Первая зависимость регулируется технологическими условиями и конструкцией подготовки кромок, коэффициент же поверхностного натяжения в условиях сварочной ванны может иметь иное значение по сравнению с имеющимися малочисленными данными о поверхностном натяжении жидких сталей.

В работах [296, 291] экспериментально определены коэффициенты поверхностного натяжения сталей марок 1Х18Н9Т и 12МХ непосредственно в атмосфере сварочной дуги по разработанной специальной методике. На исследуемой пластине выполняется фаска У-образной разделки с углом раскрытия 70—80°. Скосы разделки пластины оплавляются сварочной дугой неплавящимся вольфрамовым электродом (рис. 45, а). Жидкий металл, стекая со скосов разделки в угол, образует поверхность с некоторой кривизной. При определенном соотношении мощности дуги, скорости ее передвижения и толщины кромок притупления последние расплавляются на всю толщину и образуют в корне шва жидкий металл, заключенный между двумя твердыми стенками. Жидкий металл, не имея твердой опоры снизу, не протечет, а будет формироваться на весу в том случае, если сумма сил, действующих на сварочную ванну, в процессе плавления находится в равновесии. На рис. 45, б изображены указанные силы с учетом их направления. Здесь Рты — сила тяжести металла жидкой ванны; Яат(В) — поверхностное натяжение, вызванное кривизной поверхности ванны со стороны

сварочной дуги; Рп.Н(п — поверхностное натяжение, вызванное кривизной поверхности с обратной стороны сварочной ванны; Рд — давление сварочной дуги; Рц.г — давление защитного газа, подведенного под ванну.

При условии равновесия действующих на сварочную ванну сил можно записать

Рт.ы — Р ат(в — Р п.н(г) + Рл-Рцг = 0.(319)

При некотором значении прочих сил, входящих в формулу (3.19), силу Рп.кы) можно исключить обеспечением плоской поверхности обратной стороны ванны. В этом случае

Рл№) = Рт.ы + Рд-Рд.г-(3.20)

Сварочная ванна со стороны дуги в поперечном сечении имеет большую кривизну, а в направлении сварки практически остается прямолинейной. Следовательно, сила поверхностного натяжения, вызванная кривизной жидкой поверхности в одном направлении, может быть определена по формуле

Яатив=а/Я,(3.21)

где 7? — радиус кривизны жидкой поверхности.

Объединив уравнения (3.20) и (3.21), можно записать формулу для определения коэффициента поверхностного натяжения:

о= Я(РТ.М + Р„-РДГ).(И2)

Вследствие трудности измерения кривизны жидкой поверхности можно воспользоваться зависимостью этой величины от краевого угла смачивания 6 и ширины сварочной ванны В согласно рис. 45, в.

Учитывая последнюю зависимость, можно окончательно записать для определения коэффициента поверхностного натяжения на поверхности сварочной ванны

° = 2^Гё(Р™ + р- ~ р^ ■(3 -23

Точность определения коэффициента поверхностного натяжения по применяемой методике, как это следует из формулы (3.29), зависит: от точности определения сил, действующих на ванну в процессе сварки; расстояния между линиями сплавления (ширины проплавления в) на уровне образования кривизны; краевого угла смачивания 0, а также от достаточного обеспечения плоской поверхности обратной стороны сварочной ванны.

Сила тяжести расплавленного металла Рт.м определяется толщиной слоя жидкой стали.

Учитывая, что уточненный размер ширины проплавления равен сумме размера, полученного при охлажденном шве, и величины линейной усадки ет, записываем

ЬУ = Ь + ет.(3.24)

Исходя из сказанного, формулу (3.25) можно представить в виде