шероховатой поверхности. Это может вызвать ослабление ультразвукового капиллярного эффекта при сварке ВКМ.

Композиционные материалы относятся к телам с неоднородной поверхностью [2801. Наличие достаточно больших неоднородных участков вызывает появление дополнительных энергетических барьеров между ними и, как следствие, состояний метастабильного равновесия. Эти потенциальные барьеры также могут преодолеваться в результате колебаний жидкости, например ультразвуковых.

Требование получения сплошного сварного соединения обусловливает необходимость создания таких условий, когда все промежутки между волокнами полностью заполняются материалом матрицы. В определенной мере этому способствуют явления термоосмоса [288], заключающегося в течении жидкости внутри пористого тела от более нагретых участков к более холодным под действием градиента температур. Движущей силой термоосмоса является влияние температуры на капиллярный потенциал системы.

Управление процессом движения жидкой фазы в результате термоосмоса в процессе сварки затруднено из-за сложности этого явления и отсутствия удобных феноменологических зависимостей, описывающих его. Процесс проникновения жидкой фазы в промежутки между волокнами целесообразно рассмотреть на основе представлений о пропитке пористых тел, которая может быть самопроизвольной или принудительной. Аналитически условие самопроизвольной пропитки записывается в виде

ажсо8бк0,(4.16)

откуда следует, что самопроизвольная пропитка возможна только в том случае, если расплавленный металл смачивает армирующие волокна, т. е. если 0К с 90°. Чем меньше угол смачивания, тем легче должна осуществляться пропитка [288]. Если 6К -*■ 90°, то движущая сила пропитки мала и для активного протекания процесса необходимо приложение вгеннего давления. При 6К 90°, как следует из (4.16), уменьшение поверхностного натяжения расплава способствует пропитке, облегчая условия ее протекания

В некоторых случаях определенное влияние на процесс пропитки может оказать ее кинетика, когда текущие значения неравноЕе;-ного угла смачивания отличаются от 6К.

Принудительная пропитка обычно ос} щ -ствляется путем приложения внешнего давления. Течение жидкой фазы в пористой среде может быть обусловлено градиентом давления, а также электрическими температурным градиентами. Течение жидкой фазы в кинетическом режиме внутри пористого тела подчиняется закону Дарси ц = кААр/ц10, где q — объемный расход жидкости; к — проницаемость пористого тела, определяемая его структурой; А —площадь полезного сечения; Ар —градиент давления; /0 —длина пропитываемого тела в направлении пропитки [1311. В случае армированных материалов на скорость пропитки под давлением влияют размеры промежутков между волокнами.

Рассмотрим возможность пропитки промежутков между волокит

нами при растекании присадочного металла по поверхности слоя волокон (см. рис. 77, б). Данная схема соответствует принудительной пропитке, поскольку на поверхности А —А действует некоторое давление, fo вызванное кривизной поверхности жидкой фазы и ее гидростатическим дав- 4 лением. Величина этого дополнительного давления определяется по формуле

Ар* = o/R0 + уС, (4.17) г где R0 — радиус кривизны выпуклости шва; С — высота выпуклости.

Рассмотрим самый неблагоприят- ' ный случай пропитки, когда жидкость

не смачивает волокна (6К -*■ 180°). При о j3 4

хорошей смачиваемости материала во- Рис 78. Номограмма для определе-ЛОКОН, как следует ИЗ (4.16), пропит- ния давления, создаваемого расте-ка идет удовлетворительно, так каккающейся жидкой фазой,

кроме самопроизвольного протекания

процесс идет под давлением, определяемым уравнением (4.17). При плохой смачиваемости жидкость провисает между соседними волокнами (см. рис. 77) с образованием капли кривизной 1/г0. Эта капля продавливается в промежуток между волокнами в случае выполнения неравенства Ар* ^ a/R0. Из геометрических соотношений имеем (см. рис. 77, б) г0 = (/ — dB)/2, где / — расстояние (шаг) между волокнами. Тогда с учетом (4.17) получаем неравенство a/R0 + yl I 2о/(/ —dB), связывающее геометрические параметры шва с параметрами слоя волокон. Это неравенство удобно записывать в безразмерном виде. Разделив обе его части на у, получим t£/R0 -f- С ^

1 2ак/(/ — dB), или aJR0 + С/ак^ т--т-— , откуда, обозна-

чив левую часть через S, получаем

S2/(7 —i),(4.18).

где I, ~dB — безразмерные шаг и диаметр волокна, I = l/a^, dB = = dB/aH.

Параметр S в зависимости от площади жидкой фазы /„ и ширины шва Ь0 можно определить по рис. 78. Например, пусть жидкая фаза (капля) имеет ширину Ь0 = 2 и площадь /0 = 1. Согласно приведенной номограмме, параметр S = 1,42. Из (4.18) находим, что безразмерное расстояние между волокнами / —dB должно быть больше 2/1,42 = 1,4, а размерное (при ак = 6 мм) равно 1,4 • 6 = 8,4 мм. В реальных КМ расстояние между волокнами составляет доли миллиметра, поэтому для надежной пропитки необходимо приложение повышенного внешнего давления. Интенсификация пропитки в данном случае может быть достигнута наложением на расплав ультра-ззуковых колебаний или, например, сваркой высокочастотной дугой,. ■ акже создающей ультразвук.