В основу предлагаемого упрощенного метода расчета химического состава металла шва положены следующие допущения:
1. Все металлургические процессы на стадии образования капли и в сварочной ванне происходят преимущественно только между металлом и шлаком. Влияние окружающей среды мало и может быть учтено путем введения корректирующего коэффициента р.
2. Во взаимодействии с металлом капель и сварочной ванны принимает участие не вся масса расплавленного флюса, а только ее часть, определяемая по методу элемента-индикатора.
3. Реакции и процессы между реально взаимодействовавшими массами металла и шлака протекают до состояния, близкого к равновесному, как на стадии капли, так и в сварочной ванне.
На основании этих допущений расчет можно свести к простой схеме, по которой учет всех физических факторов взаимодействия между металлом и шлаком производят с помощью единого показателя — коэффициента эффективности массообмена р. Для расчета результатов физико-химических процессов и реакций могут быть использованы равновесные термодинамические зависимости и константы.
Числитель выражения — это приведенная к металлу исходная концентрация элемента. С учетом этого можно отметить, что уравнение аналогично подобным выражениям, выведенным А. А. Ерохиным.
Таким образом, в общем случае для определения химического состава металла шва необходимо знать концентрации элемента в исходных материалах, доли участия основного и электродного металла в формировании шва, истинную относительную массу взаимодействующего с металлом шлака и константу распределения.
Наибольшие затруднения при расчете по выражению возникают из-за отсутствия надежных данных о значениях L. В ряде случаев L может быть определена через константу равновесия реакции или экспериментально, по крайней мере, для наиболее широко применяющихся флюсов.
Необходимо отметить, что выражение для расчета химического состава металла шва можно использовать толь-то в том случае, когда этот состав устанавливают в результате одного процесса (реакции) обмена, для которого известна константа распределения.
При расчете массообмена между легирующим флюсом и металлом с помощью уравнения можно непосредственно рассчитать легирование металла шва неокисляющимися или малоокисляющимися в условиях дуговой сварки элементами (Ni, W, Си, Со, Сг).
В тех случаях, когда при установлении состава металла одновременно протекают несколько процессов, например, прямое растворение в каплях или сварочной ванне металлической добавки из флюса и, вместе с тем, окисление этих добавок при нагреве флюса, его расплавлении, все эти изменения должны быть учтены в расчетной схеме. Так, например, при определении концентрации Мп в металле шва необходимо определить его потери на окисление флюсом и кислородом окружающей атмосферы, а после перехода Мп из шлака в металл капель и сварочной ванны — учесть его возможное окисление в металле шлаком.