89. Влияние остаточных напряжений на сварной шов.

Если конструкции изготовлены из достаточно пластического материала (малоуглеродистые и низколегированные стали) т.е. материал сохраняет способность к местным пластическим деформациям от внешней нагрузки, остаточные напряжения после сварки не оказывают существенного влияния на прочность. Если под влиянием факторов низких температур резких концентраций напряжений возникает условие способствующее хрупкому разрушению, то действие остаточных напряжений оказывает отрицательное влияние. Релаксация остаточных напряжений в естественных условиях в течении весьма продолжительного времени практически не происходит. При любых вариантах нагружения остаточных напряжений оказываются вредными, когда конструкция работает в агрессивной среде или в условиях глубокого холода. Возможные дефекты сварки в виде трещин не проваров пор неметаллических включений является очагом концентрации напряжений и основой причин выхода конструкции из строя. Опасность дефекта сварного соединения по мимо степени пораженности им наплавленного металла зависит от свойств металла и условий эксплуатационной конструкции. Если сварка производится качественным сварочным материалом обеспечивающее высокое сопротивление металла шва распространению трещин небольшие дефекты (единичные) не оказывают вредного влияния на свойства соединения.

В настоящее время применяется ряд технологий способных повышению эксплуатационной прочности сварных конструкций путем обработки швов и зоны термического влияния. К числу таких приемов относится создание на участках шва с пониженной пластичностью смягченного поверхностного слоя, т.к. хрупкие материалы начинают разрушаться с поверхности, а повышение пластичности поверхностного слоя препятствует началу образования и развитию трещин и увел. влияние концентрации напряжения.

Если стали подвергают термически обработанные легированные стали в околошовной зоне образуется участок со структурою отпуска обладающей пониженными свойствами. Восстановить эти свойства металла на этом участке можно только термической обработкой.

90. Технологические методы повышения прочности сварных швов.

Для образования сварного соединения необходимо выполнять условия:

1. Удаление со свариваемых поверхностей загрязнений, оксидов и абсорбированных инородных атомов;

2. Энергетическая активация поверхностных атомов облегчающая их взаимодействие друг с другом (нагрев);

3. Сближение свариваемых поверхностей на расстояние сопоставимое с межатомным расстоянием свариваемых поверхностей.

Свариваемые условия реализуются различными способами сварки путем энергетического воздействия на материал в зоне сварки . Энергия вводится в виде теплоты, упруго-пластической деформации электронного, электромагнитного и др. способами воздействия.

91. Свойства алюминия. Маркировка алюминия.

По цвету чистый алюминий напоминает серебро, это очень легкий металл: его плотность всего 2,7 г/см3. Легче алюминия только щелочные и щелочноземельные металлы (кроме бария), бериллий и магний. Плавится алюминий тоже легко - при 600° С (тонкую алюминиевую проволоку можно расплавить на обычной кухонной конфорке), зато кипит лишь при 2452° С. По электропроводности алюминий - на 4-м месте, уступая лишь серебру (оно на первом месте), меди и золоту, что при дешевизне алюминия имеет огромное практическое значение. В таком же порядке изменяется и теплопроводность металлов. В высокой теплопроводности алюминия легко убедиться, опустив алюминиевую ложечку в горячий чай. И еще одно замечательное свойство у этого металла: его ровная блестящая поверхность прекрасно отражает свет: от 80 до 93% в видимой области спектра в зависимости от длины волны. В ультрафиолетовой области алюминию в этом отношении вообще нет равных, и лишь в красной области он немного уступает серебру (в ультрафиолете серебро имеет очень низкую отражательную способность).

Чистый алюминий - довольно мягкий металл - почти втрое мягче меди, поэтому даже сравнительно толстые алюминиевые пластинки и стержни легко согнуть, но когда алюминий образует сплавы (их известно огромное множество), его твердость может возрасти в десятки раз.

Характерная степень окисления алюминия +3, но благодаря наличию незаполненных 3р- и 3d-орбиталей атомы алюминия могут образовывать дополнительные донорно-акцепторные связи. Поэтому ион Al3+ с небольшим радиусом весьма склонен к комплексообразованию, образуя разнообразные катионные и анионные комплексы: AlCl4-, AlF63-, [Al(H2O)6]3+, Al(OH)4-, Al(OH)63-, AlH4- и многие другие. Известны комплексы и с органическими соединениями.

Химическая активность алюминия весьма высока; в ряду электродных потенциалов он стоит сразу за магнием. На первый взгляд такое утверждение может показаться странным: ведь алюминиевая кастрюля или ложка вполне устойчивы на воздухе, не разрушаются и в кипящей воде. Алюминий, в отличие от железа, не ржавеет. Оказывается, на воздухе металл покрывается бесцветной тонкой, но прочной "броней" из оксида, которая защищает металл от окисления. Так, если внести в пламя горелки толстую алюминиевую проволоку или пластинку толщиной 0,5-1 мм, то металл плавится, но алюминий не течет, так как остается в мешочке из его оксида. Если лишить алюминий защитной пленки или сделать ее рыхлой (например, погружением в раствор ртутных солей), алюминий тут же проявит свою истинную сущность: уже при комнатной температуре начнет энергично реагировать с водой с выделением водорода:

2Al + 6H2O ® 2Al(OH)3 + 3H2

На воздухе лишенный защитной пленки алюминий прямо на глазах превращается в рыхлый порошок оксида:

2Al + 3O2 ® 2Al2O3

Особенно активен алюминий в мелкораздробленном состоянии; алюминиевая пыль при вдувании в пламя моментально сгорает. Если смешать на керамической пластинке алюминиевую пыль с пероксидом натрия и капнуть на смесь водой, алюминий также вспыхивает и сгорает белым пламенем.

