Физические, химические, механические, технологические, эксплуатационные, свойства металлов (перечислить).

По основным физическим признакам выделяют три класса сварных соединений, в зависимости от используемой формы энергии: термический класс – используется тепловая энергия, термомеханический класс – тепловая энергия и давление, механический класс – механическая энергия и давление.

К термическому классу относят следующие виды сварки: электродуговая, газопламенная, плазменная, лазерная, электронно-лучевая, электрошлаковая. Самый первый в истории вид сварки металлов – кузнечный, относится к термомеханическому классу, также к этому классу относят: контактную, диффузионную, сварку высокочастотными токами и сварку трением. Механический класс включает сварку взрывом, ультразвуковую и холодную сварки. Самым широко распространенным способом сварки металлов является электродуговая сварка. Ручная дуговая сварка удобна при выполнении коротких и криволинейных швов, например, при изготовлении закладных деталей, и при работе в трудно доступных местах, например, при изготовлении металлоконструкций на заказ и их монтаже. Автоматическую сварку под флюсом применяют в серийном и массовом производствах при необходимости устройства длинных прямолинейных или кольцевых швов, например, при изготовлении подкрановых балок.

Другим распространенным способом является газовая сварка. При газовой сварке металлические заготовки нагреваются более плавно, чем при дуговой, что и определяет основные области ее применения: при сварке легкоплавких металлов и сплавов, требующих постепенного нагрева и охлаждения, а также тонкостенных металлов толщиной до 3х мм, например, при сварке трубы стальной для водопровода.

. Магнитотвёрдые материалы: магнитная характеристика, марки, свойства, применение

. К магнитотвердым материалам относятся магнитные материалы с широкой петлей гистерезиса и большой коэрцитивной силой Н_с.

Основными характеристиками магнитотвердых материалов являются коэрцитивная сила Н_с, остаточная индукция В_с, максимальная удельная магнитная энергия, отдаваемая во внешнее пространство w_мах.

Магнитная проницаемость m магнитотвердых материалов значительно меньше, чем у магнитомягких. Чем «тверже» магнитный материал, т.е. чем выше его коэрцитивная сила Н_с, тем меньше его магнитная проницаемость.

Влияние температуры на величину остаточной магнитной индукции B_r, которая соответствует максимальному значению магнитной индукции B_max, оценивается температурным коэффициентом остаточной магнитной индукции (К-1)

где (Br)1 и (Br)2 –значения остаточной индукции материала при температурах Т1 и Т2 соответственно.

Максимальная удельная магнитная энергия w_мах является важнейшим параметром при оценке качества магнитотвердых материалов.

Максимальная удельная магнитная энергия, Дж/м2:

Постоянный магнит при замкнутом магнитопроводе практически не отдает энергию во внешнее пространство, так как почти все магнитные силовые линии замыкаются внутри сердечника, и магнитное поле вне сердечника отсутствует. Для использования магнитной энергии постоянных магнитов в замкнутом магнитопроводе создают воздушный зазор определенных размеров и конфигурации, магнитное поле в котором используют для технических целей.

Магнитный поток постоянного магнита с течением времени уменьшается. Это явление называется старением магнита. Старение может быть обратимым и необратимым.

В случае обратимого старения при воздействии на постоянный магнит ударов, толчков, резких колебаний температуры, внешних постоянных полей происходит снижение его остаточной магнитной индукции B_r на 1…3%; при повторном намагничивании свойства таких магнитов восстанавливаются.

Если со временем в постоянном магните произошли структурные изменения, то повторное намагничивание не устраняет необратимого старения.

По назначению магнитотвердые материалы подразделяются на материалы для постоянных магнитов и материалы для записи и хранения информации (звуковой, цифровой, видеоинформации и др.).

По составу и способу получения магнитотвердые материалы подразделяют на налитые, порошковые и прочие. Прочие магнитотвердые материалы. К этой группе относятся материалы, которые имеют узкоспециальное применение: пластически деформируемые сплавы, эластичные магниты, материалы для магнитных носителей информации, жидкие магниты.

Пластически деформируемые магниты обладают хорошими пластическими свойствами; хорошо поддаются всем видам механической обработки (хорошо штампуются, режутся ножницами, обрабатываются на металлорежущих станках); имеют высокую стоимость.

Кунифе – медь–никель–железо (Cu-Ni-Fe) обладают анизотропностью (намагничиваются в направлении прокатки).

Применяются в виде проволоки и штамповок.

Викаллой – кобальт–ванадий (Co-V) получают в виде высокопрочной магнитной ленты и проволоки. Из него изготавливают также очень мелкие магниты сложной конфигурации.

Эластичные магниты представляют собой магниты на резиновой основе с наполнителем из мелкого порошка магнитотвердого материала. В качестве магнитотвердого материала чаще всего используют феррит бария. Они позволяют получить изделия любой формы, которую допускает технология изготовления деталей из резины; имеют высокую технологичность (легко режутся ножницами, штампуются, сгибаются, скручиваются) и невысокую стоимость.

