Из других факторов, влияющих на переход неметаллических включений из металла в шлак, наибольшее влияние окажут вязкость металла и шлака, поверхностные свойства металла и шлака и смачиваемость включений шлаком. При переходе включения до миделева сечения наибольшее влияние окажет вязкость металла, а затем — вязкость шлака.

На третьем этапе удаления неметаллических включений из сварочной ванны важное значение имеет перемешивание шлака, что облегчает [201] ассимиляцию включений шлаком.

Итак, из анализа процесса удаления неметаллических включений из сварочной ванны, проведенного при условии постоянства времени ее существования, можно сделать следующий вывод. По-видимому, первостепенное значение в этом процессе имеют гидродинамические процессы в сварочной ванне и в расплавленном шлаке, а затем, в зависимости от размера включений, их агрегатного состояния, стадии перехода частиц через границу металл — шлак,— вязкость шлака (включения) или поверхностные свойства и явления.

Удаление газовых пузырьков из металла сварочной ванны состоит из двух этапов: перемещения газовых пузырьков к поверхности металл — шлак (газ) и переход газового пузырька через межфазную границу.

Подход газовых пузырьков к межфазной границе, как и в случае неметаллических включений, определяется прежде всего гидродинамическими процессами в сварочной ванне. Переход же пузырьков через межфазную границу зависит от соотношения кинетической энергии поднимающегося пузырька, энергии поверхностного натяжения и потенциальных энергий перемещаемой металлической оболочки, а при сварке под флюсом — и столба шлака. Кинетическая энергия

пузырька равна ~ гаугУ2 (г — радиус пузырька; уг — плотность газа).

Поскольку плотность газа гораздо меньше (в тысячи раз) плотности неметаллического включения, то кинетическая энергия пузырька значительно ниже энергии неметаллического включения. В наибольшей мере она зависит от размеров пузырька и от скорости перемешивания металла. Поскольку толщина перемещаемой пузырьком металлической оболочки мала, то потенциальной энергией оболочки можно пренебречь. Тогда переход пузырьков через границу металл — газ будет в меньшей мере определяться гидродинамическими процессами, а в большей степени — поверхностными свойствами металла, так как известно [354], что скорость разрушения пленки металла существенно зависит от поверхностных свойств металла, что следует из выражения Кр = \/Г2ом-.г/ум?п, где Р„ — толщина пленки. Поэтому в случае перехода пузырька через границу металл — газ самым важным фактором, влияющим на этот процесс, являются поверхностные свойства металла, а затем — гидродинамические процессы в сварочной ванне.

Как показали наши исследования [81], удаление газовых пузырьков может стать причиной разбрызгивания металла сварочной ванны. Введение в сварочную ванну кислорода или серы, приводящее к уменьшению величины поверхностного натяжения металла сварочной

ванны, снижает массу разбрызгиваемого металла. Это связано с повышением устойчивости пленки металла вследствие уменьшения его поверхностного натяжения.

В случае перехода газового пузырька через границу металл — шлак

условие перехода запишется в виде [84] — r3yrV2 2r/imoM_m sin 6 +

-f уг2#шТш5Ш26--/¿Vu, (3r2 sin2 6 + h2m), где hw, Нш — высота

соответственно шлакового купола, образующегося при переходе пузырька через границу металл — шлак, и толщина флюса; 8 — угол между вектором межфазного натяжения и направлением подъема пузырька.

Анализ данного неравенства и проведенные эксперименты свидетельствуют о том, что преобладающую роль в этом случае и на этой стадии играют величины Нш и кш, о г которых зависит потенциальная энергия системы. Меньшее влияние оказывают величина ом_ш и затем кинетическая энергия пузырька.

Следует отметить, что образование пор и неметаллических включений взаимосвязано. Наличие неметаллических оксидных включений в сварочной ванне способствует образованию газовых пузырьков, а наличие газовых пузырей — появлению неметаллических включений. Первое объясняется наличием межфазных границ, а второе — повышением концентрации 02 и S вследствие поверхностной активности этих компонентов вблизи поверхности раздела металл — пузырек.

6. Образование кристаллизационных трещин

Кристаллизационные трещины, которые относятся к горячим, довольно часто встречаются в сварных швах. Изучению процесса образования кристаллизационных трещин посвящены многочисленные исследования, проведенные Б. И. Медоваром, Б. А. Мовчаном, В. В. Подгаецким, Н. Н. Прохоровым, Д. М. Рабкиным, И. И. Фру-миным, Д. Борлендом и их сотрудниками, а также другими исследователями.

В настоящее время общепризнано, что образование кристаллизационных трещин происходит в момент, когда сварной шов находится в двухфазном, твердожидком состоянии. Правда, при этом высказываются различные мнения о составе и свойствах жидкой фазы. Одни авторы считают [153, 219, 220, 245], что возникновению трещин способствуют легкоплавкие прослойки, оставшиеся между кристаллами после затвердевания металла сварочной ванны, другие [29, 68, 242] придерживаются взгляда о появлении трещин во время кристаллизации металла, а следовательно, связывают процесс их образования с наличием расплавленного металла, его объемом, низкой прочностью и пластичностью твердожидкой среды.

Начиная с работ И. А. Липецкого [153], все авто )Ы гтлечнот, что при сварке конструкционных сталей с увеличением содержания серы в металле шва его склонность к образованию кристаллизационных трещин резко возрастает. Это объясняют способностью серы