исследователями и в основном связываются с изменением концентрации газа в металле. Рассмотрим влияние полярности на образование пор при сварке под флюсом с учетом свойств межфазной границы металл — шлак и процессов, происходящих на этой границе.

Как отмечалось, основными газами, вызывающими пористость швов при сварке сталей, являются азот, водород и оксид углерода. Нам не известны работы по исследованию влияния полярности на содержание в шлаке названных выше газов. Известно лишь [166], что при прохождении тока через шлак в нем увеличивается содержание азота. Изучению связи между полярностью и содержанием азота и водорода в металле посвящено довольно большое число исследований. Поскольку в них, однако, рассматриваются в основном процессы, протекающие в системе металл — газ, установленные закономерности не могут быть полностью перенесены на систему газ — шлак — металл, так как в последнем случае газы прежде, чем попасть в металл, должны пройти через слой расплавленного шлака.

Кислород, участвующий в образовании СО, а также азот и водород присутствуют в шлаке в виде ионов [166], что позволяет взаимодействие газов, растворенных в шлаке, с металлом рассматривать как электрохимическое. Между тем известно, что скорость и ход электрохимических реакций определяются потенциалом электрода, который изменяется в зависимости от силы и направления тока, протекающего через границу металл — шлак. В связи с этим наложение внешнего электрического поля должно в зависимости от полярности электрода (металла) или ускорить, или затормозить течение электрохимических процессов, т. е. изменить содержание газов в металле, о чем свидетельствуют и экспериментальные данные [80, 81, 209, 278, 329].

В настоящее время общепринято, что водород находится в шлаке в виде ионов ОН-, а переход водорода из шлака в металл происходит [294] в результате разряда ионов гидро-ксила на катоде

(ОН-) + е = [Н] + (0-2).

Кислород в шлаке находится в виде ионов О-2, и распределение его между металлом и шлаком можно изобразить следующей схемой:

(0-2)^[0] + 2е.

Относительно формы существования азота в расплавленных шлаках высказываются различные соображения. Чаще

считают, что азот в шлаке в зависимости от состава последнего может находиться в нитридной Ы_3 и цианидной СЫ-формах [166].

При сварке под флюсом перенос к металлу водорода, азота и кислорода происходит от границы газ — шлак за счет диффузии и конвективных потоков. В результате исследования химического состава шлаковой корки [2081 обнаружена значительная неоднородность ее состава по высоте, что свидетельствует о слабом перемешивании шлака при сварке и, следовательно, важной роли диффузии в процессах взаимодействия металла и шлака.

Интенсивность диффузионных процессов и связанная с ними скорость приведенных выше реакций возрастают с повышением температуры жидкого шлака, так как при этом увеличивается подвижность ионов в шлаке и плотность протекающего тока. Поскольку температура шлака на границе с расплавленным электродным металлом всегда выше, чем на границе с металлом сварочной ванны, общее содержание газов в металле шва должно определяться главным образом процессами, происходящими на стадии капли. С учетом этих соображений следует ожидать, что при сварке на прямой полярности содержание в металле шва водорода должно быть несколько выше, а содержание кислорода и азота ниже, чем на обратной полярности. Такой вывод подтверждается и данными экспериментальных исследований [209, 278, 329] о влиянии полярности на содержание водорода, азота и кислорода в наплавленном металле при сварке под флюсом и при электрошлаковом переплаве.

Реакция образования СО будет в основном гетерогенной, и протекание ее возможно только в том случае, если на межфазной границе будут одновременно присутствовать и углерод, и кислород.

Установлено [324], что при достаточно высоком содержании [С] в металле СО образуется в первую очередь на границе металл — шлак, а затем и в объеме металла, вероятно, на границах с включениями. При низком содержании в металле углерода ([С1^0,1 %) и элементов раскислителей значительное количество кислорода вследствие низкой концентрации этих компонентов в поверхностном слое металла будет поступать в объем металла, что создает более благоприятные условия для образования СО в металле на границе с неметаллическими включениями. В этом случае скорость окисления углерода определяется главным образом концентрацией углерода на межфазной поверхности и скоростью доставки его в зону реакции.

131