Электрическая дуга в воде

1. гплопроводность латуни почти в 2,5 раза больше, чем теплопровод’ ность нержавеющей стали. Значительно ли, однако, отразится на интен сивногти работы конденсатора или теплообменника, е«ли трубки в нем сделать не из латуни, а из нержавеющей стали?

2 Почему жаро-типичные трубы паровых котлов располагают не в центре, а несколько сбоку?

3 Малейшие трещинки в стенках барабанных котлов, которые широко применялись в начале нашего столетия, обыкновенно вызывали огромные взрывы. Почему такие же дефек гы совершенно безопасны в современных прямоточных котлах, хотя они вырабатываю! пар значительно более высоких параметров, ч»м прежние барабанные котлы)

Теплотехники — один из главнейшьх рдедълоз современной техники Без знания ее законов нельзя спроектировать ни такой сложной машины, как реактивный двигатель, ни такого простого на первый взгляд механизма, как букса [подшипник] железнодорожного вагона. И к проекту двигат зля внутреннего сгорания и к чертежам нового жилого дома обязательно прилагается теило-»ои расчет. В кькой бы области вь* ни работали, вам обя 1атег но приходится сталкиваться с тем» или другими вопросами теплотехники.

Проиерьте свои знания в этой области техники, попробуйте ответить на еле дующие! ьопрооы;

4 Какой Пар, расширяясь в ци-линдрал паровой машины или в соплах паровей турбины, произведет большую работу — с д авле и«ем в 30 атмосфер при температур* 500′ иди с давлением р 100 атмосфер при температуре 400°?

5. Раньше старались строить высокие дымовые трубыг чтобы усилить тягу топочны! газов. В настоящее время тягу создают воздуходувки и дымососы. Однако трубь: иопретшему продолжают етриить высокими. Почему?

6 Почему в холодильниках для масла, циркулирующего через подшипники паровых турбин, давление охлаждающей веды должно Сыть меньше, чем давление масла?

огонь под водой

Великий русский физик академик В. В. Петров в 1802 году открыл электрическую дугу.

С помощью несложных приспособлений—двух угольков, про-зодов и батареи — он сделал открытие, которое обессмертило его имя.

Мы повторим его опыт — создадим маленькую электрическую дг у.

Но прежде чем приступить к опыту, нужно позаботиться о предохранении глаз от яркого света дуги. Для этого закоптите тонким слоем небольшей кусок стекла и укрепите его так, чтобы он загораживал от ваших глаз яикий свет цуги.

Поскольку ьместо батареи мы будем пользоваться электрической сетью, то надо уменьшить ее напряжение. Возьииге электрическую плитку и последовательно в ее цепь включите

два заточенных уголька от батарейки карманного фонаря, как это показано на рисунке. Во избежание удара током привяжите угольки к двум деревянным сухим палочкам.

Штепсельную вилку надо включить в розетку только одним концом.

После включения в сеть ток должен итти по следующему пути: из розетки через ножку вилки в плитку, затем через другую штепсельную вилку в провод, присоединенный к одному из угольков, затем через пямя дуги ток попадает на второй уголек и через провод — во второе гнездо розетки

Пока »>ще угоьки не соединены и дуга не горит, проверьте соединения и, взяв деревянные держатели в об*, руки, коснитесь угоьками друг друга. Вспыхнет ослепительный свет дуги (берегите глаза!)-

Электрическая дуга способна гореть и в воде. Для того чтобы в jтом убедиться, опустите угольки в наполненный водой стакан.

Не являясь физиком, я не буду подробно останавливаться на теории, желающие легко смогут найти информацию о дуговых разрядах в справочных, научных изданиях и демонстрационных практикумах по физике.

Электрическая дуга – одна из форм электрического разряда в газах. Она имеет широкое применение в разных областях науки и техники. Для получения электрической дуги нужен источник питания с возможно большей силой тока (от него прямо зависит длина дуги) и обычно небольшим напряжением [k1]. С этой целью часто используют понижающие трансформаторы (вспомните сварочные аппараты).

