IMG
35

gdzie:

x - odległość w kierunku prostopadłym do powierzchni, erfc{x) - funkcja błędu odwrotnego (całka prawdopodobieństwa odwrotnego), równa jedności dla x - 0 i zeru dla x = oo.

Analogicznym równaniem dla rozkładu gazu o stężeniu c_a w obszarze x < 0 i stężeniu zerowym w obszarze x > 0 jest:

(4.15)

gdzie: D - współczynnik dyfuzji gazu.

Równań powyższych można użyć do oszacowania rozkładu gazu w strefie wpływu ciepła spoiny, przyjmując płaszczyznę x = 0 za powierzchnię graniczną między metalem spoiny o stężeniu gazu c₀ a metalem rodzimym, którego początkowa zawartość gazu wynosi zero, oraz czasem, w którym powierzchnia graniczna zakrzepnie przy T = 0. Problemem jest jednak znaczna zmiana współczynnika dyfuzji D wraz ze zmianą temperatury. Dlatego też podczas cyklu chłodzenia spoiny D będzie zmieniać się zarówno z upływem czasu, jak i ze zmianą położenia w stosunku do osi spoiny. W praktyce głębokość przenikania wodoru ze spoiny do strefy wpływu ciepła podczas chłodzenia wynosi w wypadku spawania ręcznego około 1 mm, tak że zmienność D zależna od odległości może być w pierwszym przybliżeniu pominięta. Zmienność D związana z upływem czasu można uwzględnić, biorąc średnią wartość iloczynu współczynnika dyfuzji (D) i czasu (/):

t

Dł=jD,dt    (4.16)

o

Znając cykl chłodzenia na granicy dowolnej spoiny, można wyznaczyć D jako funkcję t i przez całkowanie graficzne otrzymać Dt dla dowolnego czasu. Jeżeli strefę wpływu gazu określi się jako obszar, w którym stężenie gazu spada do 0,1 stężenia gazu w metalu spoiny, szerokość strefy wpływu gazu można określić z zależności:

= 1,8 • (Dt)

1/2

(4.17)

Szerokość strefy wpływu gazu obliczona z powyższej zależności dla typowej spoiny wykonanej ręcznie elektrodą otuloną (prąd spawania 200 A, napięcie 25 V, sprawność łuku 70%, prędkość spawania 15 cm/min) przedstawiono w tabeli 4.3. Dane zestawione w tej tabeli wskazują na stosunkowo szybkie początkowe przenikanie wodoru podczas pierwszych etapów cyklu chłodzenia oraz bardzo powolne powolne w temperaturze pokojowej.

Dyfuzja wodoru do strefy wpływu ciepła spoiny ma istotne znaczenie w wypadku ręcznego spawania stali stopowych, gdyż może być przyczyną kruchości i pękania. Pękanie takie rozpoczyna się w strefie bliskiej granicy stopienia i postępuje powoli na zewnątrz materiału.

145