Глава 2. Взаимодействие металла с азотом

Если эти молекулы растворились по механизму «электрического» внедрения, то при условии вероятности их внедрения, равной единице, интенсивность потока ионов азота должна рассчитываться по формуле

V = — -1,3п4.'!°" »1.018-10" ион/с. (2.57) м2 тк 0,13

Но так как энергия, которую ионы азота могут приобрести после прохождения катодной области дугового разряда, не может превышать порядка 4-Ю-18 Дж, то на основании экспериментальных данных, полученных в работах [81, 87, 88], вероятность «электрического* внедрения ионов азота можно оценить величиной порядка ЮЛ.ЛО"4. С учетом этого интенсивность потока ионов азота на каплю для обеспечения в ней массовой доли азота 0,044 % должна составлять

/. - 1,018-102\.Л034 ион/с.(2.58)

Поверхность взаимодействия капли можно оценить из соотношения

5-^.(2.59)

где р — плотность металла капли.

Как и в работе [42], плотность металла капли р * 7000 кг/м5; исходя из этого 5 * 3,6-10"9 м2.

По рассчитанным значениям интенсивности потока ионов азота и поверхности взаимодействия капли можно оценить плотность тока ионов азота на поверхности капли—катода, которая необходима, чтобы массовая доля азота в металле была 0,044 % за счет механизма «электрического» внедрения в течение 0ДЗ с. Учитывая, что однозарядный ион переносит 1,бЮ~19Кл электричества, получаем, что поток ионов / = 3,4-1023.1024 ион/с на по-верхность 3,6-10~9 м2 будет создавать плотность тока на капле:

/ , 1,018-10» Ю2- „453.ЦП |0,2 А/М2 (2б0) м* 6,25 10,8-3,6 10 9/V /

Значения рассчитанных таким же образом / для других

режимов сварки приведены в табл. 2.5. Из этих расчетов видно, что в среднем плотность тока ионов азота должна превышать на 2.3 порядка значения плотностей тока, обычно достигаемых при дуговой сварке плавящимся электродом.

Таблица 2.5. Значения расчетной плотности тока ионов массовой доли азота при раз-ных ражимах и показателях

Проведенные исследования позволяют сделать такие выводы.

Установлено, что при дозах облучения до 10м ион/м2 в диапазоне энергий 1,6-10"18.1,6-10"1й Дж между количеством внедрившихся ионов Не* на единицу площади и дозой облучения насыщение не достигается.

Эффективность внедрения ионов Не* в интервале энергий ],6-10'1б.З,2-10~|6Дж практически не зависит от энергии ионов и составляет равно приблизительно 0,65. Уменьшение энергии ионов ниже 1,6-Ю"'6 Дж снижает эффективность внедрения, а увеличение температуры стальной мишени — эффективность внедрения ионов гелия.

Для обеспечения в каплях катода массовой доли азота в среднем 0,030 % за счет механизма «электрического» поглощения ионов азота при сварке на прямой полярности проволокой Св-08А необходимо обеспечить плотность тока ионов азота на капле приблизительно 10й. Ю12 А/м2. Это обычно превышает достигаемые плотность тока в дуговом разряде на 2.3 порядка. Повышенное содержание азота в каплях электродного металла при прямой полярности («-» на электроде) связано с наличием высокоактивных форм азота в дуге, в частности атомарного азота, приводящим к резкому увеличению скорости растворения азота в металле, а также с неравновесными условиями кристаллизации.