Однако достать понижающий трансформатор, как и готовый сварочный аппарат для юных химиков часто проблематично: большинство домашних экспериментов они проводят, пользуясь подручными средствами (т.е. без сложного оборудования). Поэтому мы постараемся обойтись простыми и доступными вещами.

Когда-то в школе я увлекся электрической дугой, прочитав о ее свойствах. Особенно привлекла возможность получать с помощью дуги высокие температуры. Решил провести с ней дома несколько экспериментов. Расспросы учителя физики помогли мало. Он сказал только, что нужны графитовые электроды, которые нужно разводить, для получения дуги. Моя первая установка была крайне примитивна и очень опасна, поэтому я опишу усовершенствованный вариант, сделанный несколько дней назад.

Могу предположить, что некоторые читатели уже горят нетерпением получить электрическую дугу. Давайте сразу договоримся:

Не пытайтесь просто подключить электроды к сети – это вызовет короткое замыкание!

Схема "прибора" для получения электрической дуги (если так можно назвать провода, подключенные к сопротивлению) проста: через достаточно мощное сопротивление, которое ограничивает силу тока, подключаем электроды к бытовой электрической сети.

В качестве сопротивления хорошо подходит электрический чайник, т.к. его мощность около 2 кВт, подойдет также электроплитка (не менее 1 кВт). Я использовал старый чайник. Правда, вода в нем быстро закипает, но времени для некоторых опытов хватает, кроме того, часть электроэнергии не пропадает зря. Мощность моего чайника 2.0-2.4 кВт, сила тока в данном случае составляет около 10 ампер.

При таких параметрах тока можно получить дугу в 1.0-2.0 см между заостренными графитовыми электродами от батарейки или немного большую в случае электродов из древесного угля.

Из материалов нам потребуется многожильный медный провод с сечением проводов 1.5 мм 2 , нужно его около 4 метров, но так как опыты лучше делать во дворе или на балконе, учитывайте расстояние до ближайшей розетки. Я использовал дополнительную переноску, чтобы провести провода во двор частного дома. Также потребуется евро-вилка, 2 "крокодила", рассчитанные на большую силу тока, с изоляцией ("крокодилы" служат рукоятками), 2 маленьких "крокодила" с изоляцией, служащих для крепления к вилке чайника и 2 "крокодила" без изоляции, которые послужат зажимами графитовых стержней.

Очень желательно предусмотреть предохранитель на случай короткого замыкания. (Например, если вдруг соскользнут "крокодилы" с вилки прибора-сопротивления и цепь замкнет.)

Я по своей лени не включил в цепь предохранитель, чего Вам не рекомендую! Вилка и провод закреплены в штативе во избежание сдвигов провода во время опыта и возможного короткого замыкания, которое может произойти, если маленькие "крокодилы" соскочат с вилки и соприкоснутся. В крайнем случае, не имея штатива, как-то закрепите конец провода. Чайник подключен к цепи последовательно. Предохранитель присоединен тоже последовательно!

Нам также необходим сварочный светофильтр и резиновые перчатки.

Расходы на приобретение всех материалов не превысят 200 рублей.

Кроме того потребуется 2 кусочка жести для "наращивания" ручки крокодила-крепления графитового стержня, жесть крепится к крокодилам загнутыми краями выводов. При опытах стержни сильно накаляются и без жестяных "удлинителей" могут перегреться "крокодилы-ручки". Для экспериментов потребуются графитовые электроды, их можно достать из старых батареек, они годятся, хотя коротковаты, но если представится возможность, достаньте более длинные.

Читайте также:  Расчет резистора для диода

Изготовление установки ясно из фотографий. Тщательно скрепляйте провода, помните, что плохой контакт приведет к местному разогреву.

Если вы не работали с электричеством раньше, вы можете попросить помочь собрать установку отца или другого человека, который в этом разбирается. Уверен, что людей, не способных присоединить провод к вилке, среди химиков-любителей нет. Но если вы чего-то не знаете, помните, что обратиться за советом к знающему человеку не зазорно. Такая необходимость время от времени возникает не только у юных химиков, но и у химиков с большим стажем.

