Минеральные образования, содержащие ванадий в количествах, при которых экономически целесообразно его получение современными методами производства. Главными минералами В.р. являются ванадинит (содержит 19% V₂О₅), деклуазит (22%), купродеклуазит (17-22%), карнотит (20%), роскоэлит (21-29%), патронит (17-29%). Ванадий в виде примеси содержится в рудных минералах: титаномагнетите (до 8,8% V₂О₅), магномагнетите (1,6%), магнетите (0,6%), рутиле (1%), ильмените (0,4%).

Месторождения В.р. делятся на эндогенные и экзогенные. Эндогенные месторождения В.р. связаны с областями распространения ультраосновных, основных и щелочных пород и образуются в результате магматических, контактово-метасоматических и гидротермальных процессов. Среди эндогенных месторождений выделяются: магматические - титано-магнетитовые, магнетит-ильменитовые, ильменит-гематитовые в пироксенитах, горнблендитах, оливинитах, габбро, норитах, анортозитах, габбро-диабазах; контактово-метасоматические - магнетитовые в скарнированных породах; гидротермальные - магномагнетитовые в областях распространения траппов. Руды эндогенных месторождений характеризуются невысоким содержанием ванадия (0,1-1% V₂О₅), но очень большими запасами. Наиболее известны месторождения в СССР (Гусевогорское), ЮАР (Магнет), США (Тегавус), Канаде (Лак-Тио), Швеции (Таберг), Финляндии (Отанмяки).

Среди экзогенных месторождений В.р. выделяются: деклуазитовые, купродеклуазитовые и ванадинитовые в зоне окисления свинцово-цинковых и медных руд (с содержанием 2-10% V₂О₅); карнотитовые и роскоэлитовые в пестроцветных породах - тип «Колорадо плато» (1-5% VaOs); ванадиеносные фосфориты (0,1-1% V₂О₅), ванадиеносные нефти (в золе содержится 5-58% V₂О₅); патронитовые в асфальтитах (в золе до 50% V₂О₅); титаномагнетитовые россыпи, преимущественно прибрежно-морские (с содержанием V₂О₅ около 0,3%). Крупные экзогенные месторождения В. р. известны в США (Колорадо плато), в Намибии (Берг-Аукас), Замбии (Брокен-Хилл).

В.р. всех типов являются комплексными, в них, помимо ванадия, содержатся железо, титан, уран, свинец, цинк, медь, молибден, алюминий, фосфор. В будущем источниками извлечения ванадия смогут быть: оолитовые бурые железняки (железо-фосфористые руды), характеризующиеся низким содержанием V₂О₅ (0,07-0,2%), но большими запасами: углисто-кремнистые сланцы (0,2-1,5% V₂О₅); бокситы (0,02-0,04%); золы углей и горючих сланцев (0,2%); железомарганцевые конкреции океанов (0,1% V₂О₅). производство ванадия в 1968 (капиталистические страны) составило 10 тыс. т, в том числе в США - 5,2, ЮАР - 2,3.

Лит.: Дэнче в В. И., Шиловский П. П., Ванадий, в сборнике: Металлы в осадочных толщах, [т. 2], М., 1965.

Л. Ф. Борисенко

Лат Vanadium

V - химический элемент V группы периодической системы Менделеева; атомный номер 23, атомная масса 50,942; металл серо-стального цвета. Природный В. состоит из двух изотопов: ⁵¹V (99,75%) и ⁵⁰V (0,25%); последний слабо радиоактивен (период полураспада Т_1/2 = 10¹⁴ лет). В. был открыт в 1801 мексиканским минералогом А. М. дель Рио в мексиканской бурой свинцовой руде и назван по красивому красному цвету нагретых солей эритронием (от греч. erythrуs - красный). В 1830 шведский химик Н. Г. Сефстрём обнаружил новый элемент в железной руде из Таберга (Швеция) и назвал его В. в честь древнескандинавской богини красоты Ванадис. Английский химик Г. Роско в 1869 получил порошкообразный металлический В. восстановлением VCl₂ водородом. В промышленном масштабе В. добывается с начала 20 в.

Содержание В. в земной коре составляет 1,5-10^-2% по массе, это довольно распространённый, но рассеянный в породах и минералах элемент. Из большого числа минералов В. промышленное значение имеют патронит, роскоэлит, деклуазит, карнотит, ванадинит и некоторые др. (см. Ванадиевые руды). Важным источником В. служат титаномагнетитовые и осадочные (фосфористые) железные руды, а также окисленные медно-свинцово-цинковые руды. В. извлекают как побочный продукт при переработке уранового сырья, фосфоритов, бокситов и различных органических отложений (асфальтиты, горючие сланцы).

