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.
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
- 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.
- Внутренний объем парогазового пузыря возникает одно* временно с созданием в нем противодавления гидростатическому давлению, причем это противодавление прямо пропорционально глубине погружения дуги в воду.
- 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 %0)
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.)