Прибор для получения электрической дуги (вид сверху)

Крепление электродов "крокодилами"

Испытание прибора и простейшие опыты с электрической дугой

Опыты с дугой потенциально опасны для жизни из-за возможности поражения электрическим током. Не забывайте: используются оголенные электроды!

Существует также вероятность получить ожог, устроить возгорание и даже пожар.

Во время экспериментов с дугой образуется дым и продукты сгорания с неприятным запахом. Рекомендуется проводить опыты на открытом воздухе. Графитовые электроды от батареек перед опытами хорошо прокалите в пламени горелки или паяльной лампы, иначе они будут "выгорать", образуя дым. Концы стержней заострите ножом. Электроды должны находиться на сухом негорючем основании. Не допускайте контактов оголенных проводников с влажной землей или предметами, проводящими электрический ток. В качестве основания подойдет кусок мела, в нем можно выдолбить углубление, служащее для сбора расплавленных металлов.

Также можно сделать печь Муассана, но об этом напишу позже, пока у меня нет возможности побывать за городом и набрать подходящих для нее кусков известняка [1]. Всегда работайте в резиновых перчатках, помните, удар тока бытовой сети может быть смертелен! При плавлении проволоки летят горячие искры, которые могут вызвать возгорание и повредить глаза. Работайте в защитных очках!

Смотреть на пламя дуги без сварочного светофильтра вредно для глаз!

При работе с дугой в бытовой сети наблюдаются перепады напряжения из-за большой мощности нагрузки (лампы накаливания слегка "мигают".) Это не опасно.

Итак, прибор собран, электроды закреплены. Вначале получим дугу и понаблюдаем за ее горением (через светофильтр.) Для получения дуги слегка коснитесь одним электродом к другому и разведите их вначале на 1-1.5 мм. Подождите 5-7 секунд, чтобы края прогрелись. Концы графитовых стержней раскаляются добела. Затем медленно разводите. Дуга с жужжанием горит ослепительно-белым светом. Развести удастся не более чем на 20 мм. При больших расстояниях между электродами, из-за перемещения кратера, дуга самопроизвольно разрывается.

Смотреть на дугу следует через светофильтр. Пламя дуги чрезвычайно яркое и богато ультрафиолетовыми лучами, непосредственно смотреть на нее нельзя! Разве что одну-две секунды. Электрическая дуга имеет чрезвычайно высокую температуру. Даже на некотором расстоянии кожа чувствует исходящее от дуги инфракрасное излучение. В такой небольшой дуге можно легко расплавить толстую железную проволоку, я брал проволоку толщиной 2 мм.

_________________________________
1 Печь Муассана хорошо описана в словаре Брокгауза-Ефрона (правда, ее размеры можно уменьшить.)

Электрическая дуга сквозь светофильтр

Температура плавления железа довольно высока – 1535°С, однако несмотря на потери тепла через излучение, проволока плавится достаточно быстро. В устойчиво горящую дугу (длина около 10-15 мм) аккуратно внесем железную проволоку. Предварительно конец проволоки обмотайте изолентой или берите ее пассатижами с изолированными ручками. Проволока на конце раскалится, оплавится в шарик, который при достаточном размере оторвется от проволоки. При этом железо горит, разбрасывая искры, как в известном опыте – при сжигании в кислороде.

Легко можно сварить два куска проволоки: скрутим их концы и внесем в пламя дуги до оплавления, после охлаждения проволока окажется сваренной. В пламени дуги таким способом можно изготовить спаи термопар.

Первый опыт. Оплавленная проволока и слиток железа, полученный на куске мела

Можно повторить опыты русского естествоиспытателя Василия Петрова, первым получившего дугу от батареи гальванических элементов. Он использовал электроды из древесного угля. Зажмем "крокодилами-держателями" два куска древесного угля, например, головешки от прогоревшего костра. Дуга между такими электродами зажигается очень легко: коснемся одним электродом к другому и сразу разведем их. Удастся получить дугу в 20 мм и даже немного больше. Однако горение ее неустойчиво: дуга легко разрывается. Уголь при этом быстро сгорает. Большие размеры дуги связаны со сгоранием окиси углерода, образующейся при горении древесного угля; кроме того, концы электродов из древесного угля моментально раскаляются, в отличие от графита.

