Диссертация (1024714), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Данные различия можно объяснитьпериодическим переходом катодного пятна дуги на стенки разделки, что173существенно изменяет эффективный радиус пятна нагрева. Одновременно этотже результат объясняет возможность снижения блуждания дуги в зауженнойразделке, когда ширина ее соизмерима с длиной дуги и составляет менее 4…5мм. Влияние узкой разделки на эффект блуждания дуги был учтён впредложенной модели (2.14, 2.15) теплового воздействия дуги на свариваемыекромки.На рис. 3.31 показано влияние тока, длины дуги и ширины разделкикромок на относительное значение плотности тока G 2j Rarc, с учетомI arcвозможности перехода дуги на боковую поверхность разделки при сварке поузкому зазору.Рис.
3.31. Распределение относительного значения плотности тока впоперечном сечении кромок с глубокой разделкой: а) при разныхзначениях тока I дуги; б) при разной длине L дуги; в) при разной ширинедонной части разделки. 1 – электрод, 2 – профиль разделкиПолученные результаты показывают, что с увеличением тока дуги (рис.3.31, а, увеличивается доля тепла дуги, выделяющаяся на боковых стенкахразделки. Увеличение длины дуги (рис. 3.31, б), приводит к перераспределению174теплового потока с донной части разделки на ее боковые стенки.
Поэтомудлину дуги нужно выбирать в соответствии с шириной разделки (рис. 3.31,в),так, чтобы обеспечить равномерный прогрев металла, как донной части, так ибоковых стенок разделки.Для проверки правильности учета данных особенностей распределениятепла было выполнено моделирование формирование сварочной ванны и швапри параметрах выполнения опытов, табл. 13.Результаты моделирования приведены на рис.
3.32, 3.33 в виде профиляпоперечного сечения прохода шва и предельного распределения в нем и ЗТВтемператур сварки.Рис. 3.32. Результаты моделирования формирования шва при параметрахвыполнения опытных сварок при большой глубине расположения дуги(Y0/Z0=4/17)Рис. 3.33. Результаты моделирования формирования шва при параметрахвыполнения опытных сварок при малой глубине расположения дуги(Y0/Z0=5/7)175Сравнение расчётных профилей шва, рис. 3.32, 3.33, с макрошлифами,рис. 3.28, 3.29, показывает их удовлетворительное соответствие. Этоподтверждает приемлемость предложенного закона распределения (2.14, 2.15)теплового потока дуги в узкой разделке кромок, по которому плотность тока итеплового потока дуги должна определяется в зависимости от расстояниямежду концом электрода и точкой поверхности разделки.
С учетомпроведенных уточнений погрешность определения размеров сварного шва примоделировании и реальным данным была улучшена на 10 – 15 %, что позволяетопределять параметры сварки с приемлемой инженерной точностью.Выполненноеэкспериментальноеисследованиевлияниянаформирование заполняющих проходов в узкой разделке кромок основныхтехнологических параметров дуговой сварки плавящимся электродом показало,что разработанная физико-математическая модель, подробно описанная впараграфах 2.3 и 2.4 настоящей работы, удовлетворительно воспроизводитреальное формирование сварочной ванны и шва.3.6.
Проверка расчета механических свойств металла шва и зонытермического влиянияРазработанная физико-математическая модель формирования сварочнойванны и шва содержит процедуру расчета содержания структурныхсоставляющих(мартенсита,бейнита,перлитаиферрита)внизколегированных сталях по их химическому составу и примененномутермическому циклу сварки. По соотношению содержания этих структурныхсоставляющих в металле шва рассчитываются механические свойствасоединения (пределы прочности и текучести, твёрдость, ударная вязкость).С целью практической проверки результатов расчёта было выполненоопытное исследование свойств металла шва.
Для этого была выполнена176сварка пластин из высокопрочной стали 20ХГСНМ по узкому зазору сиспользованием электродной проволоки OK Autrod 13.31 диаметром 1,2 мм,производство ESAB, Швеция.Химический состав стали 20ХГСНМ, широко применяемой приизготовлении корпусных конструкций приведен в табл. 2, а химическийсостав электродной проволоки OK Autrod 13.31 приведен в табл. 16.Таблица 16.Химический состав электродной проволоки OK Autrod 13.31Содержание элементов, % масс.МаркапроволокиCMnSiCrNiMoOK Autrod 13.310,12,00,80,42,10,6Для сварки использовали сварочные аппараты ШТОРМ-ЛОРХ P 4500Basic с источником сварочного тока S5 Pulse ШТОРМ-LORCH и механизмперемещения горелки Noboruder NB-5H, рис. 3.34.Рис.
3.34. Общий вид экспериментальной установки177Образцы для сварки имели толщину 20 мм с зауженной разделкой кромокшириной 8 мм в корневой части и 12 мм в верхней части. Режим сваркиобразцов: скорость сварки 6 мм/с, ток дуги 190 А, скорость подачи электроднойпроволоки 350 мм/с, напряжение дуги 25 В.Образцы для последующих механических испытаний литого металласварного шва вырезались из средней части шва, рис. 3.35 (тип II и тип VII поГОСТ 6996-66).Рис. 3.35. Схема вырезки образцов из металла шва, сваренного по узкомузазоруПри механических испытаниях натурных образцов, сваренных сиспользованием электродной проволоки OK Autrod 13.31, предел прочностиобразцов составил от 1300 до 1550 МПа, предел текучести от 850 до 1100МПа, относительное удлинение от 14 до 16,5 %, ударная вязкость на уровнеот 1,3 до 1,55 МДж/м2.Одновременнобыловыполненокомпьютерноемоделированиеформирования шва при указанном режиме сварки с последующим расчётом178химического состава и механических свойств металла шва.
