Как нам известно из закона Ома, ток на участке цепи находится в следующей зависимости: I=U/R. Закон был выведен в результате серии экспериментов немецким физиком Георгом Омом в XIX веке. Он заметил закономерность: сила тока на каком-либо участке цепи прямо зависит от напряжения, которое к этому участку приложено, и обратно – от его сопротивления.
Позже было установлено, что сопротивление участка зависит от его геометрических характеристик следующим образом: R=ρl/S,
где l- длина проводника, S – площадь его поперечного сечения, а ρ – некий коэффициент пропорциональности.
Таким образом, сопротивление определяется геометрией проводника, а также таким параметром, как удельное сопротивление (далее – у. с.) – так назвали этот коэффициент. Если взять два проводника с одинаковым сечением и длиной и поставить их в цепь по очереди, то, измеряя силу тока и сопротивление, можно увидеть, что в двух случаях эти показатели будут разными. Таким образом, удельное электрическое сопротивление – это характеристика материала, из которого сделан проводник, а если быть еще более точным, то вещества.
Удельное сопротивление нержавеющей стали таблица
Представлены таблицы значений удельного электрического сопротивления сталей различных типов и марок в зависимости от температуры — в диапазоне от 0 до 1350°С.
В общем случае, удельное сопротивление определяется только составом вещества и его температурой, оно численно равно полному сопротивлению изотропного проводника, имеющего длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м 2 .
Удельное электрическое сопротивление стали существенно зависит от состава и температуры. При повышении температуры этого металла увеличивается частота и амплитуда колебаний атомов кристаллической решетки, что создает дополнительное сопротивление прохождению электрического тока через толщу сплава. Поэтому, с ростом температуры сопротивление стали увеличивается.
Изменение состава стали и процента содержания в ней легирующих добавок значительно сказывается на величине электросопротивления. Например, углеродистые и низколегированные стали в несколько раз лучше проводят электрический ток, чем высоколегированные и жаропрочные, которые имеют высокое содержание никеля и хрома.
Углеродистые стали
Углеродистые стали при комнатной температуре, как уже было сказано, имеют низкое удельное электросопротивление за счет высокого содержания железа. При 20°С значение их удельного сопротивления находится в диапазоне от 13·10 -8 (для стали 08КП) до 20·10 -8 Ом·м (для У12).
При нагревании до температур более 1000°С способность углеродистых сталей проводить электрический ток сильно снижается. Величина сопротивления возрастает на порядок и может достигать значения 130·10 -8 Ом·м.
Удельное электрическое сопротивление углеродистых сталей ρэ·10 8 , Ом·мТемпература, °ССталь 08КПСталь 08Сталь 20Сталь 40Сталь У8Сталь У12
Низколегированные стали
Низколегированные стали способны чуть более сильно сопротивляться прохождению электричества, чем углеродистые. Их удельное электросопротивление составляет (20…43)·10 -8 Ом·м при комнатной температуре.
Следует отметить марки стали этого типа, которые наиболее плохо проводят электрический ток — это 18Х2Н4ВА и 50С2Г. Однако при высоких температурах, способность проводить электрический ток у сталей, приведенных в таблице, практически не различается.
AISI 304
Международный стандартАмериканский ASTM A240 Европейский ЕN 10088-2 Российский ГОСТ 5632-72
| Обозначение марки | AISI 304 | 1.4301 | 08Х18Н10 |
| 12Х18Н9 |
AMS 5513 ASTM A 240
ASTM A 666
Классификация
сталь коррозионно-стойкая жаропрочная
Применение
- Предметы домашнего обихода
- Раковины
- Каркасы для металлоконструкций в строительной промышленности
- Кухонная утварь и оборудование для общепита
- Молочное оборудование, пивоварение
- Сварные конструкции
- Резервуары судовые и наземные танкеры для продовольствия, напитков и некоторых химических веществ
Обычно производители стали разделяют марку на три основных класса (сорта) по способности к волочению:
- AISI 304 — Основной сорт
- AISI 304 DDQ (Normal and deep drawing) — Сорт глубокой вытяжки
- AISI 304 DDS (Extra deep drawing) — Сорт особо глубокой вытяжки
Основные характеристики
- хорошее общее сопротивление коррозии
- хорошая пластичность
- превосходная свариваемость
Химический состав (% к массе)
стандарт марка C Si Mn P S Cr Ni
| ASTM A240 | AISI 304 | ≤0.080 | ≤0.75 | ≤2.0 | ≤0.045 | ≤0.030 | 18.00 — 20.00 | 8.00 — 10.50 |
Механические свойства
AISI 304 Сопротивление на разрыв (σв), Н/мм² Предел текучести(σ0,2), Н/мм² Предел текучести(σ1,0), Н/мм² Относительное удлинение (σ), % Твердость по Бринеллю (HB) Твердость по Роквеллу (HRB)
| В соответствии с EN 10088-2 | ≥520 | ≥210 | ≥250 | ≥45 | — | — |
| В соответствии с ASTM A 240 | ≥515 | ≥205 | — | ≥40 | 202 | 85 |
Механические свойства при высоких температурах
Все эти значения относятся к только AISI 304
.
Физические свойства
Физические свойства Условные обозначения Единица измерения Температура Значение
| Плотность | d | — | 4°C | 7.93 |
| Температура плавления | °C | 1450 | ||
| Удельная теплоемкость | c | J/kg. K | 20°C | 500 |
| Тепловое расширение | k | W/m.K | 20°C | 15 |
| Средний коэффициент теплового расширения | α | 10-6.K-1 | 0-100°C 0-200°C | 17.5 18 |
| Электрическое удельное сопротивление | ρ | Ωmm2/m | 20°C | 0. 80 |
| Магнитная проницаемость | μ | в 0.80 kA/m DC или в/ч AC | 20°C μ μ разряж.возд. | 1.02 |
| Модуль упругости | E | MPa x 103 | 20°C | 200 |
Сопротивление коррозии
304-е стали имеют хорошее сопротивление к общим коррозийным средам, но не рекомендованы там, где есть риск межкристаллитной коррозии. Они хорошо приспособлены для эксплуатации в пресной воде и городской и сельской среде. Во всех случаях необходима регулярная очистка внешних поверхностей для сохранения их первоначального состояния.