Физические и химические свойства. В. имеет объёмноцентрированную кубическую решётку с периодом a = 3,0282 . В чистом состоянии В. ковок, легко поддаётся обработке давлением. Плотность 6,11 г/см³, t_пл 1900 ± 25°С, t_кип 3400°С; удельная теплоёмкость (при 20-100°С) 0,120 кал/гград; термический коэффициент линейного расширения (при 20-1000°С) 10,6·10^-6 град^-1, удельное электрическое сопротивление при 20 °С 24,8·10^-8 ом·м (24,8·10^-6 ом·см), ниже 4,5 К В. переходит в состояние сверхпроводимости. Механические свойства В. высокой чистоты после отжига: модуль упругости 135,25 н/м²(13520 кгс/мм²), предел прочности 120 нм/м² (12 кгс/мм²), относительное удлинение 17%, твердость по Бринеллю 700 мн/м² (70 кгс/мм²). Примеси газов резко снижают пластичность В., повышают его твёрдость и хрупкость.

При обычной температуре В. не подвержен действию воздуха, морской воды и растворов щелочей; устойчив к неокисляющим кислотам, за исключением плавиковой. По коррозионной стойкости в соляной и серной кислотах В. значительно превосходит титан и нержавеющую сталь. При нагревании на воздухе выше 300°С В. поглощает кислород и становится хрупким. При 600-700°С В. интенсивно окисляется с образованием пятиокиси V₂O₅, а также и низших окислов. При нагревании В. выше 700°С в токе азота образуется нитрид VN (t_пл 2050°С), устойчивый в воде и кислотах. С углеродом В. взаимодействует при высокой температуре, давая тугоплавкий карбид VC (t_пл 2800°С), обладающий высокой твёрдостью.

В. даёт соединения, отвечающие валентностям 2, 3, 4 и 5; соответственно этому известны окислы: VO и V₂O₃ (имеющие основной характер), VO₂ (амфотерный) и V₂O₅ (кислотный). Соединения 2- и 3-валентного В. неустойчивы и являются сильными восстановителями. Практическое значение имеют соединения высших валентностей. Склонность В. к образованию соединений различной валентности используется в аналитической химии, а также обусловливает каталитические свойства V₂O₅. Пятиокись В. растворяется в щелочах с образованием ванадатов.

Получение и применение. Для извлечения В. применяют: непосредственное выщелачивание руды или рудного концентрата растворами кислот и щелочей; обжиг исходного сырья (часто с добавками NaCl) с последующим выщелачиванием продукта обжига водой или разбавленными кислотами. Из растворов методом гидролиза (при рН = 1-3) выделяют гидратированную пятиокись В. При плавке ванадийсодержащих железных руд в домне В. переходит в чугун, при переработке которого в сталь получают шлаки, содержащие 10-16% V₂O₅. Ванадиевые шлаки подвергают обжигу с поваренной солью. Обожжённый материал выщелачивают водой, а затем разбавленной серной кислотой. Из растворов выделяют V₂O₅. Последняя служит для выплавки феррованадия (сплавы железа с 35-70% В.) и получения металлического В. и его соединений. Ковкий металлический В. получают кальциетермическим восстановлением чистой V₂O₅ или V₂O₃; восстановлением V₂O₅ алюминием; вакуумным углетермическим восстановлением V₂O₃; магниетермическим восстановлением VC1₃; термической диссоциацией йодида В. Плавят В. в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом и в электроннолучевых печах.

Чёрная металлургия - основной потребитель В. (до 95% всего производимого металла). В. входит в состав быстрорежущей стали, её заменителей, малолегированных инструментальных и некоторых конструкционных сталей. При введении 0,15-0,25% В. резко повышаются прочность, вязкость, сопротивление усталости и износоустойчивость стали. В., введённый в сталь, является одновременно раскисляющим и карбидообразующим элементом. Карбиды В., распределяясь в виде дисперсных включений, препятствуют росту зерна при нагреве стали. В. в сталь вводят в форме лигатурного сплава - феррованадия. Применяют В. и для легирования чугуна. Новым потребителем В. выступает быстро развивающаяся промышленность титановых сплавов; некоторые титановые сплавы содержат до 13% В. В авиационной, ракетной и др. областях техники нашли применение сплавы на основе ниобия, хрома и тантала, содержащие присадки В. Разрабатываются различные по составу жаропрочные и коррозионностойкие сплавы на основе В. с добавлением Ti, Nb, W, Zr и Al, применение которых ожидается в авиационной, ракетной и атомной технике. Интересны сверхпроводящие сплавы и соединения В. с Ga, Si и Ti.

