Рис. 11. Изменение величины поверхностного натяжения железа в зависимости от содержания кислорода (а) и серы (б) [290]: / — 1923 К; 2 — 2023 К.

0 0,02 0Щ 0,06Щ%(по массе)0 0,5 1,0 1,5'151,% (помассе)

Рис. 12. Изменение вязкости расплавленного железа в зависимости от содержания кислорода (а) и серы (б):

1 — 1773 К; 2 — 1823 К; 3 — 1873 К; 4 — 1923 К.

Результаты сопоставления данных по влиянию IS] и [О] на глубину проплавления, на первый взгляд, кажется противоречащими их поверхностной активности в железе (рис. 11). Как видно, кислород более поверхностно активен в железе, чем сера. Однако не следует забывать, что кислород в значительно большей мере, чем сера, повышает вязкость металла [8] (рис. 12), а это должно затруднять перемещение расплава в хвостовую часть сварочной ванны. Влияние содержания кислорода в металле на величину Япр подтверждается и данными по сварке в окислительных газовых средах [165, 180].

Глубина проплавления, а также величины Яш и Вш зависят не только от величины поверхностного натяжения расплавленного металла. Например, при сварке под флюсом форма шва обусловлена величинами межфазного натяжения расплавленного металла на границе со шлаком аы_ш и твердого металла на границе со шлаком ат_ш и с расплавленным металлом

Вт-

Твердый металл

'дый металлv

Рис. 13. Соотношение поверхностных энергий в процессе формирования сварного шва (а) и наплавленного валика (б).

ат_ж. При сварке в защитных газах и в вакууме помимо величины поверхностного натяжения расплавленного металла o-ц-г на формирование шва будут влиять поверхностное натяжение твердого металла сгт_г и ат-ж- Для установления этой связи рассмотрим равновесие капли жидкого металла на поверхности твердого при наличии шлака (рис. 13). Зависимость между межфазными натяжениями и углами а и 6 выражается уравнениями

ом_ш sin 6 —- от_ж sin а = 0;(II .2

от_ш — См—шСОБб — oT_»cosa = 0.(И.З)

Из уравнений (П.2) и (II.3) следует, что

sin G sin а

■0M-mCOsG

(II.4) (П.5)

Аналогично для случая сварки в защитных газах

cosa =

Таким образом, величина углов а и 9, а следовательно, и форма сварного шва зависят от соотношений между поверхностными энергиями металла на границах с газом, шлаком и расплава с твердым металлом.

В отличие от сварки при наплавке глубина проплавления и толщина наплавленного валика или слоя часто должны быть небольшими, а ширину валика по возможности стремятся увеличить, так как от этого во многом зависит производительность процесса. Как известно, основной характеристикой границы раздела трех фаз (в данном случае твердый металл — жидкий