Автореферат (1024711), страница 3
Текст из файла (страница 3)
По этому распределению определяется расположениеизотермических поверхностей для температур начала и конца распадааустенита T(x 8 ,y 8 ,z 8 )=850 0C и T(x 5 ,y 5 ,z 5 )=500 0C. В свою очередь порасположению этих поверхностей x 8 (y 8 ,z 8 ) и x 5 (y 5 ,z 5 ) определялидлительность пребывания стали в диапазоне температур 850 – 500 0С.Поэтому очевидным равенством является то, что t 85 равно:t 85 ( y, z ) =x8 ( y 8 , z 8 ) − x 5 ( y 5 , z 5 )vwСледует отметить, что данное уравнение позволяет рассчитыватьдлительность охлаждения t 85 для разных точек сечения ванны.Модель формирования прочностных свойств металла разработана наоснове опубликованных работ П.
Зайффарта и О.Г. Касаткина, в которыхсодержание структурных составляющих сталей и их механические свойстваопределяются по содержанию легирующих элементов и термическому циклусварки, который рассчитывается в подмодели формирования шва, рис. 6.Рис. 6. Определение длительности t 85 начала и конца фазовых превращенийпо термическим циклам металла шва при дуговой сварке низколегированнойстали при различной температуре подогрева листов толщиной 10 ммНа основе известных данных химический состав металла шваопределяли по долям участия наплавленного электродного металла иосновного металла с учетом коэффициентов перехода элементов позволяет10рассчитывать доли мартенсита, бейнита, перлита и феррита. В зависимостиот соотношения этих составляющих определяли твердость стали, пределыпрочности и текучести, относительные удлинение и сужение, ударнуювязкость, рис. 7.Рис.
7. Результат расчёта механическихсвойствстали40ХНприразнойдлительности t 85 охлаждения с 850 до 500оС.Hv – твёрдость, σ В , σ Т – пределы прочностии текучести, ε - относительное удлинение,ψ - поперечное сужение, КСU – ударнаявязкостьВозможности модели формирования прочности металла шва и зонытермического влияния, разработанная в МГТУ им.
Н.Э. Баумана иреализованная в программном комплексе «Сварка», позволили использоватьее в качестве инструмента для исследования технологий двухдуговой сварки.В главе 3 описаны результаты проверки адекватности моделирования,т.е. степени соответствия между результатами вычислений и эксперимента.Большая часть тестовых опытов для проверки разработанной физикоматематической модели формирования валиков была выполнена при сваркеоднопроходных швов и корневых проходов многопроходных швов, рис. 8.Рис.8. Сравнениеэкспериментальных (а) ирасчетных (б) данных.Соединение: С17, сталь09Г2С, толщина 16 мм,проволока: Св-08Г2С, диаметр1,2 мм, скорость подачи 5,1м/мин; газ СО 2 ; напряжениеисточника 26 В; сварочныйток 220 А; скорость сварки 0,6м/минОпыты выполняли при сварке стали 09Г2С толщиной 6 мм безразделки кромок и толщиной 16 мм с V-образной разделкой при токах дуги11120 – 350 А и скорости сварки 0,3 –0,72 м/мин. Сравнение данных опытов(Z экс , В экс ) с результатами моделирования (Z мод , В мод ) показано на рис.
9.Рис. 9. Функция «моделирование – экспериментальное значение» дляглубины проплавления Z и ширины шва BПогрешностьприсравнениирасчетовпараметровсэкспериментальными данными составила: для тока дуги 7 %, для ширинышва 9 %, для глубины проплавления 8 %. Оценка сходимости результатовпоказалаудовлетворительноесоответствиеэкспериментальныхитеоретических значений. Проверка адекватности полученных зависимостейпо критерию Фишера дала положительные результаты при доверительнойвероятности 0,95.Проверка воспроизводимости процесса сварки двумя дугамивыполнялась на пластинах из стали 09Г2С толщиной 22 мм с выполненнымскосом кромки 10 ° и притуплением 2 мм.
Сварку образцов выполнилипроволокой Св-08Г2С диаметром 1,2 мм в смеси 82 % аргона, 18 % СО 2 прирасстоянии между дугами 20 мм, токе первой дуги 245 А, второй - 217 А,скорость подачи электродной проволоки на первой дуге 8,1 м/мин, на второй– 7,1 м/мин, скорость сварки 0,6 м/мин.Результаты моделирования (рис.
10) демонстрируют особенностьформирования сварочной ванны при двухдуговой сварке – формированиеволны расплава между дугами, а поверхность предшествующего валикапереплавляется преимущественно первой дугой.12Рис. 10. Результаты компьютерного моделирования формированиясварочной ванны при двухдуговой сварке - распределение температуры иформа поверхности и расположение источников нагрева: а) сверху стыка,б) на предыдущем слое, в) в плоскости симметрии стыка, г) в поперечныхсечениях А-А, Б-Б, В-В, Г-Г, д) профиль сечения предыдущего прохода,е) предельное распределение температуры; источники нагрева расположеныв сечениях А-А и В-ВДля проверки достоверности результатов моделирования былавыполнена сварка листов толщиной 22 мм из стали Ст3 с узкой разделкойкромок, которая имела ширину 6 мм сверху листа и 4 мм снизу.
