Z + 20 + р* [ 1 — ехр (— XX2)].

Последнее уравнение решали численно методом Рунге — Кутта на ЭЦВМ СМ-4. При этом задавали условие нормировки

Л = 2 J г(х)

(3.6)

Ьо

и значение краевого угла

z' — tg 6 при х = Ь„/2.

где Ь0 — безразмерная ширина выпуклости; f0— безразмерная площадь наплавки.

В качестве примера на рис. 36 приведена расчетная форма выпуклости для /о = 2,2, 9 = 90°, к = = 2,5 при различных значениях параметра р*, характеризующего осевое давление дуги. Из графиков следует, что с ростом давления дуги ширина зоны смачивания (периметр смачивания) возрастает.

При сварке композиционных материалов с алюминиевой матрицей толщиной 2,5 мм диапазон применяемых режимов сварки таков, что расчетные параметры модели изменяются в следующих пределах: /0 = 0,2.0,6; 6 = 40.50°; х = = 8.20; р* = 1.3. Для оценки ширины растекания швов этих сварных соединений выполнены расчеты для 6 = 45° и f0 0,25 и 0,5; значение у. варьировали от 10 до 20, параметр р* изменяли в пределах 0,5—2. На рис. 36 приведена форма выпуклости шва для некоторых соотношений этих параметров, а на рис. 37 — зависимость ширины шва от значений /0, р*, х.

Из полученных данных следует, что растекание возрастает с увеличением размеров жидкой фазы (это объясняется действием сил тяжести) и с возрастанием осевого давления дуги. Поэтому для улучшения растекания следует повышать количество присадки, подаваемой в сварочную ванну, а также увеличивать сварочный ток или уменьшать диаметр электрода, что приводит к росту осевого давления дуги. В то же время тепловложение в свариваемое изделие должно быть ограниченным из условия предотвращения интенсивного образования интерметаллидов [256, 257] и разупрочнения армирующих волокон композиционных материалов. Концентрацию силового воздействия дуги (параметр к) следует снижать, так как при этом, как следует из рис. 37,

Рис. 37. Зависимость ширины растекания жидкой фазы от давления дуги: 1 — 1, = 0.5;0,25.

ширина растекания возрастает. При р* = 0 уравнение решается аналитически, этот случай соответствует формированию капли в хвостовой части сварочной ванны, когда давление дуги не действует на поверхность жидкой фазы. При этом основные геометрические параметры шва могут быть определены в результате использования системы уравнений ((2.8) — (2.10)).

Для определения контактного взаимодействия, например алюминиевых сплавов и алюминия со сталью, возникла задача составления удобных для инженерного применения номограмм, построенных на основе численного решения уравнений на ЭЦВМ «Наири-К». Такая номограмма приведена на рис. 38. При известной капиллярной постоянной ск (для конкретного материала) необходимо в качестве исходных данных задать два параметра: либо Р„ и В, либо Р„ и 0. По оси ординат отложена безразмерная площадь сечения выпуклости /0, а по оси абсцисс — ее безразмерная ширина Ь0. На рис. 38, а эти параметры связаны через краевой угол смачивания, достигающий при взаимодействии алюминия со сталью вполне определенного значения, на рис. 38, б — с помощью высоты выпуклости шва С. Область левее 0 = 90° соответствует несмачиваемости.

Например, необходимо обеспечить краевой угол смачивания 6 = 55° при свар ке материалов толщиной 1—1,2 мм. Задаемся следующими параметрами режим» аргонодуговой сварки: /св = 50 А; йэ = 2 мм; 1/д = 15 В; Усв = 10 м/ч; Уп_пр = = 20 м/ч. Определим основные параметры шва. Площадь сечения выпуклости Рн =

= —т--и^ мм2- ^° данным [2'4], принимаем а = 860 Н/м; у= 2,38 г/см3

(с учетом нагрева в процессе сварки); д= 9,81 м/с2. Капиллярная постоянная при этом ак = 6,1 мм.

Находим безразмерный параметр Д, = 6,3/6,12 = 0,17, а по номограмме на рис. 38 определяем Ь0 = 0,98 (точка М). Ширина шва В = й0ак = 0,98 ■ 6,1 = 6 мм. По рис. 38 находим, что безразмерная высота выпуклости С = 0,27, откуда высота, выпуклости шва С = сак = 1,65 мм.

Такие обобщенные данные и построенные номограммы [192] позволяют рассчитывать необходимые параметры швов из разнородных металлов, обеспечивая заданную геометрию изделий. Эти значения являются исходными для последующих расчетов прочности сваоных соединений.

Представляет интерес возможность расчетной оценки влияния на ширину шва такого параметра, как давление потока защитного газа„ который, как известно, может усилить растекание жидкой фазы по твердой подложке. Анализ показал, что этот фактор также может быть учтен в рамках построенной модели.

Распределение давления потока защитного газа также описывается кривой, близкой к закону нормального распределения [17, 141]. Кривая давления газа по сравнению с кривой давления дуги характеризуется меньшим осевым давлением р0 и меньшим значением коэффициента сосредоточенности Ъ. С учетом сказанного для расчетной оценки влияния давления защитного газа принимаем, что распределение давления защитного газа описывается законом рГ = р0 ехр (—кх2).