304-е стали имеют хорошее сопротивление различным кислотам:
- фосфорной кислоте во всех концентрациях при температуре окружающей среды,
- азотной кислоте до 65 % при температуре 20°C — 50°C,
- муравьиной и молочной кислоте при комнатной температуре,
- уксусной кислоте при температуре 20°C — 50°C.
Их рекомендуют для производства оборудования, контактирующего с холодными или горячими пищевыми продуктами: вино, пиво, молоко (кисломолочные продукты), спирт, натуральные плодовые соки, сиропы, патока, и т.д.
Кислотные среды
Температура, °C 20 80
| Концентрация, % к массе | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Серная кислота | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Азотная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Фосфорная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Муравьиная кислота | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 2 | 2 | 1 | 0 |
Код: 0 = высокая степень защиты — Скорость коррозии менее чем 100мкм/год 1 = частичная защита — Скорость коррозии от 100 до 1000мкм/год
2 = нет защиты — Скорость коррозии более чем 1000мкм/год
Атмосферные воздействия
Сравнение 304-й
марки с другими металлами в различных окружающих средах (Скорость коррозии расчитана при 10-летнем воздействии).
Окружающая среда Скорость коррозии (мкм/год)AISI 304 Алюминий-3S Углеродистая сталь
| Сельская | 0.0025 | 0.025 | 5.8 |
| Морская | 0.0076 | 0.432 | 34.0 |
| Индустриальная Морская | 0.0076 | 0.686 | 46.2 |
Удельное электрическое сопротивление стали при различных температурах
Представлены таблицы значений удельного электрического сопротивления сталей различных типов и марок в зависимости от температуры — в диапазоне от 0 до 1350°С.
В общем случае, удельное сопротивление определяется только составом вещества и его температурой, оно численно равно полному сопротивлению изотропного проводника, имеющего длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м2.
Удельное электрическое сопротивление стали существенно зависит от состава и температуры. При повышении температуры этого металла увеличивается частота и амплитуда колебаний атомов кристаллической решетки, что создает дополнительное сопротивление прохождению электрического тока через толщу сплава. Поэтому, с ростом температуры сопротивление стали увеличивается.
Изменение состава стали и процента содержания в ней легирующих добавок значительно сказывается на величине электросопротивления. Например, углеродистые и низколегированные стали в несколько раз лучше проводят электрический ток, чем высоколегированные и жаропрочные, которые имеют высокое содержание никеля и хрома.
Высоколегированные стали
Высоколегированные стали имеют удельное электрическое сопротивление в несколько раз выше чем углеродистые и низколегированные. По данным таблицы видно, что при температуре 20°С его величина составляет (30…86)·10-8 Ом·м.
При температуре 1300°С сопротивление высоко- и низко- легированных сталей становится почти одинаковым и не превышает 131·10-8 Ом·м.
| 12 | 13,2 | 15,9 | 16 | 17 | 18,4 | |
| 20 | 13 | 14,2 | 16,9 | 17,1 | 18 | 19,6 |
| 50 | 14,7 | 15,9 | 18,7 | 18,9 | 19,8 | 21,6 |
| 100 | 17,8 | 19 | 21,9 | 22,1 | 23,2 | 25,2 |
| 150 | 21,3 | 22,4 | 25,4 | 25,7 | 26,8 | 29 |
| 200 | 25,2 | 26,3 | 29,2 | 29,6 | 30,8 | 33,3 |
| 250 | 29,5 | 30,5 | 33,4 | 33,9 | 35,1 | 37,9 |
| 300 | 34,1 | 35,2 | 38,1 | 38,7 | 39,8 | 43 |
| 350 | 39,3 | 40,2 | 43,2 | 43,8 | 45 | 48,3 |
| 400 | 44,8 | 45,8 | 48,7 | 49,3 | 50,5 | 54 |
| 450 | 50,9 | 51,8 | 54,6 | 55,3 | 56,5 | 60 |
| 500 | 57,5 | 58,4 | 60,1 | 61,9 | 62,8 | 66,5 |
| 550 | 64,8 | 65,7 | 68,2 | 68,9 | 69,9 | 73,4 |
| 600 | 72,5 | 73,4 | 75,8 | 76,6 | 77,2 | 80,2 |
| 650 | 80,7 | 81,6 | 83,7 | 84,4 | 85,2 | 87,8 |
| 700 | 89,8 | 90,5 | 92,5 | 93,2 | 93,5 | 96,4 |
| 750 | 100,3 | 101,1 | 105 | 107,9 | 110,5 | 113 |
| 800 | 107,3 | 108,1 | 109,4 | 111,1 | 112,9 | 115 |
| 850 | 110,4 | 111,1 | 111,8 | 113,1 | 114,8 | 117,6 |
| 900 | 112,4 | 113 | 113,6 | 114,9 | 116,4 | 119,6 |
| 950 | 114,2 | 114,8 | 115,2 | 116,6 | 117,8 | 121,2 |
| 1000 | 116 | 116,5 | 116,7 | 117,9 | 119,1 | 122,6 |
| 1050 | 117,5 | 117,9 | 118,1 | 119,3 | 120,4 | 123,8 |
| 1100 | 118,9 | 119,3 | 119,4 | 120,7 | 121,4 | 124,9 |
| 1150 | 120,3 | 120,7 | 120,7 | 122 | 122,3 | 126 |
| 1200 | 121,7 | 122 | 121,9 | 123 | 123,1 | 127,1 |
| 1250 | 123 | 123,3 | 122,9 | 124 | 123,8 | 128,2 |
| 1300 | 124,1 | 124,4 | 123,9 | — | 124,6 | 128,7 |
| 1350 | 125,2 | 125,3 | 125,1 | — | 125 | 129,5 |
Удельное электрическое сопротивление высоколегированных сталей ρэ·108, Ом·мМарка стали2010030050070090011001300
| Г13 | 68,3 | 75,6 | 93,1 | 95,2 | 114,7 | 123,8 | 127 | 130,8 |
| Г20Х12Ф | 72,3 | 79,2 | 91,2 | 101,5 | 109,2 | — | — | — |
| Г21Х15Т | — | 82,4 | 95,6 | 104,5 | 112 | 119,2 | — | — |
| Х13Н13К10 | — | 90 | 100,8 | 109,6 | 115,4 | 119,6 | — | — |
| Х19Н10К47 | — | 90,5 | 98,6 | 105,2 | 110,8 | — | — | — |
| Р18 | 41,9 | 47,2 | 62,7 | 81,5 | 103,7 | 117,3 | 123,6 | 128,1 |
| ЭХ12 | 31 | 36 | 53 | 75 | 97 | 119 | — | — |
| 40Х10С2М (ЭИ107) | 86 | 91 | 101 | 112 | 122 | — | — | — |
Хромистые нержавеющие стали
Хромистые нержавеющие стали имеют высокую концентрацию атомов хрома, что увеличивает их удельное сопротивление — электропроводность такой нержавеющей стали не высока. При обычных температурах ее сопротивление составляет (50…60)·10-8 Ом·м.
