Диссертация (Разработка расчетно-экспериментального метода оценки склонности сварных соединений к образованию горячих трещин при сварке тонколистовых металлических конструкций), страница 5

1.25.Критический темп деформации рассчитывают по формуле:Bгде W ТИХA,(1.8)WТИХ- средняя скорость охлаждения в зоне образования трещины,  C c .29Величина WТИХ определяется как средняя скорость охлаждения винтервале 100 °С, прилегающем снизу к температуре солидус, задаваемую дляразличных материалов в стандарте.а)б)в)г)д)е)Рис. 1.25. Машинные испытания ГОСТ 26389-84: а, б - поперечное ипродольное растяжение в плоскости образца; в, г - трехточечный изгиб вдоль ипоперек шва; д - трехточечный изгиб углового шва; е - изгиб на оправке вдольшваРассмотренные выше экспериментальные методики направлены наполучение оценок параметров модели технологической прочности ПрохороваН.Н.301.2.3.

Расчетно-экспериментальные методики оценки склонностисварных соединений к образованию горячих трещинВ отечественном стандарте ГОСТ 26389-84 основной оценкой являетсякритический темп действующей деформации, который определяется угломнаклона касательной к кривой пластичности материала в ТИХ, проведенной източкиначаланакоплениядеформаций(Рис.1.2).Оценкавеличиныкритического темпа деформации выполняется косвенно по скорости или темпуперемещения захватов машины, приведшей к образованию трещины.

Однаковопрос о возможности прямого переноса внешней деформации всего образца навысокотемпературную зону остывающего металла в ТИХ, остается открытым.Неравномерный нагрев различных зон образца и, как следствие, нелинейноеизменение в зависимости от величины этого нагрева физических свойств,приводит к неравномерному распределению деформации, под действиемпоперечного растяжения или изгиба на оправке образца [31]. Также важныммоментом в анализе рассматриваемых методик является вопрос о характереизменения деформаций и температур металла в ТИХ. Только в случае линейнойзависимости деформации и температуры от времени правомочно использоватьусредненные по временному интервалу величины.

В настоящий моментвышеупомянутый вопрос также остается открытым. Проведенные авторомэкспериментальные исследования (результаты которых будут представлены вглаве 4 данной работы) показали, что в высокотемпературной зоне изменениятемператур и деформаций имеют нелинейную зависимость от времени.Также, хотя данная оценка и связанна напрямую с главной причинойобразования трещин – деформацией, она не может быть перенесена нареальные сварные конструкции, и не позволяет получить сведений офактической картине деформаций в этих конструкциях.Наиболее физически обоснованной оценкой трещиностойкости являетсявеличина ТИХ, для определения которой в частности служит Gleebleиспытание.

Однако экспериментальное определение этой величины являетсядостаточнотрудоемкойпроцедуройитребуетспециализированного31оборудования. Поэтому на практике очень часто используют показатели,зависящие от величины ТИХ. Например, получаемую длину трещины припродольномилипоперечномдеформированииобразцавVarestraint-испытаниях. Также следует отметить, что величина ТИХ характеризует толькосвойства свариваемого материала шва или основного металла и не как нехарактеризует деформационные процессы в реальной сварной конструкции,которые тоже оказывают существенное влияние на процесс образования ГТ.Поэтому ТИХ не может использоваться в качестве обобщенного критерияопасности возникновения кристаллизационных трещин.На основании накопленного опыта и результатов более глубокихисследований в 2005 году был принят стандарт ИСО 17641, в который вошли, втом числе, рассмотренные выше испытания: Varestraint и Transvarestraint, PVRTest, Hot tensile test (Gleeble).

Из всего разнообразия существующих методикбылиотобраныиспытания,прошедшиепроверкуприпрактическомиспользовании и отличающиеся простотой геометрии образцов и процедуройпроведения. Однако разнообразие методик оценки опасности возникновенияГТ, сложность применяемого оборудования приводит к тому, что результатыиспытания по одной методике в различных лабораториях приводит кпротивоположным выводам об оценке технологической прочности.

В 1994 году[38] были опубликованы результаты испытания в различных лабораторияхтехнологической пробы Longitudinal Bend Test (LBT), которая позже, в 2005году, была стандартизована в ISO 17641-2. Согласно методике стандартныйплоский образец вырезается из металла шва, согласно схеме, представленной наРис. 1.26 и 1.8, б.Рис. 1.26. Схема вырезки плоского образца32Образец подвергается изгибу до 120°. В качестве оценки использовалсякоэффициент чувствительности к трещинамMSI ,определяющийся какотношение длины трещин более 0,1 мм, зафиксированных в образце к общейплощади исследуемой зоны образца.В лаборатории семи различных страны были разосланы одинаковыенеобходимые сварочные материалы. Тестовые образцы были изготовлены вкаждой лаборатории согласно одной инструкции. Как видно из результатовиспытания, представленных в Таблице 1, несмотря на одинаковые материалы иинструкциипроведенияиспытаний,результатыоказалисьсущественноразличными.Таблица 1.Результат LBT-испытания в лабораториях различных странMSI, мм-1ЛабораторияSoudometal (Франция)0Avesta (Швеция)1,3  103Esab (Швеция)2,0  103Böhler (Австрия)14,3 103BAM (Германия)16,6  103Проведенные многими авторами обобщения результатов исследованийпоказали, что при оценке технологической прочности необходимо учитыватьвзаимодействие ряда факторов.

