В соответствии с уравнением (3.32) концентрация газа изменяется от 0.(0) / к (максимальной непосредственно на фронте кристаллизации) до С£(0) (вдали от него). В участке концентрационного уплотнения, который прилегает к границе раздела фаз, концентрация растворенного газа превосходит его равновесную растворимость ^ в жидком металле:

С,(0) С,.0)/*.(3.33)

Жидкий металл во втором участке является обедненным по отношению к 5С. В пересыщенном участке возможно образование газовых пузырьков и их рост (рис. 3.41, а). Последний может происходить и тогда, когда часть его поверхности захватывает обедненный участок. Рост пузырька прекращается, если площадь его поверхности, которая приходится на обедненный участок, становится больше чем площадь поверхности пузырька в обогащенном слое.

0.6 0,7 0,8 0,9 б

1,0 1,1 С = С,/С£(0)

Рис. 3.41. Схема определения остановочного радиуса пузырька ач1 (а) и зависимость его значений, при которых происходит прекращение его роста, от концентрации водорода С£ и скорости кристаллизации (б): 1 — vtv = 0,01; 2 — 0,02; ?-0,04; 4-0,08 см/с

Принимая х= аф С,(х) = в уравнении (3.32), можно определить радиус пузырька ам, при котором происходит остановка его роста. На рис. 3.41, б приведены результаты расчета ая в зависимости от концентрации водорода и скорости кристаллизации.

При остановке роста пузырька фронт кристаллизации «обходит» пузырек и как бы фиксирует его в затвердевшем металле. Результаты расчета показали, что увеличение скорости кристаллизации приводит к уменьшению толщины диффузионного пограничного слоя. При этом радиус пузырька должен уменьшиться вплоть до значения, меньшего критического радиуса зародыша. В этом случае образовавшийся зародыш пузырька растворяется.

Таким образом, с увеличением скорости сварки вероятность образования пор в сварочной ванне вблизи линии сплавления уменьшается, если концентрация растворенного газа в сварочной ванне С^(0) находится в пределах 5* С,(0) ^.

Если скорости кристаллизации и роста пузырька имеют близкие значения, то образуются поры вытянутой формы. Поступление газа в такие поры может происходить со стороны не только жидкого металла, но и закристаллизовавшегося, так как при снижении температуры в твердом металле образуется пересыщенный раствор газа и в соответствии с законами термодинамики создаются условия для перехода газа из раствора в поры.

При переходе фронта кристаллизации от плоского к ячеисто-дендригному изменяется структура диффузионного пограничного слоя. При температуре, выше температуры ликвидуса, пересыщение жидкою металла водородом не происходит.

При концентрации водорода О(0) в сварочной ванне в пределах 55 О(0) 5, зарождение пузырька газа впереди фронта кристаллизации (точнее, впереди растущих ячеек) маловероятно. При ячеистом и дендритном фронте кристаллизации возникновение зародышей пузырьков газа, способных к дальнейшему росту, возможно лишь в пересыщенных объемах межкристаллитной жидкости.

Расчеты свидетельствовали о том, что при скоростях охлаждения, характерных для дуговой сварки, критический радиус пузырька зародыша оказывается больше поперечных размеров жидкой фазы (табл. 3.25). Поэтому рост пузырьков газа в меж-кристаллитных объемах жидкости невозможен, и весь газ из сварочной ванны переходит в закристаллизовавшийся металл, обра-