где [Н] — содержание водорода в
металле, %; Sh—
растворимость водорода в железе при температуре плавления, Sh = 0,0027%;
(58)
где [N1 — содержание азота в металле,
%; Sn— растворимость азота в
железе при температуре плавления, SN
=0,040%.
(59)
где 1С] и [О] — концентрации углерода
и кислорода в железе, %; Ксо
— равновесная константа реакций окисления углерода при Т= = 1810°К, Ксо = 437; fc,
/0 — коэффициенты активности углерода и кислорода.
При расчетах количество
растворенного кислорода обычно принимают равным [93]
(60)
Приближенные термодинамические
расчеты по приведенной схеме позволяют в определенной мере оценить
вероятность возникновения пор в металле и выявить роль отдельных
газов в возникновении пористости по результатам химического и
газового анализов металла шва. Поскольку условия кристаллизации сварочной
ванны далеки от равновесных, то приведенный выше расчет дает лишь
качественную картину. Для получения более точных сведений необходим
учет кинетических факторов.
Из газов, способствующих
возникновению пористости металла, наиболее диффузионно подвижным является
водород, поэтому его роль в возникновении пористости при наличии условий,
по-видимому, является ведущей. В то же время реакция окисления
углерода может вызывать пористость лишь при весьма высоких
концентрациях кислорода в металле, поскольку углерод и кислород
диффундируют со значительно меньшими скоростями, чем водород.
Важную роль в возникновении и
развитии газовых пузырьков играют поверхностно-активные элементы. Блокируя
межфазную поверхность жидкий металл — газ, они замедляют десорбцию газа и
способствуют перенасыщению металла ванны газами, особенно в холодной ее
части, в момент времени, непосредственно предшествующий затвердеванию
металла. В таком направлении действуют, в частности,- углерод и
кремний.
Скорость роста пузырьков, как
указывалось выше, определяется степенью перенасыщения металла сварочной
ванны газами и кинетикой их десорбции в зародыши. При наличии
поверхностно-активных элементов скорость десорбции газов невелика,
развитие пузырька происходит в объеме вязкого металла, в котором скорость
всплывания пузырька понижена. В этих условиях часто образуются
наружные поры — свищи.