з)

и участках основлого металла, нагреваемых до температур выше 850 К, определяется аффектывностью защиты от окружающего воздуха и перераспределением этих газов между металлом и контактирующими о ним газовой либо шлаковой фазами.

В соответствии с кинетической теорией процесс перераспределения газов между атмосферой над металлом и самим металлом можно подразделить на три стадии:

I) адсорбцию-десорбцию молекулярных или атомарных газовых частиц на поверхности металла;

проникновение атомарных частиц газа внутрь металла - абсорбцию или окклюзию;

распределение газов в объеме металла в результате диффузионных процессов (твердое или жидкое состояние металла) или интенсивного перемешивания жидкого металла. На первой стадии образуется адсорбированный мономолекулярный слой газа на поверхности металла [20]. В зависимости от физико-химических процессов между металлом и газовыми частицами возможен различный механизм адсорбции и различные конечные концентрации газовых примесей в объеме металла. Сопоставляя механизм перераспределения активных газов, можно принять в качестве определяющего фактора образование химического соединения газа с металлом и его стойкость в температурном интервале взаимодействия газ-металл.

При образовании химического соединения в условиях относительно низких температур (значительно ниже температуры плавления металла) равновесие между газовой фазой и металлом удовлетворительно определяется уравнением Сивертса [20] , что подтверждается, например, характером абсорбции водорода титаном (рис. 16):.

1473

2273 3073 Рис. 16

где [н] - равновесная концентрация-водорода; 61- суммарная теплота растворения, отнесенная к молю водорода; Я - газовая поотояняая; Т~ температура; Рн - парциальное давление водорода в газовой фазе над металлом.

В тех случаях, когда химичеокое соединение образуется при температурах, близких к температуре плавления металла, поглощение газов не 40

подчиняется зависимости, приведенной выше. В качестве примера можно привести окислительные процессы в условиях сварки плавлением титана и его сплавов [23].

Такой же характер имеет зависимость поглощения азота в результате его перераспределения между газовой фазой и расплавленным металлом при аргонодуговой сварке титана и его сплавов, так как нитриды титана образуются при температурах, сопоставимых с температурой плавления, титана [22]. Линейные зависимости поглощения кислорода и азота расплавленным титаном свидетельствуют о том, что на процесс перераспределения- этих газов между атмосферой и металлом решающее влияние оказывают подвод молекулярных частиц кислорода и азота к сварочной ванне и процесс адсорбции на ее поверхности.

В самом общем виде количество адсорбированных газовых частиц на 'единице поверхности ванны будет определяться зависимостью

где А - количеотво адсорбированного кислорода или азота; Рг - парциальное давление кислорода или" азота в газовой фазе; со - скорость подвода газовых частиц к поверхности сварочной ванны (г/с); Р6 - площадь активной поверхности сварочной ванны; с - среднее время существования сварочной ванны (с).

Парциальное давление кислорода или азота в газовой фазе определяется их концентрациями, температурными условиями, упругостью паров титана и входящих в состав титанового сплава примесей.

3 первом приближении можно принять, что температуры защитной атмосферы и металла сварочной ванны мало меняются при различных режимах дуговой сварки, поэтому парциальное давление и скорость подвода кислорода или азота к сварочной ванне будут главным образом определяться их концентрациями в атмосфере над металлом.

Адсорбирующая способность поверхности сварочной ванны зависит от ее площади и химического состава свариваемого титанового сплава. Время взаимодействия металла сварочной ванны с газовой фазой определяется режимом сварки и теплофизическими свойствами основного металла.

По данным работы [23] можно рассчитать размеры сварочной ванны и время ее существования при аргонодуговой сварке тонколистовых соединений из титановых сплавов со сквозным проваром по следующим уравнениям: