Диссертация (Разработка расчетно-экспериментального метода оценки склонности сварных соединений к образованию горячих трещин при сварке тонколистовых металлических конструкций), страница 13

4.22. Темп деформации для различной толщины пластины:1 – 1,0 мм; 2 – 1,2 мм; 3 – 1,5 мм; 4 – 1,8 мм114Результаты показали, что увеличение толщины пластины от 1,0 мм до 1,8мм приводит к уменьшению темпа деформации вследствие увеличенияжесткостипластин.соотношением qП Наотдельныхсерияхрежимовсодинаковымнаблюдался рост параметра МКВ при увеличениитолщины пластины. Но при этом рост МКВ не приводит к увеличению темпадеформации. По-видимому, вклад увеличения жесткости образца в снижениетемпа на данных режимах больше, чем вклад увеличения МКВ в рост темпадеформации.Деформации образцов в плоскости пластины происходят вследствиеизгиба, вызванного неравномерным нагревом. При малой ширине пластиныдеформации изгиба велики вследствие невысокой жесткости пластины, чтоприводит к росту действующего темпа деформации (Рис.

4.22). Это былоподтверждено экспериментально: трещины, образующиеся в пластинах сшириной до 40 мм, имеют большую протяженность и ширину раскрытия.Увеличение ширины пластины приводит к уменьшению действующего темпадеформации. Начиная с ширины пластины, порядка 70-80 мм, наблюдаетсястабилизация уровня темпа деформации в узком интервале значений.

В своюочередь увеличение длины пластины от 80 до 200 мм приводит кнезначительному росту темпа деформации.Таким образом, анализ проведенных исследований позволил численноподтвердить экспериментальные результаты, выбор схемы испытания иразмеров образца.4.4. Влияние жесткости конструкции на темп деформацииЖесткость свариваемой конструкции оказывает существенное влияние наобразование ГТ. Одним из технологических приемов борьбы с ГТ являетсяувеличение жесткости конструкции путем ее дополнительного закрепления спомощью технологических швов. Для исследования влияния подобногозакрепления рассмотрим деформационные процессы в тонкой пластине,прихваченной боковыми торцами с помощью монтажных швов к массивнойплите (Рис.

4.23). Моделирование выполнялось согласно методике, описанной115ранее с заданием нулевых перемещений торцевых поверхностей образца потрем осям.Рис. 4.23. Схема закрепление образцаБыло выполнено моделирование образца, толщиной 2,5 мм, длиной 80мм, с переменной шириной на режиме 2.3 (Таблица 20) с закреплением. ВТаблице 26 и на Рис. 4.24 представлены полученные значения темпадействующей деформации для образца с закреплением и без закрепления.Таблица 26.Темп действующей деформации  Д , % СШирина пластиныW, мм30405060708090100104120150208Режим2.12.22.32.3(8,5 мм/с) (10 мм/с) (12,5 мм/с) (12,5 мм/с)без заделкис заделкой0,005010,005250,004860,000420,002640,002750,002330,001480,002020,001710,000890,001270,001670,000140,000460,000860,001470,000610,000900,001460,000620,000930,001390,000140,000860,001160,001360,000820,000990,001390,000920,000960,001450,001090,001160,001660,001090,001160,002030,00049116Рис.

4.24. Влияние закрепления образца на действующей темп деформации:1 – режим 2.1; 2 – режим 2.2; 3 – режим 2.3; 4 – режим 2.3 с заделкойДальнейшее исследование влияния заделки было выполнено примоделировании образца, толщиной 1,0 мм, длиной 80 мм, с переменнойшириной на режиме 7.1 и 7.3 (Таблица 27). Результаты моделированияпредставлены в Таблице 28 и на Рис. 4.25.Результаты показали, что жесткое закрепление тонколистовых образцовприводит к снижению темпа деформации и, как следствие, к снижениюопасности возникновения горячих трещин.Таблица 27.Параметры моделируемых режимовРежимQ , ВтvСВ , мм сМКВ ,1 мм7.16408,51,2657.386012,51,689117Таблица 28.Темп действующей деформации  Д , % СШирина пластиныW, ммРежим7.17.3без заделки с заделкой без заделки с заделкой300,005550,000830,006280,00063600,000990,000330,001850,00038800,000690,000130,001350,000201200,001120,000160,000270,000172080,001490,000090,002240,00027Рис. 4.25.