Удельное электрическое сопротивление хромистых нержавеющих сталей ρэ·108, Ом·мМарка стали2010030050070090011001300
| Х13 | 50,6 | 58,4 | 76,9 | 93,8 | 110,3 | 115 | 119 | 125,3 |
| 2Х13 | 58,8 | 65,3 | 80 | 95,2 | 110,2 | — | — | — |
| 3Х13 | 52,2 | 59,5 | 76,9 | 93,5 | 109,9 | 114,6 | 120,9 | 125 |
| 4Х13 | 59,1 | 64,6 | 78,8 | 94 | 108 | — | — | — |
Хромоникелевые аустенитные стали
Хромоникелевые аустенитные стали также являются нержавеющими, но за счет добавки никеля имеют удельное сопротивление почти в полтора раза выше, чем у хромистых — оно достигает величины (70…90)·10-8 Ом·м.
Удельное электрическое сопротивление хромоникелевых нержавеющих сталей ρэ·108, Ом·мМарка стали201003005007009001100
| 12Х18Н9 | — | 74,3 | 89,1 | 100,1 | 109,4 | 114 | — |
| 12Х18Н9Т | 72,3 | 79,2 | 91,2 | 101,5 | 109,2 | — | — |
| 17Х18Н9 | 72 | 73,5 | 92,5 | 103 | 111,5 | 118,5 | — |
| Х18Н11Б | — | 84,6 | 97,6 | 107,8 | 115 | — | — |
| Х18Н9В | 71 | 77,6 | 91,6 | 102,6 | 111,1 | 117,1 | 122 |
| 4Х14НВ2М (ЭИ69) | 81,5 | 87,5 | 100 | 110 | 117,5 | — | — |
| 1Х14Н14В2М (ЭИ257) | — | 82,4 | 95,6 | 104,5 | 112 | 119,2 | — |
| 1х14Н18М3Т | — | 89 | 100 | 107,5 | 115 | — | — |
| 36Х18Н25С2 (ЭЯ3С) | — | 98,5 | 105,5 | 110 | 117,5 | — | — |
| Х13Н25М2В2 | — | 103 | 112,1 | 118,1 | 121 | — | — |
| Х7Н25 (ЭИ25) | — | — | 109 | 115 | 121 | 127 | — |
| Х2Н35 (ЭИ36) | 87,5 | 92,5 | 103 | 110 | 116 | 120,5 | — |
| Н28 | 84,2 | 89,1 | 99,6 | 107,7 | 114,2 | 118,4 | 122,5 |
Жаропрочные и жаростойкие стали
По своим электропроводящим свойствам жаропрочные и жаростойкие стали близки к хромоникелевым. Высокое содержание в этих сплавах хрома и никеля не позволяет им проводить электрический ток, подобно обычным углеродистым с высокой концентрацией железа.
Значительное удельное электросопротивление и высокая рабочая температура таких сталей делают возможным их применение в качестве рабочих элементов электрических нагревателей. В частности, сталь 20Х23Н18 по своему сопротивлению и жаростойкости в некоторых случаях способна заменить такой популярный сплав для нагревателей, как нихром Х20Н80.
Удельное электрическое сопротивление жаропрочных и жаростойких сталей ρэ·108, Ом·мТемпература, °С15Х25Т (ЭИ439)15Х28 (ЭИ349)40Х9С2 (ЭСХ8)Х25С3Н (ЭИ261)20Х23Н18 (ЭИ 417)Х20Н35
| 0 | — | — | — | — | — | 106 |
| 20 | — | — | 75 | 80 | — | — |
| 100 | — | — | — | — | 97 | — |
| 200 | — | — | — | — | 98 | 113 |
| 400 | 102 | — | — | — | 105 | 120 |
| 600 | 113 | — | — | — | 115 | 124 |
| 800 | — | 122 | — | — | 121 | 128 |
| 900 | — | — | — | — | 123 | — |
| 1000 | — | 127 | — | — | — | 132 |
Источники:
Удельное сопротивление меди
Сравнительно небольшое удельное сопротивление меди – важный, но не единственный положительный фактор.
Широкое применение этого материала объясняется разумной стоимостью, устойчивостью к неблагоприятным внешним воздействиям.
Из него несложно создавать качественные изделия необходимой формы, которые без дополнительной защиты сохраняют функциональность при длительной эксплуатации в сложных условиях.
Из меди создают разные виды кабельной продукции
Медь – основной материал для проводников
Квалифицированный выбор подходящего материала сопровождается комплексной оценкой нескольких факторов. Медный проводник не повреждается коррозией, потому что на поверхности образуется защитный слой из окислов.
Структурная целостность сохраняется при малом радиусе поворота, после многократных изгибов. Отмеченные параметры пригодятся для оснащения помещений с повышенной влажностью и прокладки линий сложной конфигурации.
Тем не менее, главным преимуществом является малое сопротивление проводов из меди. Кроме улучшения токопроводимости с одновременным снижением потерь при передаче энергии, следует отметить уменьшение веса и размеров кабельной продукции, по сравнению с альтернативными вариантами.