Если взять электрод из древесного угля, можно легко получить дугу между проволокой и углем. При этом металл проволоки плавится.

Куски древесного угля в качестве электродов

К1 Вообще говоря, проблема заключается не столько в силе тока, сколько в свойствах самого дугового разряда. В обычных условиях (в воздухе при давлении и температуре близких к нормальным, обычных материалах электродов) вольтамперная характеристика дугового разряда имеет достаточно широкую область отрицательного дифференциального сопротивления: чем больше ток дугового разряда, тем меньше падение напряжения на промежутке между электродами. Это означает, что для поддержания установившегося разряда с заданными свойствами источник питания должен работать в режиме стабилизации тока, а не напряжения. По такому принципу строят источники тока для электродуговой сварки. Описанный в статье источник питания (подключенное к сети балластное сопротивление) такими свойствами не обладает.

Основой электродугового способа сварки металлов является сварочная дуга — длительный и устойчивый электрический разряд, сопровождающийся концентрированном выделением теплоты и характерным свечением.

Поскольку условия горения дуги в воде отличаются от условий ее горения на воздухе, т. е. в газовой среде, то и ее свойства соответственно изменяются. Аналогично и процесс сварки резко отличается от того, который обычн9 наблюдается при сварке на воздухе

Наиболее характерные особенности дуги

  1. Дуга постоянно находится в непрерывно меняющемся парогазовом объеме так называемом «пузыре», который периодически растет до определенных критических размеров, обусловленных физико-химическими свойствами воды, в частности ее плотностью. Пузырь вокруг дуги, горящей под водой, наполнен выделяющимися при горении дуги газообразными продуктами сгорания металла электрода, изделия и минерального покрытия (в случае сварки штучными электродами), а также продуктами диссоциации воды, разлагающейся под воздействием дуги на водород и кислород. Парогазовый пузырь вокруг дуги под водой возникает еще до ее зажигания в результате тепловыделения от токов «утечки». Процесс этот особенно нагляден при выполнении сварочных работ в соленой воде.Газы и пары металлов, минеральных солей (при сварке покрытыми электродами) и воды находятся в состоянии непрерывного взаимодействия, причем эти реакции имеют обратимый характер. С повышением температуры по мере приближения к центру пузыря происходит ионизация атомов. Процессы ионизации и рекомбинации в пузыре также имеют обратимый характер. Из этого следует, что дуга сама создает условия для своего 6 существования, чем и обеспечивается стабильное горение дуги под водой.
  2. Внутренний объем парогазового пузыря возникает одно* временно с созданием в нем противодавления гидростатическому давлению, причем это противодавление прямо пропорционально глубине погружения дуги в воду.
  3. Наличие в газовой фазе парогазового пузыря таких компонентов, как атомарный[ водород, вызывает охлаждение наружных участков столба дуги и ее сжатие, чему также способствуют сильная подвижность пузыря и периодическая потеря им устойчивости, сопровождающаяся выбросом газа, когда пузырь вокруг дуги под водой достигает своих критических размеров.

Рис. 1. Примерная схема парогазовых потоков в пузыре вокруг дуги под водой: 1 — аэрозоль продуктов сгорания металла; 2 — вода; 3 — наконечник головки; 4 — парогазовый пузырь; 5—наплавленный металл; б — сварочная дуга; 7—пластина; стрелками показано направление движения потоков

Парогазовый пузырь вокруг дуги. Как показали исследования, выполненные при помощи скоростной рентгенокиносъемки, полная смена содержимого парогазового пузыря при сварке штучными электродами происходит 9—10 раз в секунду, а при сварке тонкой проволокой— даже 11 — 12 раз в секунду. При разрушении пузыря основная масса газов (до 90% объема) всплывает, а остатки пузыря, несколько уменьшаясь в объеме, служат основой для развития нового пузыря до его критических размеров. Аналогичный процесс наблюдал и американский исследователь Е. А. Сильва, который сообщил, что всплывающий пузырь по объему составляет не менее того, который остается в виде зародыша для последующего цикла.

