многочисленными исследованиями, хотя существуют данные о том, что процессы десорбции азота, а согласно работе [336], и адсорбции, и десорбции описываются уравнениями второго порядка относительно концентрации растворенного в металле газа.

Поскольку опытные данные о процессах взаимодействия металла с азогом и водородом при сварке пока не позволяют установить истинный порядок реакций, примем, как и большинство исследователей, что этот процесс описывается уравнениями первого порядка, а, следовательно, основную роль играют диффузионные процессы и прежде всего в металле. Тогда из уравнения (IV.3) следует, что скорости насыщения металла газом и его удаления зависят от значений рм, а также связаны с величиной межфазной поверхности и концентрацией газа в поверхностном слое металла, которые, в свою очередь, зависят от наличия в металле поверхностно-активных элементов.

Влияние поверхностно-активных элементов на содержание газов в металле было отмечено в ряде работ [16, 61, 75, 114, 253, 254, 306]. При этом не удается объяснить наблюдаемые явления изменениями вязкости расплава или величины коэффициента диффузии и связанным с ними коэффициента массопередачи. Так, при повышении содержания кислорода в железе с 0,002 до 0,04 % (по массе) вязкость последнего повышается примерно в 1,2 раза [8], что должно снизить константу массопередачи для азота в 1,15 раза [240, 252]. Фактически коэффициент массопередачи при указанном повышении содержания [О] в железе уменьшился в 2,2 раза [253]. Такое понижение величины рм нельзя объяснить и влиянием кислорода на величину коэффициента диффузии азота в железе [240]. Да этого, по-видимому, и не следует ожидать, так как наличие кислорода в металле, по данным В. И. Федор-ченко и В. В. Аверина, практически не влияет на активность азота.

Таким образом, влияние поверхностно-активных элементов на насыщение металла газами, по-видимому, связано с процессом адсорбции их на межфазную поверхность и изменением за счет этого площади контакта металла с газами.

Следует отметить, что при наличии в металле кислорода адсорбция его на поверхность металла должна привести к качественному изменению состояния поверхностного слоя — образованию устойчивых группировок атомов металла и кислорода, близких по составу и свойствам к соответствующим оксидам. При этом с повышением содержания кислорода площадь, занимаемая пленкой оксидов, и ее толщина будут

увеличиваться. Кроме того, за счет хорошей смачиваемости [194, 339] пленка легко распространяется по поверхности расплава и будет непрерывной уже при толщине в десятые доли миллиметра, что обеспечит хорошую защиту металла от газов.

Однако состав пленки и скорость ее образования будут ео многом определяться концентрацией примесей в поверхностном слое металла, т. е. их поверхностной активностью и их сродством с кислородом.

При дуговых способах сварки процесс взаимодействия металла с газом имеет некоторые особенности, которые обусловлены следующим. Наличие столба дуги приводит к тому, что часть межфазной поверхности, ограниченная активным пятном, имеет более высокую температуру и контактирует с плазмой, содержащей диссоциированные и частично ионизированные водород и азот. С учетом существования двух участков поверхности раздела металл — газ (низкотемпературного и высокотемпературного) уравнение (IV. 3) можно записать в следующем виде:

=рГ-|-(С?-С)+^-^-(С-С). (IV.4)

Здесь р" и р™ — коэффициенты массопередачи в высокотемпературной и низкотемпературной поверхностях сварочной ванны соответственно; S, и S2 — площадь поверхности сварочной ванны, ограниченная активным пятном, и остальная поверхность ванны соответственно; Cf и CSB — концентрация газа на поверхности ванны в активном пятне и на низкотемпературной поверхности ванны соответственно.

Отметим, что при дуговых способах сварки возможно, что концентрация газа в объеме металла станет выше, чем концентрация газа на поверхности низкотемпературной части сварочной ванны, т. е. [С] [СЦ]. Это объясняется тем, что в активном пятне вследствие высокой температуры величина [Cl] может достигать больших значений. Так, согласно расчетам [168, 291], при температуре поверхности железа 2500 К для азота [С"] да 10 %. Поэтому вполне возможно, что вследствие [С] [Cj] второе слагаемое в уравнении (IV.4) станет отрицательной величиной. Тогда скорость насыщения металла газом будет определяться разностью двух потоков: потока, вносящего газ в металл через поверхность, ограниченную активным пягном, и потока, удаляющего газ через относительно низкотемпературную поверхность сварочной ванны.

Подобный механизм взаимодействия газов с металлом при дуговых способах сварки подтверждается данными [85],