Удельное сопротивление чистых металлов при низких температурах
Расчет падения напряжения в кабеле
Колебательные процессы в молекулярной решетке препятствуют свободному перемещению электронов. Этим объясняется увеличение сопротивления по мере роста температуры.
Линейная зависимость наблюдается от небольшой положительной температуры, вплоть до точки начала плавления. Соответствующий фазовый переход сопровождается резким увеличением электрического сопротивления.
Разумеется, подобный режим после разрушения не является рабочим.
Удельное сопротивление натрия
Теоретические показатели «а» подтверждаются результатами эксперимента «б». Если структуру чистого металла исказить примесями (загрязнениями, компонентами сплавов), произойдет беспорядочное распределение носителей электрического заряда. Это, в свою очередь, увеличит потери в цепи (сопротивление).
Таблица сопротивления металлов
Чтобы убедиться в преимуществах меди, надо сделать соответствующий сравнительный анализ. Ниже приведены значения сопротивлений металлов в сводной таблице.
Что такое электрическое сопротивление
Основные электрические параметры проводников, созданных из разных материалов
МатериалУдельное сопротивление в Омах на метр, замеренное при комнатной температуре (+20°C)Удельная электропроводность при аналогичных условиях, в сименсах на метр
| Медь | 1,68х10-3 | 5,96х107 |
| Серебро | 1,59х10-3 | 6,3х107 |
| Золото | 2,44х10-3 | 4,1х107 |
| Алюминий | 2,82х10-3 | 3,5х107 |
| Вольфрам | 5,6х10-3 | 1,79х107 |
| Железо | 1х10-7 | 1х107 |
| Платина | 1,06х10-7 | 9,43х106 |
| Литий | 9,28х10-8 | 1,08х107 |
Важно! Малого сопротивления проводника из железа недостаточно для широкого применения соответствующих изделий на практике. Активное окисление провоцирует быстрое разрушение.
Таблица удельных сопротивлений проводников
В некоторых ситуациях с расходами не считаются. Военную и космическую технику создают с применением проводников из драгоценных металлов. Такие решения помогают уменьшить сечение и вес, повысить стойкость к радиационным и другим особым воздействиям.
Для изготовления серийных изделий бытового и промышленного назначения применяют более доступные по цене материалы.
Данные для расчета электрических параметров проводников с учетом изменения температуры
МатериалУдельное сопротивление (в Ом на мм кв./ м), замеренное при комнатной температуре (+0°C)Поправочный температурный коэффициент (ПК)
| Медь | 0,0176 | 0,004 |
| Алюминий | 0,0278 | 0,0045 |
| Сталь | 0,13 | 0,0063 |
| Никелин | 0,43-0,45 | 0,0072 |
| Латунь | 0,04 | 0,002 |
| Нихром | 0,98 | 0,0003 |
| Вольфрам | 0,0612 | 0,00047 |
Применение нержавеющей стальной проволоки помогает увеличить прочность при одновременной оптимизации себестоимости. Для улучшения антикоррозийных свойств применяют специальные добавки. Они повышают сопротивление проводника из стали почти в 10 раз, по сравнению с медным аналогом.
В любом случае особое значение имеют конкретные условия в процессе использования, а также назначение изделий. Никель, например, проявляет ферромагнитные свойства при чрезвычайно низких температурах ниже порогового значения «точки Кюри» (-358 0°C). Кремний, который применяют для изготовления микросхем и транзисторов, обладает особыми параметрами полупроводника.
Сравнение проводимости меди и алюминия
Первый вывод можно сделать после изучения табличных данных. Сопротивление алюминия примерно на 80% выше, по сравнению с медью. В такой же пропорции хуже проводимость. Но для корректного анализа необходимо изучить дополнительно следующие факты:
- алюминий легче, но для получения аналогичных электрических параметров понадобится увеличить поперечное сечение (толщину проводника);
- медные изделия (многожильные кабели) не повреждаются неоднократным сгибанием;
- удельное сопротивление алюминия изменяется больше при повышении/ снижении температуры;
- пленка из окислов на его поверхности образуется быстрее, поэтому для надежности (долговечности) современную проводку делают из меди.
Медный и алюминиевый кабель соединяют через стальной переходник, чтобы предотвратить электрохимическую коррозию
Применение электропроводности материалов
Наличие отмеченных свойств используют не только в инженерных энергетических сетях. Хорошая электропроводность позволяет передавать на большие расстояния информационные сигналы без искажений.
Сохранение высокой амплитуды уменьшает требования к усилительным трактам, снижает общую себестоимость систем.
Минимизация потерь пригодится в электролизных установках, при создании контактных групп и обмоток двигателей.
Важно! Во всех перечисленных примерах, кроме общего повышения эффективности, можно рассчитывать на предотвращение перегрева.
Расчет сопротивления
Для коррекции температурных изменений в последнем столбце второй таблицы приведены отдельные множители по каждой позиции. Расчет выполняют по формуле RT=Rn*(1+ПК*Т), где приведенные символы означают:
- RТ – электрическое сопротивление в Омах при определенной температуре;
- Rn – сопротивление проводника при нулевой температуре;
- ПК – поправочный коэффициент;
- Т – эксплуатационная температура в градусах Цельсия.
Понятие электрического сопротивления
Этим термином называют свойство создавать препятствия прохождению в цепи электрического тока. Связь между физическими величинами описывается классической формулой R=U/I (обозначения сопротивления, напряжения и силы тока, соответственно). Движение электронов совершается под воздействием электромагнитного поля, разницы потенциалов.
Повышает сопротивление металлов любое искажение кристаллической структуры молекулярной решетки. Данная причина объясняет сильную зависимость параметра от чистоты материала и температуры. Так, стандарты для трубной продукции допускают применение различных сплавов.
Электротехническую медь (марка М006) создают с контролируемым количеством посторонних примесей не более 0,1%.
Квалифицированное применение этого материала предваряется оценкой всех значимых факторов. Кроме себестоимости, уточняют:
- особенности механической и других видов обработки;
- стабильность электрических параметров в определенных условиях эксплуатации;
- стойкость к внешним воздействиям, долговечность.
