Дайте определение и изложите сущность понятия физической и технологической свариваемости.

Материалы свариваются физически, если процесс образования соединения термодинамически выгоден, т.е. сопровождается уменьшением свободной энергии системы. Если энергия освобождается при уничтожении 2-х поверхностей будет достаточна для перестройки и искажения решеток в граничном слое, то соединение может произойти самопроизвольно без дополнительного внешнего воздействия. В противном случае к границе раздела нужно поднести некоторую энергию активации.

Технологическая свариваемость. Материалы свариваемы технологически, если при существующем технологическом положении можно получить соединение, отвечающее поставленным требованиям.

Физическая свариваемость не всегда совпадает с технологической по след. причинам:

1) воздействие внешней среды (О₂, СО₂);

2) малая пластичность одного или обоих материалов;

3) большие остаточные напряжения после сварки.

 

Изложите кинетику процесса сварки металлов и сплавов в твердой фазе.

Кинетика сварки - изменение во времени прочности соединения, т.е. изменение количества атомов, вступающих в химическое взаимодействие. Скорость образования химического соединения в основном зависит от скорости создания активных центров на сближаемых поверхностях. Активный центр - группа поверхностных атомов, имеющих повышенную энергию по сравнению с соседними поверхностными атомами.

Методы активации: а) нагрев; б) пластическая деформация; в) облучение.

Основной механизм создания активных центров при любом методе активации - это дислокационный механизм. Именно возникновение дислокаций на соединяемой поверхности ведет к возбуждению окружающих ее ионов, т.е. созданию активного центра. При сварке в твердой фазе наибольшее практическое значение имеет пластическая деформация. Образование химических связей, начавшееся в активном центре как ”цепная реакция”, поддерживаемое высвобождающимся избытком поверхностной энергии, распространяется по соединяемым поверхностям. Там, где освобождающейся энергии недостаточно из-за удаленности соединяемых поверхностей, процесс приостанавливается. Необходимо дальнейшее сближение поверхностей и создание новых активных центров, что и происходит, если скорость деформирования достаточно велика. Таким образом, кинетика процесса сварки в твердой фазе определяется скоростью деформации. Кроме того, процесс деформирования может сопровождаться дополнительным нагревом, что обеспечивает дополнительную термическую активацию ионов соединяемых поверхностей.

 

Приведите типовой баланс энергии процесса сварки. Напишите выражения эффективного, термического и термодинамического (полного) КПД.

 

Оценка процессов передачи и термодинамического преобразования энергии ведется на основе обобщенной схемы баланса энергии (абсолютной или удельной, приходящейся на единицу площади соединения).

ε _уст - энергия, получаемая сварочной установкой от сети;

ε _вх - энергия на входе источника

(преобразователя энергии);

П₁ - потери энергии в источнике

(преобразователе энергии);

ε _вых(ε_св) - энергия, передаваемая источником инструменту;

П₂ - потери при передаче энергии изделию;

ε _и - энергия, введенная в изделие;

ε _ст - энергия, аккумулированная в стыке;

ε _вспом - энергия вспомогательных операций (вакуум,...);

П₃ - потери энергии на теплопроводность;

П₄ - потери уноса (с испарившимся или выплавленным материалом), характерны для резки и лучевых видов сварки.

ε _ст =ε _уст - ε_вс - П₁ - П₂ - П₃ - П₄

КПД сварочных процессов.

Каждая ступень передачи энергии от источника к изделию имеет свой коэффициент полезного действия

Эффективный КПД

;

термический КПД

;

термодинамический или КПД плавления

.