Темп собственной деформации:1, 2 – режим 7.1, 7.3 без заделки; 3, 4 – режим 7.1, 7.3 с заделкой4.4. Вывод по главе 41. Численными методами установлена величина действующего темпадеформации в ТИХ.1182. Установлен нелинейный характер изменения темпа деформаций в ТИХпри машинных испытаниях для оценки опасности возникновения горячихтрещин.3. Расчетным методом установлена линейная связь величины МКВ идействующеготемпадеформации.Расчетно-экспериментальнымпутемопределена критическая величина действующего темпа деформации: для стали12Х15Г9НД, толщиной 2,0 мм – 0,00165 % C , 12Х15Г9НД 2,5 мм – 0,00146% C , 12Х18Н10Т 1,0 мм – 0,00081 % C .4.

Расчетным и экспериментальным путем выполнен выбор размеровобразца и методики проведения испытаний для определения критерия МКВ.119Глава5.Апробацияметодикичисленнойоценкиопасностивозникновения горячих трещин5.1. Построение модели оценки опасности возникновения горячихтрещин при сварке тонколистовых металлических конструкцийСтатистические модели имеют широкое применение при разработкетехнологических рекомендация по выбору режима сварки [97]. Также внастоящее время приобретают популяность нейросетевые технологии [98-100].Для выбора режима сварки, обеспечивающего технологическую прочность,была разработанна математическая модель, используя регрессионный метод[61, 101, 102].Построенная модель позволяет проводить оценку режима сваркистальных листов, толщиной  , с точки зрения опасности возникновениягорячих трещин, путем сравнения рассчитанного с помощью данной моделикритерия МКВ, соответствующего данному режиму и критического значенияМКВ, полученного экспериментально по методике, описанной ранее.Для построения модели в качестве независимых переменных (факторов)были выбраны: ток I ( x1 ), напряжение U ( x2 ), скорость сварки v ( x3 ),толщинасвариваемоголиста( x4 )ихром-никелевыйэквивалентNiЭКВ CrЭКВ ( x5 ), отражающий химический состав свариваемой стали.

Числофакторов N  5 . Для численной оценки степени аустенизации используетсяотношения эквивалентов никеля Niэкв и хрома Crэкв , рассчитываемые всоответствии с диаграммой Шеффлера:Crэкв  Cr  Mo  1, 5  Si  0, 5  Nb  W  VNiэкв  Ni  30  C  0, 5  Mn.(5.1)Таким образом, вектор факторов примет вид:x   x1 , x2 , x3 , x4 , x5    I , U , v,  , NiЭКВ CrЭКВ  .(5.2)120Согласно предложенной гипотезе о связи технологической прочности игеометрии сварочной ванны, определяемой полуосями двойного эллипсоида, вкачестве зависимых переменных рассматриваются параметры ab и b , наосновании которых выполняется расчет МКВ.

Вектор откликов имеет вид:y   y1 , y2 , y3    ab , b, МКВ  .(5.3)Схематично предлагаемая модель представлена на Рис. 5.1.Рис. 5.1. Схема математической модели вход-выходМатематическая модель (уравнение регрессии) имеет вид:y  y  x, b  ,(5.4)где b   b0 , b1 , ..., bm  - коэффициенты регрессии.Нахождение значений коэффициентов регрессии b выполняется методомнаименьших квадратов.Проведенное построенние линейной модели и анализ показали еенепригодность. Для отражения влияния отдельных факторов на отклик, а такжеих взимного влияния, необходимо использвать модель более высокого порядка.Рассмотрим построение модели второго порядка, описываемую полиномом:kkki 1i , j 1i ji 1y  b0   bi xi   bij xi x j   bii xi2 , где bij - коэффициенты регрессии.(5.5)121Двойной индексijпоказывает коэффициент смешанной оценкифакторов xi и x j , индекс ii - коэффициент соответствует квадратичномумножителю xi .В соответствии с организацией выше описанных опытов, целью которыхявлялось изучение технологической прочности материалов, проведенная серияэкспериментов являются пассивной [103].

Для каждого режима быловыполненно от 3 до 10 параллельных экспериментов, параметры которыхпредставлены в Таблице 30. Оценка откликов получалась как среднееарифмитическое результатов измерения величины для параллельных опытов суровнем доверительной вероятности   0,95 .Параметры проведенных экспериментов представленые в Таблице 29,образуют матрицу плана эксперимента X .

