重力的作用及原理解析与应用

施加的最后一种力是重力，有时也叫做金属静压力。类推于液压力，由下式给出：

Δp=ρ_LgΔz （3.29）

式中，液体密度ρ_L=2000～8000kg/m³；重力加速度常数g=9.80m/s²；高度差一般Δz=0.0001～0.01m；从而Δp=2×10⁰～8×10²Pa。这对于大结构件非理想位置的电弧焊接来讲是很重要的参数，如管道、工业结构件，其中熔融区长度方向上在cm量级，却只通过表面张力（具有相对较大的曲率半径）和电弧压力来平衡。熔融熔池中重力也在产生浮力上起到一定作用，这一效应是由密度差引起的[阿基米德（Archime-des）原理]。造成这一效应的原因或者是温度梯度：(www.xing528.com)

Δρ=ρ（3αΔT） （3.30）

或者是成分梯度（用ΔC成分变化代替ΔT，用Δρ/ΔC代替3α）。金属的线膨胀系数为1×10^-5K^-1，而焊缝熔池中的温度差一般小于1×10^3oK。表明因温度产生的相关密度差为0.03，相比于相等（垂直方向上的）距离上的金属静压力作用减小很多。而且，在一个静止的熔池中，发现最热的金属是在熔池的表面，在热源施加的位置，热金属不那么致密，所以，浮力产生没有对流效应的趋势^[35]。然而，如果要将异种材料焊接在一起，会存在非常大的密度差（达到5倍或者更大），而且不稳定的密度分布也会存在（如高密度的金属在低密度金属之上），这样就会产生对流。此种情况也会在自生匙孔焊缝中存在，其中最热材料可能在匙孔深处，也可能进入熔池的底部。