке подвергаются практически любые металлы и неметаллы (пластмассы, керамика, стекло и др.). Разработка новых технологических процессов, сварочных материалов и процессов термической обработки сварных соединений требует основательной теоретической подготовки в области сварочных процессов. В связи с этим в Стандарте учебной про­граммы по специальности 150202 «Оборудование и технология свароч­ного производства» дисциплина «Теория сварочных процессов» является базовой при подготовке инженеров-механиков. Она охватывает широкий круг процессов, происходящих при сварке материалов и определяющих в конечном итоге качество и работоспособность сварных соединений.

Учебник написан коллективом авторов - сотрудников кафедры «Тех­нологии сварки и диагностики» МГТУ им. Н. Э. Баумана и включает в себя четыре раздела:

I. «Источники энергии для сварки» (д-р техн. наук, проф. В. М. Не­ровный);

II. «Тепловые процессы при сварке» (д-р техн. наук, проф. А. В. Ко­новалов);

III. «Физико-химические и металлургические процессы при сварке» (д-р техн. наук, проф. Б. Ф. Якушин);

IV. «Термодеформационные процессы и превращения в металлах при сварке» (д-р техн. наук, проф. А. С. Куркин, д-р техн. наук, проф.

Э. Л. Макаров, д-р техн. наук, проф. А. В. Коновалов).

При описании процессов, сопутствующих образованию сварных со­единений, используется широкий круг вопросов из различных фундамен­тальных дисциплин. Поэтому при подготовке учебника авторы придер­живались учебного плана по данной специальности, согласно которому

Скачки потенциала в катодной и анодной областях обусловле­ны скоплениями пространственного заряда и повышенным сопро­тивлением этих областей по сравнению со столбом дуги.

Неравномерным оказывается и распределение температуры по длине столба дуги. Высокие значения температуры в столбе дуги (плазменном канале) снижаются до существенно меньших значе­ний на поверхности электродов. Все это приводит к тому, что

условия в приэлектродных областях заметно отличаются от условий в плаз­менном канале (шнуре), и, следова­тельно, при изучении процессов в дуге следует выделить три зоны: катодную 1, анодную 2 и столб дуги 3 (рис. 2.4).

В газовом промежутке между двумя электродами заряженные частицы мо­гут возникнуть во всех трех зонах, но главным образом они появляются в ре­зультате процессов эмиссии на катоде и объемной ионизации в столбе дуги. В связи с ограниченностью эмиссии элек­тронов столб дуги (как и любой про­водник) вдали от катода сохраняет по отношению к нему положительный потенциал, поэтому часто его называют положительным столбом. В то же время не следует за­бывать, что плазма столба обычно квазинейтральна.