Период остановки роста кристаллов
определяется временем отвода скрытой теплоты кристаллизации и теплоты
перегрева, т. е. зависит от режима сварки и физических свойств металла
шва. Для стали длительность остановки обычно не превышает 0,1—0,2 сек, что недостаточно для
развития макропоры радиусом 0,5 мм
и более вследствие атомарной диффузии азота в
железе.
Следует учесть, что величина
Шж,
обусловленная локальным перенасыщением, в процессе роста
пузырька газа резко уменьшается, так как толщина слоя с высоким
перенасыщением у фронта
кристаллизации обычно весьма мала (имеет порядок -—, где
v —
мгновенная скорость кристаллизации; для водорода <
Ю-2 см,
а для азота
<10~4ш, если v
> 0,3 ч- 0,4 см/сек).
Поэтому локальное перенасыщение жидкого металла газом у
фронта кристаллизации обусловливает вероятность зарождения пузырьков
с малой величиной i^min, но не может
способствовать их достаточному росту при незначительной средней
концентрации газа в объеме жидкой ванны. Для развития зародыша в пузырек
определенных размеров (R > 0,5 мм) — пору — необходим
интенсивный подвод газа из жидкого металла главным образом путем
конвективного массо-переноса из объема сварочной ванны, перенасыщенной
газами вследствие уменьшения их растворимости при охлаждении
металла.
Термодинамические расчеты. Для
приближенной термодинамической оценки вероятности образования
пузырьков используется неравенство
(56)
где р—сумма парциальных давлений
газов, могущих выделиться при кристаллизации; /?внд— внешнее
давление.
Внешнее давление складывается из
атмосферного давления, ме-таллостатического, шлакостатического и давления
поверхностной пленки металла. Учитывая небольшие величины
металлостатиче-ского и шлакостатического давления для условий сварочной
ванны (менее 0,1 атм),
а также большую возможность образования зародышей на
границе раздела фаз (границы кристаллов металла, шлаковые включения и
др.), обычно полагают, что вероятность возникновения пористости
существует, если давление выделения рвыд больше 1 атм [88,91]. При
термодинамических расчетах определяют скрытое давление газов в
металле сварочной ванны, представляющее собой сумму парциальных
давлений газов, выделяющихся из ванны в результате протекания всех
возможных реакций в условиях равновесия.
Скрытые парциальные давления
газов, выделяющихся при кристаллизации, можно приближенно определить
из уравнений: