Отмечая влияние перемешивания металла на процесс укрупнения неметаллических включений, отметим также, что перемешивание влияет и на расположение включений в сварном шве. Так, наблюдаемое на практике повышенное содержание неметаллических включений на границе сплавления между основным и наплавленным металлами (рис. 36) может быть вызвано застреванием части включений на поверхности растущих кристаллов. Количество задержавшихся у фронта кристаллизации включений можно найти из выражения [156] пг = Евпп, где Ев — коэффициент, зависящий от размеров включений, формы кристаллов и режимов обтекания кристаллов расплавом; пи — исходное количество включений в расплаве.

Величина коэффициента Ев в зависимости от режима обтекания (ламинарного или турбулентного) кристаллов расплавом определяется соответственно из следующих выражений:

£„ = -4^; £„ = зо-рм - 1 -

где гв и /?к — радиус включения и кристалла соответственно;

V = т|м/рм; ет = рм —;— ; Дс/ — изменение скорости потока;

/д — масштаб пульсации, равный диаметру сварочной ванны.

Исследования [33] показали, что эффект захвата неметаллических включений растущими кристаллами зависит от направления потоков металла. Поэтому при использовании приемов для принудительного перемешивания металла сварочной ванны необходимо учитывать не только интенсивность перемешивания металла, но и направление движения потоков.

6. Удаление неметаллических включений из сварочной ванны

Поскольку процесс образования и укрупнения сульфидных неметаллических включений происходит в то время, когда объем расплава, а следовательно, и подвижность включения малы, эти включения, как правило, остаются в металле шва. Удаляются из сварочной ванны в основном оксидные включения.

Процесс удаления неметаллических включений из сварочной ванны является многостадийным и состоит из следующих этапов: 1) подход включения к границе металл — газ или металл — шлак в зависимости от применяемого способа защиты; 2) переход включений через границу металл — газ или металл — шлак; 3) отвод частиц в объем шлака, если

в процессе применяется флюс. Очевидно, что скорость всего процесса будет определяться скоростью самого медленного этапа. Поэтому рассмотрим особенности каждого из этапов.

Для оценки скорости доставки включений к межфазной границе часто пользуются формулой Стокса, которая справедлива для случая всплывания твердых, идеально смачиваемых металлом сферических включений в неподвижной жидкости,

ь = ^^ы_ёГ1(Ш.36)

Для определения скорости всплывания небольших жидких включений обычно применяют уравнение Рыбчинского — Ада-мара

,._4^у.£,:^_. ,,,,.37)

Наличие в расплаве поверхностно-активных элементов должно изменить скорость подъема неметаллических включений. Эго связано с тем, что при движении включения поверхностная плотность поверхностно-активных частиц в передней части . включения меньше равновесной из-за постоянного растяжения поверхности, а в кормовой части, наоборот, она превышает равновесную. Движение расплава сносит молекулы капиллярно-активных компонентов к кормовой части включения, что приводит к снижению поверхностного натяжения в этой части включения. При этом возникает сила, стремящаяся затормозить движение включения и тем самым устранить неравномерность в распределении поверхностно-активных компонентов на поверхности включения.

Согласно [198], при наличии в расплаве поверхностно-активных элементов формула Рыбчинского — Адамара имеет следующий вид:

71 — 2 (Рм — Рв) „2 Чм + Чв + Ті/тут ооч

где величина уу — \ Г°^Г учитывает влияние адсорб-

ции на скорость перемещения жидкого включения; Г0 — количество вещества, адсорбирующегося в условиях равновесия при поверхностной активности вещества С0; а — разность скоростей адсорбции и десорбции в кормовой части включения.

Поскольку вязкость включений обычно на несколько порядков выше вязкости металла, а адсорбция капиллярно-активных компонентов снижает подвижность поверхностных слоев неметаллических включений, поправка, вводимая в