IMG
16

4. Ruchy wywołane strumieniem plazmy. Ruch plazmy z bardzo dużą prędkością wzdłuż powierzchni jeziorka (rozdział 2, rys. 4.2b, 4.5b) w wyniku tarcia wywołuje ruchy cieczy na jego powierzchni (rys. 4. Ig). Ciecz porusza się tak samo jak pod wpływem różnicy napięć powierzchniowych (rys. 4.1 h). Dodatkową siłą działającą na powierzchnięjeziorka jest ciśnienie luku, jednakże jego wartość podczas spawania metodą GTAW prądem poniżej 200 A jest znikoma i może być pominięta w rozważaniach [45, 46],

4.1.2. Wpływ konwekcji cieczy na kształt jeziorka

Przedstawiona przez Kou [16] analiza wskazuje na to, że ruchy cieczy wywołane siłą grawitacji ze względu na małą prędkość przepływu (2 cm/s) nie wpływają znacznie na kształt jeziorka. Siła Lorentza wywołuje już znaczne prędkości przepływu (40 cm/s), co istotnie wpływa na wzrost głębokości jeziorka. Największy wpływ na kształt jeziorka ma natomiast napięcie powierzchniowe wywołujące konwekcję Marangoniego.

Badania Heipla i współpracowników [47, 48, 49] wykazały, że jeśli w ciekłym metalu znajduje się niewielka ilość czynnika aktywnego powierzchniowo, Sy/87' może się stać dodatnie, co spowoduje odwrócenie kierunku konwekcji Marangoniego i pogłębienie jeziorka. Czynnikami takimi w stalach węglowych i stalach odpornych na korozję są: siarka, tlen, selen i tellur. Rysunek 4.2 pokazuje zmianę napięcia powierzchniowego dla dwóch stali austenitycznych różniących się zawartością siarki (różnica ta wynosiła 160 ppm).

Temperatura, °C

Rys. 4.2. Zależność napięcia powierzchniowego od temperatury dla dwóch stali austenitycznych różniących się o 160 ppm zawartością siarki (wg Heipla i Burgardta z: [16])

Odwrócenie kierunku konwekcji Marangoniego można wyjaśnić następująco (rys. 4.3). Gdy w jeziorku nie ma aktywnego powierzchniowo czynnika (4.3 a-c), płynny metal o wyższej temperaturze i niższym napięciu powierzchniowym w pobliżu środka jeziorka jest wyciągany ku krawędzi przez metal o niższej temperaturze i wyższym napięciu. Gdy metal w jeziorku zawiera powierzchniowo aktywny czynnik (4i3 d-f), ciecz przemieszcza się od krawędzi po powierzchni do środka jeziorka, a następnie wzdłuż osi do dna. Następuje więc transport ciepła na dno jeziorka i jego pogłębienie.

126