Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

2. Нагрев конструкции моделируется наложением однородного температурного поля, соответствующего температуре сварки, на все тело модели. Кроме уже имеющегося ограничения, для второй схемы сварки устанавливается перемещение наружной поверхности охватывающей детали равным нулю. [5]

3. На этапе выдержки соединения при температуре сварки определяется поле напряжений и деформаций с учетом установившейся ползучести материалов деталей. В рассматриваемой задаче для оценки напряжений ползучести целесообразно использовать теорию старения, как наиболее простой из законов, который не требует большого количества данных по константам материалов при достаточно высокой температуре сварки:

где - одноосные эквивалентные скорости деформации ползучести; A, n и m – константы материала при определенной температуре; - одноосный эквивалентный девиатор напряжений; t – время. [5]

4. Охлаждение конструкции до нормальной температуры моделируется наложением однородного температурного поля с температурой 293 К. В модели, составленной по первой схеме сварки перемещение внутренней поверхности охватываемой детали принимается равным нулю. Взаимодействие на контактных свариваемых поверхностях – жесткое сцепление слоев. [5]

5. Моделирование эксплуатационных условий биметаллического переходника выполняется приложением на его внутренней поверхности давления с требуемым значением и температурного поля, соответствующего температуре рабочей среды. [5]

В разработанной математической модели диффузионной сварки соединений по охватываемым поверхностям расчет выполняется в упругопластической постановке с характеристиками материалов, зависящими от температуры. Данная математическая модель использовалась для определения остаточных напряжений на каждом этапе диффузионной сварки биметаллического соединения из титанового сплава ВТ6 и нержавеющей стали 12Х18Н10Т. В дальнейшем из полученных биметаллических заготовок изготавливаются биметаллические переходники для соединения трубопровода из нержавеющей стали 12Х18Н10Т с шаробаллоном из титанового сплава ВТ6С. Рабочая среда внутри трубопровода и переходника имеет пониженную температуру, следовательно, для осуществления процесса диффузионной сварки по охватываемым поверхностям необходима вторая конструктивная схема с внешней обоймой. При этом охватываемая деталь должна изготавливаться из титанового сплава ВТ6, как материала с меньшим КТР, а охватывающая – из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. [5]

Проведенные расчеты показали, что после этапа запрессовки усилием 5 МПа напряжения на контактных поверхностях не превышают предела текучести обоих материалов (рис. 6), что обеспечит формирование физического контакта за счет микропластической деформации без значительного деформирования деталей в объеме. Дальнейшие результаты данного исследования показаны на рис 6-9. [5]

Рис. 6. Напряжения в биметаллическом соединении ВТ6-12Х18Н10Т после запрессовки: а – радиальные напряжения, МПа; б – напряжения Мизеса, МПа

Рис. 7. Напряжения в биметаллическом соединении ВТ6-12Х18Н10Т после нагревания: а – радиальные напряжения, МПа; б – напряжения Мизеса, МПа

Рис. 8. Напряжения в биметаллическом соединении ВТ6-12Х18Н10Т после выдержки 10 мин: а – радиальные напряжения, МПа; б – напряжения Мизеса, МПа

Рис. 9. Напряжения в биметаллическом соединении ВТ6-12Х18Н10Т после охлаждения до нормальной температуры: а – радиальные напряжения, МПа; б – напряжения Мизеса, МПа; в – касательные напряжения, МПа

Сварка гусеничных траков

Трак является базовым элементом ходовой части гусеничной машины и изготавливается из стали марки 20ХГНМ (сталь конструкционная легированная), применяемой для ответственных деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, вязкости и износостойкости, а также для деталей, подвергающихся высоким вибрационным и динамическим нагрузкам . Механические свойства приведены в таблице 1.

Таблица 1. Механические свойства основного металла.

При сварке происходит изменение формы и размеров свариваемых деталей в результате их неравномерного расширения при нагреве . Перекос гребня относительно подошвы может привести к повышенному износу поверхности контакта гребня и направляющих и привести к преждевременному выходу трака из строя. Поэтому требованиями конструкторской документации задаются требования к положению гребня относительно подошвы. Допуск перпендикулярности расположения гребня относительно подошвы составляет 1,5 мм (см рис. 10). [7]

Рис. 10. Требования к положению гребня (1) относительно подошвы (2)

Данное исследование проводилось в ПК СВАРКА, разработанном на кафедре МТ-7 МГТУ им Баумана. Моделирование начинается с построения конечно-элементной модели исследуемого объекта (рис. 11). [7]

Рис. 11. Объемная модель исследуемого объекта

При моделировании процесса сварки использована схема подвижного нормальнокругового распределенного источника тепла, которая позволила получить модель, наиболее приближенную к реальному процессу.

