ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 2 2022 58 ТЕХНОЛОГИЯ увеличивается при повышении мощности. Так, на высокоамплитудном режиме продольные колебания преобладают над остальными, что в совокупности с большой амплитудой приводит к полному ссыпанию порошка с пластины (на рис. 6 представлены первые мгновения данного процесса). При мощностях 200 и 350 Вт преобладают изгибные колебания и на пластинах хорошо определяются зоны пучности и узлов колебаний. На низкоамплитудном режиме они менее выражены, так как вследствие низких амплитуд порошок меньше вытесняется из зоны колебаний и соответственно ширина узлов значительно больше. Поэтому при измерении полуволны ее длина колеблется от 19,7 до 21,1 мм, при этом колебания неравномерны по ширине пластины, например на участке, где отмечена полуволна 19,7 мм, с одной стороны пучность располагается в центральной зоне, а с другой по краям. На промежуточном режиме полученная картина в значительной степени соответствует расчетным показателям. Зоны колебаний ярко выражены, расстояние между узлами колебаний практически одинаково по длине пластины и составляет 20,8 мм. Если произвести расчет по формуле (4) для частоты 21 100 Гц, то длина полуволны составит и/2 = 21 мм, погрешность в этом случае 1 %. Полученная разница в 200 Гц не играет существенной роли при выборе места сварки, так как на данном режиме ширина зоны пучности больше узлов и смещение на 0,2 мм не повлияет на характер колебаний в зоне сварки. На высокоамплитудном режиме вследствие преобладания радиальной составляющей колебания происходят по всей длине пластины. При этом наблюдаются зоны максимума и минимума колебаний, которые по расположению коррелируют с другими режимами. На фотографии пластины (рис. 5) на ближнем торце видно, что порошок ссыпается с зоны максимума амплитуды быстрее, чем с зоны минимума. Оптимальным местом сварки (на рис. 5 показано жирной линией) для низкоамплитудного и промежуточного режима является расстояние 78,5 мм от левого края пластины, что на 1 мм больше расчетной длины lсв = 77,5 мм. На высокоамплитудном режиме сварку можно проводить в любом месте. Дальнейшие исследования проводились на промежуточном режиме, так как по сравнению с другими он позволяет получить стабильное распределение колебаний по пластине. Результаты предварительных экспериментов показали также лучшее воздействие на структуру шва. При низкоамплитудном режиме эффекта практически не наблюдается, а на высокоамплитудном возможно сильное разбрызгивание капель жидкого металла (ультразвуковое распыление) и появление значительного количества пор. Изменения микроструктуры В результате наложения ультразвуковых колебаний в процессе сварки приводят к изменениям микроструктуры сварного шва (рис. 6 и 7). Для Ст3 эффект от действия колебаний состоит в значительном уменьшении доли дендритной ликвации, а для АМг4 в уменьшении высоты зоны дендритов. Разный характер воздействия обусловлен более длительным временем кристаллизации стали по сравнению с алюминием, что позволяет колебаниям осуществить большее воздействие. Изменения микроструктур являются следствием действия эффектов, возникающих в расплавленном металле, при введении в него ультразвуковых колебаний. К явлениям, которые оказывают значительное влияние на кинетику процесса кристаллизации, относятся звуковое давление, кавитация и акустические течения. Введение в систему колебаний увеличивает свободную энергию системы, которая характеризует переход компонентов расплава из жидкой фазы в твердую [28]. Общее изменение энергии Гиббса îáù G в этом случае: îáù óç, G S V G E где S – суммарная площадь поверхности кристаллов; – поверхностное натяжение между жидким металлом и кристаллом; V – объем зародыша; G – разность энергий Гиббса металла в жидком и твердом состоянии; óç E – энергия введенных ультразвуковых колебаний. Под óç E следует понимать кинетическую энергию, сообщаемую образуемым зародышам кристаллизации:
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1