явиться в большей мере, чем при сварке относительно чистых металлов.

Поскольку при сварке и наплавке иногда применяют электромагнитное перемешивание металла и введение в сварочную ванну ультразвуковых колебаний, рассмотрим, как повлияет использование этих приемов на процесс роста газового пузырька.

При распределении в расплаве ультразвуковых колебаний взвешенные в нем пузырьки газа будут совершать колебательные движения, подвергаясь периодическому сжатию и расширению. Колебание пузырька в звуковом поле приводит [97] к интенсификации переноса газа из расплава в пузырек даже в случае, когда раствор недонасыщен газом. Это объясняется следующими причинами. Во-первых, при расширении пузырька его поверхность больше, чем при сжатии, и поэтому в пузырек при его расширении газа поступает больше, чем удаляется при сжатии. Во-вторых, колебания пузырька приводят к периодическому уменьшению толщины диффузионного слоя и повышению концентрации газа.

Кроме того, как показали исследования [97], у поверхности пузырька при его колебании возникают микропотоки, наличие которых также приводит к снижению толщины диффузионного слоя.

Наблюдаемое усиление дегазации металла сварочной ванны при наложении электромагнитного поля, очевидно, обусловлено уменьшением толщины диффузионного слоя, а также, возможно, и появлением в расплаве зон пониженного давления, в которых пузырьки газа имеют более благоприятные условия для своего роста.

Нужно отметить, что введение ультразвуковых колебаний [97], а также электромагнитного перемешивания, при котором увеличивается вероятность столкновения пузырьков, способствуют коалесценции пузырьков.

5. Удаление газовых пузырьков из сварочной ванны

Пузырьки газа, образовавшиеся в сварочной ванне, вследствие разностей плотностей металла и газа будут стремиться выйти на поверхность расплава. Очевидно, что весь процесс удаления газового пузырька из сварочной ванны можно разделить на два этапа: перемещение пузырька к границе металл — газ или металл — шлак в зависимости от применяемого способа защиты и переход газового пузырька через межфазную границу. Чаще всего процесс перемещения пузырьков в жидкости

описывают формулой Стокса

р= 2 (Рм-Рг) г2;(1У41)

где V — скорость перемещения пузырька; g — ускорение свободного падения; рм и рг — плотности металла и газа соответственно; т)м — вязкость металла; г — радиус пузырька.

Однако формула Стокса не учитывает ряд факторов, характерных для движения пузырьков в сварочной ванне. Прежде всего уравнение Стокса дает довольно хорошие результаты для случая ламинарного движения. Согласно данным [256], ошибка в определении скорости подъема пузырька по формуле (1У.41) возрастает с увеличением интенсивности перемешивания металла и при числе Рейнольдса Ре = 5,0 составляет 10 %.

Довольно точно величину скорости перемещения пузырька можно рассчитать по формуле Стокса лишь при Ие ^ 2,0. По-видимому, в сварочных процессах, особенно в случаях, когда металл сварочной ванны подвергается интенсивному перемешиванию, использование формулы Стокса приведет к неверным результатам.

Уравнение (1У.41) справедливо для случая, когда в поднимающемся пузырьке не происходит циркуляция газа, которая в реальных условиях имеет место. Скорость подъема пузырька при наличии в последнем циркуляции газа может быть определена по формуле

V = 4- ё Ри~Рг г"- ^м ± ^г,(1У.42)

9Чм2г|м + 3г|г'4 '

где т)г — вязкость газа.

Поскольку г)г ^ т)м, расчеты обычно ведут поупрощенной формуле

V = р"з~рг ёг\(ГУ.43)

Из сопоставления формул (1У.42), (IV.43) с (IV.41) видно, что при наличии в пузырьках внутренней циркуляции скорость движения пузырьков в расплаве увеличивается. Однако уравнения (^.41) — (ГУ.43) справедливы для сферических пузырьков.

Между тем известно, что на поднимающийся пузырек, помимо сил поверхностного натяжения, которые стремятся придать ему сферическую форму, действуют также силы трения и градиент давления жидкости, стремящиеся деформировать пузырек. В конечном итоге форма пузырька будет определяться соотношением действующих на него сил, величина которых, очевидно, зависит от размера всплывающего пузырька.