ствие коалесценции пузырьков. Интенсивность процесса коалесценции пузырьков определяется перемешиванием металла сварочной ванны. В невесомости наибольшее влияние на перемешивание металла и на движение пузырьков оказывает термокапиллярная конвекция. Скорость движения пузырька описывается уравнением [125)

Уп= -[-£г)~£г&аАТ'х"(333)

где г — радиус пузырька. Введением поверхностно-активных элементов направление движения пузырьков можно изменить на противоположное. Поскольку градиент поверхностного натяжения приводит к конвекции металла, определяющей в основном движение пузырьков, то эту конвекцию идентифицируют с числом Марангони [2091

По-видимому, и перемещение неметаллических включений также определяется в основном термокапиллярной конвекцией. Это связано с тем, что скорость всплывания неметаллических включений и пузырей в условиях невесомости невелика, что следует из формулы Стокса V =

= -| 'Ум ~^ gr2, где ук — плотность металла; у — плотность газа или

неметаллического включения.

В условиях невесомости g ш 0, поэтому перемещение газовых П} -зырей и неметаллических включений из-за разности плотностей расплавленного металла и газа (неметаллического включения) в условиях космоса наблюдаться не должно. Это подтверждается и экспериментальными данными [63] о поведении газовых пузырей в воде, полученными Б. В. Вольтовым и В. М. Жолобовым. Космонавты наблюдали за поведением пузырей в жидкости в условиях невесомости. Примерно 100 пузырей, первоначальный диаметр которых составлял 0,1—1 мм, находились в воде, помещенной в сферическую колбу диаметром 3 см. Примерно через 100 ч произошло слияние пузырьков в один сферический пузырь, расположенный почти в центре колбы. Если бы коалесценции пузырьков происходила в чистом виде, то времени понадобилось бы на порядок больше.

Таким образом, в условиях космоса следует ожидать повышенной пористости металла шва, что подтверждают и эксперименты по сварке, проведенные в космосе [122]. Содержание же неметаллических включений в сварном шве при сварке в космосе, очевидно, должно быть меньшим, чем при сварке на Земле, из-за наличия вакуума. Это приводит к уменьшению величины пересыщения, которая для случая образования оксидных включений С/С3 = Кф'К = [% Ме]ф [% ОЦ/Кр, где Кр — константа равновесия реакции раскисления; [% Ме]ф, |% 0]ф — фактические концентрации элемента-раскислителя и кислорода, растворенных в расплаве. Из данного выражения видно, что снижение скис-ленности металла, происходящее в вакууме, вызывает и уменьшение величины С/Сц, снижается и вероятность образования неметаллических включений. Наличие вакуума может способствовать также растворению включений в стали, полученной в земных условиях [78].

Глава четвертая

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ РАЗНОРОДНЫХ И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Поверхностные явления, играющие важную роль в процессах сварки плавлением, особенное значение приобретают при дуговой сварке разнородных и композиционных материалов, когда в зоне взаимодействия находятся фазы, существенно отличающиеся не только по агрегатному состоянию, но и по физико-химическим свойствам [256, 267, 360]. Именно явлениями смачивания и растекания определяется возможность получения надежного контакта между разнородными фазами в процессе сварки, тогда как процессы гетерогенной диффузии, влияющие на неоднородность и прочность сварного соединения, являются сопутству ющими.

Следует также учесть, что оптимальные свойства таких сварных соединений достигаются при минимально возможном тепловложении. Необходимо стремиться создать такие условия, при которых максимальное смачивание, например, стали алюминием (т. е. максимальный краевой угол 6) обеспечивалось бы при минимальных энергетических параметрах дуги.

Хорошее смачивание — необходимое, хотя и недостаточное условие растекания жидкости по твердой ьоверхности. Систематическое изучение взаимодействия различных твердых металлов (Ре, №, Си, Ag, Аи) со многими жидкими металлами (Ag, Ре, 2п, РЬ, Со1, В1, и А1) в среде водорода и при температурах порядка нескольких сотен градусов приводит к заключению, что смачивание протекает в тех двойных системах, где при температуре эксперимента возникают интерме-таллиды или твердые растворы; в остальных системах смачивание не происходит, включая системы, где имеется хорошая растворимость твердого материала в жидком. В практически важных системах растекание осложняется одновременно протекающими адсорбцией, растворением тугоплавкой составляющей в расплаве, диффузией легкоплавкой составляющей в решетку тугоплавкого металла и реакциями, приводящими к образованию и росту зародышей новых фаз. От того, насколько полно протекают процессы, зависят формирование структуры переходной зоны и распространение в ней компонентов, а следовательно, и качество биметаллического соединения, его эксплуатационные характеристики.