Чистый металлический В. используют в атомной энергетике (оболочки для тепловыделяющих элементов, трубы) и в производстве электронных приборов.

Соединения В. применяют в химической промышленности как катализаторы, в сельском хозяйстве и медицине, в текстильной, лакокрасочной, резиновой, керамической, стекольной, фото и кинопромышленности.

Соединения В. ядовиты. Отравление возможно при вдыхании пыли, содержащей соединения В. Они вызывают раздражение дыхательных путей, лёгочные кровотечения, головокружения, нарушения деятельности сердца, почек и т.п.

В. в организме. В. - постоянная составная часть растительных и животных организмов. Источником В. служат изверженные породы и сланцы (содержат около 0,013% В.), а также песчаники и известняки (около 0,002% В.). В почвах В. около 0,01% (в основном в гумусе); в пресных и морских водах 1·10⁷-2·10⁷%. В наземных и водных растениях содержание В. значительно выше (0,16-0,2%), чем в наземных и морских животных (1,5·10^-5-2·10^-4%). Концентраторами В. являются: мшанка Plumatella, моллюск Pleurobranchus plumula, голотурия Stichopus mobii, некоторые асцидии, из плесеней - чёрный аспергилл, из грибов - поганка (Amanita muscaria). Биологическая роль В. изучена на асцидиях, в кровяных клетках которых В. находится в 3- и 4-валентном состоянии, то есть существует динамическое равновесие

Физиологическая роль В. у асцидии связана не с дыхательным переносом кислорода и углекислого газа, а с окислительно-восстановительными процессами - переносом электронов при помощи так называемой ванадиевой системы, вероятно имеющей физиологическое значение и у др. организмов.

Лит.: Меерсон Г. А., Зеликман А. Н., Металлургия редких металлов, М., 1955; Поляков А. Ю., Основы металлургии ванадия, М., 1959; Ростокер У., Металлургия ванадия, пер. с англ., М., 1959; Киффер P., Браун Х., Ванадий, ниобий, тантал, пер. с нем., М., 1968; Справочник по редким металлам, [пер. с англ.], М., 1965, с. 98-121; Тугоплавкие материалы в машиностроении. Справочник, М., 1967, с. 47-55, 130-32; Ковальский В. В., Резаева Л. Т., Биологическая роль ванадия у асцидии, «Успехи современной биологии», 1965, т. 60, в. 1(4); Воwen Н. J. М., Trace elements in biochemistry, L. - N. Y., 1966.

И. Романьков, В. В. Ковальский

Нагревательная печь для нагрева материалов в жидкой среде. В.п. применяются в термических цехах для нагрева металлических деталей под закалку, отпуск, нормализацию, обжиг, цианирование, цементацию, а также для патентирования проволоки и ленты.

Наиболее употребительные среды: для нагрева от 700 до 1300°С - хлористые и углекислые соли, от 160 до 500°С - азотнокислые соли, до 250°С - масла; применяют также расплавленные металлы (свинец, сплавы свинца с оловом и силумин).

Преимуществом нагрева в жидких средах по сравнению с нагревом в обычных печах являются быстрота и равномерность нагрева, отсутствие окисления поверхности деталей.

В.п. подразделяются на пламенные и электрические. Пламенная В.п. (см. рис.1) имеет тигель из жароупорной стали с толщиной стенки 15-30 мм. Обогревается тигель пламенем от форсунки или горелки.

Рис. 1. Пламенная ванная печь: 1 - изоляционный кирпич; 2 - камера горения; 3 - огнеупорная набивка; 4 - форсунка или горелка; 5 - дымовой канал; 6 - отверстие для стока жидкости в случае прогара тигля.

Электрические В.п. бывают двух типов - с генерацией тепла в нагревательных элементах (например, проволочного или ленточного типа), расположенных вне ванны (В.п. с внешним обогревом тигля), и с генерацией тепла в самой жидкой среде путём подвода тока с помощью электродов (В.п. с внутренним обогревом). Встречаются также В.п. с внутренним обогревом трубчатыми нагревательными элементами, располагаемыми внутри футерованного тигля. Электрические В.п. с внешним обогревом по конструкции (кроме устройств для обогрева тигля) аналогичны пламенным В.п.

