достигнуты такие пересыщения, однако поры в сварном шве образуются. Причиной этого может быть создание местных пересыщений или флуктуации.

Из законов статистической физики [115] следует возможность образования в объеме расплава флуктуации с повышенной плотностью выделяющегося вещества. При этом флуктуации будут устойчивы и способны к дальнейшему росту, если их размеры превысят некоторый критический размер.

Согласно [143], число сферических участков п( с радиусом г, появляющихся в единицу времени в единице объема с флук-туациями состава, соответствующим новой фазе, будет

где Си — исходная концентрация раствора; гч — нормальное ожидаемое число частиц в объеме критического зародыша; пч — число частиц в объеме критического зародыша в момент выделения; Б — коэффициент диффузии; И^4. — вероятность появления флуктуации концентрации по пч частиц из исходного их количества гч в рассматриваемом объеме. Согласно уравнению Пуассона [115],

С; = Г%ц-/я„.(1У.8)

Анализ формул (1У.7) и (IV.8) свидетельствует о том, что вероятность появления устойчивой флуктуации в объеме металла возрастает с увеличением общей концентрации компонента в расплаве и его коэффициента диффузии, а также с уменьшением размеров критического зародыша.

Возможность флуктуационного возникновения газовых зародышей позволяет предположить, что их образование может произойти и в тех случаях, когда не будет общего пересыщения металла сварочной ванны газом.

Поскольку вероятность образования флуктуации зависит от подвижности компонента, вызывающего появление газового зародыша, то, по-видимому, в этом процессе важную роль должен выполнять водород. Это связано с тем, что подвижность его намного выше подвижности других компонентов (Ы2, С, Оа), участвующих в образовании зародышей пор.

Очевидно, что факторы, способствующие повышению подвижности компонентов, снижению размеров устойчивой флуктуации, возрастанию концентрации газов в металле, будут усиливать процесс образования зародышей в сварочной ванне. Один из таких факторов — температура сварочной ванны. Повышение ее ведет к увеличению коэффициента диффузии, уменьшению величины гкр за счет снижения величины поверх-

ностного натяжения металла, повышению концентрации газа что должно способствовать созданию устойчивых флуктуации. По-видимому, это является одной из причин повышения пористости сварного шва при увеличении сварочного тока сверх некоторой критической величины, отмеченное в работе [211], и объясняет наблюдаемое образование пор в зоне активного пятна сварочной ванны [7].

Все изложенные рассуждения справедливы для случая образования газового зародыша одним газом. Между тем исследования состава газа в порах сварных швов свидетельствуют о том, что в них всегда присутствует несколько газов. Например, при сварке сталей в порах в основном присутствовали N5,, Н2 и СО [212]. Эти же газы находились, как показали исследования, проведенные авторами монографии совместно с П. А. Тывончуком и О. Д. Смияном, и в порах, образующихся при наплавке сталей в смеси природный газ — кислород. Поэтому вполне вероятно, что в образовании зародыша может одновременно участвовать несколько газов.

Только в двух работах [157, 325] было исследовано образование пузырьков двумя компонентами. Однако при этом ограничивапись изучением качественной стороны процесса [325] или вводили допущения [157], которые не выполняются в реальных условиях. Например, принимали, что изменения химического потенциала при переходе компонентов из жидкости в газовый пузырек равны. К тому же не было изучено влияние состава смешанного зародыша на вероятность их пояапения.

Рассмотрим данную задачу в более общем виде, приняв, что в образовании газового зародыша участвуют два газа I и 11. При этом возможны два случая: 1) оба газа, образующие зародыш, растворены в расплаве; 2) один из газов растворен в металле, а другой образуется в результате химической реакции. Изучим вначале первый случай. Если газы, образующие зародыш, идеальные, а состав расплава при образовании зародыша остается постоянным, то величина изменения свободной энергии системы при образовании двух компонентного газового зародыша

ДС = 4лг*ом_г 4- пг (ц - ц,|) + пи (и» - ц») +

+ М"11п-^ + "",П-^)' (1У"9) где щ и Пц — количество молекул I и II газов в зародыше; На и Ш — химические потенциалы газа в расплаве и зародыше соответственно.

из