Сваркувыполняли в СО 2 проволокой Св-08Г2С. При выполнении опытов измерялиток дуги I и напряжение U 0 , а также определили толщину наплавленногослоя H, глубину проплавления и высоту выпуклости (вогнутости) G шва.План опытов приведен в табл. 1.Таблица 1.
План и результаты опытных сварок в узкую разделку№опыта1234Y 0 /Z 04/17Заданоvw,Lf,м/минмм0,50,40,50,4510510df,мм1.21.0vf,м/минI,A7,711,211,27,7257,0305,1190,6132,8ИзмереноU 0 ,В Размеры шва22,427,6424,2624,77H, ммG,мм3,17,73,22,9- 1,5- 3,1-1,0- 1,3Результаты сварки и моделирования приведены на рис. 11.13а)б)Рис. 11. Сравнение результатов опытных сварок (а) и соответствующиерезультаты моделирования (б):Для экспериментальной и расчетной оценки механических свойствметалла шва были сварены пластины из стали 20ХГСНМ проволокой OKAutrod 13.31 диаметром 1,2 мм. Установлено, что расчетные значенияпредела прочности 920 МПа, предела текучести 772 МПа, ударной вязкости1,26 МДж/м2, относительного удлинения 16,2 %, поперечного сужения55,3 %, удовлетворительно соответствуют опытным данным, рис.
12.Рис.12.Сравнениеэкспериментальныхирасчетныхзначениймеханическихсвойствметалла шваРасхождение расчетных и экспериментальных данных в основном непревышает 10 %, что позволяет сделать вывод о пригодности разработанноймодели для оценки механических свойств сварных соединений.В главе 4 выполнено исследование влияния параметровмногопроходной сварки высокопрочных сталей по узкому зазору на формуванны и показатели качества формирования шва. Результаты исследованияоднодуговой сварки справедливы и для многодуговых сварочных процессов,если они не образуют общей сварочной ванны.
Особое внимание былоуделено неустойчивому горению дуги в разделке, так как при сварке поузкому зазору дуга перемещается как по донной части разделки, так и на еебоковую поверхность, рис. 13.14Рис. 13. Характерное перемещение дуги в зауженной разделке: диаметрпроволоки 1,2 мм, ток 180-200 А, напряжение 28-30 В. Фото сделаны спериодом 0,3 сУстановлено, что при вылете электрода в диапазоне 10-15 мм привозбуждении дуги наблюдается быстрая стабилизация процесса сварки.Если температура вылета менее 300 °С, то она не оказываетсущественного влияния на процесс стабилизации дуги, определяемыйхарактеристиками источника питания и его индуктивностью.При большой длине вылета электрода (≥ 30 мм) процесс установленияустойчивого горения дуги затягивается по времени, из-за чего возникаютзначительные автоколебания не только тока I arc , напряжения U arc и длиныдуги L arc , но и температуры T f и электрического сопротивления вылета R f(рис. 14).Рис.
14. Результат моделирования процесса возбуждения дуги (а) итемпературы капли (б) при сварке в СО 2 проволокой диаметром d f =1.2 ммпри длине вылета L f =55 мм. U 0 =55 В, v f =4,8 м/мин,R w =0,08 Ом, L w =10 мГнВозникновение автоколебаний объясняется резким возрастаниемкоэффициента передачи в контуре саморегулирования «источник питания электрод - дуга» вследствие увеличения температуры нагрева вылета.Факторами, поддерживающими процесс колебаний и снижающимиустойчивость горения дуги, являются периодические изменениятемпературы T f и сопротивления вылета R f .
Амплитуда колебанийпараметров дуги ограничивается условиями перехода дуги с донной частиразделки на ее боковые поверхности, то есть ограничена возможной длинойдуги.15Для снижения вероятности возникновения межслойных несплавленийсравнивали варианты сварки второго прохода в зауженной разделке призаданных значениях высоты заполнения разделки. Скорость сварки (0,6м/мин) и напряжение на дуге (30 В) были постоянными, тогда как скоростьподачи электродной проволоки v f диаметром 2,0 мм изменяли для получениязаданной высоты H заполнения разделки. Влияние скорости подачипроволоки и тока дуги на высоту наплавки и на профиль поперечногосечения шва при сварке стыка из стали Ст 3 толщиной 30 мм при ширинеразделки 9 мм, проволокой диаметром 2,0 мм представлено на рис.
15.Рис. 15. Предельные значения температуры и форма поперечного сеченияшва при разных значениях скорости подачи проволоки и тока дугиПриведенные данные наглядно показывают, каким образом скоростьподачи проволоки влияет на форму наплавленного валика и параметрыпроцесса сварки, рис. 16.При длинной дуге (> 15 мм) ее излучение хорошо прогревает боковыеповерхности разделки и обеспечивает плавление металла на них назначительной высоте над сварочной ванной формируется вогнутаяповерхность сварочной ванны. При короткой дуге подогрев стенок разделкиизлучением существенно уменьшается, что затрудняет плавление металла наних, соответственно сварочная ванна и шов формируются с выпуклойповерхностью, что считается недопустимым. Имеется оптимальное значениепараметров сварки, при которых обеспечиваются достаточное проплавлениекромок (g L >0) и формирование вогнутой поверхности шва (h z >0), чтоминимизирует вероятность межслойных несплавлений на последующихпроходах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