Наиболее широкое распространение в промышленности получили одно- и трёхфазные электродно-соляные В.п. (см. рис.2), в которых нагревателем является расплавленная соль, загружаемая в рабочую камеру (круглого, прямоугольного или шестиугольного сечения), выложенную из фасонного шамотного кирпича, или в тигель из жароупорной стали. Электрический ток напряжением 6-24 в через массивные стальные электроды подводится непосредственно к соли. Наиболее совершенны электродные В.п. с опущенными электродами. Электрический ток, проходя через соль, вызывает энергичное перемешивание расплавленной соли и обеспечивает равномерность температуры ванны. Электродные В.п. применяются для нагрева до температуры от 40 до 1300°С. Мощность электродных печей 20-100 квт, производительность 30-200 кг/ч.

Рис. 2. Электродно-соляная ванная печь: 1 - металлический каркас; 2 - предохранительный кожух; 3 - теплоизоляционный кирпич; 4 - рабочее пространство; 5 - стальные плоские электроды; 6 - трансформатор; 7 - колпак; 8 - цепная занавеска для защиты персонала от брызг.

Лит.: Рустем С. Л., Оборудование и проектирование термических цехов, М., 1962; Крылов П. А., Электрические соляные печи и ванны, М. - Л., 1962.

В. А. Морозов

От англ. waterjacket, от water - вода и jacket - рубашка, кожух.

Шахтная печь, стенки которой составлены из охлаждаемых водой пустотелых металлических коробок, так называемых кессонов. Применяется в металлургии свинца, меди, никеля и др.

От нем. Werkstatt - мастерская.

Рабочий стол с приспособлениями для обработки вручную изделий из металла, дерева и др. материалов. Различают В. одноместные и многоместные. В. делятся на слесарные - для обработки изделий из металлических и др. материалов и столярные - для обработки деревянных изделий.

Слесарный В. - устойчивый, прочный металлический каркас с деревянной крышкой толщиной 40-60 мм, имеющий 3-сторонние борта. Крышка покрывается листовым железом толщиной 1-1,5 мм, фанерой, листовым текстолитом, а для выполнения лекальных и др. точных работ - линолеумом.

Столярный В. - стол, состоящий из подверстачья и крышки. Подверстачье обычно изготовляют из мягкой древесины (сосны). Оно имеет 2 стойки, связанные между собой продольными брусками. Крышку делают из сухой древесины твёрдой породы (дуба, бука и др.) толщиной 60-80 мм и покрывают олифой.

На В. располагают необходимые инструменты, приспособления, материалы, детали, техническую документацию. Одноместные В. имеют высоту 0,8-0,9 м, ширину 0,7-0,8 м, длину 1,2-1,5 м. Двухместные и многоместные слесарные В. соответственно увеличены по длине. Для хранения инструментов и документации В. оборудуются ящиками, разделёнными на несколько ячеек. Удобны в работе В. с регулируемой в пределах 50-250 мм высотой.

Лит.: Косяченко А. П. и Молчан И. А., Слесарное дело, 2 изд., М. - К., 1960; Макиенко Н. И., Слесарное дело, 2 изд., М., 1962.

А. Ф. Можейко

Печь для обработки длинномерных изделий в вертикальном положении или металлических полос, движущихся вертикально (вниз или вверх). В.п. разнообразны по конструкции и широко применяются в металлургии и машиностроении. В.п. разделяются на печи садочного режима с периодической загрузкой изделий и печи непрерывного действия. Печи первого типа (из которых наиболее распространены шахтные печи) работают с обычным окислительным нагревом (без муфеля) или с применением защитных атмосфер, предохраняющих изделия от окисления (муфельные). Шахтные печи применяются для закалки и отпуска орудийных стволов, валов, роторов турбин и др. длинномерных изделий. Изделия нагреваются газом или электричеством. Для ускорения нагрева предусматривается интенсивная циркуляция продуктов сжигания газа или защитной атмосферы. Циркуляция защитной атмосферы в печах обеспечивается вентиляторами. Высота печей достигает 30 м, диаметр рабочего пространства 3-4 м.