C.E. Cross в 2005 году [39] схематичнопредставилвзаимодействиеразличныхфакторов,определяющихтрещиностойкость в виде диаграммы, представленной на Рис. 1.27.33Рис. 1.27. Взаимодействие факторов, определяющих технологическуюпрочностьТакимобразом,можносделатьвывод,чтоприисследованиитехнологической прочности, необходимо учитывать влияние и взаимодействиетаких факторов как:- параметры режима сварки, определяющие термический цикл;- химический состав, определяющий интервал кристаллизации;- и жесткость сварного соединения.Учет влияния и взаимодействия всех обозначенных факторов припроведении экспериментального исследования технологической прочностиявляетсясложнойитрудоемкойзадачей.Развитиесовременнойвычислительной техники и программного обеспечения позволяет проводитьчисленное исследование технологической прочности путем компьютерногомоделирования [9, 40, 41].

Также применение численных методов даетвозможность выполнять исследования технологической прочности реальныхсварных конструкций. Однако отсутствие достоверных сведений о свойствахматериала в сложных условиях сварки, приводит к необходимости совместногоиспользования численных и экспериментальных методик.34Вработепозволяющая[9]разработанаполучитьданныерасчетно-экспериментальнаядлявыполненияпереходаметодика,отоценкитрещиностойкости материалов на пробах, к оценке технологической прочностиреальных сварных конструкций.

Сочетание компьютерного моделирования иэкспериментальных методов позволяет проводить более глубокое исследованиевопроса технологической прочности. В работе [13] проведено конечноэлементное моделирование термодеформационных процессов при машинныхиспытаниях, которое позволило проследить влияние различных параметровсварки и граничных условий на поведение металла в ТИХ.

В работе [11]сочетаниеконечно-элементного,статистическогомоделирования,экспериментальных методов позволило разработать программный продукт длярасчетной оценки опасности возникновения ГТ в тонколистовых конструкцияхиз алюминиевых сплавов.1.3. Выводы по главе 11. Основным численным критерием оценки технологической прочностиявляется величина ТИХ.2. В основе численного оценки опасности образования трещин лежитпонятие о линейном характере деформации в ТИХ.3.

Плохая повторяемость и неоднозначность получаемых при испытанияхрезультатов не позволяет производить сопоставление данных, полученныхразличными авторами и на различных пробах.4. Совместное использование численных и экспериментальных методикпозволяет учесть влияние и взаимодействие всех факторов образования ГТ, атакжедаетконструкций.возможностьпроводитьисследованиереальныхсварных35ЦЕЛЬ РАБОТЫРазработка инженерной методики количественной оценки опасностивозникновения горячих трещин с учетом реальных высокотемпературныхтермодеформационных процессов, путем сочетания численного моделированияи экспериментальных измерений.ЗАДАЧИ РАБОТЫ1.

Произвести анализ существующих методик оценки количественныхкритериев сопротивляемости горячим трещинам при сварке плавлением.2. Исследовать влияние реальной геометрии сварной ванны натермодеформационные процессы и опасность возникновения горячих трещинпри сварке тонколистовых конструкций.3. Разработать и провести верификацию математического и программногообеспечениярешенияобратнойзадачитеплопроводностиианализатермодеформационной задачи при сварке тонколистовых конструкций извысоколегированной стали.4.Получитьматематическиехарактеристикивлиянияосновныхтехнологических параметров на опасность возникновения горячих трещин.5.

Провести экспериментальную апробацию предложенной методикиоценки опасности возникновения горячих трещин при сварке тонколистовыхконструкций.6. Разработать рекомендации по выбору параметров режима сваркиреального сварного изделия, обеспечивающих стойкость против образованиягорячих трещин.36Глава2.Разработкатепловоймоделипроцессасваркитонколистовых металлических конструкцийВ предыдущей главе были рассмотрены основные экспериментальныеметодики оценки опасности возникновения горячих трещин. Методикиразличаются как схемами проведения испытаний, так и критериям оценки.Применение технически сложных схем испытаний и оборудования приводит книзкой воспроизводимости результатов [38, 42].