длиной 30 мм этот градиент составит по ширине сварочной ванны 146 мДж/(м2 • мм), а подлине — 48,7 мДж/(м2 • мм). Поэтому наибольшее влияние градиент поверхностного натяжения окажет на перемещение расплавленного металла по ширине сварочной ванны и в меньшей мере — по ее длине.

Возникновение конвекции металла в сварочной ванне из-за сил поверхностного натяжения возможно при различных способах сварки плавлением. Так рассмотрение перемещения расплавленного металла при электронно-лучевой сварке движущимся лучом показало, что для жидкой пленки толщиной Л при данном распределении температуры и поверхностного натяжения скорость термокапиллярных потоков [1941

^=¿.¿(4) + ^. д°

~§х\т)~г р~тё"'г — РаДиУс кривизны пленки металла в сечении, перпендикулярном к оси кратера. Расчеты [194] показали, что основная масса металла переносится из зоны нагрева в зону кристаллизации вследствие термокапиллярного эффекта.

Связь процесса переноса металла с термокапиллярным эффектом отмечена и при сварке лазерным лучом [144, 285, 324].

При рассмотрении, как и в работе [194], действия лазерного луча ■на плоский слой несжимаемой жидкости толщиной А для глубокой сварочной ванны (Л ^ й, где й — размер источника тепла) получено [144, 285], что в первоначальный момент времени функция тока течения металла имеет вид

—] [ йо \ 2хй(й — г)

*Р-11оУ уат I — г)а + *Т '

а стационарная функция тока для того же распределения температуры на поверхности расплава

ф 2ц \ йТ 1х* + (гі—г)2 '

Данные выводы о роли эффекта Марангони в гидродинамических процессах подтверждаются экспериментальными результатами [329].

Глава третья

СМАЧИВАЕМОСТЬ ТВЕРДЫХ МЕТАЛЛОВ РАСПЛАВАМИ В УСЛОВИЯХ ДУГОВОЙ СВАРКИ (НАПЛАВКИ)

При создании современных ответственных конструкций к сварным швам подчас предъявляются требования не только высокой прочности, пластичности, вакуумной плотности и др., но и соблюдения вполне определенной конфигурации. Выдерживание заданного профиля швов особенно важно в судостроении, авиационной промышленности и других областях. Как указывалось выше, форма валика зависит от величины поверхностного или межфазного натяжения жидкого металла ванны на границе с газовой средой или шлаком. Поверхностные явления здесь играют решающую роль в образовании прочных связей. По-бтому удовлетворительное смачивание поверхности твердого тела расплавом — одно из основных предварительных условий получения надежных соединений при сварке.

1. Моделирование процесса

Неизотермические процессы растекания и смачивания, имеющие место при сварке, сварке-пайке и пайке, в настоящее время изучены недостаточно, что существенно затрудняет выбор оптимальных условий реализации технологического процесса соединения различных материалов, в том числе разнородных и композиционных.

Основной современный метод комплексной оценки контактного взаимодействия фаз в условиях дуговой сварки — температурно-времен-ное моделирование процесса растекания в условиях, наиболее близких к условиям сварки-пайки. Этот метод заключается в нанесении капли расплавленного металла на поверхность твердой подогретой подложки и оценке кинетической зависимости краевого угла [256]. Накопленный с помощью данного метода экспериментальный материал свидетельствует о значительном влиянии на процесс растекания таких факторов, как удельная межфазная энергия на различных поверхностях раздела фаз, температура, состояние подложки (шероховатость, наличие покрытий), взаимная растворимость и химическая активность контактирующих фаз и т. д. В то же время ценность этих данных для практических приложений в значительной мере определяется адекватностью такой физической модели реальному процессу смачивания и растекания, существенно осложненному в условиях сварки резкой неравномерностью температурного поля. Серьезный недостаток данного метода — пренебрежение влиянием сварочной дуги, которая может