IMG
34

Powstawanie zarodków na granicach jeziorka może być także następstwem wzajemnego oddziaływania ciekłego metalu spoiny i tej objętości metalu rodzimego, która jest stopiona i zmieszana z metalem spoiny w pobliżu linii wtopienia i znajduje się tam przez bardzo krótki czas przed ponownym zakrzepnięciem. Pęcherze wytworzone przez taką reakcję między metalem spoiny a metalem rodzimym mogą być przyczyną porowatości na granicy spoiny.

Przykładem jest porowatość w pobliżu linii wtopienia występująca podczas spawania stali typu 17-7PH (17% Cr, 7% Ni, 1,2% Al) elektrodą wolframową w osłonie gazu obojętnego. Porowatość tę wywołuje azot, który powstaje z rozkładu azotków znajdujących się w spawanym materiale. Pęcherzyki azotu powstałe z rozkładu azotków są przechwytywane w szybko krzepnącej strefie granicznej spoiny, wywołując porowatość tego obszaru. Dodatek tytanu jako pierwiastka o dużym powinowactwie do azotu stabilizuje azotki i zapobiega porowatości [11],

Ważnym zagadnieniem w procesie spawania jest również dyfuzja gazów ze spoiny do metalu rodzimego. Równanie rządzące dyfuzją gazów przybiera taką samą postać, jaką ma równanie dla wymiany ciepła przez przewodzenie. Zastępuje się jedynie współczynnik przewodzenia temperaturowego a przez współczynnik dyfuzji D, a współczynnik przewodzenia ciepła X przez współczynnik przenikania gazu, podczas gdy temperaturę zastępuje się stężeniem c:

dc

dt

= D

\

d²c d²c    d~c

-T --T --7

5x~    dy~    dz²

\

(4.13)

Można zatem przyjąć, że quasi-stacjonamy rozkład stężenia gazu wokół źródła gazu będzie podobny do quasi-stacjonarnego rozkładu temperatury wokół źródła ciepła. Jednakże sposób, w jaki gazy rozłożone są w spoinie i w strefie wpływu ciepła, jest różny od rozkładu ciepła.

Współczynniki dyfuzji wodoru, tlenu i azotu są o kilka rzędów wielkości mniejsze od współczynników przewodzenia temperaturowego. W następstwie tego ilość gazu dy-fundującego z jeziorka do strefy wpływu ciepła podczas termicznego cyklu spawania jest mała. Spośród gazów występujących w procesie spawania jedynie wodór ma współczynnik dyfuzji wystarczająco duży, aby spowodować znaczne przenikanie do metalu rodzimego. Stężenie gazu w spoinie bezpośrednio po zakrzepnięciu zależy przede wszystkim od równowagi między szybkością absorpcji i szybkością wydzielania się w pęcherzykach i jest ono na ogół większe niż stężenie w otaczającym metalu. W spoinach stalowych wykonanych elektrodami rutylowymi i celulozowymi zawartość wodoru w metalu spoiny jest w znacznym nadmiarze w stosunku do rozpuszczalności w temperaturze pokojowej. Większość tego nadmiaru gazu zniknie w okresie kilku dni na skutek dyfuzji przez powierzchnię spoiny do atmosfery, część jednak dyfunduje również przez pewien czas do metalu rodzimego.

Jeżeli nieskończone ciało stałe składa się z dwóch obszarów rozgraniczonych płaszczyzną x = 0. a obszar ,v < 0 ma początkowo temperaturę T_a, zaś obszar x > 0 ma początkowo temperaturę równą zeru, to rozkład temperatur po upływie czasu t wynosi:

^ erfc —-2    2(at)

1/2

(4.14)