выражения (III.37), (III.38), дает1т1есущественное различие скоростей, определенных по формулам (II 1.36) — (II 1.38). Поэтому с достаточной точностью скорость подъема сферических неметаллических включений мо^.ет быть определена по формуле Стокса.!

Отклонение формы включен!^ от сферической может существенно изменить ее скорость) тодъема. Однако жидкие оксидные включения начина от за 3етно деформироваться лишь в том случае, если их радиус дожигает нескольких миллиметров. Поэтому для сварочных систем, где размеры включений невелики, фактор формы жидкивключений будет мало влиять на скорость подъема частиц

Твердые включения не сфер ^ческой формы будут подниматься со скоростями меньшим111 чем следует из выражения (III.36). Это связано с тем, ч to подобные включения при подъеме в жидкости располагаю, гя так, что сопротивление их движению становится максимальным [270]. При этом, естественно, снижается скорость их I эдъема.

Скорость подъема неметал^ческого включения может возрасти, если оно соединится с газовым пузырьком, находящимся в сварочной ванне, или ее ри газовый пузырек образуется на поверхности включения, возможность образования газового пузырька на границе ме* злл — включение будет рассмотрена в гл. V, а первый слу^ й рассмотрим ниже.

Самопроизвольное прикреплю те включения к пузырьку может произойти только в том Ртучае, если при этом уменьшится свободная энергия cHcreiv i. Это возможно, если будет выполняться следующее неравенство:

Om—tSm—г "~Ь 0*м—В (^М—в Sm—в) ^-1 1ам-г5ы_г + Ов-г^в-г, (111.39)

где о — поверхностная энергия ум границе фаз; г и SM-r — площадь контакта газового пузырька с металлом соответственно до соединения с включением' и после соединения; Su—в и SEUb — площадь контакта вклщ гения с металлом до соединения с пузырьком и после соедине,' ия; SB—г — площадь контакта включения с газовым пузырьр/ом.

Учитывая, что SB_r = Sb-m —^£-м = S"_r — Sm-г, а ав_„ — — аБ-г = Ом-г cos 9, неравенство (II 1.39) можно записать в следующем виде:(

стм-г (1 + cos ^ SB-r 0.(111.40)

Как следует из выражения (^1.40), вероятность прилипания пузырьков к неметаллическому включению тем выше, чем больше значение ам_Р. Кроме 'joro, процесс присоединения

Рис 37 Схемы объединения газового пузырька с неметаллическим включением при различной степени смачиваемости включении металлом.

пузырька к включению зависит от степени смачиваемости неметаллического включения металлом. Причем от этого зависит и величина SB-r (Р"с. 37). Очевидно, что при изменении краевого угла смачивания 9 величина SB_r будет изменяться в большей мере, чем cos 6. Поэтому процесс прилипания пузырька к включению возможен лишь при неполном смачивании включений металлом или при отсутствии смачивания [134].

Увеличить скорость подъема неметаллических включений можно также за счет использования магнитного поля. При этом направление поля должно быть выбрано так, чтобы в сочетании с электрическим током, протекающим через металл сварочной ванны, электромагнитные силы, возникающие в жидком металле, были направлены вниз. В этом случае происходит как бы увеличение плотности металла, что вызовет ускорение переноса неметаллических частиц в результате увеличения разности плотностей металла и включений. Особенно заметен этот эффект при наличии в металле электронепроводящих включений.

Возможность применения электромагнитных сил для ускорения процесса удаления неметаллических включений подтверждается и экспериментами [38, 77].Однако при сварке подъем

НеметаЛЛИЧеСКИХ ВКЛЮЧеНИЙ ПРОИСХОДИТ He В СПОКОЙНОхМ,

а в заметно перемешиваемом металле [85]. При этом в обычных условиях сварки скорости циркуляции составляют 0,83 • 10—'м/с и более, а при использовании электромагнитного перемешивания они еще выше. Наличие потоков должно существенно увеличить скорости доставки неметаллических включений к поверхности неметаллической ванны.

Согласно [276], константы скоростей конвективного Кк и седиментационного К0 подъема включений в металле, контактирующем со шлаком, соответственно равны: /Ск = U„re/lnH; Кс = v/H, где Un — скорость потока на границе со шлаком; /п — ширина потока на этой границе; Н — глубина металли-