Для случая перехода включений через границу металл — газ, если принять ав_г = 600 мДж/м2, ав_м = 1000 мДж/м2, ам_г = 1100 мДж/м2, а Ар == 7800 кг/м3, отношение AJAr будет близко к единице для частиц с радиусом 0,6 • Ю-2 м. При этом, поскольку частицы, присутствующие в сварочной ванне, имеют размер (Ю-7 — Ю-5 м), влиянием гравитационных сил можно пренебречь.

Как было установлено [55], переход любых частиц через межфазную границу возможен, если Да0. В противном случае переходить через межфазную границу смогут только частицы, больше некоторого критического размера.

Поскольку ав_ш » 0, то для всех значений ав_м и а„_ш величина да 0, и, следовательно, оксидные включения через границу металл — шлак могут проходить самопроизвольно. Из приведенных выше значений ав_г, ав_м, ам_г видно, что и переход включений через границу металл — газ может также осуществляться самопроизвольно.

Переходу частиц через границу раздела фаз предшествует деформация и разрыв тонкой пленки металла [274]. Так как при выходе частиц на поверхности металла образуется купол, то очевидно, что устойчивость пленки будет определяться величиной избыточного давления Р — 2а/гв, появление которого обусловлено кривизной поверхности раздела фаз. Следовательно, чем меньше радиус включения, тем больше величина Р и тем менее устойчивой будет пленка металла. Поэтому жидкие сферические неметаллические включения будут удаляться тем легче, чем меньше их размер. Для твердых включений, благодаря имеющимся на поверхности остроугольным микрошероховатостям, гв - 0 и Р-оо. Поэтому переход таких включений через межфазную границу будет проходить особенно быстро, что подтверждается и экспериментальными данными [274], согласно которым время перехода границы металл — газ твердыми включениями составляет менее Ю-4 с, а жидкими — от долей секунды до минуты.

Однако вышедшие на поверхность металла неметаллические включения могут быть снова увлечены потоками металла в объем сварочной ванны, особенно при сварке в защитных газах. При этих способах сварки не следует ожидать заметного снижения количества неметаллических включений в металле шва.

Включения, вышедшие на границу со шлаком, будут отделяться от металла только в том случае, если они будут поглощаться расплавленным шлаком. При этом важно, чтобы скорость поглощения частиц шлаком была не менее скорости по-

токов в металле, так как в противном случае включения могут быть снова затянуты в объем сварочной ванны.

Об эффективности поглощения неметаллических включений шлаком можно судить по скорости смачивания неметаллических включений шлаком, поскольку прямых экспериментов по переходу включений в шлак пока не было проведено.

Результаты исследования смачиваемости твердых оксидов шлаками различных составов показали [244, 245, 293], что изменение радиуса пятна гп растекающегося шлака описывается при растекании в вязком режиме формулой Френкеля [264]:

г2^тргкДа/г|в,(Ш.41)

а в инерционном режиме —

г*п«тр1/гкДо/рв,(И1.42)

где гк — радиус кривизны в вершине растекающейся капли; рБ — плотность оксидного расплава; т)в — вязкость оксидного расплава; тр — время растекания.

Тянущее усилие по периметру капли Да для системы включение — шлак — газ Да ав_г — аш_в — аш_г cos Э, а для системы металл — включение — шлак Да' = ав_„ — — аш-в — ам_ш cos 6'. Тогда разность Да' — Да будет приблизительно равна ав_м — ав_г — ам_ш cos 9' — аш_г cos 9 [202].

Величина ав_м изменяется в пределах 400—1100 мДж/м2, а ав_г = 400-^-900 мДж/м2. Поэтому при 9 да 6' разность Да' — Да невелика, и потому результаты опытов по смачиванию оксидных частиц шлаков, проведенных на границе с газами, можно использовать и при рассмотрении процесса перехода включений из металла в шлак.

Расчеты по формулам (III.41), (III.42) показывают, что при Да = 2000 мДж/м2, т)в = 0,1 Па • с время смачивания частиц размером Юм для миделева сечения составляет Ю-5 с, а для частиц размером Ю-6 м — 4 • 10~8 с. Таким образом, процесс перехода включений из металла в шлак, с учетом их небольших размеров, должен проходить очень быстро.

Нужно отметить, что скорость перехода неметаллических включений из металла в шлак будет зависеть не только от значения Да, но и от величины вязкости и плотности шлака.

Согласно данным [59], начальная скорость выделения твердых призматических включений из металла в шлак

dx \ft, ЦОм-г — Ош_г) + (Ц^щ-в — Ц^м-вИ,~