В.п. непрерывного действия (через печь непрерывно движется полоса, подвергающаяся термообработке) подразделяются на однопроходные и многопроходные. В однопроходных В.п. полоса подвергается термообработке за один проход, двигаясь сверху вниз или снизу вверх (например, печи для светлой закалки нержавеющей полосы в водороде - см. рис 1.) В многопроходных печах полоса подвергается термообработке, совершая последовательно до 40 вертикальных проходов вверх и вниз (непрерывный отжиг жести). В В.п. этого типа обрабатывают холоднокатаные полосы различного назначения (жесть, трансформаторная, динамная, нержавеющая и др. стали). Наиболее часто в них производят безокислительный отжиг с сохранением светлой поверхности полосы или в сочетании с химико-термической обработкой (обезуглероживание трансформаторной стали). Нагрев металла производится газом, сжигаемым в радиационных трубах, или электричеством. С целью сокращения длины полосы в печи или высоты печи применяют струйное охлаждение полосы защитным газом (азотом) или водородом. В печах непрерывного действия с обычным окислительным нагревом полосы применяются панельные излучающие горелки, ускоряющие нагрев. Печи устанавливаются в агрегатах непрерывного отжига полосы, включающих также оборудование для очистки полосы, размотки и смотки полосы в рулон и т. д. Высота этих печей до 20-30 м, длина полосы в печи до 800 м, скорость движения полосы до 10 м/сек. Агрегаты полностью механизированы и процессы в них автоматизированы с помощью управляющих вычислительных машин. В.п. непрерывного действия широко применяются в чёрной металлургии при производстве холоднокатаных полос и листов.

Рис 1. Вертикальная печь для светлой закалки нержавеющей полосы в водороде: 1 - камера нагрева полосы в водороде; 2 - камера струйной закалки полосы водородом; 3 - уплотняющие затворы; 4 - движущаяся полоса; 5 - электронагреватели.

Лит.: Металлургические печи, 2 изд., ч. 2, М., 1964; Эфрос М. М., Нагревательные и термические печи на газовом топливе, М., 1965.

Б. В. Малышев

Прибор для измерений массы, действие которого основано на использовании эффекта гравитационных сил.

Весами иногда называют также приборы для измерений др. физических величин, преобразуемых с этой целью в силу или в момент силы. К таким приборам относятся, например, токовые весы и весы Кулона.

В. — один из древнейших приборов. Они возникли и совершенствовались с развитием торговли, производства и науки. Простейшие В. в виде равноплечного коромысла с подвешенными чашками (рис. 1) широко применялись при меновой торговле в Древнем Вавилоне (2,5 тыс. лет до н. э.) и Египте (2 тыс. лет до н. э.). Несколько позднее появились неравноплечные В. с передвижной гирей (см. Безмен). Уже в 4 в. до н. э. Аристотель дал теорию таких В. (правило моментов сил). В 12 в. арабским учёным аль-Хазини были описаны В. с чашками, погрешность которых не превышала 0,1%. Они применялись для определения плотности различных веществ, что позволяло распознавать сплавы, выявлять фальшивые монеты, отличать драгоценные камни от поддельных и т.д. В 1586 Г. Галилей для определения плотности тел сконструировал специальные гидростатические В. Общая теория В. была развита Л. Эйлером (1747).

Рис. 1. Древнеегипетские рычажные весы (гирям придавалась форма животных).

Развитие промышленности и транспорта привело к созданию В., рассчитанных на большие нагрузки. В начале 19 в. были созданы десятичные В. (рис. 2) (с отношением массы гирь к нагрузке 1:10 — Квинтенц, 1818) и сотенные В. (В. Фербенкс, 1831). В конце 19 — начале 20 вв. с развитием поточного производства появились В. для непрерывного взвешивания (конвейерные, дозировочные и др.). В различных отраслях сельского хозяйства, промышленности, на транспорте стали применять В. самых разнообразных конструкций для взвешивания конкретных видов продукции (в сельском хозяйстве, например, зерна, корнеплодов, яиц и т.д.; на транспорте — автомобилей, ж.-д. вагонов, самолётов; в промышленности — от мельчайших деталей и узлов в точном приборостроении до многотонных слитков в металлургии). Для научных исследований были разработаны конструкции точных В. — аналитических, микроаналитических, пробирных и др.

Рис. 2. Схема десятичных весов системы Квинтенца.
АОК — рычаг 1-го рода, EDC — рычаг 2-го рода.
Гири уравновешивают в 10 раз большую нагрузку при следующих условиях: ОА : ОВ = 10 : 1; CE : CD = OK : OB.

В зависимости от назначения В. делятся на образцовые (для поверки гирь), лабораторные (в том числе аналитические) и общего назначения, применяемые в различных областях науки, техники и народного хозяйства.

По принципу действия В. подразделяются на рычажные, пружинные, электротензометрические, гидростатические, гидравлические.

