Homogena nukleacija
Homogena nukleacija opisuje spontano stvaranje kristalnih klica izravno u čistoj talini bez ikakve strane površine. Za to se talina mora jako prehladiti, često 100 do 300 Kelvina ispod tališta. U zavarivačkoj praksi to se jedva događa jer talina uvijek daje dovoljno stranih klica za uobičajenu heterogenu nukleaciju (na stranim površinama).
Fizikalno-kemijski mehanizam djelovanja
U homogenoj talini atomi se gibaju neuređeno. Tijekom hlađenja slučajno nastaju male skupine atoma koje daju predložak kristalnoj strukturi. Te skupine se uglavnom odmah raspadnu jer njihova površina zahtijeva energiju. Samo ako je talina jako pothlađena, neke od tih klica nastavljaju rasti. Potrebna pothlađenost često iznosi 100 do 300 Kelvina ispod tališta. Homogena nukleacija dakle zahtijeva visoku energetsku barijeru i događa se samo u vrlo čistim talinama bez čestica.
Metalurška važnost i rizici pri zavarivanju
U zavarenoj kupki uvijek postoje strane površine: bokovi zavara, oksidni slojevi, ostaci praška za zavarivanje, legirni elementi. Na tim površinama kristalne klice nastaju mnogo lakše jer se smanjuje međufazna energija. Zato se skrućivanje gotovo uvijek odvija heterogeno. Homogena nukleacija javlja se samo kod izuzetno čistih talina, primjerice kod specijalnih zavarivanja u vakuumu. Rizik: ako se homogena nukleacija ipak dogodi, talina se nakon jake pothlađenosti naglo skrutne. Plinovi koji su prije bili otopljeni više ne mogu izaći i stvaraju pore. Osim toga, zbog naglog skoka volumena nastaju visoka zaostala naprezanja.
Radionica u praksi i upute za postupanje
Praktičar ne može izravno utjecati na homogenu nukleaciju, ali je može učiniti malo vjerojatnom. Za to se pobrine da u talinau bude mnogo stranih klica: dodaju se inoculanti poput titana ili aluminija, koriste se dodatni materijali za zavarivanje s fino raspoređenim oksidima ili karbidima. Te čestice djeluju kao klice i pokreću kristalizaciju već pri maloj pothlađenosti. Tako nastaje sitnozrnata, žilava struktura bez poroznosti. Ne drži talina nepotrebno dugo u tekućem stanju i izbjegavaj preveliku čistoću materijala ako iza toga ne stoji posebna primjena.