где Ут — объем пузырька; Рс = 2а/г.

ЕСЛИ ПРИНЯТЬ Ратм = 0,1 МПа,

1000мДж/м2, то

Рис. 54. Зависимость массы разбрызгиваемого металла сварочной ванны от силы сварочного тока в газовой среде (1) и под флюсом (2).

в результате радиусом

разрушения пузырька г = 0,1 • Ю-3 масса металла 0,41 х X 10 кг может приобрести скорость 0,10м/с. Следовательно, разрушение газовых пузырей, выходящих на поверхность металл — газ, может стать одной из причин разбрызгивания металла.

При наличии на поверхности сварочной ванны оксидной пленки или слоя шлака при переходе пузырька из металла в шлак вместе с пузырьком, как показали исследования на моделях [47], уносится и металлическая оболочка. Последняя затем превращается в каплю, которая может опуститься в сварочную ванну, если еще не успеют закристаллизоваться шлак и металл сварочной ванны. Объем металлической оболочки, уносимый пузырьком, примерно в два раза меньше объема пузырька [171]. Это справедливо для случая всплывания пузырьков, отстоящих друг от друга на расстояние не менее 4г.

Очевидно, что процесс перехода газовых пузырей из металла в шлак будет зависеть от соотношения между кинетической энергией поднимающегося пузырька, энергией поверхностного натяжения, которая будет возрастать с увеличением размеров купола (см. рис. 52), и потенциальной энергией столба шлака и металлической оболочки купола. Поскольку толщина металлической оболочки очень мала, ее влиянием можно пренебречь. Тогда условие перехода пузырька из металла в шлак запишется следующим образом:

З (Чм + Ті)

X ам_ш + г2 эш2 0,#шлршл--тг- /гШл (Зг2 біп2 0! + /г1ПЛ) ри

где г)м — вязкость металлического расплава; рг и ршл — плотность газа и шлака соответственно; ам_ш — межфазное натяжение на границе металл — шлак.

Увеличение разности между кинетической энергией и суммой поверхностной и потенциальной энергий повышает вероятность перехода пузырька из металла в шлак. Следовательно, скорость перехода пузырьков будет увеличиваться с ростом размеров пузырька и с уменьшением величин ам_ш, Яшл т)м, ршл. По-видимому, протеканию процесса перехода газовых пу-пузырьков из металла в шлак будет способствовать перемешивание металла сварочной ванны, так как при этом должна увеличиться кинетическая энергия пузырька.

Следует учесть, что увеличению размеров купола поднимающегося пузыря будут препятствовать и силы вязкости шлака. Поэтому повышение вязкости шлака, очевидно, будет затруднять переход газового пузыря из металла в шлак вследствие снижения скорости его подъема [14, 135].

Газовый пузырек, вышедший на границу металл — шлак и энергетически не способный перейти через эту границу, может разрушиться. При этом вероятность разрушения пузырька будет во многом определяться скоростью удаления расплава из зазора между шлаком и газовым пузырьком, которую можно определить из выражения (IV.53).

Наличие потерь металла из сварочной ванны при сварке под флюсом и без флюса подтверждают и результаты экспериментов, проведенных авторами данной монографии следующим образом. Пластина из иизкоуглеродистой стали в течение (16,4— 23,9) 10 с расплавлялись угольной дугой без флюса и под флюсом ОСЦ-45. В последнем случае толщина флюса составляла (3—6) • 10~3м, что обеспечивало наличие на поверхности металлической ванны шлакового покрова.

При сварке без флюса поверхность планок была покрыта мелкими брызгами, диаметр которых в основном не превышал 0,8 • Ю-3 м, а расстояние от оси валика составляло 1 • Ю-1 м и более.

Потери металла, которые определялись по разнице массы пластин до и после сварки, увеличивались с возрастанием силы сварочного тока (см. рис. 54) при сварке с флюсом и без флюса.

Повышение напряжения дуги снижает величину потерь. Так, при (Уд = 30 В и /св = 320 А масса разбрызгиваемого металла составила 11,5 • 10~3 кг. Вероятно, это, как и при удалении неметаллических включений, связано с тем, что увеличение ширины сварочной ванны, которое происходит с увеличением (Уд, затрудняет удаление пузырей из расплава.

Как было показано, удаление газовых пузырьков из сварочной ванны во многом определяется устойчивостью пленки купола металла, образуемого пузырьком при выходе на поверх-