Наиболее распространены рычажные В., их действие основано на законе равновесия рычага. Точка опоры рычага («коромысла» В.) может находиться посередине (равноплечные В.) или быть смещенной относительно середины (неравноплечные и одноплечные В.). Многие рычажные В. (например, торговые, автомобильные, порционные и др.) представляют собой комбинацию рычагов 1-го и 2-го родов. Опорами рычагов служат обычно призмы и подушки из специальных сталей или твёрдого камня (агат, корунд). На равноплечных рычажных В. взвешиваемое тело уравновешивается гирями, а некоторое превышение (обычно на 0,05—0,1%) массы гирь над массой тела (или наоборот) компенсируется моментом, создаваемым коромыслом (со стрелкой) из-за смещения его центра тяжести относительно первоначального положения (рис. 3). Нагрузка, компенсируемая смещением центра тяжести коромысла, измеряется с помощью отсчётной шкалы. Цена деления s шкалы рычажных В. определяется формулой

s = k (P₀·c / l ·g),
где P₀ — вес коромысла со стрелкой, с — расстояние между центром тяжести коромысла и осью его вращения, l — длина плеча коромысла, g — ускорение свободного падения, k — коэффициент, зависящий только от разрешающей способности отсчётного устройства.

Цену деления, а, следовательно, и чувствительность В., можно в определенных пределах изменять (обычно за счёт перемещения специального грузика, изменяющего расстояние с).

Рис. 3. Схема равноплечных рычажных весов:
О — точка опоры коромысла AB; С и P0 — центр тяжести и вес коромысла со стрелкой; ОС = с — расстояние между точкой опоры и центром тяжести коромысла; Р — вес тела; р — перегрузок, уравновешиваемый смещением центра тяжести коромысла; l — плечо коромысла; r — длина стрелки; h — отклонение стрелки.

В ряде рычажных лабораторных В. часть измеряемой нагрузки компенсируется силой электромагнитного взаимодействия — втягиванием железного сердечника, соединённого с плечом коромысла, в неподвижный соленоид. Сила тока в соленоиде регулируется электронным устройством, приводящим В. к равновесию. Измеряя силу тока, определяют пропорциональную ей нагрузку В. Подобного типа В. приводятся к положению равновесия автоматически, поэтому их применяют обычно для измерений изменяющихся масс (например, при исследованиях процессов окисления, конденсации и др.), когда неудобно или невозможно пользоваться обычными В. Центр тяжести коромысла совмещен в этих В. с осью вращения.

В лабораторной практике всё шире применяются В. (в особенности аналитические) со встроенными гирями на часть нагрузки или на полную нагрузку (рис. 4). Принцип действия таких В. был предложен Д. И. Менделеевым. Гири специальной формы подвешиваются к плечу, на котором находится чашка для нагрузки (одноплечные В.), или (реже) на противоположное плечо. В одноплечных В. (рис. 5) полностью исключается погрешность из-за неравноплечности коромысла.

Рис. 4. Равноплечные двухчашечные микроаналитические весы (предельная нагрузка 20 г):
1 — коромысло; 2 — воздушные успокоители; 3 — механизмы наложения встроенных гирь (от 1 до 999 мг); 4 — экран, на который проектируется шкала отсчёта; 5 — манипулятор, выдвигающий чашку весов в окошко; 6 — перегородка, защищающая коромысло от температурных влияний и воздушных потоков; 7 — встроенные гири, имеющие вид колец.

Рис. 5. Схема одноплечных аналитических весов:
1 — коромысло; 2 — встроенные гири; 3 — грузоприёмная чашка; 4 — противовес и успокоитель; 5 — источник света; 6 — проекционная шкала; 7 — объектив; 8 — устройство для коррекции нуля; 9 — экран.

Современные лабораторные В. (аналитические и др.) снабжаются рядом устройств для повышения точности и скорости взвешивания: успокоителями колебаний чашек (воздушными или магнитными), дверцами, при открытии которых почти не возникает потоков воздуха, тепловыми экранами, механизмами наложения и снятия встроенных гирь, автоматически действующими механизмами для подбора встроенных гирь при уравновешивании В. Всё чаще применяются проекционные шкалы, позволяющие расширить диапазон измерений по шкале отсчёта при малых углах отклонения коромысла. Всё это позволяет значительно повысить быстродействие В.

В быстродействующих технических квадрантных В. (рис. 6) предел измерений по шкале отклонения коромысла составляет 50—100% от предельной нагрузки В., обычно лежащей в пределах 20 г — 10 кг. Это достигается особой конструкцией тяжёлого коромысла (квадранта), центр тяжести которого расположен значительно ниже оси вращения.

