Автореферат (Разработка расчетно-экспериментального метода оценки склонности сварных соединений к образованию горячих трещин при сварке тонколистовых металлических конструкций), страница 3

17).Результат моделирования показал нелинейность деформационных и температурных процессов в близи ТИХ (Рис. 18), а,следовательно, некорректность применяеРис. 17. Схема моделирования мой оценки технологической прочности.машинных испытаний11Для исследования связи МКВ и деформации при охлаждении в интервале температур снижения деформационной способности металла T (от 1300°C до 1200°C) использовалась схема, предложенная Киселевым А.С.. Согласно данной схемефиксироваласьвеличинаперемещениякромок шва за время нахождения оси шва взаданном интервале температур.Полученные значения использовалисьдля расчета поперечной составляющей наблюдаемой деформации на базе ширинышва по формуле: Н  2 B  100% ,(3)Рис. 18. Термический цикл игде B - ширина шва, мм,  - поперечное песобственные деформации дляремещение края шва в период нахожденияскоростей растяжения, мм/с:центра шва в заданном интервале изменения1 – 0,04; 2 – 0,08; 3 – 0,16температуры T , мм.Расчеты выполнялись для момента времени, соответствующегопрохождению электродом (центром эллипсоида) через точку, находящуюся нарасстоянии ( l в ) 10 мм от передней кромки образца.

Графическое пояснение киспользуемой схеме представлено на Рис. 19.Рис. 19. Определение деформации металла шва при охлажденииДействующий темп деформации определяется согласно выражению: Д   Н T   T ,(4)где  T - темп температурной деформации, % C ,  T   100% (  коэффициент температурного расширения, 1 C ).12Полученные значения наблюдаемой деформации и действующего темпадеформации представлены в Таблице 3.

Из представленных данных видно, чторост кривизны хвостовой части сварочной ванны приводит к увеличениюдействующего темпа деформации. При превышении определенногокритического значения темпа деформации в шве исчерпываются пластическиесвойства, что приводит к образованию ГТ. Критическое значение темпадеформации  кр для проведенных экспериментов оценивалось по режиму сминимальным значением действующего темпа деформации, при которомнаблюдалось устойчивое возникновение ГТ.Таблица 3.Действующий темп деформацииРежимСтальδ, мм1.11.212Х15Г9НД 2,01.32.12.212Х15Г9НД 2,52.32.43.13.212Х18Н10Т 1,03.3 Н , %  Д , % C-0,159 0,00118-0,145 0,00132-0,112 0,00165-0,216 0,00061-0,187 0,00090-0,131 0,00146-0,072 0,00205-0,221 0,00056-0,195 0,00081-0,189 0,00087 min , % кр , % C0,1120,001650,1310,001460,1950,00081Так как минимальная пластичность  min характеризуется относительнойпоперечной деформацией металла шва в ТИХ, то ее значение определяетсясогласно (4) для режима, соответствующего  кр : min  2 B  100% .(5)Рассчитанные значения  кр и  min для проведенных серий экспериментовпредставлены в Таблице 3.Для предложенного критерия МКВ и алгоритма его определенияпредлагается использовать пластину постоянной ширины.

Для выбора размеровпластины с целью минимизации влияния граничных условий на жесткостьобразца и распределение температурных полей, при испытаниях быловыполнено численной моделирование. В том числе было выполненомоделирование по предложенной схеме режимов 2.1-2.3 для различныхзначений ширины пластины W (Рис. 20).Анализ проведенных исследований позволил численно подтвердитьэкспериментальные результаты и выбор схемы испытания и размеров образца.В пятой главе рассмотрен пример применения разработанного методаоценки склонности сварных соединений к образованию горячих трещин присварке тонколистовых стальных конструкций.13Результаты проведенныхэкспериментов по определению критических значенийМКВ при сварке тонколистовых конструкций, использовались для построения математических моделей, позволяющих выполнять подбор режимов сварки и обеспечивающихотсутствие горячих трещин висследованном диапазоне параметров.Рис.

20. Влияние ширины пластины навеличину действующего темпа деформациидля режимов 2.1-2.3Для учета смешанных оценок влияния параметров была выбрана модельвторого порядка, описываемая полиномом:ky  b0   bi xi i 1kbiji , j 1, i  jkxi x j   bii xi2 ,i 1(6)где bi  - коэффициенты модели.В соответствии с организацией выше описанных опытов, целью которыхявлялось изучение технологической прочности материалов, проведенная серияэкспериментов является пассивной.При построении первой модели факторами были выбраны основныетехнологические параметры режима сварки (I, U, vсв), толщина (δ) ихимический состав пластины (хром-никелевый эквивалент).

