Диссертация (1024714), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Это привело к заметному увеличению ударной вязкости (почти на 40%)при менее значительном снижении предела прочности (на 16%). Использованиепроволоки Св-08ГСМТ даёт меньшее увеличение ударной вязкости, но почтине снижает предела прочности. Эти результаты показывают, что правильныйвыбор марки электродной проволоки позволяет обеспечить требуемыемеханические свойства металла шва. Несомненно, что дополнительные218исследования по выбору оптимального состава электродной проволокиобеспечат еще более высокие показатели служебных свойств соединений.Однако марка проволоки совершенно не влияет на свойства металла ЗТВ,ударная вязкость которой всегда много меньше, чем у металла шва.Единственным фактором, который влияет на свойства ЗТВ, является скоростьохлаждения металла.
Для снижения скорости охлаждения традиционноприменяют предварительный подогрев кромок до 150…350 оС. Длительностьполиморфного превращения можно также увеличить, подогревая шов позадисварочной ванны источником теплоты небольшой мощности. Поэтому быловыполнено моделирование процесса двухдуговой сварки с предварительнымподогревом кромок до температуры 250оС и с подогревом металла шва позадисварочной ванны источником теплоты небольшой мощности.Расположение (40 мм от второй дуги) выбрали как середину зоныполиморфных превращений на поверхности шва, а мощность (400 Вт) этогоисточника выбрали так, чтобы его воздействие не вызывало увеличениятемпературы в ЗТВ.Нарис.4.19показанытермическиециклысваркивточках,расположенных на поверхности в середине шва и в ЗТВ.Рис.4.19.
Термические циклы при разных скоростях сварки и расстоянияхмежду дугами: 1,4 – при подогреве кромок до 250 оС, 2,5 – при подогревешва источником теплоты, 3,6 – сварка без подогрева219Результаты расчета структуры и механических свойств металла в ЗТВ придвухдуговой сварки с подогревом на скорости 5 мм/с обобщены в табл. 25.Таблица 25.Результаты анализа влияния дополнительного подогрева свариваемыхкромок на структуру и механические свойства металла ЗТВОсобенностиt85,сваркисБез подогрева4.999.10.908.590.38.67.693.55..8Подогревкромок 250оСПодогрев шва400 оСM%Б%ПФ%Hv,B,T,МПаМПаМПа0486159410607.817.90.531.10465152810188.719.40.8220.70473155210338.4190.771%, % , %KCU,МДж/м2Известно [34, 218], что предварительный и сопутствующий подогрев присварке являются технологическими способами регулирования параметровтермического цикла, а, следовательно, структуры, механических характеристикисвойствсварныхсоединений.Одновременнотакаядополнительнаятермическая обработка изменяет напряженное состояния металла ЗТВ, чтоспособствует не только стабилизации и восстановлению его свойств, но иобеспечивает требуемые служебные свойства сварного соединения [219].Результаты выполненных расчетов наглядно показывают, что дополнительныйподогрев заметно уменьшает количество мартенсита и, соответственноулучшает пластические свойства и ударную вязкость металла в ЗТВ.
Однакодополнительный подогрев кромок или шва различными индукционныминагревателями, специальными многофакельными горелками нежелателен, таккак это усложняет технологию и оборудование.Вместе с тем, при двухдуговой сварке в раздельные ванны первая дугаможет выполнять функцию подогрева кромок перед второй дугой [34, 220].
Этоявляется дополнительным эффектом реализации технологий двухдуговой220сварки, требующим дополнительного изучения.Вэтоймеханическиесвязи,оценилисвойствавлияниесварногорасстояниясоединения.междуБылодугамиустановлено,начтоувеличение расстояния между дугами приводит к увеличению ударной вязкостьметалла в ЗТВ, но снижает её в металле шва.
Это можно объяснить характеромраспределения температур в зоне формирования второй ванны.Результат проведенных исследований представлен на рис. 4.20 в видезависимости ударной вязкости металла шва и ЗТВ от междугового расстояния.Рис. 4.20 Зависимость ударной вязкости от расстояния между дугами придвухдуговой сварке: 1,2 – при скорости сварки 5 мм/с 2,3 – при скорости 10мм/с, 1,3 – металл в ЗТВ, 2,4 – металл шваБылоустановлено,чтооптимальноерасстояниемеждудугами,соответствующее максимальным значениям ударной вязкости в ЗТВ идлительности полиморфного превращения, совпадает с длиной зоны этогопревращения при сварке одной дугой.Типичные термические циклы в ЗТВ, сварочной ванне и шве при221двухдуговой сварке при разном расстоянии между дугами показаны на рис.
4.21.Рис. 4.21. Термические циклы в ЗТВ, сварочной ванне и шве придвухдуговой сварке при разном расстоянии между дугами: 1,2 – наповерхности шва, 3,4-в ЗТВ, 1,3-при расстоянии между дугами 20 мм,2,4 – 40 ммВторая дуга, мощность которой в данном случае существенно меньшемощности первой, не вызывает разогревания металла в ЗТВ свыше 850оС, чтосильно увеличивает длительность t85 в ЗТВ.
В части сечения шва, котораянагревается второй дугой до более высоких температур, полиморфноепревращениепрерывается,соответственноегодлительностьсильноуменьшается. Полученные результаты показывают, что изменение расстояниямежду дугами позволяет регулировать механические свойства в ЗТВ, вчастности повысить ударную вязкость, не прибегая к дополнительномуподогреву кромок и шва, но свойства металла шва при этом изменяются впротивоположную сторону.
