Основы металлургических процессов при сварке плавлением. Газовая фаза в зоне сварки

Физико-химические процессы (диссоциация газов, их растворение в жидком металле, химические реакции в газовой среде и при взаимодействии с металлом) оказывают большое влияние на процесс сварки и качество сварного соединения.

Диссоциация газов происходит при высоких температурах с поглощением тепла

2Н ↔ Н₂ + 432,5 кДж/моль

2О ↔ О2 + 492 кДж/моль

2N ↔ N + 709 кДж/моль – молекула наиболее прочная

Константа равновесия процесса диссоциации при постоянном давлении Р например для водорода Н:

Кр = Р²Н /РН₂

Для оценки диссоциации используют понятие степень диссоциации α – отношение диссоциировавших молекул к их первоначальному числу, которую определяют по уравнению Нернста:

LgKPH₂=22570/Т – 1,504*lgT – 0,767

Задаваясь Т при Р=const определяем Кр,а затем и степень диссоциации α.

Важность диссоциации при сварке:

1) газы в атомарном состоянии более химически активны и мало взаимодействуют с расплавленным металлом капель и сварочной ванны;

2) диссоциация газов в области высоких температур дуги с поглощением тепла идет одновременно с обратным процессом вблизи сварочной ванны с выделением тепла. Т.е. существует перенос тепла.

Растворение газов в расплавленном металле

Растворение газов в расплавленном металле происходит в каплях и в сварочной ванне, но менее интенсивно:

1) температура ванны ниже температуры капель;

2) отношение поверхности реакции к объему много меньше чем у капель.

Количество растворяющегося газа:

[C]r = a*e^-E/KT,

где а, К – const;

Е – теплота растворения;

Т – абсолютная температура.

Растворимость растет с ростом Т, но при Т_кип равна 0.

Стадии растворения:

1.адсорбция атомов газа поверхностью металла.

2.образование растворов и химических соединений в поверхностном слое – хемосорбция.

3.диффузия продуктов хемосорбции вглубь жидкого металла.

Адсорбция и хемосорбция идут мгновенно.