«Магнитную резину» применяют в качестве листов магнитной памяти ЭВМ, для отклоняющих систем в телевидении, корректирующих систем.

Магнитные носители информации при перемещении создают в устройстве считывания информации переменное магнитное поле, которое изменяется во времени также, как записываемый сигнал.

Магнитные материалы для носителей информации должны отвечать следующим требованиям:

высокая остаточная магнитная индукция B_r для повышения уровня считываемого сигнала;

для уменьшения эффекта саморазмагничивания, приводящего к потере записанной информации, значение коэрцитивной силы Н_с должно быть как можно более высоким;

для облегчения процесса стирания записи желательна малая величина коэрцитивной силы Н_с, что противоречит предыдущему требованию;

большие значения коэффициента выпуклости К_вып =(ВН)_мах/B_rH_c, что удовлетворяет требований высокой остаточной магнитной индукции B_r и минимальной чувствительности к саморазмагничиванию;

высокая температурная и временная стабильность магнитных свойств.

Материалы для магнитных носителей информации представляют собой металлические ленты и проволоку из магнитотвердых материалов, сплошные металлические, биметаллические и пластмассовые ленты и магнитные порошки, которые наносятся на ленты, металлические диски и барабаны, магнитную резину и др.

Сплошные металлические ленты и проволоку из викаллоя используют в основном в специальных целях и при работе в широком диапазоне температур. Проволока из нержавеющей стали толщиной 0,1 мкм обладает коэрцитивной силой Н_с=32 кА/м, остаточной индукцией B_r= 0,7Т и усилием разрыва 15Н.

Основными недостатками данного типа материалов является трудность монтажа записи, быстрый износ записывающих и воспроизводящих устройств и высокая стоимость.

Свойства лент, дисков и барабанов с покрытием магнитными порошками зависят:

от свойств исходных материалов (остаточная намагниченность порошка Br должна быть возможно более высокой);

степени измельчения частиц (размеры колеблются от долей микрометра до единиц микрометров);

объемной плотности магнитного материала в рабочем слое;

ориентации частиц с анизотропией формы;

толщины рабочего слоя порошка (он должен быть максимально тонким);

свойств металлической ленты (она должна быть гладкой и гибкой для обеспечения максимального магнитного контакта между магнитными материалами ленты и устройства считывания).

Несмотря на то, что ленты на пласмассовой основе обеспечивают меньший сигнал по сравнению с лентами на металлической основе, они находят более широкое распространение. В качестке основы для таких лент используют ацетилцеллюлозную или лавсановую ленту толщиной 20…50 мкм, которую изготавливают гибкой и гладкой, так как шероховатость может быть причиной шумов при записи и воспроизведении сигнала.

В качестве магнитных порошков используют оксиды железа Fe2O3 и Fe3O4, магнитотвердые ферриты, железоникельалюминиевые сплавы, которые являются доступными и дешовыми материалами.

Жидкие магниты предсавляют собой жидкость, наполненную мельчайшими частицими магнитотвердого материала. Жидкие магниты на кремний органической основе не расслаиваются даже под воздействием сильных магнитных полей, сохраняют работоспособность в диапазене температур от –70 до +150°С.

Билет 21

. Физические процессы происходящие в сварочной дуге. Статическая вольтамперная характеристика дуги. От чего зависит напряжение на дуге?

Сварочной дугой называется мощный устойчивый электрический разряд в газовой среде, образованной между электродами, либо между электродами и изделием. Сварочная дуга характеризуется выделением большого количества тепловой энергии и сильным световым эффектом. Она является концентрированным источником тепла и применяется для расплавления основного и присадочного материалов.

В зависимости от того, в какой среде происходит дуговой разряд, различают:

открытую дугу, горящую в воздухе, где составом газовой среды зоны дуги является воздух с примесью паров свариваемого металла, материала электродов и электродных покрытий;

закрытую дугу, горящую под флюсом, где составом газовой среды зоны дуги являются пары основного металла, проволоки и защитного флюса; дугу, горящую в среде защитных газов

(в состав газовой среды зоны дуги входят атмосфера защитного газа, пары проволоки и основного металла). Сварочная дуга классифицируется по роду применяемого тока (постоянный, переменный, трехфазный) и по длительности горения (стационарная, импульсная). При применении постоянного тока различают дугу прямой

и обратной полярности. При прямой полярности отрицательный полюс силовой цепи — катод — находится на электроде, а положительный полюс—анод —на основном металле. При обратной полярности плюс на электроде, а минус на изделии.