Механические свойства сварного шва можнорегулировать изменением химического состава электродной проволоки. Врассмотренном случае оптимальным решением (для обеспечения наилучшихмеханических свойств металла шва и ЗТВ) является сварка двумя дугами нарасстоянии 40 мм при скорости 5 мм/с электродной проволокой Св-08ГСМТ.222Результаты моделирования этого процесса приведены в табл.
26.Таблица 26.Результаты расчета механических свойств металла шва и зонытермического влияния при двухдуговой сварке со скоростью 5 мм/спроволокой Св-08ГСМТ при расстоянии между дугами 40 ммt85,M%Б%сПФ%%Hv,B,T,МПаМПаМПа, % , %KCU,МДж/м2Шов3,869,430,20,40,1358109478411,932,20,76ЗТВ9,186,211,91,80455149710008,920,10,82Полученные результаты показывают, что регулирование механическихсвойств металла сварного шва можно осуществить выбором скорости сварки,подогрева кромок, тепловым воздействием на сварной шов, подбором маркиэлектродной проволоки. При двухдуговой сварке регулирование свойствметалла ЗТВ возможно также путем расположения дуг на таком расстоянии,прикоторомобеспечиваетсянаибольшаядлительностьполиморфногопревращения, обеспечивающая наибольшую ударную вязкость стали 25ХГСА.4.5.
Исследование напряженного состояния шва и зоны термическоговлияния при сварке по узкому зазору высокопрочных сталейПри исследовании напряженного состояния шва и ЗТВ при сваркевысокопрочных сталей по узкому зазору проведен анализ полей остаточныхсварочных напряжений (ОСН) после дуговой сварки пластин толщиной 40мм встык в СО2. Расчет проведен с использованием научно-исследовательскогопрограммного комплекса «Сварка» [145].
Применение данного комплекса,существенноуменьшаетобъемэкспериментальныхисследованийприопределении влияния тепловой мощности дуги при сварке плавящимся223электродом и параметров процесса сварки на напряжения в корпусныхконструкциях специальной техники.Варианты технологии сварки приведены в табл. 27.Таблица 27.Варианты технологии сваркиТехнологияУголСкоростьСварочныйНапряжение,сваркиразделкисварки, м/чток, АВ1Однодуговая6018-2035032-342Двухдуговая604035032-343Двудуговая124035032-34ВариантУгол разделки в 120 при сварке по узкому зазору и расстояние междудугами для двухдуговой сварки выбиралось в соответствии с рекомендациямиработы [221]. Расчет включал два этапа: решение тепловой задачи сопределением распределения температуры и фазового состава материала ирешение деформационной задачи с расчетом временных и остаточныхнапряжений под действием нагрева и охлаждения материала в процессе сварки.4.5.1. Решение тепловой задачиВ процессе решения тепловой задачи моделировали последовательнуюукладку валиков сварного шва с учетом скорости сварки и временныхинтервалов между проходами.
Решение проведено в нелинейной постановке, сучетом зависимости теплофизических свойств основного и присадочногометалла от температуры. Основной металл - высокопрочная сталь марки20ХГСНМ, обработанная на высокую твердость. Сварка производиласьнизколегированной сварочной проволокой OK Autrod 13.31. Ее химическийсостав приведен в табл. 16.Исходные теплофизические свойства сталей во многом определяют224последующие свойства сварного соединения.
При проведении исследованийтеплофизическиесвойстваисходныхматериаловопределялисьпоиххимическому составу в виде функций от температуры, а также интерваловфазовых превращений по регрессионным моделям [138, 139].Теплофизическиесвойства, принятые в расчете, приведены на рис. 4. 22…4.25.Рис. 4.22. Зависимость удельной теплоемкости от температурыРис.
4.23. Зависимость удельной теплопроводности от температуры225Рис. 4.24. Зависимость плотности от температурыПри моделировании учитывалась также нелинейная зависимость оттемпературы коэффициента теплоотдачи с поверхности сварного соединения (втом числе, с поверхности сварочной ванны) вследствие излучения иконвективного теплообмена с окружающей средой, рис.
4.25.Рис. 4.25. Зависимости коэффициента теплоотдачи от температуры226Для сокращения вычислительных затрат была применена модельмгновенной укладки валиков шва на всю длину [222]. Значения параметровсварки соответствовали табл. 18.На рис. 4.26 представлены результаты моделирования - распределениятемпературы в процессе сварки для трех вариантов технологии (табл. 27).а)б)в)Рис. 4.26. Распределение температур в поперечном сечении сварногосоединения в процессе выполнения сварки по технологиям: а –однодуговой сварки в разделку с углом 60º; б – двухдуговой сварки вразделку с углом 60º; в – двухдуговой сварки в разделку с углом 12ºСопоставление вариантов показывает, что двухдуговая сварка позволяетобеспечитьнеобходимоепроплавлениеприсущественномсокращениитеплового воздействия на ЗТВ, так как узкая (щелевая) разделка обеспечиваетдополнительное уменьшение количества вводимого тепла. Это приводит кснижению затрат и одновременно к повышению качества сварного соединения.2274.5.2.
Решение деформационной задачиРешение проведено по неизотермической теории упруго-пластическоготечения в нелинейной постановке, с учетом зависимости механических свойствосновного и присадочного металла от температуры. Механические свойстваосновного металла при нормальной температуре приведены в табл. 18.При моделировании свойств материала учитывали его фазовый состав,определенный в процессе решения тепловой задачи. Механические свойствафазовых компонентов (аустенита, перлита и бейнита) приведены на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