В некоторых ситуациях значительные начальные инвестиции оправданы продленным сроком службы, надежностью.
Какие марки электродов применяют при сварке нержавейки?
Сварка стали нержавеющего типа представляет собой достаточно трудоёмкий процесс, который связан с особенностями структуры материала. Электроды по нержавейке позволяют получать надёжные, прочные, однородные сварные швы. Предназначены соединения нержавеющих конструкций, механизмов.
Упаковка электродов для сварки нержавейки
Свойства нержавейки
Нержавейка имеет низкий коэффициент проводимости тепла. Поэтому во время сварных работ требуется прогрев локальной области для формирования равномерного шва. Чтобы добиться требуемых технических характеристик, нужно на сварочном аппарате устанавливать токи большой величины.
Чтобы не допустить перегрева или окалин, требуется при стыковке деталей делать увеличенный зазор, чем в случае сваривания стальных заготовок. Шов воспринимает значительные деформационные нагрузки в процессе остывания, за счёт чего основные конструктивные элементы сохраняют геометрию.
Электрод для сварки со специально подобранным составом под конкретные сплавы позволяет избегать перегрева основного стержня. То есть сопротивление металлов примерно совпадает, за счёт чего процесс перегрева отсутствует.
Методы сварки
Технологии, в которых допустимо применение сварочных электродов для конструкций из нержавеющей стали:
- импульсно-дуговая для приваривания конструктивных элементов толщиной менее 0,1 мм, требуется применение электродов для сварки с определённым составом покрытия;
- короткодуговая для приваривания конструкций, толщина которых составляет менее 3 мм;
- плазменная – универсальный метод позволяющий сваривать нержавейку любых составов;
- струйная дуговая – используется для соединения крупных деталей с подводом плавящейся проволоки.
Сварщик самостоятельно должен подбирать электроды в зависимости от толщины соединяемых заготовок, их состава, а также особенности эксплуатации сварных конструкций.
Рекомендации по сварке:
- если перегревать металл выше +500°С, то растёт вероятность появления кристаллизационных трещин;
- при прогреве нержавейки в диапазоне +350°С — +500°С наступает охрупчивание детали, что может привести к потере прочностных свойств;
- получение качественного сварного шва гарантировано при прогреве заготовки до +1200°С с последующим охлаждением в течение 180 минут;
- длительный прогрев нержавеющей стали не рекомендуется, так как она частично теряет свои свойства;
- при послойной наварке необходимо каждый предыдущий слой доводить до +100°С;
- для схватывания двух конструкционных элементов нужно уменьшить зазор между ними.
Сварка в большинстве случаев проводится в защитной газовой атмосфере. При выборе состава покрытия электрода требуется учёт его толщины, прочности, свойств.
При формировании шва не нужно резко перемещать электрод вдоль поверхности. Обычно в результате неправильных действий могут возникать внутри него деформации, трещины или другие дефекты, а также формироваться окислы.
Важно придерживаться следующих правил:
- недопустимо проникновение в сварную ванну вольфрама или соединений на его основе, для этого дуга зажигается отдельно;
- шов следует защитить струёй аргона.
Важность применения специализированных электродов
Использовать электроды для нержавейки важно по следующим причинам:
- при повышенных температурах теряются антикоррозионные свойства, а состав обмазки позволяет их сохранить;
- в результате малого коэффициента расширения могут возникать внутренние напряжения или деформации внутри швов либо в соединяемых конструкциях;
- из-за низкой теплопроводности сложно равномерно прогревать металл.
От правильности выбора температурного режима полностью зависит, насколько сварной шов будет соответствовать необходимым техническим характеристикам. При прогреве сталь деформируется и велика вероятность появления межкристаллической коррозии. Специальные составы покрытий позволяют предотвратить такие негативные последствия.
Маркировка и типы электродов
Наиболее распространённые электроды по свариванию нержавейки имеют следующие маркировки:
Остальные марки электродов для сварки деталей из нержавейки менее популярны по причине узости применения, высокой стоимости или технических параметров.
Маркированные электроды для сварки нержавейки
ЦЛ-11
ЦЛ-11 – электроды для сварки хромоникелевой нержавейки при +450°С. Преимущества сварных швов:
- несклонность к кристаллизационным коррозионным процессам;
- однородность наплавляемого слоя;
- в процессе сваривания не образуются брызги расплавленного металла.
ОЗЛ-6
ОЗЛ-6 – электроды, применяемые для сварки нержавеющей стали, которую предполагается эксплуатировать в условиях повышенных температур до +1000°С. Преимущества идентичны ЦЛ-11.
НЖ-13
НЖ-13 – марка электродов по свариванию нержавейки, применяемой в пищевой промышленности, сплавов на основе никеля, хрома, молибдена. Используются для формирования швов, которые предполагается эксплуатировать при температуре окружающей среды до +350°С.
Другие марки
Существуют также и другие маркировки электродов по нержавейке, которые также позволяют получать надёжные швы:
- ЗИО-8 используются для соединения жаростойких нержавеющих сталей. Выпускаются со стандартной по составу обмазкой, позволяющей проводить работы на постоянном или переменном токе.
- НИИ-48Г имеют универсальное применение, можно сваривать стали низколегированного класса. Расположение относительно поверхности допускается любое удобное.
- ОЛЗ-17У применяют для сталей, которые предполагается эксплуатировать в химически активных средах.
- ЭА для сваривания конструкционных элементов из стальных сплавов высоколегированных марок. Рекомендуется применять при короткодуговой сварке.
- ОК 63.30 – электроды для сварки нержавейки любой марки.
Для сохранения коррозионностойких свойств нужно использовать способ холодной сварки. Он позволяет предотвратить образование карбидов на основе хрома или железа.
Поддержите канал, просто читайте наши статьи, а мы будем размещать для Вас полезную информацию о металлах! Так же заходите на наш сайт, там Вы найдете множество информации о металлах, сплава и их обработке.
Проводимость нержавеющей стали
Классическая теория электропроводности металлов зародилась в начале ХХ века. ЕЕ основоположником стал немецкий физик Карл Рикке.
