Отсюда можно написать

(3) и (4).

 

Рис. 7.

Для определения значения К_Р пользуются эмпирическими формулами по типу уравнения Нернста, дающими достаточно точный результат. Например, для определения реакции диссоциации молекулярного водорода может быть использовано такое уравнение:

.

Следовательно, задаваясь определенными значениями температуры при постоянном давлении Р, можно установить величину К_Р, а затем, пользуясь выражением (4), - степень диссоциации соответствующего газа для этой температуры.

На рис.? приведена зависимость между степенью диссоциации молекулярных водорода и азота и температурной среды. Из рис.? видно, что с увеличением температуры степень диссоциации газов растет, приближаясь к единице.

Если принять, что температура столба дуги составляет в среднем 5000 К, то для такой температуры расчеты дадут значение степени диссоциации молекул водорода , и молекул азота .

Большое значение диссоциации двух атомных газов в зоне сварки объясняется следующими основными причинами:

1) в атомарном состоянии газы приобретают высокую химическую активность и легко взаимодействуют с расплавленным металлом капель и сварочной ванны;

2) параллельно с диссоциацией газов, протекающей в зоне высоких температур с поглощением тепла, вблизи сварочной ванны, где температура значительно ниже, идет обратный процесс образования молекул из атомов, сопровождающийся выделением тепла.

Благодаря двум процессам осуществляется регулирование теплового состояния в зоне сварки – перенос тепла от участка высоких температур к жидкому металлу ванны.

Аналогично протекает диссоциация трех атомных газов(пары воды и СО₂ в сварочных процессах).

Водяной пар диссоциирует по уравнению

, кДж/моль

или

, кДж/моль.

Константа равновесия этой реакции

.

Диссоциация водяных паров может создать для жидкого металла окислительную или восстановительную атмосферу, в зависимости от условий протекания реакций.

Если упругость диссоциации водяного пара превышает упругость диссоциации окисла металла, металл может окисляться за счет кислорода диссоциированного водяного пара:

при .

Если же упругость диссоциации водяного пара меньше упругости диссоциации окисла металла, металл будет восстанавливаться из окисла водородом диссоциированного водяного пара:

при .

С увеличением температуры степень диссоциации водяных паров увеличивается и приближается к единице при 5000 К.

Углекислый газ при высоких температурах также активно диссоциирует по реакции

, кДж/моль.

Константа равновесия этой реакции зависит от температуры и определяется из приближенного уравнения

,

где , , - парциальные давления соответствующих газов;

Т – абсолютная температура.

Задаваясь соответствующими температурами, с помощью этого уравнения можно определить отвечающий им состав газов.

На рис. 120 б приведен результат таких расчетов для интервала 1800 – 4000 К. В области Т=4000 К СО₂ почти полностью диссоциирован. В близи поверхности сварочной ванны (при Т=1800–2000 К) диссоциация СО₂ незначительна.

 

Рис. 8.

В зависимости от парциального давления кислорода направление реакции (198) может определять окислительный или восстановительный характер среды.

Если , то будут развиваться окислительные процессы, т.е. если упругость диссоциации окисла металла меньше упругости диссоциации СО₂.

.

.

При среда проявляет восстановительные свойства.

.

.

Парциальное давление кислорода в реакции зависит от температуры, давления и соотношения концентраций СО₂ и СО:

.

Это значит, что с увеличением температуры Т и отношения , а также при уменьшении давления Р в системе, растет окислительная способность среды. Однако присутствие твердого углерода (например, в виде угольного электрода) весьма существенно снижает эту способность, т.к. энергично развивается

- 41,1 ккал/моль.

На рис. 120 а дана зависимость концентрации СО и СО₂ от температуры в присутствии твердого углерода.

Уже при 1400 К в газовой смеси содержание СО приближается к 100%. Следовательно, создается восстановительная среда для металла и становится возможной реакция типа.