металл сварочной ванны — шлак при использовании флюса 5Ю2 — МпО значительно меньше, чем при применении флюса, содержащего 5Ю2 и №20. По-видимому, это и является причиной образования зоны несплавления.

Влияние величины межфазного натяжения в системе металл — шлак на образование несплавлений отмечено также в работе [2661.

Поверхностные свойства металла оказывают определенное влияние и на образование кратеров в сварном шве, которые образуются

под действием следующих сил. Давление дуги Рд и реактивная сила Рр, возникающие в результате испарения металла в зоне активного пятна, стремятся прогнуть поверхность металлической ванны. Силы поверхностного натяжения Рин и гидростатического давления Рг.д стремятся выровнять поверхность ванны. Кратер образуется в случае

Рд + РР Рин + Рг.д-(2.18)

После преобразования с учетом того, что при дуговых способах сварки Рр невелико,

Рд2ом_г/гк + Тд/йк-(2.19)

где л„ — радиус кривизны дна кратера; Нк — максимальная глубина кратера. Из этого уравнения следует, что глубина кратера тем больше, чем меньше плотность металла и поверхностное натяжение и чем больше давление дуги и реактивные силы. Подобное влияние плотности металла и давления дуги подтверждается экспериментально

[351]. Однако отмечено [235, 351], что с увеличением тока опускание поверхности металла существенно увеличивается. Это связано как с ростом давления дуги, так и с появлением вихревых потоков металла.

Согласно принятой в работе [351] математической модели, влияние поверхностного натяжения металла на форму кратера невелико. Однако проведенные нами эксперименты свидетельствуют о том, что это влияние довольно заметно. При сварке под флюсом АН-348А проволокой Св-08 стали СтЗ, поверхностное натяжение которой изменялось путем введения серы, глубина кратера увеличилась с 0,7 до 1,5 мм при повышении содержания серы в стали от 0,052 до 0,43 %. При сварке в углекислом газе проволокой Св-08Г2С глубина кратера больше (рис. 30), когда основным металлом была сталь СтЗ.

Таким образом, образование дефектов формы шва (подрезов, несплавлений, прожогов, кратеров, непроваров, чешуйчатое™, наплывов) в той или иной мере связано с поверхностными свойствами металла.

5. Образование пор и неметаллических включений

Связь процессов образования пор и неметаллических включений с поверхностными свойствами и явлениями отмечена многими исследователями [9, 78, 203, 227, 233, 249]. Довольно подробно эти вопросы изложены в монографиях [220, 221, 236]. Поэтому здесь вкратце рассмотрим лишь влияние и место среди других действующих факторов поверхностных свойств и явлений на отдельных этапах процесса образования пор и неметаллических включений.

Образование пор и неметаллических эндогенных включений, которые составляют основную долю включений в сварных швах, во многом схоже. Поэтому и влияние отдельных факторов на процессы их зарождения, укрупнения и удаления из сварочной ванны во многом идентичны. При этом на каждой стадии процесса образования пор и неметаллических включений роль отдельных факторов может измениться. Так, на стадии образования устойчивых зародышей основными факторами, влияющими на этот процесс, будут пересыщение расплава веществом новой фазы, поверхностные свойства на границе металл — газ (неметаллические включения), а также наличие межфазных границ и смачиваемость этих границ расплавленным металлом.

Роль каждого из этих факторов видна из рассмотрения уравнений для определения критического радиуса гкр зародыша новой фазы и интенсивности образования' устойчивых зародышей / в гомогенной

среде: гкр = 2оУИф/уРГ 1п с/г8; / = Ае *5 . Здесь

Мф — молекулярная масса вещества образующейся фазы; с1сь — пересыщение расплава веществом новой фазы; А — коэффициент, определяемый расчетным путем.

Расчеты по приведенным уравнениям показали [78], что образование устойчивых зародышей газовых пузырьков и неметаллических включений в значительной мере зависит от величины ом_г и ом_ш.