Рис. 35. Расчетная схема определения формы поверхности плоской капли, растекающейся в условиях сварки-пайки.

существенно воздействовать на поверхностные явления, во-первых, вследствие ее силового воздействия на поверхность жидкой фазы, во-вторых, в результате излучения, вызывающего фотокапиллярный эффект [30], в-третьих, создавая условия для проявления электрокапиллярного эффекта [203]. В некоторых случаях существенной может оказаться неизотермичность процесса смачивания, т. е. наличие значительных градиентов температуры на поверхности изделия в зоне растекания жидкой фазы.

Для физического и математического моделирования поверхностных явлений, происходящих при сварке разнородных и композиционных материалов, принципиальным является вопрос о граничных условиях растекания жидкой фазы, или, иными словами, о факторах, лимитирующих перемещение периметра смачивания. В работе [16] показано, что при дуговой сварке однородных или мало отличающихся по физико-химическим свойствам металлов ширина растекания полностью совпадает с шириной шва, величина которой может быть рассчитана по известным параметрам режима сварки и зависит главным образом от напряжения на дуге и скорости сварки. При этом краевые углы смачивания могут изменяться в широких пределах при мало изменяющихся условиях сварки.

При сварке в нижнем положении основные параметры шва (высота выпуклости С и краевой угол 6) могут быть определены по номограммам [17, 18] в зависимости от ширины шва В, площади наплавленного металла ¥л и капиллярной постоянной ак. В другом случае, когда свариваемые металлы существенно отличаются по свойствам, лимитирующее влияние ширины шва не проявляется. При этом нанесение присадочного металла осуществляется в режиме сварки-пайки без расплавления поверхности основного металла. Для расчета размеров выпуклости шва в этом случае также могут быть использованы номограммы [17, 18], однако здесь исходными параметрами являются Рн, «к, 9, а конечными — С и В. Значение 6 должно задаваться на основе данных по температурно-временному моделированию процесса растекания или по результатам статистической обработки основных параметров шва в широком диапазоне режимов сварки.

Расчетные зависимости и упомянутые номограммы получены в предположении, что выпуклость шва формируется в хвостовой части сва- • рочной ванны и давление дуги слабо влияет на ее форму. Однако в ряде случаев (сварка маломощной дугой теплопроводных металлов) сва-рочная ванна может иметь малую протяженность вдоль оси шва, в этом случае влиянием дуги на процесс растекания пренебрегать нельзя.

Для оценки этого влияния рассчитывалась форма поверхности растекающегося жидкого металла, находящегося под действием сил тя- » жести, сил поверхностного натяжения и силового воздействия дуги. :

ГЬинимая допущения, которые обычно используются при подобных расчетах [18], и задавая распределение давления дуги по нормальному закону [96]

р = р0ехр(— kx2).

где р0 — максимальное давление на оси дуги, а & — коэффициент сосредоточенности, получаем следующее дифференциальное уравнение равновесия поверхности жидкой фазы в виде плоской (двухмерной) капли:

■ "21з/г = У* + + Р0 [ 1 - ехр (- кх%(3.2)

где Р — радиус кривизны выпуклости на оси симметрии при х — 0 (рис. 35).

При р0 = 0 (отсутствие дуги) уравнение (3.2) описывает форму выпуклости шва, которую он принимает под действием только сил тяжести и поверхностного натяжения.

Вводя безразмерные координаты

х = Х/ак; г = г/ак(3.3)

и*!безразмерные параметры р* = р0/1/Лаф; у. — г„ = с&/Р\в; /„ — Рк1а1; Ь0 = Б/ак, (3.4)

-if^T--0,8 -0,6 A4 -ОЛ О 02 0,4 «6 QB 1 * -

Рис 36 Профилограмма поверхности жидкой фазы капли, растекающейся под действием сил тяжести, давления дуги и сил поверхностного

а - /. = 2.2. х = 2.5; б _ /„_= 0.5, к = 10: в - f„ = 0.5. 6 = 45°, Р = U х = 10, х = 4 (р* — давление защитного газа).