лизации ванны. Меры борьбы с пористостью сводятся к применению проволок двухслойной конструкции, комплексной газошлаковой защите металла, дополнительной защите зоны сварки углекислым газом или смесями газов на основе аргона, легированию швов титаном и алюминием. Пористость, вызванную водородом при увлажнении сердечника, можно устранить прокалкой проволоки при температуре 230.280 "С.

3.7. Математическое моделирование процессов образования пор в сварных швах

Высокие температуры и скорости реакций, протекающих при сварке, малые объемы и большие удельные поверхности реагирующих фаз, неравновесные условия протекания реакций взаимодействия значительно усложняют проведение экспериментов. Исследовать эти процессы помогают методы математического моделирования с помощью современной вычислительной техники. Ниже изложены результаты работ по математическому моделированию процессов образования и роста газовых пузырьков в сварочной ванне.

Водород в сварочной ванне. Распределение водорода в процессе кристаллизации сварочной ванны рассмотрим для случая плоского и ячеистого фронта кристаллизации.

Распределение водорода при плоском фронте кристаллизации. Перенос газа осуществляется диффузией; коэффициент диффузии зависит от температуры и скорости кристаллизации. Аналитическое решение задачи дано в работе |22]. На рис. 3.36 показана типичная картина распределения концентрации водорода при прерывистой кристаллизации сварочной ванны в случае сварки низкоуглеродистой стали. При расчете приняты следующие значения параметров: Д?- МО"4 см2/с; Ц, - МО"' суг/с; к = 0,53; ^ = 0,2 см/с; /„ = 0,2 с; 0,(0) = 5 см3/100 г; С^О) = 0; Ф") = 0,05 + Л, (здесь 05 и Ь1 — коэффициенты диффузии водорода соответственно в твердой и жидкой фазе; к — коэффициент распределения водорода; уЧ1 — скорость кристаллизации; /л /„ — время процесса соответственно кристаллизации и ее остановки; Сл(0) и Сл(0) — начальная концентрация водорода соответственно в жидкой и твердой фазе; / - 0, 1, 2, . и — номер кристаллизационного слоя, отсчитываемый от линии сплавления).

Анализ расчетных данных показывает, что при прерывистой кристаллизации в жидкой фазе наблюдается образование обога-

0,04 0,08 0,12 х, см

Рис. 3.36. Распределение концентрации С = С\ / С^(0) водорода в жидком металле при движении плоского фронта кристаллизации: /-^=0,01:2-^ = 0,02; 3-^„=0,04; 4- (/„ = 0,08 см/с

щенного водородом диффузной- С = Сс/Сс(0) ного пограничного слоя — концентрационного уплотнения, стремящегося при vKp = const выйти на квазистационарный режим. Во время остановки между периодами роста кристаллов происходит распад концентрационного уплотнения под действием двух факторов:

а)диффузии в жидкой фазе, которая снижает концентрацию водорода непосредственно у фронта кристаллизации и обогащает слой жидкого металла вдали от фронта кристаллизации;

б)уменьшения концентрации водорода в жидкой фазе на межфазной границе, происходящего пропорционально уменьшению содержания водорода в твердой фазе.

При остановке процесса кристаллизации поток диффузионного водорода направлен из твердой фазы в жидкую. В жидкой фазе, обогащенной водородом, при его начальной концентрации (10. 12 см5/100 г) создаются условия для образования газовых пузырьков. Итоговое распределение газа в металле шва, вызванное слоистой кристаллизацией, характеризуется двумя особенностями;

1)существованием обогащенного водородом слоя, находящегося в закристаллизовавшемся металле, на месте обогащенной в процессе остановки жидкой фазы;

2)наличием обедненного водородом участка на границе кристаллизационного слоя со стороны твердого металла.

При охлаждении металла шва эта неоднородность уменьшается за счет диффузии водорода. Распределение водорода между сварочной ванной и закристаллизовавшимся металлом зависит от скорости кристаллизации. Как показали расчеты, снижение в 10 раз заданного значения коэффициента диффузии водорода в твердой фазе так же, как изменение длительности кристаллизационных пауз в росте твердой фазы, существенного влияния на характер распределения водорода не имеет.

Распределение водорода при ячеистом фронте кристаллизации. Изменение геометрической структуры фронта кристаллизации влечет за собой принципиально иное распределение водорода, рас-