Прежде всего, необходимо отметить, что если в земных условиях естественная конвекция играет определяющую роль в перемешивании металла сварочной ванны, то в условиях микрогравитации она практически не возникает [194]. В последнем случае возможно [209] несколько видов перемешивания жидких слоев и частиц. Это течение Марангони, броуновское движение, движение под действием сил Лоренца, движение по градиенту температуры, концентраций, давлений, движение, вызванное фазовыми превращениями и т. д. Согласно экспериментальным исследованиям, проведенным в космосе, выделены два ос-

Рис. 47. Форма поперечного сечения сварных швов, полученных при различных значениях ускорения свободного падения gп [196]:

а — сталь 1Х18Н9Т; б — сплав АМгб.

новных типа конвекции: термокапиллярная и диффузионная. Роль того или иного вида конвекции в общем процессе перемешивания металла зависит от многих причин: градиента температур, конфигурации канала, в котором находится расплав металла, концентрации поверхностно-активных веществ и др.

Значения отдельных видов ускорений, согласно работе [204], представлены в табл. 4. Данные получены для следующих условий: форма летательного аппарата сферическая, масса летательного аппарата 45,36 т, его диаметр 19,2 м, площадь миделя 290 м2, коэффициент сопротивления 2, электростатический заряд 1600 В, расстояние элементарного объема жидкости от центра притяжения (или вращения) 3,05 м.

Ускорения, которые могут возникнуть в расплаве под действием поверхностных сил, можно приближенно оценить следующим образом.

Величина поверхностных сил Т7 л: о/,, где Ь — характерный линейный размер. В этом случае масса жидкости т та у/Д ускорение частиц жидкости а « /7т = о у/,2, а относительное ускорение п ш с/^0 = = о/£0у/А Приняв, как и выше, для расплавленного металла у = = 7000 кг/м3, о = 1200 мН/м, для сварочной ванны длиной 0,01 м и объемом 0,25 • 10_6 м3 получим п = 1,75 ■ 10 1.

Таким образом, ускорения, возникающие в расплаве под действием поверхностных сил, преобладают над всеми остальными. По-видимому, образование зародышей пор и неметаллических включений мало зависит от перемешивания металла сварочной ванны. Однако на рост газовых пузырей и неметаллических включений их удаление из сварочной ванны перемешивание металла окажет существенное влияние.

Таблица 4. Относительные ускорения в космосе

Аэродинамического происхождения

Для подтверждения этих предположений проанализируем, как изменятся условия образования, роста и удаления газовых пузырей и неметаллических включений при сварке в космических условиях. Очевидно, что образование зародышей пор и включений в гомогенной среде, а также в гетерогенной среде (в случае отсутствия химического взаимодействия между контактирующими фазами) будет таким же, как и в земных условиях. Это объясняется тем, что в этих случаях образование зародышей зависит только от поверхностного (межфазного) натяжения, смачиваемости контактирующих фаз и степени пересыщения расплава веществом выделяющейся фазы. Однако если на границе контактирующих фаз происходят химические реакции, приводящие к изменению степени пересыщения, то наличие вакуума может привести к повышению интенсивности данных реакций. Например, известно [642], что вакуумирование приводит к росту раскислительной способности углерода. Поэтому при наличии в металле оксидных включений вследствие реакции у [С] + (МехО ) = х [Ме] + у {СО} возможно создание местного пересыщения металла СО, что способствует образованию зародышей газовых пузырьков на границе неметаллическое включение — металлический расплав.

Существенно изменяется процесс роста газовых пузырьков и неметаллических включений при сварке в космических условиях. Как отмечено в параграфе 5 гл. 2, рост газовых пузырьков происходит в результате диффузии газа из металлического расплава в пузырек и вслед-