Анализ участия сил, действующих в кратере при неподвижном луче, в переносе металла в процессе сварки показывает, что эти силы не могут вызвать значительного перемещения металла (рис. 76). Таким образом, возникает необходимость найти силы, которые могли бы вызвать движение жидкого металла в кратере из зоны плавления в зону кристаллизации. Основное отличие теплового состояния кратера движущегося электронного луча — несимметричное его расположение в кратере относительно его центра.

Вследствие этого при относительном перемещении изделия и электронного луча возникает значительный градиент температур в кратере. На передней стенке кратера, которая подвергается воздействию электронного луча, температура в поверхностном слое может достигать температуры кипения, на задней же стенке кратера температура близка к температуре кристаллизации.

Рис.76. Силы, действующие на элемент жидкого металла в кратере при неподвижном луче

Рис.77. Схема распределения температуры в кратере

Очевидно, причину переноса металла необходимо искать в нарушении термодинамического равновесия, вызванного несимметричным расположением источника теплоты в кратере (рис. 77).

Известно, что сила поверхностного натяжения жидкости зависит от температуры. Чем выше температура расплава, тем меньше сила поверхностного натяжения. Так как в кратере температура изменяется, то изменяется и сила поверхностного натяжения от точки к точке. При наличии температурного градиента на поверхности появляется дополнительное термокапиллярное напряжение, направленное тангенциально к поверхности. Величина тангенциального напряжения p_t определяется соотношением

Термокапиллярное напряжение вызывает течение жидкости в направлении от мест с меньшим к местам с большим поверхностным натяжением, т. е. перемещение жидкого металла в сторону убывания температуры. Кривизна поверхности кратера в сочетании с неравномерностью температуры служит дополнительной причиной движения жидкого металла.

Экспериментальные данные о толщине слоя жидкого металла на стенках кратера отсутствуют. Расчеты показывают, что толщина слоя жидкого металла составляет десятые и сотые доли миллиметра. В реальных процессах сварки существуют и другие направления перемещения жидкого металла (под действием сил тяжести, вследствие неравномерного распределения температур по высоте кратера), которые усложняют движение металла внутри кратера. Явление перемещения металла внутри кратера весьма сложное и зависит во многом от параметров режима сварки, свойств металла и т. п., поэтому вопрос о перемещении металла при электроннолучевой сварке требует дальнейшего изучения.

Характерная особенность сварки электронным лучом — возможность получения сварных соединений при минимальных затратах теплоты на расплавление металла (табл. 12).

Из табл. 12 следует, что при электроннолучевой сварке требуется в 10—15 раз меньше энергии, чем при дуговой. На рис. 78 показано соотношение площадей зон проплавления, полученных при дуговой и электроннолучевой сварке. Площадь зоны проставления при электроннолучевой сварке в 25 раз меньше, чем при дуговой.

В процессе сварки методами плавления основной металл, прилегающий непосредственно к зоне шва, подвергается своеобразной термообработке, в результате чего в зоне термического влияния наблюдается рекристаллизация и рост зерна. Это вызывает ухудшение физико-механических свойств металла сварного соединения.

Особенно опасно длительное воздействие высоких температур на основной металл при сварке аустенитных сталей, сплавов циркония, молибдена и других металлов, склонных при нагреве к значительному росту зерна и к снижению коррозионной стойкости.

Затраты энергии при сварке металлов толщиной 12,5 мм, кДж/см

Сварка	сталь	сплав алюминия
Дуговая в аргоне: плавящимся электродом	76	-
вольфрамовым электродом	-	46
Электронно-лучевая	7,3	3,2

Рис.78. Зона проплавления при аргоно-дуговой Б и электроннолучевой сварке А

Высокая концентрация энергии в луче позволяет получать швы не только с минимальной зоной расплавленного металла, но и соединения, металл которых в околошовной зоне не претерпевает значительных изменений вследствие ввода минимального количества теплоты и значительных скоростей охлаждения. Отсутствие значительной по протяженности зоны термического влияния исключает недостатки, вызванные изменением физико- механических свойств металла в околошовной зоне.