В зависимости от типа применяемого электрода дуга может возбуждаться между плавящимся (металлическим) и неплавящимся (угольным, вольфрамовым и др.) электродами. По принципу работы дуги бывают прямого, косвенного и комбинированного действия (рис. 14).Прямой дугой называют дуговой разряд, происходящий между электродом и изделием.Косвенная дуга представляет собой дуговой разряд между двумя электродами (атомно-водородная сварка).Комбинированная дуга — это сочетание дуги прямого и косвенного действия. Примером комбинированной дуги служит трехфазная дуга, у которой две дуги электрически связывают электроды с изделием, а третья горит между двумя электродами, изолированными друг от друга.

Возбуждение дуги производят двумя способами: касанием,либо чирканьем, сущность которых показана на рис. 15.

В сварочной дуге дуговой промежуток разделяется на три основные области: анодную, катодную и столб дуги. В процессе горения дуги на электроде и основном металле имеются активные пятна,представляющие собой более нагретые участки электрода и основного металла, через которые проходит весь гокдуги. Активное пятно,находящееся на катоде,называется катодным, а пятно, находящееся на аноде, —анодным. Общая длина сварочной дуги (рис. 16) равна сумме длин всех трех областей:

Температура в столбе сварочной дуги колеблется от 5000 до 12 000° К и зависит от состава газовой среды дуги, материала, диаметра электрода и плотности тока. Температуру приближенно можно определить по формуле, предложенной, академиком АН УССР К. К. Хреновым:

где Тсх—температура столба дуги, °К;

Uэф—эффективный потенциал ионизации.

Статическая вольт-амперная характеристика сварочной дуги. Зависимость напряжения в сварочной дуге от ее длины и величины сварочного тока, называемую вольт- амперной характеристикой сварочной дуги, можно описать уравнением

где а—сумма падений напряжения на катоде и аноде (a=UK+Ua): b—удельное падение напряжения в газовом столбе, отнесенное к 1мм длины дуги (величина b зависит от газового состава столба дуги);

LД—длина дуги,мм.

При малых и сверхвысоких величинах тока Uд, зависит от величины сварочного тока.

Статическая вольт-амперная характеристика сварочной дуги показана на рис. 17. В области 1 увеличение тока до 80а приводит к резкому падению напряжения дуги, которое обусловливается тем, что при маломощных дугах увеличение тока вызывает увеличение площади сечения столба дуги, а также его электропроводности. Форма статической характеристики сварочной дуги на этом участке падающая. Сварочная дуга, имеющая падающую вольт-амперную характеристику, имеет малую устойчивость. В области II (80—800а) напряжение" дуги почти не изменяется, что объясняется увеличением сечения столба дуги и активных пятен пропорционально изменению величины сварочного тока, поэтому плотность тока и падение напряжения во всех участках дугового разряда сохраняются постоянными. В этом случае статическая характеристика сварочной дуги жесткая. Такая дуга широко применяется в сварочной технике. При увеличении сварочного тока более 800а (область III) напряжение дуги снова возрастает. Это объясняется увеличением плотности тока без роста катодного пятна, так как поверхность электрода уже оказывается недостаточной для размещения катодного пятна с нормальной плотностью токa. Дуга с возрастающей характеристикой широко применяется при сварке под флюсом и в защитных газах.

Процессы, происходящие в момент возбуждения сварочной дуги. При коротком замыкании происходит соприкосновение торца электрода с изделием. Поскольку торец электрода имеет неровную поверхность, контакт происходит не по всей плоскости торца электрода

(рис.18). В точках контакта плотность тока достигает весьма больших величин и под действием выделившегося тепла в этих точках металл мгновенно расплавляется. В момент отвода электрода от изделия зона расплавленною металла — жидкий мостик растягивается, сечение уменьшается, а температура металла увеличивается. При отводе электрода от изделия жидкий мостик металла разрывается, происходит быстрое испарение («взрыв» Металла).В этот момент разрядный промежуток заполняется нагретыми ионизированными частицами паров металла,электродного покрытия и воздуха — возникает сварочная дуга. Процесс возникновения дуги длится всего доли секунды. Ионизация газов в дуговом промежутке в начальный момент возникает в результате термоэлектронной эмиссии с поверхности катода, вследствие нарушения структуры в результате резкого перегрева и расплавления металла и электродного покрытия.

Увеличение плотности электронного потока происходит также за счет окислов и образовавшихся поверхностных слоев расплавившихся флюсов или электродных покрытий, снижающих работу выхода электронов. В момент разрыва мостика жидкого металла потенциал резко падает, что способствует образованию автоэлектронной эмиссии. Падение потенциала позволяет увеличивать плотность тока эмиссии, накапливать электронам кинетическую энергию.для неупругих столкновений с атомами металла и переводить их в ионизированное состояние, увеличивая тем самым число электронов и, следовательно, проводимость дугового промежутка. В результате ток увеличивается, а напряжение падает. Это происходит до определенного предела, а затем начинается устойчивое состояние дугового разряда — горение дуги.