Рис. 20. Схема образования под резов.

ными, и поэтому величина краевого угла смачивания будет изменяться во времени. Поэтому мгновенное значение краевого угла смачивания 0Х будет, по-видимому, отличаться от величины равновесного угла смачивания 8. Однако во всех случаях величина краевого угла смачивания будет определяться соотношением значений удельных свободных энергий.

При растекании расплава по поверхности твердого тела общее изменение энергии на единицу поверхности при сварке в газовой среде

сЮм_г = о„_г + от_ж — от_г;(11.9)

при сварке под флюсом

сЮм_ш = ом_ш + от_ж — от_ш.(11.10)

Как видно, свободная энергия системы будет уменьшаться только в случае выполнения следующих неравенств:

(Тм-г:(11.11)

От-

Таким образом, процесс растекания будет проходить самопроизвольно при соблюдении указанных в уравнениях соотношений между величинами поверхностных энергий.

Из уравнений (11.9) — (11.11) следует, что движущая сила растекания металла по поверхности твердого тела, связанная с уменьшением свободной поверхностной энергии,

Р Дв.м—г — От—г Рп

—ж Ом—г» дв.м—ш ~ От—ш О,-—ж Ом—ш.

С учетом уравнения (П.6) можно записать, что

= ом_г (cos 0Т„_Г — 1);

(со* 0х,;_и

(11.12)

Таким образом, величина движущих сил растекания будет зависеть от величины краевого угла смачивания. Однако величина 0Х зависит не только от соотношения удельных свободных энергий на границе фаз, но и от состояния поверхности твердого тела, ее шероховатости, от угла наклона поверхности и т. д.

С учетом шероховатости поверхности твердого тела условия растекания (11.11) запишутся следующим образом [741:

Кю (от-г — 0т-ж) См-г; К,ш (0т—ш — °т—ж) ! Ом—ш,

где — коэффициент шероховатости, равный отношению истинной площади поверхности к площади проекции данного участка на плоскость.

Поскольку истинная площадь всегда больше ее проекции на плоскость, то коэффициент Кш всегда больше единицы, и, следовательно, наличие шероховатости на поверхности твердого тела способствует растеканию по нему жидкости. Это подтверждается и данными по исследованию влияния шероховатости и состояния поверхности твердого тела на процесс растекания жидкости [34].

С учетом шероховатости поверхности уравнения (11.12)

Рдв м—г = 0М—г (Кш COs6TM—г — 1);(И 13)

Рдв.м—ш ~ —ш (^Сщ COS Этм—ш 1)-

Поскольку величина угла 6Х зависит от величины угла наклона поверхности твердого тела, то очевидно, что на образование подрезов должна повлиять и величина угла разделки кромок при сварке металла большой толщины.

Растеканию жидкого металла будут препятствовать главным образом силы инерции Ри и силы, обусловленные вязкостью металла Величина этих сил определяется в первую очередь плотностью и вязкостью металла, а также геометрическими характеристиками системы. При наличии шлака значения Рк и Рт, будут также зависеть от его вязкости и плотности. Кроме того, на-процесс растекания расплава может повлиять и наличие поверхностно-активных элементов в металле или шлаке, так как они будут участвовать в формировании адсорбционных слоев, вязкость и плотность которых могут заметно отличаться от вязкости и плотности жидкости.

В условиях сварки влияние массы расплавленного металла на процесс растекания очевидно будет мало. Это связано с тем, что при сварке длительность процесса растекания мала, а объем жидкости, участвующей в движении, в первый момент времени незначителен. Об этом свидетельствуют и данные о повышении высоты наплавленного валика при увеличении скорости плавления электродной проволоки с сохранением подрезов.

Перемещение точки А (см. рис. 20) возможно только в том случае, если движущая сила растекания металла будет больше