Диссертация (Разработка расчетно-экспериментального метода оценки склонности сварных соединений к образованию горячих трещин при сварке тонколистовых металлических конструкций), страница 12

Полученное значениеиспользовалосьдлярасчетапоперечнойсоставляющейнаблюдаемойдеформации на базе ширины шва согласно формуле:Н где2100% ,B(4.3)B - ширина шва, мм; - поперечное перемещение края шва в период нахождения центра швав заданном интервале изменения температуры T , мм.Графическое пояснение к рассматриваемой схеме определения темпадеформации представлено на Рис.

4.11.103Рис. 4.11. Определение деформаций металла шва при охлажденииВ Таблице 20 приведены полученные сведения о геометрическихпараметрах сварочных ванн, максимальной кривизне хвостовой части ванны(МКВ, a b b 2 ) и деформации для проведенных экспериментов.Отрицательные значения  и  Н говорят о том, что при остыванииметалла происходит усадка шва, что согласуется с результатами, полученнымив работе [92].Температурная деформация определяется как Т   ТР T 100% ,где ТР-коэффициентлинейного(4.4)температурногорасширенияврассматриваемом диапазоне температур, 1 C .Наблюдаемая деформация определяется суммой температурной исобственной деформаций [1, 93]: Н    T .(4.5)Таким образом, из (4.4) собственная деформация определяется как   Н  T .(4.6)104Таблица 20.РежимМКВ, 1 мм, мм Н ,% Д , % СЧастотавозникновениятрещинСерия 1 (Сталь 12Х15Г9НД,   2,0 мм )1.11,22-0,0048-0,1590,001180 из 41.21,28-0,0037-0,1450,001320 из 41.31,44-0,0036-0,1120,001654 из 4Серия 2 (Сталь 12Х15Г9НД,   2,5 мм )2.10,82-0,0061-0,2160,000610 из 42.21,01-0,0051-0,1870,000901 из 32.31,40-0,0036-0,1310,001464 из 42.41,92-0,0021-0,0720,002054 из 4Серия 3 (Сталь 12Х18Н10Т,   1,0 мм )3.10,68-0,0050-0,2210,000561 из 103.21,20-0,0048-0,1950,000814 из 63.31,34-0,0050-0,1890,000873 из 4Графическое пояснение к вычислению собственной деформации поизмеренной наблюдаемой деформации представлено на Рис.

4.12.Рис. 4.12. Изменение температурной и наблюдаемой деформаций приохлаждении металла шва105Действующий темп деформации определяется согласно выражению:Д где2 B100%   T ,T(4.7) Д - средний действующий темп собственной поперечной деформации,% C ;B - ширина шва, мм; - поперечное перемещение края шва в период нахождения центра швав заданном интервале изменения температуры T , мм;T - темп температурной деформации, % C .Темптемпературнойдеформацииопределяетсятемпературнойдеформацией на рассматриваемом диапазоне охлаждения:T ТTЗададимся 100%  ТР  TT 100%   ТР  100% .коэффициентомтемпературного(4.8)расширениядлявысокотемпературной области согласно Таблице 18  TР  27,66  10 6 1 С .Рассчитанные значения действующего темпа деформации для исследуемыхрежимов представлены в Таблице 21.Графически зависимости действующего темпа деформации от МКВпредставлены на Рис.

4.13, 4.14 и 4.15.Рис. 4.13. Действующий темп деформации для серии экспериментов №1(● – есть трещина, ○ – нет трещины)106Рис. 4.14. Действующий темп деформации для серии экспериментов №2(● – есть трещина, ○ – нет трещины)Рис. 4.15. Действующий темп деформации для серии экспериментов №3(● – есть трещина, ○ – нет трещины)Полученные результаты согласуются с проведенными исследованиямитрещиностойкости. Из приведенных графиков видно, что рост кривизныхвостовой части сварочной ванны приводит к увеличению действующего темпадеформации. При превышении определенного критического значения темпадеформации в шве исчерпываются пластические свойства, что приводит кобразованию трещин.107Критическое значение темпа деформацииэкспериментовоценивалосьпорежимус крдляминимальнымпроведенныхзначениемдействующего темпа деформации, при котором наблюдалось устойчивоевозникновение ГТ. Согласно теории технологической прочности критическийтемп деформации определяется минимальной пластичностью в ТИХ ивеличиной ТИХ: КР  minT T  .(4.9)Тогда, используя полученные значения критического темпа деформации,можнополучитьоценкувеличиныминимальнойпластичностидляисследуемых материалов.

Преобразовав выражение 4.9, получим: min   КР  T   T .Таккакприопределении(4.10)критическоготемпадеформациирассматривался диапазон температур T  TСОЛ  TСОЛ  150C  , то и приопределении минимальной пластичности используется тот же диапазон T .Также, сравнивая выражения 4.7 и 4.9, получаем выражение для расчетаминимальной пластичности, используя наблюдаемую величину перемещениякромок шва  : min 2 100% .B(4.11)Полученные значения  кр и  min для проведенных серий экспериментовпредставлены в Таблице 21, которые согласуются с результатами, полученнымив работах [85, 94-96].Таблица 21.Оценка критического темпа деформации и минимальной пластичностиМатериал , мм  min , %  кр , % C12Х15Г9НД2,00,1120,0016512Х15Г9НД2,50,1310,0014612Х18Н10Т1,00,1950,000811084.3.

