Наибольшее увеличение поверхности раздела достигается при г = ^---бт . В этом случаеЛ5тах = --л) ~ 0,736? .Поскольку увеличение свободной энергии системы при расширении отверстия, или энергия активации А, равна произведению А5 на а„_г (поверхностное натяжение), то ^тах = АХтахСм-г « 0,736Там-г .(1У.50)Таким образом, на процесс разрушения пленки в наибольшей мере будет влиять толщина пленки, а значит, и факторы, от которых зависит эта толщина. При выходе газового пузырька на поверхность расплав, находящийся между внутренней и наружной поверхностями пленки (см. рис. 52), будет стекать в сварочную ванну, что приведет к утонению пленки. Обозначим скорость истечения расплава в точке на расстоянии х от центра пленки через vп. Силы тяжести расплава, содержащегося между двумя симметричными участками пленки, которые находятся друг от друга на расстоянии 2х, уравновешиваются силами вязкости [250]: -Рм£* = чм-^-(1У.51) Проинтегрировав уравнение (1У.50), получим зависимость скорости потока от расстояния х »п = (бт - №).(1У.52) Как видно, с увеличением вязкости и уменьшением плотности расплава скорость истечения расплава, а значит, и скорость уменьшения толщины стенки уменьшается. Однако в условиях сварки вследствие быстротечности процесса образования сварного шва особое значение будет иметь скорость разрушения пленки. Первым начал изучать процесс разрушения пленки Дюпре. Приняв, что поверхностная энергия пленки полностью переходит в кинетическую энергию жидкости, он получил следующее уравнение баланса энергий: 2ам_г5п = = —5пбтрмур, где рм — плотность расплава; 5П — площадь пленки. Отсюда скорость разрушения пленки ьр = К4ст»_г/рА.(1У-53) Однако результаты экспериментов свидетельствуют о том, что значения скорости, полученные из формулы (1У.53), завышены. Более точно процесс разрушения пленки описывает уравнение [323], полученное при допущении, что скорость распространения круговой волны ик, действующей против сил поверхностного натяжения двухсторонней пленки, постоянна и составляет_ ьк = У 2ам_г/рпбт.(1У.54) Разницу в скоростях разрушения пленки, определенных по формулам (1У.53) и (IV.54), можно объяснить следующим образом. Как известно, разрушение пленки, согласно схеме Де Фриза, начинается с образования круглого отверстия. При расширении этого отверстия перед краями фронта распространяется ореол [323], представляющий собой утолщенную часть пленки. При этом часть кинетической энергии рассеивается и потери составляют примерно 50 % [20, 308]. Из выражений (1У.50), (IV.54) следует, что энергия активации при расширении отверстия и скорость разрушения пленки зависят от величин поверхностного натяжения и толщины пленки. При этом, чем меньше величина поверхностного натяжения, т. е. при наличии в расплаве поверхностно-активных элементов, тем заметнее уменьшаются величины энергии активации и скорости разрушения пленки. Наличие поверхностно-активных веществ в расплаве делает пленку более устойчивой и затрудняет удаление пузырьков из металла в атмосферу. Это подтверждается экспериментами [247], в результате которых установлено, что в чистой воде пузырек лопается сразу при подходе к поверхности. Однако если пузырек был защищен мыльной пленкой, то он сохранялся на поверхности до 10 с. Разрыву пленок способствуют вибрация металла сварочной ванны и его перемешивание, газовые потоки, перепад температур и т. д. Исследование с помощью киносъемки процесса разрушения пузырьков на поверхности воды показали, что при разрыве пузырьков диаметром до 0,1 • Ю-3 м выброс жидкости не происходил, а при разрыве пузырьков диаметром более 3 • Ю-3 м образовывалось несколько сотен мелких капель. Очевидно, что в момент разрушения пузырьков на поверхности сварочной ванны также может произойти разбрызгивание материала пленки. Если считать газ, находящийся в пузырьке, идеальным, то
Карта
|
