межфазного натяжения соединяющихся частиц, тем быстрее происходит их слияние. Однако в перемешиваемой среде этот фактор, очевидно, будет менее Рис. 34. Схема расположения заметен.

частиц при определении величи- Как указывалось выше, пере-ны коэффициента захвата.мешивание жидкости приводит

к ускорению процесса укрупнения неметаллических включений. Однако характер потока и особенности обтекания препятствий влияют на эффективность процесса соединения частиц и на прочность их сцепления. Влияние гидродинамических факторов на эффективность столкновений характеризуется коэффициентом захвата е3, который равен отношению площади поперечного сечения цилиндрической поверхности, внутри которой лежат центры капель, захватываемых данной каплей с радиусом к площади сечения последней (рис. 34). Величина е3 в случае вязкого обтекания (Яе 1) [270]:

еН1 + тй2-4(1 + ж)+ / 1 г \ ■ (Ш-33)

а в случае потенциального обтекания (Ке 50)

е3п - (. + -£т-)2 +-Ц- •(Ш.34)

Формулы (111.33) и (Ш.34) получены при условии отсутствия инерционного смещения частиц, и поэтому найденные по ним значения ев и еп будут минимальными. Из сравнения выражений (III.33) и (111.34) видно, что при потенциальном обтекании коэффициент захвата для одного и того же отношения гШ' всегда больше, чем при вязком. Это различие тем заметнее, чем выше полидисперсность системы. Например, если г/Я' = 1, то еп/ев = 2,8, если г1Я' = 0,2, то еЖ = 10.

Влияние гидродинамических факторов существенно при сближении частиц, ламинарно обтекаемых потоком. При турбулентной коагуляции можно считать, что каждая встреча, рассчитанная на основе прямолинейных траекторий, будет эффективной, так как в этом случае искажение линий тока будет более сильным, чем в результате инерционного движения частиц.

Необходимо отметить, что процесс перемешивания металла может нарушить связь между соединившимися частицами.

В первую очередь это относится к твердым неметаллическим включениям.

Силу сцепления двух твердых сферических частиц (см. рис. 31), плохо смачиваемых металлом, можно определить по формуле [15]: Р = 2жтм_ггв/г. Здесь ам_г — поверхностное натяжение металла; /, — безразмерная координата, определяемая из совместного решения двух уравнений:

I Р&411

+ -т— и) р- - ^-4г5Ь -1Г;

£/, = 1-}Л-£сЬ-^-,

где Рвн — давление, препятствующее движению поверхности металла; Р1 — давление газов, выделившихся в полость.

Таким образом, сила сцепления зависит от величины поверхностного натяжения металла, угла смачивания включений металлом и размеров включений. Как показали расчеты [103], чтобы разорвать соединившиеся твердые частицы диаметром в 5 мкм, скорость потока должна достигать 13,5 м/с, а градиент скорости —2,7 • 10е с-1. Поскольку в сварочной ванне, несмотря на значительное перемешивание металла, такие скорости и их градиенты вряд ли могут быть достигнуты, при сварке, по-видимому, имеются условия для создания достаточно прочных соединений между твердыми включениями. Хотя, конечно, образование таких соединений менее вероятно, чем объединение жидких включений с твердыми. Однако и жидкие включения, встретившиеся в объеме перемешиваемого металла, могут не соединиться, если скорость слияния этих частиц будет недостаточно высокой. Согласно [199, 262], скорость слияния капель одинакового состава и размера определяется из следующего выражения:

и = к*~-(ш-35)

где кп — коэффициент пропорциональности; ам_в — межфазное натяжение на границе включение — металл.

По данным [199], кп = 1,5, и тогда скорости слияния капель, рассчитанные по формуле (111.35), будут изменяться в пределах от 1,4 • 10~~2 до 7,5 • 10 м/с.

Как видно из данных табл. 8, величина межфазного натяжения для самых различных включений имеет один порядок. Изменение вязкости включения даже при незначительном изменении состава включения может достигать 4 и более порядков.