Результат расчётапоказал, что металл шва имеет следующий химический состав: углерод0,152%, марганец 1,4%, кремний 1,03%, хром 0,75%, никель 1,51%, молибден0,44%. Расчётное значений предела прочности составило 920 Мпа, пределатекучести 772 Мпа, относительное удлинение 16,2%, поперечное сужение55,3%, ударная вязкость 1,26 МДж/м2.Сопоставление экспериментальных и расчетных данных по механическимсвойствам сварных соединений приведено на рис. 3.36.Рис.3.36. Сопоставление экспериментальных и расчетных данных помеханическим свойствам сварных соединений: σв, σ02 – пределыпрочности и текучести, ан45 – ударная вязкость KCUПолученные результаты свидетельствуют о пригодности разработанноймодели дуговой сварки в узкую разделку и используемой методики расчётамеханическихсвойствметаллашваприсваркевысокопрочныхконструкционных сталей для оценки механических свойств сварных швов.179Выводы по главе 31.Дляпредложенопроверкииспользоватьадекватноститрадиционнуюкомпьютерногометодикумоделированияоценкинаосновестатистического критерия Фишера.2.Выполнена оценка погрешности моделирования, обусловленнойпогрешностью данных о свойствах стали и параметрах режима сварки ипоказано, что эта погрешность не превышает значения 6,5%.3.Экспериментально показано, что физико-математическая модельудовлетворительно воспроизводит формирование одно- и многопроходногошва при сварке одной и двумя дугами стали как тонких листов (≤ 10 мм) безразделки кромок, так толстого металла (≥ 20 мм) в глубокой и узкой разделке.4.Выполнены тестовая однопроходная сварка стыковых соединений сзазорами и корневых проходов при узкой разделке кромок.
Компьютерноемоделирование формирования шва при этих сварках показали, что погрешностьэкспериментальных данных оценена следующими значениями: для тока дугиS 0I 4,1% , для ширины шва S 0B 4,5% , для высоты выпуклости (усиления)S 0H 17% , для глубины проплавления S 0Z 8,1% .5.Выполнено сравнение экспериментальных данных с результатамикомпьютерного моделирования, которое показало, что при полученнойпогрешности результаты определения параметров дуги и размеров шваудовлетворяет критерию Фишера при доверительной вероятности 0,95.6.Показано, что компьютерное моделирование удовлетворительновоспроизводит форму сварочной ванны и формирование многопроходного шва,получаемую при двухдуговой сварке по узкому зазору.7.Показано, что компьютерное моделирование химического состава,соотношения структурных составляющих и механических свойств металла шваудовлетворительно соотносятся с результатами механических испытаний присварке высокопрочной стали при дуговой сварке по узкому зазору.180Глава 4.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВМНОГОПРОХОДНОЙ ДВУХДУГОВОЙ СВАРКИ ПО УЗКОМУ ЗАЗОРУКОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ЗНАЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙКАЧЕСТВА ФОРМИРОВАНИЯ ШВА4.1. Задачи и методика исследованийЦелью исследования является оценка влияния на значения показателейкачестваформированияшваосновныхпараметровмногопроходнойдвухдуговой сварки высокопрочных сталей в узкую разделку. Такимипараметрамиявляютсянапряжение,длинаэнергетическиедуги,скоростьхарактеристикисварки)[204]процессаи(ток,геометрическиехарактеристики стыка (разделка кромок, вылет и диаметр электроднойпроволоки, ее расположение в разделке). Влияние этих параметров на качествосварных соединений целесообразнооценивать по значениям размеровсварочной ванны и шва, соотношению электродного и основного металла в швеи термическому циклу сварки [205, 206].Первой задачей является оценка влияния технологических параметровпроцесса сварки на устойчивость процесса к возмущениям, в первую очередь отизменения положения (блуждания) дуги в зауженной разделке кромок.
Так какблуждание дуги приводит к проблемам при ее возбуждении, неравномерномупрогреву кромок, изменениям в формообразовании шва, возникновениюнесплавлений на кромках, а зачастую, и межваликовых несплавлений.Второйзадачейявляетсяхарактеристикнаразмерысвариваемоговаликаоблицовочныхпроходов,приопределениесварочнойвыполненииусловияваннывлиянияипоперечногокорневого,формированияэнергетическихсечениязаполняющегокоторыхисущественноотличаются друг от друга. Эта задача крайне важна как для однодуговой, так и181двухдуговой сварки.Третья задача состоит в оценке влияния геометрии разделки кромок наформирование шва.Четвертой задачей является определение влияния параметров режимасварки и расстояния между дугами на термический цикл сварки как условиеформирование шва и обеспечение служебных свойств сварного соединения присварке по узкому зазору.Решение перечисленных задач позволяет выполнить оценку влиянияпараметров сварки на химический состав металла шва, термический циклсварки, структуру и механические свойства металла шва и ЗТВ.Как уже говорилось при обосновании цели исследований, решениепроблемы обеспечения качества сварного соединения экспериментальнымиметодами затруднено из-за проблем непосредственного наблюдения за зонойформирования шва в зауженной разделке кромок и трудоемкостью оценкирезультатов по макрошлифам и осциллограмм процесса сварки, а такжеогромном количестве сочетаний сварочных параметров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