Влияние геометрии конструкции на темп деформацииВ технологических пробах одним из численных критериев оценкитрещиностойкости является ширина образца W . При изменении шириныпластины меняется ее жесткость. Испытания проводятся с целью выявлениямаксимальной ширины, вызывающей образование трещин. Однако изменениеширины пластины приводит к изменению распределения температур в образце.Для предложенного критерия МКВ и алгоритма его определения,предлагается использовать пластину постоянной ширины. Для выбора размеровпластины с целью минимизации влияния граничных условий на жесткостьобразца и распределение температурных полей при испытаниях быловыполнено численной моделирование.

Исследование по схеме, предложенной впараграфе 4.2, было выполнено для режимов 2.1, 2.2 и 2.3 (Таблица 21). Приэтом изменялась ширина пластины W от 30 до 208 мм (Рис. 16).Рис. 4.16. Схема изменения геометрии образцаПолученные результаты представлены в Таблице 22 и на Рис. 4.17.109Таблица 22.Влияние ширины пластины на наблюдаемую деформацию и темпдействующей деформацииРежим2.1W, мм2.22.3Н ,% Д , % СН ,% Д , % СН ,% Д , % С300,224380,005010,248640,005250,209310,0048640-0,012920,00264-0,001770,00275-0,043330,0023350-0,128340,00148-0,0747660,00202-0,105460,0017160-0,187250,00089-0,149780,00127-0,109410,0016770-0,230570,00046-0,190660,00086-0,130140,0014780-0,215770,00061-0,186660,00090-0,131030,0014690-0,214220,00062-0,183970,00093-0,137380,00139100-0,190840,00086-0,160920,00116-0,140990,00136104-0,194370,00082-0,177380,00099-0,137450,00139120-0,18440,00092-0,180840,00096-0,131120,00145150-0,167750,00109-0,160170,00116-0,108230,00166208-0,167750,00109-0,160170,00116-0,0737230,00203Рис.

4.17. Влияние ширины пластины на величину действующего темпадеформации для режимов 2.1, 2.2 и 2.3110Длядальнейшегодеформационныеисследованияпроцессыпривлиянияисследованиигеометрииобразцатрещиностойкостинабыловыполнено моделирование для различных значений длины пластины L 80 и200 мм. Результаты представлены в Таблице 23 и на Рис. 4.18, 4.19.Таблица 23.Влияние длины пластины на наблюдаемую деформацию и темпдействующей деформацииШирина пластины W , ммДлина пластиныL , мм4080150 Н , %  Д , % С  Н , %  Д , % С  Н , %  Д , % С80-0,04333 0,00233 -0,13103 0,00146 -0,13112 0,001462000,013544 0,00290 -0,09053 0,00186 -0,09474 0,00182Рис. 4.18. Влияние размеров пластины на величину темпа действующейдеформации  Д , % C : 1 – L  80 мм , 2 – L  200 мм111Рис.

4.19. Влияние размеров пластины на величину темпа действующейдеформации  Д , % C : 1 – W  40 мм , 2 – W  80 мм , 3 – W  150 ммДля изучения динамики деформационных процессов по мере движенияисточника по пластине был выполнен расчет действующего темпа деформации Д для различных положений ванны на пластине, длинной 200 мм (Рис. 4.20).Положение ванны определяется расстоянием l x , пройденным ванной от началадвижения на задней торцевой поверхности.

Результаты представлены в Таблице24 и на Рис. 4.21.Рис. 4.20. Схема исследования динамики темпа действующей деформации112Таблица 24.Динамика наблюдаемой деформации и темпа действующей деформацииШирина пластины W , ммl x , мм4080120Н ,% Д , % СН ,% Д , % СН ,% Д , % С50-0,0851060,001915-0,0564370,002202-0,102360,00174260---0,102510,001741--100-0,0073680,00284-0,102150,001745-0,134280,001423125---0,0772740,001993--140---0,0737360,002029--150-0,0000630,002765---0,08430,001923170---0,0596280,00217-0,077250,001994190-0,0135440,002901----Рис.

4.21. Динамика темпа действующей деформации  Д , % СРезультаты показали стабилизацию деформационных процессов припрохождении источником 1/3 пластины.Дляисследованиявлияниятолщиныпластинынаопасностьвозникновения ГТ рассмотрим термодеформационные процессы для пластин,толщиной от 1,0 до 1,8 мм по описанной выше методике. Для сохранения113параметров проплавления моделируемые режимы выбирались таким образом,чтобы обеспечить одинаковое отношение погонной энергии к толщине образца.Подобранные параметры режимов и результаты моделирования представлены вТаблице 25 и на Рис. 22.Таблица 25.Параметры и результаты моделированияРежим Q , ВтvСВ , мм сqП7.17.27.36387208638,510,012,57572698.18.28.376586410358,510,012,59086836.16.26.3970108013008,510,012,51141081049.19.29.31148129615538,510,012,5135130124qП МКВ ,1 мм  1, 0 мм751,26721,47691,71  1, 2 мм751,26721,46691,72  1,5 мм751,31721,46691,87  1,8 мм751,25721,46691,84 Д , % С0,000670,001030,001350,000670,000960,001320,000720,000960,001280,000620,000930,00114Рис.