Отклики:геометрические параметры сварочной ванны (ab, b), определяющие МКВ.Вторая модель связывает МКВ и толщину (δ) с действующим темпомдеформации αд.Дляоценкизначимостикоэффициентовиспользовалсякритерий Стьюдента. На Рис. 21приведенпримерсравнениярасчетныхиэкспериментальныхзначений откликов.Полученные модели позволяютсделать вывод о стойкости противобразования ГТ при сварке стальнойпластины конкретной толщины, путемРис. 21. Сравнение расчетных (пунктир) сравнениярасчетногозначенияи экспериментальных (сплошная линия) кривизны контура сварочной ванны изначений откликов для модели МКВкритическогозначенияМКВ,полученного экспериментально.14Также разработанная методика была применена для оптимизациипараметров режима сварки автомобильного каталитического конвертера (Рис.22).

Корпус конвертера изготавливается из листа нержавеющей стали марки EN1.4512 (ГОСТ 08Х12Т1), толщиной 1,5 мм. Параметры базового режима 1представлены в Таблице 4.Таблица 4.Оптимизация режима сварки каталитического конвертера№123I, А115180140vсв , см/мин508060b, мм2,62,62,9ab, мм8,3711,3211,55МКВ, 1/мм1,241,681,38αд104, %/ºС19,5830,7029,10ТрещинанетестьнетСоединение выполняется аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом на установке, обеспечивающейпрограммное управление скоростьюсварки и силой тока. Для повышениякачества соединения используется защита корня шва аргоном.Для определения величины МКВбыла проведена серия экспериментов.Пороговое значение критерия МКВ,после превышения которого образуются ГТ, составило 1,68 мм-1 (режимРис.

22. Изготовление корпуса2). Расчет темпа собственной дефоркаталитического конвертерамации подтвердил полученные экспериментальные данные.Исходя из полученных сведений, был предложен режим сварки (режим 3),параметры которого представлены в Таблице 4. Как следует из материала,применение методики позволило увеличить скорость сварки на 20%.ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1.Наоснованиианализасуществующихтеоретическихиэкспериментальных данных, а также результатов собственных исследований,установлена возможность использования в качестве количественного критерияоценки опасности возникновения горячих трещин при сварке тонколистовыхметаллических конструкций величины максимальной кривизны контурахвостовой части сварочной ванны (МКВ).2.

Разработанный численный алгоритм решения обратной задачитеплопроводности позволил получить адекватную математическую модельдвижущейся изотермической поверхности сварочной ванны, что подтвержденоэкспериментально.153. Разработана методика по определению критического значения МКВ.Проведена экспериментальная апробация методики на примере испытания насопротивляемость горячим трещинам тонколистовой высоколегированнойстали марок 12Х15Г9НД и 12Х18Н10Т, различных толщин и подтвержденавозможность ее применения для выбора технологии сварки.4. Установлена связь режима сварки, критерия МКВ и опасностивозникновения ГТ. Рост критерия МКВ приводит к снижению запаса стойкостипротив образования горячих трещин, при этом длина ГТ может служить впервом приближении оценкой величины интервала ТИХ.5.

Проведен анализ термодеформационного состояния в металле ввысокотемпературной околошовной зоне. Расчетно-экспериментальнымметодом получены критические значения действующего темпа деформации дляпроведенных экспериментов. Установлено, что на режимах сварки,характеризующихся большим значением показателя МКВ, фиксируетсяпревышение критического темпа деформации, приводящее к возникновениюГТ.6. Установлен нелинейный характер изменения темпа деформаций в ТИХпри испытаниях на растяжение для оценки стойкости против образованиягорячих трещин.7. Проведенные исследования показали возможность примененияпредлагаемого численного критерия (максимальной кривизны контурахвостовой части сварочной ванны) для оценки стойкости против образованиягорячих трещин и выбора технологии сварки тонколистовых конструкций извысоколегированныхсталей,обеспечивающейнеобходимыйзапастехнологической прочности.Основное содержание диссертации опубликовано в работах:1.

Труханов К.Ю., Царьков А.В. Кривизна поверхности сварочной ванныкак критерий опасности возникновения кристаллизационных трещин (Часть 1)// Сварка и диагностика. 2011. № 6. С. 20-25. (1,0 п.л./0,7 п.л.)2. Труханов К.Ю., Царьков А.В. Кривизна поверхности сварочной ванныкак критерий опасности возникновения кристаллизационных трещин (Часть 2)// Сварка и диагностика. 2012. № 2. С. 13-15. (0,5 п.л./0,3 п.л.)3. Труханов К.Ю., Царьков А.В. Кривизна ванны как параметроптимизации режима сварки // Международная научно-техническаяконференция «Сварка и контроль-2013» (15-17 мая 2013 г.).

Пермь, 2013. С.371-382. (0,5 п.л./0,3 п.л.)4. Труханов К.Ю., Царьков А.В. Исследование влияния формы сварочнойванны на опасность возникновения горячих трещин // Сварка и диагностика.2014. №1. С. 27-31. (0,5 п.л./0,3 п.л.)16.