Для образования газового пузырька, размеры которого соответствуют обычно регистрируемым размерам макропор в металле сварного шва (более 1 мм), необходимо достаточно длительное время, если подвод газа определяется атомарной диффузией в неперемешивающемся слое у границы раздела фаз.

Во время движения фронта кристаллов образование пузырьков маловероятно, так как скорость роста кристаллов, определяемая скоростью отвода тепла, по крайней мере, на два порядка выше скорости диффузии водорода в жидком металле. Еще менее в этом случае вероятно образование пузырьков азота.

Более благоприятны условия для образования пор вблизи фронта кристаллизации во время остановки. Локальное пересыщение жидкого металла газом в узком неперемешивающемся слое и направление диффузионного потока газа в жидкую фазу в этом случае могут способствовать образованию пор.

Продолжительность остановки в росте кристаллов определяется временем отвода скрытой теплоты кристаллизации и теплоты перегрева, т. е. зависит от режима сварки и физических свойств металла шва. Для стали продолжительность остановки обычно не превышает 0,1.0,2 с. Для алюминия это значение может быть несколько больше (вследствие высокой скрытой теплоты кристаллизации). Очевидно, что этого времени явно недостаточно для развития (в результате диффузии азота в железе и водорода в алюминии) поры радиусом 0,5 мм и более.

Продолжительность остановок, как известно, наибольшая вблизи линии сплавления. При наличии локального пересыщения и больших значениях погонной энергии сварки на этих участках сварного шва могут образовываться мельчайшие поры. Значение ДСЖ в этом районе в процессе роста газового пузырька будет резко уменьшаться, так как толщина слоя с высоким пересыщением вблизи фронта кристаллизации весьма мала и определяется значением О/Я'цр (для водорода ОДкр =0,1 мм, а для азота ДД/^* 0,001 мм). Поэтому локальное пересыщение у фронта кристаллизации обусловливает зарождение пузырьков с малым /^п, но не обеспечивает достаточного роста пузырька. Образование пор подобного типа в средней части ванны при безостановочной кристаллизации маловероятно.

В железе при продолжительности остановки в росте кристаллов 0,2.0,5 с вероятность образования пор в результате диффузии водорода больше.

Таким образом, поры, наблюдаемые в сварных швах, связаны с процессами, происходящими в макро- и микрообъемах.

При объемном пересыщении металла сварочной ванны газами, вызванном уменьшением растворимости из-за снижения температуры металла, возможно образование макропор. Наиболее вероятно зарождение этих пор при больших соотношениях поверхностей адгезии и пузырька в зазорах между свариваемыми деталями, на границах зерен неоплавившихся кристаллов, во впадинах растущего зубчатого фронта кристаллов, а также на неметаллических включениях в объеме жидкого металла. Развитие этих пузырьков происходит в основном в результате конвективной диффузии газа из окружающих объемов металла, поэтому продолжительность роста пузырька может существенно сократиться по сравнению с продолжительностью роста пузырьков, приведенной в табл. 3.1.

Останется ли пузырек газа в закристаллизовавшемся металле в виде поры или успеет всплыть — зависит от соотношения скоростей роста пузырька и кристаллов металла. При дегазации ванны в ее высокотемпературной области определяющим является процесс диффузионного развития пузырька, а не скорость его всплывания.

Скорость роста пузырьков определяется степенью пересыщения ванны газами и кинетикой десорбции газов в зародыш.

Рассмотренный выше механизм образования пор при объемном пересыщении сварочной ванны газами характерен для большинства случаев сварки сталей плавлением.

При локальном пересыщении жидкого металла у фронта кристаллизации зарождение и развитие пузырьков наиболее вероятно при остановке роста кристаллов. Развитие пузырька и в этом случае происходит в результате диффузии атомов (ионов) газа из прилегающих микрообъемов металла.

Размеры пузырьков определяются в основном продолжительностью остановок. Для обычных условий охлаждения сварочной ванны наиболее вероятно образование мельчайших пор у линии сплавления, что чаще всего наблюдается при сварке алюминия, меди и их сплавов.

По сравнению с водородом роль азота в образовании крупных пор при отсутствии конвективной массопередачи газа невелика.