Он опытным путем установил, что прохождение заряда через металл не сопряжено с переносом атомов проводника, в отличие от жидких электролитов.
Однако это открытие не объяснило, что именно является носителем электрических импульсов в структуре металла.
Ответить на это вопрос позволили опыты ученых Стюарта и Толмена, проведенные в 1916 году.
Им удалось установить, что за перенос электричества в металлах отвечают мельчайшие заряженные частицы — электроны.
Это открытие легло в основу классической электронной теории электропроводности металлов. С этого момента началась новая эпоха исследований металлических проводников.
Благодаря полученным результатам мы сегодня имеем возможность пользоваться бытовыми приборами, производственным оборудованием, станками и многими другими устройствами.
Как отличается электропроводность разных металлов?
Электронная теория электропроводности металлов получила развитие в исследованиях Паулю Друде.
Он сумел открыть такое свойство как сопротивление, которое наблюдается при прохождении электрического тока через проводник.
В дальнейшем это позволит классифицировать разные вещества по уровню проводимости. Из полученных результатов легко понять, какой металл подойдет для изготовления того или иного кабеля.
Это очень важный момент, так как неправильно подобранный материал может стать причиной возгорания в результате перегрева от прохождения тока избыточного напряжения.
Наибольшей электропроводностью обладает металл серебро. При температуре +20 градусов по Цельсию она составляет 63,3*104 сантиметров-1.
Но изготавливать проводку из серебра очень дорого, так как это довольно редкий металл, который используется в основном для производства ювелирных и декоративных украшений или инвестиционных монет.
Металл, обладающий самой высокой электропроводностью среди всех элементов неблагородной группы — медь.
Ее показатель составляет 57*104 сантиметров-1 при температуре +20 градусов по Цельсию.
Медь является одним из наиболее распространенных проводников, которые используются в бытовых и производственных целях.
Она хорошо выдерживает постоянные электрические нагрузки, отличается долговечностью и надежностью. Высокая температура плавления позволяет без проблем работать долгое время в нагретом состоянии.
По распространенности с медью может конкурировать только алюминий, который занимает четвертое место по электропроводности после золота.
Он используется в сетях с невысоким напряжением, так как имеет почти вдвое меньшую температуру плавления, чем медь, и не способен выдерживать предельные нагрузки.
С дальнейшим распределением мест можно ознакомиться, взглянув на таблицу электропроводности металлов.
Стоит отметить, что любой сплав обладает гораздо меньшей проводимостью, чем чистое вещество.
Это связано со слиянием структурной сетки и как следствие нарушением нормального функционирования электронов.
Все приведенные показатели являются удельной электропроводностью металлов, которая рассчитывается как отношение между плотностью тока и величиной электрического поля в проводнике.
Классическая теория электропроводности металлов
Основные положения теории электропроводности металлов содержат шесть пунктов.
Первый: высокий уровень электропроводности связан с наличием большого числа свободных электронов.
Второй: электрический ток возникает путем внешнего воздействия на металл, при котором электроны из беспорядочного движения переходят в упорядоченное.
Третий: сила тока, проходящего через металлический проводник, рассчитывается по закону Ома.
Четвертый: различное число элементарных частиц в кристаллической решетке приводит к неодинаковому сопротивлению металлов.
Пятый: электрический ток в цепи возникает мгновенно после начала воздействия на электроны. Шестой: с увеличением внутренней температуры металла растет и уровень его сопротивления.
Природа электропроводности металлов объясняется вторым пунктом положений.
В спокойном состоянии все свободные электроны хаотическим образом вращаются вокруг ядра.
В этот момент металл не способен самостоятельно воспроизводить электрические заряды.
Но стоит лишь подключить внешний источник воздействия, как электроны мгновенно выстраиваются в структурированной последовательности и становятся носителями электрического тока. С повышением температуры электропроводность металлов снижается.
Это связано с тем, что слабеют молекулярные связи в кристаллической решетке, элементарные частицы начинают вращаться в еще более хаотичном порядке, поэтому построение электронов в цепь усложняется.
Поэтому необходимо принимать меры по недопущению перегрева проводников, так как это негативно сказывается на их эксплуатационных свойствах. Механизм электропроводности металлов невозможно изменить ввиду действующих законов физики.
Но можно нивелировать негативные внешние и внутренние воздействия, которые мешают нормальному протеканию процесса.
Металлы с высокой электопроводностью
Электропроводность щелочных металлов находится на высоком уровне, так как их электроны слабо привязаны к ядру и легко выстраиваются в нужной последовательности.
Но эта группа отличается невысокими температурами плавления и огромной химической активностью, что в большинстве случаев не позволяет использовать их для изготовления проводов.
Металлы с высокой электропроводностью в открытом виде очень опасны для человека.
Прикосновение к оголенному проводу приведет к получению электрического ожога и воздействию мощного разряда на все внутренние органы. Зачастую это влечет мгновенную смерть.
Поэтому для безопасности людей используются специальные изоляционные материалы.
В зависимости от сферы применения они могут быть твердыми, жидкими и газообразными.
Но все типы предназначены для одной функции — изоляции электрического тока внутри цепи, чтобы он не мог оказывать воздействие на внешний мир.
Электропроводность металлов используется практически во всех сферах современной жизни человека, поэтому обеспечение безопасности является первоочередной задачей.
| Температура изгтотовления различных конструкций из алюминиевых сплавов, как правило, не превышает 350 градусов. Это обусловлено свойствами алюминия — при длительной выдержке таких сплавов, как авиаль или… |
| В результате применения различных обработок свойства стали могут меняться. Благодаря полиморфмизму, который способствует изменению кристаллической решетки материала в процессе нагревания или охлаждения, получение необходимой струтуры стали становится… |
| Что касается обозначения нержавейки, то маркировка сталей такого типа выполянется в буквенно-цифровом варианте аналогично маркировке конструкционных легированных сталей. Нестандартные нержавеющие стали принято маркирвоать с использованием буквенных индексов заводов…… |
| Щелочноземельные металлы представлены рядом элементов, которые относятся ко II группе периодической системы Менделеева. Такое название вещества получили благоларя тому, что результатом их взаимодействия с водой является образование щелочной среды. Если рассматривать физические свойства… |
Совместимость металлов или как избежать гальванической коррозии?
