согласно которым увеличение общей поверхности сварочной ванны, что при неизменных электрических параметрах равносильно увеличению низкотемпературной части сварочной ванны, снижает скорость поглощения азота металлом.

Наличие поверхностно-активных элементов в металле должно повлиять на процесс взаимодействия расплава с газом и при дуговых способах сварки. При этом, очевидно, на этапе поглощения газа, происходящего в высокотемпературной зоне, влияние поверхностно-активных компонентов будет проявляться в меньшей мере, чем при выделении газов из металла. Это обусловлено в основном двумя причинами: снижением поверхностной активности компонентов с возрастанием температуры, что было, например, отмечено В. И. Явойским для кислорода; интенсивным перемешиванием металла в высокотемпературной зоне, что приводит к сносу с поверхности расплава капиллярно-активных элементов. При выделении газов из металла, происходящем в зоне со сравнительно низкой температурой и менее подвижной, наличие поверхностно-активных компонентов будет играть существенную роль. Это подтверждается и данными И. К. Походни [210], который отметил увеличение содержания водорода при наличии в стали поверхностно-активного кремния.

Помимо свойств поверхности металла на скорость насыщения и выделения газов будет влиять и способность газов к адсорбции, так как в каждом из этих двух процессов одной из промежуточных стадий является адсорбция газов в поверхностном слое металла. При этом, чем выше способность газа к адсорбции или, другими словами, чем выше его поверхностная активность, тем легче должно происходить поглощение и выделение газа металлом. Поэтому для выяснения механизма кинетики поглощения и выделения газов необходимо иметь данные об их поверхностной активности, о которой можно судить по влиянию N2 и Н2 на величину поверхностного натяжения металла.

Исследования, посвященные изучению поверхностной активности водорода и азота, были проведены в основном для чиетого железа и для бинарных сплавов на его основе. Влияние водорода и азота на поверхностное натяжение сталей было исследовано в работах [17, 27, 62, 64, 68, 88, 310]. Данные проведенных экспериментов, несмотря на некоторое различие в результатах, свитетельствуют о незначительной поверхностной активности водорода и снижении его активности с повышением содержания в сталях С, Сг, №, 51, Мп.

Азот обладает большей поверхностной активностью в железе и сплавах на его основе, чем водород. Однако и для него

наблюдается снижение поверхностной активности при наличии в многокомпонентных сплавах С, Сг, Mn, Si.

Расчеты адсорбции водорода и азота в расплавах [75] показали, что с возрастанием содержания в металле поверхностно-активных элементов (С, Si, Мп) наблюдается снижение поверхностной концентрации водорода и азота. Обычно это объясняют уменьшением количества вакантных мест в поверхностном слое, которые могут занять азот и водород.

На процесс перехода газов из атмосферы в металл влияют состав атмосферы и скорость образования газообразных продуктов реакций, протекающих на поверхности расплава. Согласно данным Уайтуэя, при наличии в атмосфере сложных газов, содержащих связанный кислород, например С02, СО, S02, перенос реагента в газовой фазе будет затруднен. Возможно, что и по этой причине наблюдается снижение содержания газов в металле шва при сварке в С02, когда состав защитной атмосферы состоит в основном из С02 и СО [165].

Кроме того, при сварке в окислительных газовых средах на границе металл — газ возможно образование СО в результате протекания реакции [С] + {О} = {СО}. К тому же при этом за счет кривизны поверхности электродных капель и сварочной ванны интенсивность образования СО будет гораздо выше, чем при образовании его на плоской поверхности.

Это связано с тем, что равновесное давление СО на поверхности металлической капли больше равновесного давления оксида углерода над плоской поверхностью на величину, определяемую из уравнения

1пр^0_1п^с0=^сс_,

где Рсо и Рсо — равновесные давления СО над выпуклой и плоской поверхностями; ом-г — поверхностное натяжение металла; Мсо и рсо — молекулярная масса и плотность СО; R — газовая постоянная; Т — температура металла; г'к •— радиус кривизны.

Как видно, чем меньше радиус кривизны поверхности металла, тем лучше будет защищать образующийся оксид углерода металл от перехода в него газов из атмосферы. Следовательно, при мелкокапельном переносе содержание газов N2, Н2, 02 в металле шва должно быть меньше. Ранее было отмечено, что наличие на поверхности металла оксидной пленки затрудняет переход азота и водорода из атмосферы в металл и обеспечивает хорошую защиту расплавленного металла от этих газов.