Нашими исследователями было установлено, что критические размеры пузыря не зависят от способа сварки; они зависят только от внешних условий и физико-химических особенностей той конкретной среды, в которой происходит горение дуги.

Парогазовые потоки, возникающие в пузыре, совершают конвективное движение, что можно было наблюдать по поведению капель расплавленного металла при переходе их с. электрода в сварочную ванну. В целом можно с достаточной достоверностью утверждать, что внутри парогазового пузыря, вокруг дуги под водой имеет место конвективное движение его содержимого, направленное от периферии к центру (рис. 4).

Состав парогазовой среды пузыря значительно влияет на-металлургические процессы в ванне и на энергетические характеристики дуги. По данным А. И. Шлямина, он представляет собой смесь газов, содержащую: водорода 69—73%; кислорода 1—2,3%; углекислого газа 2,8—4,3%; окиси углерода 14—24% и прочих элементов 2,8—5,2% (состав усреднен для глубины погружения 10—60 м при сварке электродами с покрытием ЭПС-5).

По данным В. Н. Кемпа,. (США), содержимое пузыря при сварке штучными электродами составляет 62—82% Н2> 11—24% СО, 4—6% С02 при незначительных количествах азота, кислорода и паров металлов.

Горение дуги. Для лучшего понимания явлений, происходящих в дуге, и ознакомления с ее свойствами рассмотрим схему горения дуги при сварке штучными электродами (рис. 5). В ней в отличие от обычной схемы горения дуги при сборке на воздухе можно выделить наличие трех дополнительных элементов: облака аэрозоля 1 (черно-коричневой мути) , плавающего над местом сварки (достаточно устойчивого, малоподвижного и плохо рассасывающегося), пузырьков газа. 2, образующихся при прорыве и разрушении парогазового пузыря, и металлических брызг и самого парогазового пузыря 10.

Долгое время состав облака аэрозоля был неизвестен, и предполагалось, что это плавающие дисперсные частицы окислов металла. По данным Е. А. Сильвы (США), исследовавшего твердый остаток этого облака, оно представляет собой взвесь мелкодисперсных частиц, в значительной своей части состоящей из гидроокиси железа (Ее20зХН20). Интересно отметить, что, по наблюдениям Е. А. Сильвы, состав мути не зависит от марки электрода и является результатом нового соединения, образующегося во время сварки под водой. Отмечается также его кристаллическая природа, что подтвердил дифракционный рентгеновский анализ.

Геометрические размеры дуги. Диаметр столба дуги может быть с достаточной для практики точностью вычислен по. формуле, предложенной Т. И. Авиловым;

где dct — эффективный диаметр столба дуги в см; А —коэффициент, равный, по уточненным данным, 0,011 см/А; / — сила сварочного тока в А.

Как видно из приведенной формулы, диаметр столба дуги зависит от силы сварочного тока и колеблется в среднем при сварке штучными электродами в пределах 0,10—0,24 см (при силе тока 100—500 А). Примерно такой же диаметр столба дуги имеет м,есто и при сварке тонкой электродной проволокой.

Рис. 6. Вольтампериые характеристики дуги при сварке под водой: а — сварка проволокой Св-08Г2С (1,2 мм) открытой дугой без подачи Х02; б — сварка штучными электродами ЭПС-52 (4 мм); / — пресная вода; 2 — соленая вода (S=41.1 %)