Контактная коррозия происходит при непосредственном контакте двух разнородных металлов. Нельзя, к примеру, соединять алюминиевые листы медной заклепкой, так как при определенных условиях они образуют сильную гальваническую пару.
Разные металлы имеют разные электродные потенциалы. В присутствии электролита один из них играет роль катода, а другой анода. В результате химической реакции, протекающей между ними, начнется коррозионный процесс, в котором медь (катод) будет беспощадно разрушать алюминий (анод).
Почти все пары разнородных металлов, находящиеся в контакте между собой, подвержены коррозии, так как даже влага из воздуха может выступить в роли электролита и активировать их электродный потенциал. Но одни пары уязвимы в большей степени, а другие – в меньшей.
Например, алюминий отлично контактирует с оцинкованной сталью, хромом и цинком, а латунь совершенно не «дружит» со сталью, алюминием и цинком. Чтобы узнать, какие металлы совместимы, а какие нет, обратимся к основам химии.
В ряду электрохимической активности металлы стоят в следующей последовательности:
Для примера рассмотрим пару алюминий – медь. Алюминий стоит в ряду слева от водорода и имеет электроотрицательный потенциал равный -1.7В, а медь находится справа и имеет положительный потенциал +0.4В. Большая разница потенциалов приводит к разрушению более активного алюминия. Медь сильнее всех, впереди стоящих элементов, поэтому в паре с любым из них она выйдет победителем. Чем дальше друг от друга в ряду стоят элементы, тем выше их несовместимость и вероятность протекания гальванической коррозии.
Данные о совместимости некоторых металлов представлены в таблице:
Алюминий
| Медь | Оцинкованная сталь | Железо | Свинец | Нержавеющая сталь | Цинк | ||||
| Алюминий | Д | Н | Н | Н | Д | О | О | Д | Д |
| Медь | Н | О | О | Д | О | Н | О | Н | Н |
| Оцинкованная сталь | Д | О | О | О | Д | О | Д | О | Д |
| Свинец | О | О | О | О | Д | Д | Д | О | Д |
| Нержавеющая сталь | Д | Н | Н | Н | О | О | О | Д | Н |
| Цинк | Д | Н | Н | Н | Д | Н | Д | Н | Д |
Д
– абсолютно допустимые контакты (низкий риск ГК);
О
– ограничено допустимые контакты (средний риск ГК);
Н
– недопустимые контакты (высокий риск ГК).
Приведенная таблица может служить кратким справочником для определения совместимости некоторых конструкционных металлов. Допустимость и недопустимость контактов разнородных в электрохимическом отношении металлов устанавливает ГОСТ 9.005-72.
Проводимость меди и алюминия: удельная проводимость
Электрическая проводимость или электропроводность — это способность тела проводить электрический ток.
Это понятие крайне важно в электротехнике: металлы, хорошо проводящие ток, используются в проводах, плохие проводники или диэлектрики — для защиты людей от электричества.
Лучшим проводником является серебро, на втором месте стоит медь (она совсем немного уступает серебру), далее идут золото и алюминий.
Достоинства и недостатки медных проводов
Медь — это пластичный переходный металл. Имеет золотисто-розовый цвет, встречается в природе в виде самородков. Используется человеком с давних времен — в его честь была названа целая эпоха.
В таблице дано удельное электрическое сопротивление стали и других металлов
Сегодня медные провода часто используют в электронных устройствах. К их достоинствам относятся:
- Высокая электропроводность (металл занимает второе место по этому показателю, уступая только серебру). По сравнению с алюминием медь эффективнее в 1,7 раза: при равном сечении медный кабель пропускает больше тока.
- Сварку, пайку и лужение можно проводить без использования дополнительных материалов.
- Провода обладают хорошей эластичностью и гибкостью, их можно сворачивать и сгибать без особого вреда.
Медь лишь немного уступает серебру
Однако до недавнего времени медные провода проигрывали алюминиевым из-за нескольких недостатков:
- Высокая плотность: при разных размерах медный провод будет весить больше, чем алюминиевый;
- Цена: алюминий в несколько раз дешевле;
- Медь окисляется на открытом воздухе: впрочем, это не влияет на ее работу и легко устраняется.
Какое сопротивление меди и алюминия
Алюминий — это легкий металл, который легко поддается обработке и литью. Обладает высокой электропроводностью: он стоит на 4 месте после серебра, меди и золота.
Важно! Несмотря на ряд достоинств (невысокую стоимость, малый вес, простоту обработки и другие) в долгосрочной перспективе алюминиевые провода менее выгодны, чем медные.
В электротехнике значение имеют 2 термина:
- Электропроводность: отвечает за передачу тока от одной точки к другой. Чем выше проводимость металла, тем лучше он передает электричество. При +20 градусах проводимость меди составляет 59,5 миллионов сименс на метр (См/м), алюминия — 38 миллионов См/м. Проводимость медного кабеля практически не зависит от температуры.
- Электросопротивление: чем выше это понятие, тем хуже вещество будет пропускать ток. Удельное сопротивление меди составляет 0,01724-0,0180 мкОм/м, алюминия — 0,0262-0,0295.
Алюминиевые кабели востребованы не меньше медных
Иными словами, медь обладает более высокой проводимостью и меньшим сопротивлением, чем алюминий.
Какое удельное сопротивление стали
Сталь — это металлический сплав железа с углеродом и другими элементами. В ее состав входит не менее 45% железа, содержание углерода колеблется от 0,02% до 2,14%. В зависимости от точного состава сталь используется в строительстве, машиностроении и приборостроении, а также во многих областях, например, в транспорте, народном хозяйстве, при производстве бытовых приборов.
Стальные провода отличаются невысокой проводимостью
Проводимость стали составляет всего 7,7 миллионов См/м, удельное сопротивление — 0,13 мкОм/м, то есть оно довольно высоко. Сталь плохо проводит электричество и не применяется при производстве непосредственно кабелей.
