форму. Согласно [163], фактор формы равен приблизительно m — , где а и Ь — длинная и короткая оси частицы, представляющей собой эллипсоид вращения. Удлиненными частицами в сварочной ванне могут быть как твердые включения, так и жидкие деформированные капли. Известно [260], что жидкая капля будет оставаться сферической, пока выполняется неравенство

4%_в tlM + Чв(m-d2)

где v — скорость перемещения капли; с„_в — межфазное натяжение; т)в — вязкость включения.

Из неравенства (III.32) следует, что для деформации капли, содержащей значительное количество FeO, МпО или сульфидов, отличающихся низким межфазным натяжением, необходимые скорости должны быть в 2—2,5 раза меньше, чем для деформации включений, содержащих SiOa, А1203, СаО и MgO. Кроме того, на деформацию капель будет оказывать влияние внешнее электрическое поле [174], поскольку наличие его изменяет величины v и сгм_в, а также, по-видимому, и магнитное поле [4].

Следует указать, что выражения (III.22) — (III.25) справедливы лишь для случая быстрой коагуляции. В реальных условиях не все столкновения будут эффективными. При одинаковых условиях соударения эффективность столкновения частиц во многом определяется свойствами их поверхности. Точно учесть связь эффективности слияния от состояния капли и свойств ее поверхности довольно сложно. Однако можно рассмотреть факторы, которые препятствуют или способствуют соединению неметаллических частиц, находящихся в сварочной ванне.

При объединении мелких частиц (~ 10—9 м) основную роль выполняют силы электростатического отталкивания одноименно заряженных мицелл и силы притяжения Ван-дер-Ва-альса. Однако при слиянии более крупных частиц (Ю-7— Ю-4 м) существующие заряды не оказывают заметного влияния на их соединение. В этом случае помешать соединению частиц могут другие причины. Одной из таких причин является существование расклинивающего давления Рк между сближающимися частицами, наличие которого установлено и изучено в работах Б. В. Дерягина с сотрудниками [74]:

Рк =--^г—, где G — энергия Гиббса; 63 — толщина зазора между сближающимися частицами.

При сближении частиц свободная энергия системы возрастает, пока толщина прослойки не достигнет 10_ш—10~ м, а затем начинает снижаться. Поэтому и расклинивающее давление вначале возрастает, а затем переходит через нуль и становится отрицательной величиной, что говорит о преобладании сил сцепления. Появление расклинивающего давления обусловлено в основном взаимодействием диффузионных двойных электрических слоев. При наличии в расплавленном металле оксидных неметаллических включений со стороны металла, по крайней мере раскисленного, диффузионный слой отсутствует [175]. Поэтому в сварочной ванне при способах сварки, обеспечивающих довольно надежную защиту расплавленного металла от кислорода воздуха или при содержании в металле достаточного количества элементов-раскислителей, сближающиеся частицы не будут испытывать расклинивающего действия.

Однако, если в металле содержится довольно много кислорода, что может произойти при сварке и наплавке низкоуглеродистых сталей в сильно окислительных средах (С02, воздух), в жидком металле близ границы с оксидной частицей, по-видимому, может существовать диффузионная часть двойного слоя [133]. При этом строение двойного электрического слоя на границе окисленного расплавленного металла с твердыми оксидами определяется скачком химического потенциала ионов кислорода. Величину химического потенциала иона кислорода можно характеризовать значением ионности связи, которая для оксидов 5Ю2, А1203, MgO, СаО составляет 50, 63,75, 78 % соответственно [18]. При этом чем больше различие степени ионности связи Ме—О в металле и оксиде, тем значительнее скачок химического потенциала ионов кислорода и тем сильнее развит двойной электрический слой. Величина ионности связи Ме—О в расплавленном металле может быть охарактеризована значением ионности электростатической связи, которая в железе равна 78 % [18].

Поэтому при наличии во включениях значительного количества 5Ю2 должен формироваться развитый двойной слой, вследствие чего силы отталкивания, обусловленные наличием расклинивающего давления, могут значительно возрасти. Этим, по-видимому, и можно объяснить тот факт, что мелкие дисперсные включения, встречающиеся в сварном шве, отличаются повышенным содержанием 5п02 (см. табл. 1). Наличие двойного электрического слоя на границе окисленный металл — твердый оксид обусловливает также перемещение твердых частиц с большими скоростями, чем те, которые могут быть получены из выражений (Ш.ЗО) и (111.31).