Как и у всех дуг с металлическим электродом, при сварке под водой катодное пятно дуги перемещается по торцу электрода и полностью оплавляет его. При использовании тонкой проволоки (диаметром 1,2—1,6 мм) или при работе на высоких режимах тока при сварке штучными электродами, катодное пятно может занимать весь торец электрода, а с увеличением нагрузки оно может испытывать так называемое «стеснение», т. е. сжатие ‘вследствие невозможности его дальнейшего расширения из-за ограниченности селения электрода. Благодаря этому, .а также вследствие воздействия охлаждающей среды (водорода и гидростатического давления столба жидкости) статическая вольт-амперная характеристика дуги под водой имеет характерную для сжатых дуг форму, очень похожую на вольт-амперную характеристику дуги, горящей под флюсом,— правая ветвь приподнята, причем точка перегиба (т. е. перехода от падающей к возрастающей ветви) приходится примерно на силу тока 180— 250 А (рис. 6).

Охлаждающее действие воды, повышенное давление, диссоциация воды и другие факторы вызывают в конечном счете необходимость затрачивать для поддержания горения дуги под водой большую мощность, чем это необходимо при сварке на воздухе. Имеют место также потери энергии, затрачиваемые на ионизацию дугового промежутка и обеспечение стабильного горения дуги в условиях парогазового’ непрерывно меняющегося пузыря. Все это приводит к тому, что напряжение дуги под водой выше, чем напряжение дуги при сварке на воздухе.

Напряжение и температура дуги. Напряжение дуги зависит от способа сварки, т. е. от энергетических характеристик процесса и условий его осуществления.

Сварка вручную штучными электродами 30

Полуавтоматическая сварка тонкой электродной проволокой 40

Плазменно-дуговая сварка (по данным зарубежной печати) 45

Распределение напряжения в дуге не одинаково и тоже зависит не только от способа сварки, но также от силы тока, его полярности и длины дуги /д (точнее — длины столба дуги). Было установлено, что по мере увеличения длины дуги градиент потенциала ее столба растет. Это явление может быть объяснено тем, что с увеличением длины дугового промежутка доступ водорода в дугу возрастает и оказывает большее деионизирующее и охлаждающее влияние на ее столб. Значительное влияние на энергетические характеристики дуги оказывает соленость воды (табл. 1).

Несколько слов о температуре дуги, горящей в воде. Само по себе ее измерение весьма сложно. Непосредственно измерить температуру дуги под водой не удалось, и этот вопрос решен аналитически, на основании закона Стефана-Больцмана, связывающего температуру с энергетическими характеристиками дуги. В среднем температура столба дуги колеблется в пределах 9000—12 000 Д *в зависимости от силы тока и глубины погружения.

Следует иметь в виду, что температура дуги по ее длине не одинакова. По данным Г. И. Лескова, в приэлектродных (областях, где сказывается охлаждающее влияние электродов, температура дуги под водой составляет около 6400 К, поскольку температура кипения (испарения) электродов относительно невелика; например, для железных электродов она составляет всего 3013 К. В центре столба, где в дуговом газе преобладает водо^ род, температура дуги возрастает и, по данным того же исследователя, составляет примерно 10000 К. С глубиной погружения или с увеличением силы сварочного тока температура дуги под водой возрастает.

Перенос металла в дуге. Специфические условия протекания процесса сварки под водой сказываются и на переносе металла с электрода в сварочную ванну, оказывая влияние как на металлургию процесса, так и на качество сварного шва.

Перенос металла в дуге зависит от способа сварки. Так, при сварке штучными электродами с наружным покрытием, образующим так называемый козырек, капля, Хотя и перемещается по торцу электрода, однако после отрыва от него устремляется непосредственно в сварочную ванну. В случае же сварки тонкой электродной проволокой капля после отрыва с электрода увлекается конвективными потоками-в парогазовом пузыре и уносится в сторону и вверх, достигая иногда даже токоподводящего наконечника. Описывая круговые движения, она постепенно выходит из сферы действия этих потоков и, как правило, опускается в сварочную ванну, хотя и не исключены случаи, что капля вообще выходит из полости пузыря и превращается в брызгу.

