Диссертация (Разработка расчетно-экспериментального метода оценки склонности сварных соединений к образованию горячих трещин при сварке тонколистовых металлических конструкций), страница 10

Используемые модели и алгоритмыописаны в параграфе 2.3. Начальные значения идентифицируемых параметров82рассчитываютсяаналитическипоформуламдлялинейногобыстродвижущегося источника тепла в пластине [68, 84]:ab q24cv 2Tпл e  1, e (3.5)a f  0,2a b ,(3.6)где q - мощность источника тепла, Вт ;Tпл - температура плавления, C .Путем последовательных приближений на базе метода наименьшихквадратовдобиваемсяидентичноститермическихциклов,измеренныхэкспериментально и полученных в результате численного моделирования.Данному этапу соответствуют блоки 2 и 3 схемы на Рис. 3.10.В случае отличия значения параметра сварочной ванны для одногоэксперимента из серии больше чем на 10%, результаты эксперимента непринимаются.

Эксперимент повторяется при тех же условиях.Полученные значения полуосей эллипсоида для серии не менее чем из 3экспериментов с одинаковыми параметрами режима сварки усредняются: a f iNэaf Наi 1Nэтретьем ab iNэ, ab этапе,i 1NэNэNэ, bбазируясь bii 1Nэнаи c cii 1Nэ.полученных(3.7)геометрическиххарактеристиках сварочной ванны, определяется значение максимальнойкривизны контура хвостовой части. Блок 4 схемы на Рис.

3.10.На основании алгоритма определения МКВ была разработана методикаопределения критического значения МКВ, превышение величины которогоприводит к росту опасности возникновения ГТ. Схематично методикапредставлена на Рис. 3.13. Рассмотрим ее основные этапы.83Рис. 3.13. Методика определения критического значения МКВНа первом этапе выбираются параметры режима сварки, обеспечивающиеполное проплавление пластины. Конкретные параметры устанавливаются взависимости от целей решаемой задачи. Для выбранного режима производитьсярасчет МКВ по рассмотренной выше методике (блок 1 схемы на Рис. 3.11).84Далее на всех образцах, сваренных на заданном режиме, производитьсяпоиск ГТ с обеих сторон шва при увеличении не менее 10 крат (блок 2 схемы наРис.

3.11). Предварительно поверхность швов очищается от окалины спомощью ортофосфорной кислоты. На основании полученных сведений оналичии трещин в образцах рассчитывается частота или вероятностьобразованияГТдлярежима,данногоматериалаитолщинылиста,определяющих МКВ:pгдеNтNэ,(3.8)pi - частота (вероятность) образования ГТ для данного режима изначения МКВ;N т , N э - число образцов с зафиксированными трещинами и общее числообразцов, сваренных на данном режиме.На втором этапе выполняется корректировка режима сварки для поискакритического значения МКВ (блок 3 схемы на Рис. 3.11).

Если в ходе серииэкспериментов на режиме i частота образования трещин pi  0 , то выполняетсякорректировка режима в сторону уменьшения МКВ. В случае отсутствиятрещин ( pi  0 ), режим корректируется в сторону увеличения МКВ.Корректировка режима осуществляется с сохранением полного проплавления идругих необходимых параметров, например, ширины шва.Далее повторяются первый и второй этапы (блоки 1, 2 и 3 схемы) додостижения критического (порогового) значения МКВ. Полученное пороговоезначение записывается в виде критерия трещиностойкости для данногоматериала и толщины.3.3.

Апробация методики определения максимальной кривизныванныС целью проверки выдвинутой гипотезы о связи МКВ и опасностивозникновения ГТ, и апробации предложенной методики определения критериятрещиностойкости,проводиласьсерияэкспериментовнаобразце,85представленном на Рис. 2.27. Параметры исследуемых режимов сварки должныобеспечивать полное проплавление пластины с формированием обратноговалика и были выбраны таким образом, чтобы значение МКВ увеличивалось.Параметры режимов приведены в Таблице 12 параграфа 2.4.

Для всех режимовбылапроведенаидентификациягеометрическихпараметровреальныхсварочных ванн, значения которых представлены в Таблице 12.Таблица 12.Геометрические параметры моделируемых сварочных ваннРежимa f , ммa b , ммb, ммc, ммab b 2 , 1 ммСерия 1 (Сталь 12Х15Г9НД,   2,0 мм )1.11.21.32,311,03,01,86,22,23,213,03,0Серия 2 (Сталь 12Х15Г9НД,2,71,222,01,282,11,44  2,5 мм )2.12.22.32.43,68,43,25,68,52,95,811,02,86,013,02,6Серия 3 (Сталь 12Х18Н10Т,2,82,93,03,0  1,0 мм )0,821,011,401,923.13.23.31,63,02,11,45,82,21,87,72,4Серия 4 (Сталь 12Х18Н10Т,1,01,01,1  1,0 мм )0,681,201,344.14.24.32,02,01,44,04,85,82,12,12,21,01,01,00,911,091,20Для каждого из рассматриваемых режимов было проведено несколькоэкспериментов (от 3 до 10), позволяющих оценить вероятность образованиятрещин. Результаты приведены в Таблице 13.