Рис. 6. Квадрантные весы с проекционной шкалой (а — общий вид, б — схема):
1 — грузоприёмная чашка; 2 — противовес-квадрант; 3 — рычаг, угол отклонения которого измеряется с помощью проекционной шкалы 4, через которую проходит световой пучок 5, проектирующий изображение шкалы на экран 6.

По принципу рычажных В. устроено большинство типов метрологических, образцовых, аналитических, технических, торговых (рис. 7), медицинских, вагонных, автомобильных В., а также В. автоматических и порционных.

Рис. 7. Настольные циферблатные (торговые) весы (а — общий вид, б — схема):
1 — основной равноплечный рычаг; 2 — опорная призма; 3—4 — грузоприемные призмы; 5—6 — стойки для предотвращения опрокидывания чашек; 7 — квадрант; 8 — стрелка; 9 — шкала.

В основу действия пружинных и электротензометрических В. положен закон Гука. Чувствительным элементом в пружинных В. является спиральная плоская или цилиндрическая пружина, деформирующаяся под действием веса тела. Показания В. отсчитывают по шкале, вдоль которой перемещается соединённый с пружиной указатель. Принимается, что после снятия нагрузки указатель возвращается в нулевое положение, то есть в пружине под действием нагрузки не возникает остаточных деформаций. При помощи пружинных В. измеряют не массу, а вес. Однако в большинстве случаев шкала пружинных В. градуируется в единицах массы. Вследствие зависимости ускорения свободного падения от географической широты и высоты над уровнем моря показания пружинных В. зависят от места их нахождения. Кроме того, упругие свойства пружины зависят от температуры и меняются со временем; всё это снижает точность пружинных В.

В крутильных (торзионных) В., чувствительным элементом служит упругая нить или спиральные пружины (рис. 8). Нагрузка определяется по углу закручивания нити пружины, который пропорционален создаваемому нагрузкой крутильному моменту.

Рис. 8. Схема крутильных (торзионных) весов:
1 — спиральные пружины; 2 — рычаг для помещения нагрузки; 3 — магнитный ускоритель; 4 — стрелка; 5 — шкала.

Действие электротензометрических В. основано на преобразовании деформации упругих элементов (столбиков, пластин, колец), воспринимающих силовое воздействие нагрузки, в изменение электрического сопротивления. Преобразователями служат высокочувствительные проволочные тензометры, приклеенные к упругим элементам. Как правило, электротензометрические В. (вагонные, автомобильные, крановые и т.д.) применяются для взвешивания больших масс.

Гидростатические В. применяют, главным образом, для определения плотности твёрдых тел и жидкостей. Действие их основано на законе Архимеда.

Гидравлические В. по устройству аналогичны гидравлическому прессу. Отсчёт показаний производится по манометру, градуированному в единицах массы.

Все типы В. характеризуются:

1. предельной нагрузкой — наибольшей статической нагрузкой, которую могут выдерживать В. без нарушения их метрологических характеристик;
2. ценой деления — массой, соответствующей изменению показания на одно деление шкалы;
3. пределом допускаемой погрешности взвешивания — наибольшей допускаемой разностью между результатом одного взвешивания и действительной массой взвешиваемого тела;
4. допускаемой вариацией показаний — наибольшей допускаемой разностью показаний В. при неоднократном взвешивании одного и того же тела.

Табл.1

Погрешности взвешивания на В. некоторых типов при предельной нагрузке.

* С применением методов точного взвешивания.

Лит.: Рудо Н. М., Весы. Теория, устройство, регулировка и поверка, М. — Л., 1957; Маликов Л. М., Смирнова Н. А., Аналитические электрические весы, в кн.: Энциклопедия измерений контроля и автоматизации, в. 1, М. — Л., 1962: Орлов С. П., Авдеев Б. А., Весовое оборудование предприятий, М., 1962; Карпин Е. Б., Расчет и конструирование весоизмерительных механизмов и дозаторов, М., 1963; Гаузнер С. И., Михайловский С. С., Орлов В. В., Регистрирующие устройства в автоматических процессах взвешивания, М., 1966.

Н. А. Смирнова

Машина, в которой для деформирования заготовки используют энергию быстрого сгорания взрывчатых веществ и смесей, передаваемую через жидкостную, газовую и сыпучую среды непосредственно или посредством разгона твердых (металлических) рабочих частей.

