Homogena nukleacija
Homogena nukleacija opisuje spontano tvorbo kristalnih jeder neposredno v čisti talini brez kakršne koli tuje površine. Za to se mora talina močno podhladiti, pogosto 100 do 300 kelvinov pod tališčem. V varilni praksi se ta primer skoraj ne pojavi, ker varilna kopel vedno zagotovi dovolj tujih jeder za običajno heterogeno nukleacijo (na tujih površinah).
Fizikalno-kemijski mehanizem delovanja
V homogeni talini se atomi gibljejo neurejeno. Pri ohlajanju se naključno tvorijo majhne skupine atomov, ki določajo kristalno strukturo. Te skupine večinoma takoj razpadejo, ker njihova površina zahteva energijo. Le če je talina močno podhlajena, nekatera od teh jeder rastejo naprej. Potrebna podhladitev je pogosto 100 do 300 kelvinov pod tališčem. Homogena nukleacija torej potrebuje visoko energijsko pregrado in se zgodi le v zelo čistih talinah brez delcev.
Metalurška pomembnost in tveganja pri varjenju
V varilni kopeli so vedno tuje površine: bokovi zvara, oksidne kože, ostanki varilnega prahu, legirni elementi. Na teh površinah nastajajo kristalna jedra veliko lažje, ker se površinska energija zmanjša. Zato strjevanje skoraj vedno poteka heterogeno. Homogena nukleacija se pojavi le pri izjemno čistih talinah, na primer pri posebnem varjenju v vakuumu. Tveganje: če do homogene nukleacije vseeno pride, se kopel po močni podhladitvi strdi sunkovito. Plini, ki so bili prej raztopljeni, ne morejo več uiti in tvorijo pore. Poleg tega nastanejo visoke lastne napetosti zaradi nenadnega skoka volumna.
Delavniška praksa in navodila za ukrepanje
Praktik ne more neposredno vplivati na homogeno nukleacijo, lahko pa jo naredi malo verjetno. Za to poskrbi za veliko tujih jeder v varilni kopeli: dodaj sredstva za cepljenje, kot sta titan ali aluminij, uporabi dodajne materiale s fino razporejenimi oksidi ali karbidi. Ti delci delujejo kot jedra in začnejo kristalizacijo že pri majhni podhladitvi. Tako nastane drobnozrnata, žilava struktura brez poroznosti. Varilne kopeli ne drži po nepotrebnem dolgo v tekočem stanju in se izogibaj preveliki čistosti materialov, če za tem ne stoji posebna uporaba.