На Рис. 3.14 приведен примеробразца без зафиксированных трещин.86Рис. 3.14. Образец без образования трещины при режиме 2.1Для стали, марки 12Х15Г9НД, при режимах сварки 1.3, 2.3 и 2.4наблюдалось устойчивое возникновение трещин, при режиме 2.2. трещинынаблюдались в 30% экспериментов. Для стали, марки 12Х18Н10Т, устойчивоевозникновение трещин наблюдалось при режимах сварки 3.2 (4.3) и 3.3, прирежиме 3.1 трещины наблюдались в 10% экспериментов. На Рис. 3.15 а-вприведеныпримерысварныхшвов,выполненныхнарежимах,обеспечивающих устойчивое возникновение горячих трещин.а)б)в)Рис.

3.15. Фрагменты сварных швов, образцов с зафиксированными ГТ:а – режим 2.1; б – режим 1.3; в – режим 2.387Таблица 13.Влияние МКВ на технологическую прочность металла шваЧастотаМКВ,Наличие трещины возникновенияРежиммм 1/ммтрещин,Серия 1 (Сталь 12Х15Г9НД,   2,0 мм )1.11.22,01.31,22-0 из 41,28-0 из 41,44+4 из 4Серия 2 (Сталь 12Х15Г9НД,   2,5 мм )2.12.22.32,52.40,82-0 из 41,01+1 из 31,40+4 из 41,92+4 из 4Серия 3 (Сталь 12Х18Н10Т,   1,0 мм )3.13.21,03.30,68-1 из 101,20+4 из 61,34+3 из 4Серия 4 (Сталь 12Х18Н10Т,   1,0 мм )4.14.21,04.30,91-0 из 31,09-0 из 31,20+4 из 6Полученные результаты представлены на Рис. 3.16 и 3.17 в видеграфических номограмм.88Рис. 3.16.

Зависимость опасности образования трещин для стали 12Х15Г9НД,толщиной 2,0 и 2,5 мм от критерия режима сварки R и МКВРис. 3.17. Зависимость опасности образования трещин для стали 12Х18Н10Т,толщиной 1,0 мм от критерия режима сварки R и МКВНа Рис. 3.18 графически представлена зависимость частоты образованиятрещины от критерия МКВ для серий экспериментов (Таблица 10).89Рис. 3.18. Зависимость частоты образования ГТ от МКВНа Рис. 3.19 графически представлена зависимость средней длиныобнаруженных трещин от критерия МКВ.Рис.

3.19. Зависимость длины обнаруженных трещин от критерия МКВ.Полученные сведения о средней величине зафиксированных ГТ могутслужить для оценки в первом приближении величины интервала ТИХ [28, 85,86]. На Рис. 3.20 показана связь длины ГТ и величины ТИХ. Длине трещиныLТР соответствует временной интервал tТР термического цикла режима соскоростью сварки vСВ :90tТР  LТР vСВ .(3.9)За время tТР металл остынет со средней скоростью охлаждения ОХЛ навеличину TТР , служащей оценкой ТИХ:TТР  ОХЛ t ТР .(3.10)Рис. 3.20. Связь длины ГТ и величины ТИХТаким образом, подставив 3.9 в 3.10, получаем выражение для оценкивеличины ТИХ:ТИХ  ОХЛ гдеLТР,vСВ(3.11) ОХЛ – скорость охлаждения в ТИХ, С с ;LТР – длина трещины, мм ;vСВ – скорость сварки, мм сек .В качестве значения параметра LТР была взята средняя величина длинызафиксированных ГТ для экспериментов 3.1-3.3, 2.3 и 1.3.

Скорость охлажденияОХЛ определялась для верхней границы ТИХ и была получена расчетнымметодом, описанным в главе 2. Исходные данные и полученные значенияоценки величины ТИХ представлены в Таблице 14.Так как скорость охлаждения меняется с течением времени, то болееточную оценку величины ТИХ можно получить как разность температурконцов трещины.91Таблица 14.Оценка ТИХ по длине ГТРежим LТР , мм3.13.23.32.30,600,901,634,10Расчет по скоростиохлажденияТИХ , CОХЛ , C с6345651358703109441145Расчет по температуре концатрещиныТИХ , C60,361,9106,7136,03.4. Выводы по главе 31.

Форма сварочной ванны является важным информативным параметромпри оценке опасности трещинообразования.2. Для численной оценки кривизны контура хвостовой части сварочнойванны Славиным Г.А. предложено использовать величину, обратную радиусуокружности построенной на базе 2 мм хорды и вершины задней части ванны.Предложенные экспериментальные методики по определению формы контураванны требуют применения сложного и уникального оборудования.