Рис. 3.42. Зависимость скорости роста пузырька водорода диаметром 2а от концентрации С водорода в жидком металле: а — 1,3 С 2,5 — большие пересыщения; б — 1,00 С 1,25 — небольшие пересыщения; / — 2а = 0 5; 2- 1,0; 3- 2,0 мм

зуя пересыщенный твердый раствор. Вычислительный эксперимент позволяет понять физическую природу процесса пересыщения металла шва водородом, который ранее наблюдался в экспериментах |28|.

Случай 2. Концентрация растворенного газа превосходит предел его растворимости в жидком металле — СЛ(0) Скорость роста пузырьков газа вблизи линии сплавления при плоском фронте кристаллизации значительно выше скорости кристаллизации. Этому способствует более высокая по сравнению с остальным объемом

жидкого металла степень пересыщения жидкого металла перед фронтом кристаллизации. Например, для пузырьков, растущих непосредственно у линии сплавления, относительная степень пересыщения водорода на фронте кристаллизации составляет 2,2, а скорость роста пузырька превышает 12 см/с (рис. 3.42, а), В этом случае возможно также зарождение и рост пузырьков газа в объеме сварочной ванны.

Таблица 3,25. Изменение относительной степени пересыщения межкристаллитной жидкости С, критического радиуса пузырька газа аф и поперечных размеров жидкой фазы 4 по длине двухфазовой зоны

Таблица 3.26. Содержание газов в металле при сварке различными типами порошковых проволок и наличие пор в шве

При небольшом пересыщении газа в сварочной ванне могут возникнуть условия для образования пор при ячеистом и дендритном характере кристаллизации. Это возможно в случае, если скорость кристаллизации больше скорости роста пузырьков газа (рис, 3.42 б). С увеличением скорости сварки вероятность образования пор по оси шва увеличивается, и наоборот, увеличение степени пересыщения приводит к ускорению роста пузырьков, т. е. способствует уменьшению вероятности появления пористости.

Представления о механизме образования пор, сформулированные на основе физической модели и вычислительных экспериментов, были проверены экспериментально при сварке двумя типами самозащитных порошковых проволок. Полученные экспериментальные данные удовлетворительно согласуются с расчетными (табл. 3.26). Как видно из таблицы, образование пор определяется двумя факторами — содержанием газов в сварочной ванне и скоростью ее кристаллизации.

Выводы к главе 3

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы: 1. Поры, наблюдаемые в сварных швах, связаны с процессами выделения газов в макро- и микрообъемах.

При объемном пересыщении металла сварочной ванны газами, вызванном уменьшением растворимости из-за снижения температуры металла, в основном образуются макропоры. Рост пузырьков газа в этом случае происходит в основном в результате конвективной диффузии газа из окружающих объемов металла. Скорость роста пузырьков определяется степенью пересыщения ванны газами и скоростью десорбции газов в зародыш.

При локальном пересыщении жидкого металла у фронта кристаллизации зарождение и развитие пузырьков наиболее вероятно на стадии остановки роста кристаллов. Пузырьки в этом случае в основном развиваются вследствие диффузии атомов