Очень высокое сродство алюминия к кислороду позволяет ему "отнимать" кислород от оксидов ряда других металлов, восстанавливая их (метод алюминотермии). Самый известный пример - термитная смесь, при горении которой выделяется так много тепла, что полученное железо расплавляется:

8Al + 3Fe3O4 ® 4Al2O3 + 9Fe

Эта реакция была открыта в 1856 Н.Н.Бекетовым. Таким способом можно восстановить до металлов Fe2O3, CoO, NiO, MoO3, V2O5, SnO2, CuO, ряд других оксидов. При восстановлении же алюминием Cr2O3, Nb2O5, Ta2O5, SiO2, TiO2, ZrO2, B2O3 теплоты реакции недостаточно для нагрева продуктов реакции выше их температуры плавления.

Алюминий легко растворяется в разбавленных минеральных кислотах с образованием солей. Концентрированная азотная кислота, окисляя поверхность алюминия, способствует утолщению и упрочнению оксидной пленки (так называемая пассивация металла). Обработанный таким образом алюминий не реагирует даже с соляной кислотой. С помощью электрохимического анодного окисления (анодирования) на поверхности алюминия можно создать толстую пленку, которую нетрудно окрасить в разные цвета.

Вытеснение алюминием из растворов солей менее активных металлов часто затруднено защитной пленкой на поверхности алюминия. Эта пленка быстро разрушается хлоридом меди, поэтому легко идет реакция

3CuCl2 + 2Al ® 2AlCl3 + 3Cu,

которая сопровождается сильным разогревом. В крепких растворах щелочей алюминий легко растворяется с выделением водорода:

2Al + 6NaOH + 6Н2О ® 2Na3[Al(OH)6] + 3H2

(образуются и другие анионные гидроксо-комплексы). Амфотерный характер соединений алюминия проявляется также в легком растворении в щелочах его свежеосажденного оксида и гидроксида. Кристаллический оксид (корунд) весьма устойчив к действию кислот и щелочей. При сплавлении со щелочами образуются безводные алюминаты:

Al2O3 + 2NaOH ® 2NaAlO2 + H2O

Алюминат магния Mg(AlO2)2 - полудрагоценный камень шпинель, обычно окрашенный примесями в самые разнообразные цвета.

Бурно протекает реакция алюминия с галогенами. Если в пробирку с 1 мл брома внести тонкую алюминиевую проволоку, то через короткое время алюминий загорается и горит ярким пламенем. Реакция смеси порошков алюминия и иода инициируется каплей воды (вода с иодом образует кислоту, которая разрушает оксидную пленку), после чего появляется яркое пламя с клубами фиолетовых паров иода. Галогениды алюминия в водных растворах имеют кислую реакцию из-за гидролиза:

AlCl3 + H2O® Al(OH)Cl2 + HCl

Реакция алюминия с азотом идет только выше 800° С с образованием нитрида AlN, с серой - при 200° С (образуется сульфид Al2S3), с фосфором - при 500° С (образуется фосфид AlP). При внесении в расплавленный алюминий бора образуются бориды состава AlB2 и AlB12 - тугоплавкие соединения, устойчивые к действию кислот. Гидрид (AlH)х (х = 1,2) образуется только в вакууме при низких температурах в реакции атомарного водорода с парами алюминия. Устойчивый в отсутствие влаги при комнатной температуре гидрид AlH3 получают в растворе безводного эфира:

AlCl3 + LiH ® AlH3 + 3LiCl

При избытке LiH образуется солеобразный алюмогидрид лития LiAlH4 - очень сильный восстановитель, применяющийся в органических синтезах. Водой он мгновенно разлагается:

LiAlH4 + 4H2O ® LiOH + Al(OH)3 + 4H2

В кратком обозначении на первом месте ставится Аl - основной металл, потом следует символ основного легирующего элемента с числом, соответствующим его среднему содержанию в сплаве, например АlМn, АlМg3, AlМg4.5Мn, АlZnМgСu1.5.

Чистый алюминий обозначается символом алюминия и цифрой содержания его в %, например Аl99.5 - алюминий, содержащий 99,5% Аl.

В обозначение первичного алюминия вводится буква Н, например Аl99.5Н - первичный алюминий чистотой 99,5 %.Алюминий повышенной чистоты обозначается буквой R, например Аl99.99R - алюминий повышенной чистоты в чушках, поставляемый металлургическим заводом, минимальной чистоты 99,99 %; Аl99,98R - алюминий повышенной чистоты в виде полуфабриката минимальной чистоты 99,98 %.

Для сплавов повышенная чистота основного металла алюминия отмечается обозначением степени чистоты, например Аl99.9Мg1; для алюминия повышенной чистоты вместо степени чистоты пишется только значок R, например АlRМg1.

При обозначении деформируемых полуфабрикатов часто перед маркой сплава через дефис ставится буква, указывающая на область применения: Е - проводниковый материал для электротехники; S - сварочный материал; L - припой, Sd - электродная проволока. У алюминия для проводников обозначение степени чистоты опускается(не указывается) (E-Аl) соответственно для сплавов Е-АlМgSi0.5; S-AlМg5; L-AlSi12.