Выделение энергии

Волны, излучаемые осциллятором, который представляет собой зона высоких давлений, быстро затухают, и характерное время затухания т

. Следовательно, для объяснения существования незатухающих колебаний, наблюдаемых при сварке взрывом, необходимо предположить, что в этом процессе происходит подкачка энергии по какому-нибудь нелинейному закону.

Для исследования распределения энергии в зоне соединения при сварке взрывом были поставлены специальные эксперименты [12]. Для сварки подбирались специальные металлы, образующие при соединении термопару, в частности, никель и сталь. Регистрирующий прибор фиксировал электродвижущую силу, возникающую при контакте между метаемой и неподвижной пластинами. Записанная этим прибором кривая напряжение— время на начальном участке имела резкие колебания, которые вызваны взаимодействием ударных волн и волн разрежения, распространяющимся по пластинам. Но примерно через 2 -10-5 сек, когда процесс соударения заканчивался, кривая приобретала плавный характер, и оказалось возможным найти зависимость температуры соединения от времени.

Обработка результатов этих экспериментов позволила прийти к следующему важному выводу [12]. На границе зоны соударения, в весьма узком слое (примерно на порядок более тонком, чем зона волнообразования) с большой скоростью выделяется конечное количество тепла Q, составляющее примерно 3% от кинетической энергии метаемой пластины. Это определяет температурный режим зоны, в которой происходит рассасывание тепла Q по законам теплопроводности. Остальная часть кинетической энергии метаемой пластины выделяется более или менее равномерно во всем объеме и определяет конечную температуру пластин.

Таким образом, экспериментально установлено, что в узком слое на границе соударения происходит выделение конечной энергии. Эта энергия, по-видимому и является источником, поддерживающим автоколебательный процесс волнообразования при сварке взрывом. Механизм такого выделения энергии и причины, его порождающие, пока еще не исследованы. Наиболее вероятной представляется гипотеза, что решающую роль здесь играет трение между соединяющимися поверхностями. Следует заметить, что процесс сварки можно рассматривать как обратный к процессу образования трещин (см. предыдущую главу), и поэтому выделение энергии при сварке равносильно ее затрате при образовании трещин.

Затопленная струя. Выше мы отмечали, что соударение пластин при сварке взрывом происходит при углах наклона, меньших того критического значения, которое нужно для образования кумулятивной струи. Однако, как видно из решения задачи о соударении струи в гл. VII, существование обратной струи является необходимым следствием закона сохранения количества движения. Возникает естественный вопрос: куда же девается обратная струя при сварке взрывом? В заключение мы, следуя работе [13], покажем, как можно ответить на этот вопрос в рамках схемы несжимаемой жидкости, и еще раз убедимся в эффективности этой схемы.

Результаты численных расчетов нестационарного соударения пластин, приведенные в работе [10], позволяют утверждать, что вблизи поверхности соударения имеется слой, в котором скорости существенно меньше, чем в окружающем потоке. Естественно предположить, что в точке контакта имеется источник, который формирует затопленную струю, движущуюся с меньшей скоростью. В дальнейшем движении под влиянием вязкости эта струя расширяется и постепенно заполняет все течение.

Пользуясь законом сохранения проекции количества движения на ось х, легко найти количество движения

  или, с учетом (23),

Отсюда скорость в бесконечности после соударения

с той же точностью имеем:

Теперь проанализируем высказанную выше гипотезу о том, что расширение затопленной струи происходит вследствие вязкости. Для простоты воспользуемся одномерным уравнением диффузии

— коэффициент кинематической вязкости.

) равна нулю, и введем горизонтальное смещение

тогда предыдущее соотношение перепишется в виде

и коэффициентом вязкости.

Специальные эксперименты, описанные в работе показали, что экспериментальные кривые z(y), начиная с некоторого расстояния от оси х, весьма мало отличаются от парабол. По форме этих парабол были определены коэффициенты вязкости различных металлов, и оказалось, что найденные значения согласуются с известными.

Так получено экспериментальное подтверждение гипотезы о существовании затопленной струи, которая в условиях сварки взрывом заменяет струю кумулятивную.