Обращает на себя внимание также и размер капель. При сварке штучными электродами капли относительно невелики, однако при сварке, например, тонкой проволокой они превышают диаметр электрода в 2—3 раза и достигают 3,2—3,8 мм в диа1метре. По мере «плавания» капель внутри пузыря они уменьшаются в объеме. Особенно это заметно при сварке голой проволокой. При сварке штучными электродами это явление почти не наблюдается, и время пребывания металла в стадии капли (между электродом и ванной) ничтожно мало — в среднем 0,0028 с, в то время как при сварке тонкой голой проволокой оно достигает 0,65 с (при сварке открытой дугой). При подаче в дугу углекислого газа капли движутся более целеустремленно к ванне, и время их перехода, не превышает 0,014 с.

Количество капель, переносимых с электрода в ванну, зависит, естественно, от способа сварки, а также от металлургических особенностей присадочного материала, т. е. от марки электрода. Так, например, при сварке тонкой голой проволокой открытой (не защищенной) дугой число переходящих с составляет всего лишь 18, в то время как при сварке электродами ЭПС-42 диаметром 5 мм — 40—45.

Влияние внешних факторов на дугу. Рассмотрим влияние соленности воды и глубины погружения дуги в воду на процесс сварки под водой и на формирование сварных швов.

Влияние солености воды. Как показали исследования, повышение соленности воды увеличивает устойчивость процесса сварки. Если поддерживать постоянным напряжение холостого хода, то с увеличением солености воды увеличивается расход мощности (вследствие роста силы сварочного тока), и наоборот, если сварочный ток поддерживать постоянным, то напряжение холостого хода с увеличением солености воды уменьшается, а в связи с этим уменьшается расходуемая мощность.

Напряжение дуги понижается в основном в — результате уменьшения падения напряжения в приэлектродных областях (см. табл. 10. Соленая вода, будучи естественным электролитом, содержит ионы металлов — калия, натрия, кальция и магния, а также ионы водорода (катионы) и отрицательно заряженные ионы хлора, брома и других элементов (анионы), находящиеся в беспорядочном движении. Под воздействием электрического поля дуги они ориентируются в соответствии со своими зарядами и начинают двигаться — катионы к катоду, а анионы к аноду. Так как некоторые ионы металлов в первую очередь калия, натрия и кальция, обладают более низким потенциалом ионизации, чем ноны железа (т. е. металла электродов, между которыми горит дуга), то они, ионизируя дуговой промежуток, облегчают зажигание, поддерживают горение дуги и способствуют снижению общего напряжения дуги.

Влияние ионов хлора, затрудняющих горение дуги, на практике, видимо, невелико (проявляется взаимодействие ионов других элементов в морской воде, так как общая концентрация солей в мировом океане мала и не превышает 3,5—3,7 г/л).

От солености воды зависит формирование сварных швбв под водой, поскольку с ее увеличением растет размер капель, переходящих с электрода в ванну (при сварке штучными электродами он иногда достигает 6 мм) и уменьшается их число (в единицу времени). Объем пузыря вокруг дуги под водой увеличивается почти в 3 раза.

Влияние гидростатического давления. Несколько иначе влияет на процесс сварки и энергетические характеристики дуги гидростатическое давление (глубина погружения дуги в воду).

Как известно, напряженность электрического поля столба дуги с увеличением давления растет — по данным Г. И. Лескова она пропорциональна р.

С глубиной погружения значительно возрастают потери мощности и увеличивается разбрызгивание, интенсивнее выгорают основные элементы —С, Si, Мп. По данным М. Л. Левина и Д. В. Киркея (США), химический состав сварных швов, выполненых под водой, по основным элементам -изменяется так, как это указано в табл. 2. В связи с погружением дуги в воду рас­тет ее обжатие гидростатиче­ским давлением—температура дуги повышается, а это приво­дит к увеличению глубины проплавления и изменению (а по существу к нарушению) формирования сварных швов. Все это указывает на необхо­димость ограничивать* силу тока при сварке под водой низколеги должна превышать I80—240 А. А причем с погружением дуги в воду она должна приближаться к нижнему приделу

Изменение химического состава наплавленного металла в зависимости от глубины погружения в воду в % по массе (по М. Л. Левину и др.)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector