2.9.4. Адсорбция

Поверхностный слой жидкости или твердого тела стремится привлечь и удержать слой молекул газа, так как молекулы поверх­ностного слоя об-ладают свободными связями. Аналогичным образом поверхностный слой твердой фазы привлекает и удерживает слой молекул жидкости или раст-воренного в жидкости вещества. Это яв­ление называется поверхностным поглощением или адсорбцией. Количество адсорбированного вещества зависит от рода адсор­бента, состояния и размеров поверхности.

Если над адсорбентом находится газовая смесь, то адсорбируются все газы, но в разной степени, т. е. существует избирательная адсорбция. Уста-новлено, что чем ближе температура процесса к температуре сжижения газа, тем лучше адсорбируется газ. Например, активированный уголь при комнатной температуре может поглотить: 7,5 объемов — Т_сж= - 196 °С; 9,3 объемов О₂ — Т_сж= - 183 °С; 35 объемов СО₂ — Т_сж = -79 °С. Адсорбционная способность вещества в сильной мере зави­сит от темпе-ратуры. С ее повышением адсорбция ухудшается, с пони­жением — уси-ливается. Между поверхностным натяжением и адсорбцией наблюдается тесная связь. Хорошо адсорбируются поверхностно-активные вещества, очень плохо — поверхностно-неактивные.

При сварке наблюдается адсорбция газов металлами.

2.9.5. Вязкость жидкости

Вязкостью, или внутренним трением, называется сопротивление, ока-зываемое средой при перемещении одних ее частей относительно других. Различают вязкость абсолютную и относительную. За единицу абсолютной вязкости жидкости — пуаз (Пз) — принята вязкость такой жидкости, в которой сила в 1 дину перемещает слой жидкости площадью 1 см² относи-тельно другого такого же слоя, расположенного от первого слоя на расстоянии 1 см, со скоростью 1см/с.

При сварке плавлением большой интерес представляет вязкость шлаков, образующихся на поверхности жидкого металла, так как от величины этого показателя и характера его изменения в процессе сварки зависят технологические свойства применяемых флюсов и электродных покрытий, степень завершенности металлургических процессов, глубина проплав-ления основного металла и т. п.

Вязкость шлаков, как и других жидкостей, зависит от темпе­ратуры и с ее повышением уменьшается. В отличие от солей и металлов сварочные шлаки не имеют определенной температуры перехо­да из жидкого состояния в твердое (и наоборот). Переход осуществ­ляется постепенно в каком-то интервале температур и в значитель­ной мере определяется составом сварочного флюса. С увеличением температуры шлаки, снижая свою вязкость, проходят через три характерных состояния: хрупкое, вязкое и жидкотекучее. В зависимости от величины температурного интервала, в котором шлаки затвердевают, различают шлаки короткие (1) и длинные (2), рис……

Рис. Температурные интервалы затвердевания шлаков

Обычно сварочные шлаки являются аморфными телами, но иногда могут кристал­лизоваться.

2.9.6. Процессы испарения

Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называ­ется па-рообразованием. Переход вещества из твердого состояния в парообразное называется возгонкой или сублимацией.

Обратный процесс, т. е. переход ве­щества из парообразного состояния в жидкое или твердое, называет­ся конденсацией паров.

Если парообразование происходит только с поверхности, то процесс называется испарением. Способность жидкости испаряться характери­зует-ся давлением насыщенного пара.

При определенных условиях оба процесса — испарение и конден­сация — протекают одновременно. Если скорости этих процессов рав­ны, насту-пает равновесие, т. е. количество испарившихся молекул равно количеству молекул конденсированных. Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным паром, а давление пара, находящегося в равно-весии с жидкостью или твердым веществом, называется давлением насы-щенного пара.

Давление насыщенного пара не зависит от количества взятой жидкости и при постоянной температуре данного вещества является величиной по-стоянной. Если температура повышается, то возрастает и кинетическая энергия молекул. Одновременно увеличивается число молекул, обладаю-щих достаточным для выхода с поверхности тела за­пасом энергии. Следо-вательно, равновесие может быть достигнуто при более высоких концент-рациях пара. Давление насыщенного пара всегда возрастает с повышением температуры.

Рис. Зависимость давления насыщенного пара от температуры

Если процесс парообразования происходит не только на свобод­ной по-верхности, но и по всему объему жидкости, то такой процесс называется кипением. Испарение может происходить при любой темпе­ратуре, а кипе-ние только при такой температуре, при которой давление насыщенного пара равно давлению окружающей среды (внешнему давлению).

При сварке плавлением испаряются различные элементы, что приво-дит к изменению химического состава металла и сплава. Это, в свою очередь, может явиться причиной ухудшения различных свойств не только металла или сплава, но и всего сварного соединения. Кроме того, это может оказаться опасным для здоровья людей, если образующиеся веще-ства, в частности газы, ядовиты.

При сварке приходится иметь дело с растворами, иногда очень слож-ных составов. Поэтому давление насыщенного пара зависит и от кон-центрации вещества в растворе. Если раствор с малой концентрацией растворенного вещества, то зависимость давления насыщенного пара от концентрации вещества в растворе можно определить по закону Рауля (давление насыщенного пара растворителя понижается пропорционально молярной концентрации растворенного вещест­ва). При высокой концент-рации растворенного вещества в растворе закон Рауля дает большие погрешности. В этом случае удобно поль­зоваться активностью вещества: под активностью вещества понимают отношение давления насыщенного пара над раствором к давлению насыщенного пара над чистым вещест-вом.