Cварка взрывом, способ сварки, основанный на использовании энергии взрыва. Привариваемая (метаемая) деталь располагается под углом (см. рис. 1) к неподвижной детали (мишени). При соударении деталей от взрыва образуется кумулятивная струя металла, распространяющаяся по поверхности деталей, вследствие чего происходит совместная пластическая деформация обеих деталей и они свариваются. Взрывчатое вещество, чаще всего применяемое для В.с., - аммонит, массу которого берут равной массе метаемой детали. Способом В.с. соединяют разные по массе (от нескольких г до нескольких т) детали из разнородных металлов, в том числе нержавеющих сталей, цветных металлов, тугоплавких сплавов и др.

Рис. 1. Схема взрывной сварки: 1 - неподвижная деталь (мишень); 2 - подвижная (метаемая) деталь; 3 - опорная плита; 4 - заряд; 5 - детонатор.

Лит.: Сварка взрывом, «Сварочное производство», 1962, № 5; Райнхарт Дж. С., Пирсон Дж. Взрывная обработка металлов, пер. с англ., М., 1966.

Штампование металлов, главным образом листовых, при котором давление создаётся энергией взрыва бризантного взрывчатого вещества, пороха или газовой смеси через передающую (промежуточную) среду. Принципиальное отличие В.ш. от обычного - в мгновенном (мсек и мксек) приложении к деформируемому металлу больших механических напряжений, значительно превышающих предел упругости данного металла. Качество изделий по точности и физико-механическим свойствам не уступает, а часто и превосходит качество изделий, отштампованных на прессах. В.ш. предложено в Харьковском авиационном институте в 40-х гг., а в середине 50-х гг. широко применялось при изготовлении крупногабаритных деталей ракет и самолётов. Различают несколько видов установок для В.ш.: через жидкую передающую среду, чаще всего воду (см. рис.1); через газовую среду; в атмосфере разреженного газа или в вакуумной камере. Материалом для штампов (матриц) при мелкосерийном производстве деталей с помощью взрывчатых веществ служат мягкие стали, алюминий, цинк, пластмассы, армобетон и др. материалы; при крупносерийном производстве штампы изготовляют из обычных штамповых и инструментальных сталей. Простейшая установка для В. ш. представляет собой углублённый в землю железобетонный с металлической облицовкой бассейн с водой. Матрица с расположенным над ней зарядом полностью погружается в воду и производится взрыв.

Рис.1. Схема штампования в воде: 1 - заготовка; 2 - матрица; 3 - ёмкость с водой; 4 - заряд взрывчатого вещества.

В.ш. в бассейнах сопряжено с рядом недостатков, препятствующих его широкому распространению (необходимо каждый раз или опускать в воду многотонную матрицу, или откачивать воду из бассейна, а потом наполнять его вновь; выплеск воды силой взрыва и сейсмические колебания грунта затрудняют В.ш. в бассейнах внутри зданий и вынуждают чаще всего производить его на открытых полигонах). Этих недостатков лишено безбассейновое В.ш., выполняемое в подвижных (см. рис.2) или стационарных камерах; вода находится только между зарядом и заготовкой, а остальное пространство бронекамеры заполнено воздухом, значительно ослабляющим ударную волну. В микробассейн с водой, образованный прижимным кольцом, укладывается плоский заряд бризантного взрывчатого вещества. В торцевых стенках бронекамеры сделаны вырезы, и в момент взрыва они закрываются неподвижными стенками, укреплёнными на фундаменте с помощью контрфорсов. Вырезы в торцевых стенках дают возможность одной бронекамерой обслужить два и более рабочих места, экономя площадь цеха. Безбассейновое В.ш. - перспективный процесс, позволяющий снизить трудоёмкость изготовления деталей по сравнению со штампованием на прессах до 10 раз, в 20 раз уменьшить капитальные затраты и резко сократить сроки организации производства. В.ш. каждой детали может производиться крупными зарядами за один взрыв (так называемое одноимпульсное В.ш.), серией малых зарядов (так называемое многоимпульсное В.ш.). Многоимпульсное В.ш. иногда осуществляется автоматически, с подачей зарядов из специального подающего бункера.

Рис.2. Подвижная бронекамера для безбассейнового штампования взрывом: 1 - крышка; 2 - корпус; 3 - автомобильные колеса; 4 - уголковые рельсы; 5 - фундамент; 6 - металлический лист; 7 - матрица; 8 - плоский заряд взрывчатого вещества; 9 - микробассейн с водой.

Лит.: Пихтовников Р. В., Завьялова В. И., Штамповка листового металла взрывом, М., 1964; Степанов В. Г., Шавров И. А., Импульсная металлообработка в судовом машиностроении, Л., 1968.

Р. В. Пихтовников