Параметры режима сварки при моделировании:

1.Сварочный ток I_св = 280 А;

2. Напряжение на дуге U_д = 26 В;

3. Скорость сварки v_св = 20 м/ч;

4. КПД процесса η = 0,8

В процессе исследования рассматривалось 3 способа укладки швов (рис. 12):

∙ начало сварки вдоль длинной стороны и обварка по контуру;

∙ начало сварки вдоль короткой стороны и обварка по контуру;

∙ сначала сварка коротких участков, затем длинных.

Рис. 12. Схема укладки швов при моделировании.

По результатам расчета была получена термодеформационная картина в изделии в процессе сварки (рис. 13).

Рис. 13. Распределение температур при сварке

В качестве критерия оценки двух способов укладки швов выбраны остаточные перемещения вершины гребня вдоль оси ОХ (рис. 14).

Рис. 14. Узел для исследования перемещений

При сварке по первому варианту остаточное перемещение вершины гребня вдоль оси ОХ достигло максимального значения и составило 1,72 мм, что превышает допустимое конструкторской документацией значение 1,5 мм. При сварке по второму варианту перемещение составило 0,609 мм и находится в поле допуска. При сварке по третьему варианту было получено минимальное значение перемещения гребня 0,311 мм. [7]

Моделирование процесса формирования состава наплавленного металла

Математическая модель процесса сварки покрытыми электродами необходима для описания всех процессов, протекающих в зоне сварки с момента зажигания дуги и до окончания работ. Для её создания необходимо учесть следующие физические процессы, протекающие в зоне сварки:

- нагрев электрода проходящим током и теплотой дуги; - плавление основного металла; - плавление электрода;

- химическое взаимодействие компонентов; - перенос электродного металла в сварочную ванну;

- перемешивание основного и электродного металлов; - кристаллизация метала шва.

Все вышеизложенное можно представить на рисунке 15: электрод является поставщиком металлических капель, которые формируют наплавленный металл. Капли формируются из стержня, металлической части покрытия и металла, восстановленного из шлака. Весь этот металл переходит в сварочную ванну, смешивается с основным металлом и после кристаллизации образует сварной шов. На основании имеющихся в настоящий момент данных можно предложить следующую схему физико-химических процессов, протекающих при ручной дуговой сварке покрытыми электродами. [8]

Дуга прямого действия горит между электродом и основным металлом. При этом конец покрытого электрода нагревается до температуры порядка 2100-2300 °С. Нагрев до таких температур происходит за счет теплоты сварочной дуги, а также теплоты, выделяющейся в самом электроде при прохождении через него сварочного тока. Теплотой дуги расплавляются стержень электрода, покрытие электрода и основной металл. Покрытие представляет собой смесь различных минералов, органических веществ и металлических добавок в дисперсном состоянии, сцементированных жидким стеклом или другими связующими. Плавление покрытия, так же как и электродного стержня, происходит за счет теплоты дуги, теплоты химических реакций, протекающих при плавлении покрытия, и теплоты, выделяемой током при прохождении по стержню электрода Следует отметить, что покрытие плавится медленнее, чем стержень, поэтому на торце электрода возникает втулочка из покрытия. Процесс плавления электрода можно разделить на три стадии, различающиеся по температурным, геометрическим, гидродинамическим и физикохимическим характеристикам. [8]

Первая стадия – это нагрев и плавление электрода.

Вторая стадия – это перенос капель от электрода в ванну (стадия капли)

Третья стадия – стадия формирования ванны.

Эти взаимодействия показаны на рисунке 15 стрелками.

Для доработки математической модели процесса сварки опишем балансовыми уравнениями, учитывающими переход всех элементов в металлическую и шлаковую ванны, их исчезновение (выгорание, окисление) и прирост (восстановление). [8]

На основании описанного выше представления о процессе при выводе уравнения модели был принят ряд допущений и упрощений:

- примем, что для данного типа сварочных материалов суммарный эффект всех реакций с участием данного элемента на всех стадиях можно оценить усредненным коэффициентом перехода , сохраняющим постоянное значение в определенном диапазоне применяемого вида и состава шихты; [8]

- корректировка массы вещества на количество испарившегося металла отдельно от других потерь не производится, т.к. это более усложнит расчет, чем приведет к значительному повышению его точности;

- будем считать, что в модели учтены потери на разбрызгивание и испарение.

Исходя из физической картины процесса, создание математической модели делится на 2 этапа:

1 – формирование состава наплавленного металла, что позволит оценить адекватность математической модели по известным литературным данным;

2 – формирование состава сварного шва.

Рис. 15. Физическая модель сварки покрытыми электродами

При плавлении электрода протекают следующие процессы в дуговом промежутке:

- плавление стержня электрода и формирование капель металла; - плавление металлической части покрытия электрода и формирование капель металла;

- плавление неметаллической части покрытия электрода и формирование капель шлака;

- удаление газообразных компонентов из зоны сварки;

Характеристики

Список файлов реферата