Таблица 9. Влияние процесса перемешивания, размеров сварочной ванны и включений иа скорость удаления их из расплава

ческой ванны; V — скорость удаления неметаллического включения, определенная по формуле Стокса.

Для дуговых способов сварки /„ примерно равна ширине шва, а Н — глубине проплавления.

Отношение Кк/Кс, характеризующее влияние перемешивания металла на доставку включений к границе металл — шлак КК1КС = ипгъ1ь1п. Для оксидных включений КК1КС = = £/„/5,5 • Ю3/„лв [276]. Как видно из данных табл. 9, для условий, близких к сварочным, эффект влияния перемешивания металла на скорость удаления неметаллических включений усиливается с увеличением скорости перемешивания металла, уменьшением размера частиц и ширины сварочной ванны. Если скорость перемешивания металла достигнет величины [296] V = 9,38 V%,гъ (рв — Рм)/рм т0 из расплава могут удаляться включения, плотность которых превышает плотность металла. Очевидно, что даже при сварке швов в потолочном или в горизонтальном положениях за счет процесса перемешивания металла можно уменьшить содержание неметаллических включений в металле шва.

При энергичном перемешивании малого объема металла (такой случай характерен для электродуговых способов сварки) скорость доставки включений к межфазной границе, очевидно, не будет ограничивать скорости удаления их из металла. Не окажет особого влияния на скорость подхода частиц к межфазной границе и разность плотностей частиц, так как вследствие циркуляции металла скорости перемещения частиц будут во много раз выше скоростей подъема, определяемых по формулам Стокса и Рыбчинского — Адамара. Не повлияет на скорость перемещения частиц и разница в величинах адгезии их к металлу, поскольку включения,

обычно присутствующие в шве, должны перемещаться в металле без проскальзывания [198].

Поскольку скорость доставки неметаллических включений к границе металл — шлак обусловлена наличием потоков в металле, степень рафинирования металла может изменяться по многим причинам. В частности, действие электромагнитных сил, давление сварочной дуги, форма сварочной ванны, направление кристаллизации, а следовательно, напряжение на дуге, сила сварочного тока, скорость сварки, наличие или отсутствие предварительного подогрева и многие другие факторы будут влиять на интенсивность перемешивания металла и связанную с ней скорость доставки включений к межфазной границе.

Процесс перехода неметаллических включений из металла в контактирующую с ним среду обусловлен, как и процесс укрупнения частиц, снижением свободной энергии системы. При этом нужно учесть, что изменение свободной энергии в случае перехода частиц из одной фазы в другую зависит от геометрических особенностей системы. Например, при переходе сферической частицы из металла в шлак [49]:

£^С? = ^ (Ом—щ^5м—ш Ом—в^^м—в Ов—Ш^5В—ш),

б£С — 0"м—ш^5м—ш ~~Ь Ом—в^^м—в Ов—Ш^5В—ш»

как казалось бы на первый взгляд и как было принято в работе [237].

В сварочных системах возможен переход неметаллических включений через границы двух видов: металл — газ или металл — шлак. В обоих случаях процесс перехода частиц через межфазную поверхность происходит под действием гравитационных и поверхностных сил [55] и определяется суммой работ этих сил. Для сферической частицы работа поверхностных сил А„ и гравитационных сил Аг составляет

Ап = Ао2ягБЛН; Аг = -д- лгвДр££Й,

где Да = ав_ш — ам_в — а„_ш, или Да = ав_г — а„_в — — ам_г; Др — разность плотностей контактирующих фаз; с//г — длина пути перемещения включения из металла в контактирующую с ним среду.

Из сопоставления значения Ап и А( при переходе сферических частиц через границу металл — шлак видно [276], что влиянием гравитационных сил на переход неметаллических включений можно пренебречь, если радиус частиц не превышает КГ4 м.