Измеренные отклики для данногонабора экспериментов представлены в Таблице 30, определяющую матрицуфункций откликов Y .Для дальнейшего построения модели выполним нормирование измеренийкаждого фактора, согласно следующему алгоритму:1. Для фактора xi находится среднее значение xi и размах Ri .xi 1 M xi j ,m j 1где xij - j -ое измерение i -го фактора.Ri  xi max  xi min ,где xi min и xi max минимальное и максимальное значение фактора в выборкесоответственно.122Таблица 29.Параметры режимов сварки№СилатокаI, АНапряжениеU, ВСкоростьсваркиТолщиналистаv, мм с , ммХромникелевыйэквивалентNiЭКВ CrЭКВ1x1195x214,00x310,0x42,0x50,56944214012,507,52,00,56944321015,0010,02,00,56944421015,308,52,50,56944524016,0010,02,50,56944626016,0012,52,50,56944727016,2013,52,50,5694488010,606,81,00,7296399511,207,91,00,729631012512,1010,51,00,72963119511,0010,51,00,72963129511,0012,51,00,72963139511,247,91,00,729631422015,0010,02,00,569441510511,005,01,00,102131612012,005,01,00,102131725016,0010,02,00,569441820015,007,92,50,569441922015,508,92,50,569442023015,509,52,50,569442125016,0011,52,50,569442211011,509,01,00,72963237010,406,01,00,72963249511,006,01,00,729632525016,0010,02,50,56944123Таблица 30.Измеренные величины откликов моделиab , ммb, ммМКВ ,1 ммy1y2-111,003,001,2226,202,201,28313,003,001,4448,403,200,8258,502,901,01611,002,801,40713,002,601,9283,002,100,6895,802,201,20107,702,401,34114,002,100,91124,802,101,09135,802,201,201410,003,300,92155,502,600,81167,503,500,611712,003,700,88188,393,300,77198,422,871,02208,482,831,06219,502,701,30226,302,301,19232,501,201,74246,402,101,452520,003,002,22№2.

Выполняется нормирование фактора, используя выражениеxij xi j  xiRi 2, i  1, n, j  1, m .Нормированные значения факторов представлены в Таблице 31, наосновании которых строится нормированный план   X  .124Таблица 31.Нормированные значения факторов№Сила токаI, Аx112345678910111213141516171819202122232425Скорость сваркиТолщина листаU, Вx2v, мм сx3 , ммNiЭКВ CrЭКВx4x50,24-0,280,590,690,930,931,00-0,93-0,72-0,41-0,79-0,79-0,710,59-0,79-0,450,930,590,760,760,93-0,62-1,00-0,790,930,18-0,410,18-0,180,180,761,00-0,58-0,320,290,290,76-0,320,18-1,00-1,000,18-0,32-0,080,060,53-0,06-0,76-0,760,180,330,330,331,001,001,001,00-1,00-1,00-1,00-1,00-1,00-1,000,33-1,00-1,000,331,001,001,001,00-1,00-1,00-1,001,000,490,490,490,490,490,490,491,001,001,001,001,001,000,49-1,00-1,000,490,490,490,490,491,001,001,000,49Напряжение0,25-0,300,400,400,700,901,00-0,90-0,75-0,45-0,75-0,75-0,750,50-0,65-0,500,800,300,500,600,80-0,60-1,00-0,750,80Согласно методу наименьших квадратов минимизируется фунционалQ   Y  Xb T Y  Xb  ,тогда оценка коэффициентов регрессии выполняетсяпо следующей формуле:bˆ  XT X1XT Y ,(5.6)Для проверки адекватности моделей вычислялась факторная дисперсия22, остаточная дисперсия Sост, F-критерий Фишера по следующимS фактформулам:n2Sфакт  yˆi  y i 1m,(5.7)125n2Sост  yi  yˆi i 1n  m 12SфактF(5.8),.2Sост(5.9)При обработке результатов пассивного эксперимента нельзя в полноймере применять математический аппарат регрессионного анализа, однако для2оценки адекватности модели воспользуемся коэффициентом детерминации R :mR2   yˆi  y i 1m  yi  y 2m2i 1Дляупрощения  yˆi  y 2i 1mm  yˆi  y     yi  yˆi 2i 1(5.10).2i 1моделииисключениянезначащихфакторовиспользовался критерий, рассчитываемый по формуле:ti biс jj,(5.11)где с jj - диагональные элементы ковариационной матрицы C  X T X1.Фактор, которому соответсвтует минимальное значение критерия t ,исключается из модели и проводится новый регрессионный анализ.