Однако нередко можно встретить внешнюю оцинкованную стальную оплетку, которая защищает провода от механического растяжения.
Такая защита нужна, если кабель проходит под дорогой или на нестабильном грунте, если есть риск резко дернуть провод.
Также из стали делают ПНСВ — провод нагревательный со стальной жилой, имеющий изоляцию из винила. Его размещают внутри конструкции до заливания бетона и используют в дальнейшем для электрообогрева готового блока. Электричество кабель практически не проводит.
Из стали производят провод ПНСВ
Сравнение проводимости разных видов стали
Характеристики стали зависят от ее состава и температуры:
- Для углеродистых сплавов сопротивление довольно низкое: оно составляет 0,13-0,2 мкОм/м. Чем выше температура, тем больше значение;
- Низколегированные сплавы имеют более высокое сопротивление — 0,2-0,43 мкОм/м;
- Высоколегированные стали отличаются высоким сопротивлением — 0,3-0,86 мкОм/м;
- Благодаря высокому содержанию хрома сопротивление хромистых нержавеющих сплавов равняется 0,5-0,6 мкОм/м;
- Хромоникелевые аустенитные стали являются нержавеющими и благодаря никелю имеют высокую сопротивляемость — 0,7-0,9 мкОм/м.
Из стали часто делают оцинкованную оплетку
Медь стоит на втором месте по степени электропроводимости: она отлично пропускает электрический ток и повсеместно используется при изготовлении проводов. Не реже применяют и алюминий: он слабее меди, но дешевле и легче.
Что такое электропроводность?
История сплавов алюминия с медью начинается с опытов Х. Эрстеда в 1825 году, когда он хотел получить чистый Al методом электролиза. В действительности он получил некий состав, в который входили и другие элементы, участвующие в эксперименте.
Дальнейшие опыты по открытию чистого алюминия провёл Ф. Велер в 1827 году, когда получил 30 грамм порошка Al, а в 1845 году — расплавленные шарики. Однако метод получения был слишком трудоёмким и требовал усовершенствования.
В 1856 году А. Девиль разработал со своей исследовательской группой промышленный метод получения алюминия и открыл первое его массовое производство. В 1886 году П. Эру и Ч. Холл открыли электролитический способ, который оказался дешевле и эффективнее химического.
С 1888 по 1895 в Нейгаузене (Швейцария) открываются предприятия по массовому производству Al.
В 1906 году А. Вильм на собственном предприятии начинает разрабатывать высокопрочные алюминиево-медные сплавы. Путем опытов он получил образец, который обладал свойством самоупрочнения. Его производство было продолжено в 1911 году в Германии.
Массовые исследования сплавов пришлись на период с 1920 по 1940 год в СССР, Германии, США. Стали явно разделяться два направления экспериментов — изучение чистых и легированных составов.
Состав и структура
Фазовая диаграмма состояния алюминиевых сплавов Al-Cu имеет следующие особенности:
- Максимальная растворимость меди в алюминии в твёрдой фазе составляет 5,65%, которая снижается с понижением температуры. Это делает возможным проведение закалки и старения. Фаза CuAl2 играет роль упрочняющей по методу растворов, придаёт механическую и термическую прочность.
- Эвтектическая точка находится на 33% концентрации меди, состоит из хрупкой, но прочной фазы CuAl2, которая делает материал непригодным для практического применения. Большое количество меди существенно повышает плотность образцов. Для литья используются сплавы с концентрацией от 1 до 1,5% (для получения упрочнения) и от 6 до 8% (чтобы исключить количество хрупкой фазы CuAl2).
- Хорошая растворимость Cu в Al и низкая температура плавления эвтектики +5480С становятся причиной появления широкого интервала кристаллизации.
Низкая жидкотекучесть, образование пор, трещин, ликвация — характерные признаки необходимости поиска компромисса между литейными и прочностными свойствами.
Основным легирующим элементом является медь, которая приводит к созданию неравновесной эвтектической фазы. Поэтому при термообработке закалкой проводят ступенчатый нагрев расплава до +5300С с последующей выдержкой до получения стабильной фазы.
Значительное количество электронов проводимости в сплавах Cu-Al существенно снижают удельное электросопротивление до уровня менее 0,02 мкОм*м. Наличие примесей железа или легирующих элементов на данную величину практически не влияют.
Алюминий
Полезные рекомендации
В завершение приведем несколько советов, которые должны быть учтены при организации проводки:
- В случае самостоятельного проектирования проводки в доме или квартире, лучше выбирать медные провода. При меньшем сечении они выдерживают большее токи и более стойки к частым сгибаниям. Не менее важный момент — объем. Медные провода компактны, что упрощает процесс создания штробы. Например, при подключении приемника мощностью 7-8 кВт алюминиевый провод должен иметь сечение около 8 мм. В кабеле три жилы и плюс оплетка. В итоге общий диаметр составляет около 1,5 сантиметров. Для сравнения медь может иметь сечение 4 кв.мм, а общий диаметр — не более сантиметра.
- При установке розетки должен использоваться трехжильный кабель, с заземляющим проводом. Расстояние розетки от пола — 30 см. При организации осветительной цепи допускается применение кабелей с двумя жилами (заземление здесь не нужно).
- Запрещено вешать всю нагрузку на одну пару проводов (тем более, если они алюминиевые). Оптимальный вариант — разделение цепи на несколько линий. Например, через один автомат питается ванная, через другой — освещение, через третий — кухня и так далее. Сечение провода для кухни и ванной должно быть 4 или 6 кв.мм, а для цепи освещения — 1,5 или 2,5 мм.
Читать также: Художественная ковка перила для лестниц фото
Сложнее всего обстоят дела в старых квартирах, где смонтированы алюминиевые провода, которые отжили свой ресурс и требует замены. Проводка сечением 2,5 кв.
мм выдерживают нагрузку не более 20 Ампер, чего недостаточно для современных электроприемников. Кроме того, изоляция проводов со временем теряет эластичность и постепенно разрушается.
В такой ситуации единственным решением является полная замена проводки на медные провода.
Подробнее, почему стоит заменить алюминиевую проводку на медную в старом доме, смотрите в этом видео:
