РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МНОГОПРОХОДНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ
Аннотация
В статье рассматриваются подходы к созданию модели прогнозирования микроструктуры металла и механических свойств сварного соединения при многопроходной сварке. Основной составляющей этой модели является математический расчет термодинамических циклов проходов сварки для конкретной точки сварного шва и зоны термического влияния. На основе физических процессов, сопровождающих сварку, разработана математическая модель многопроходной дуговой сварки с учетом фазовых переходов при плавлении, затвердевании и испарении металла. Введение в разработанную модель функции состояния металла(доля металла в твердом состоянии) позволила учесть выделение и поглощение скрытой теплоты фазового перехода при плавлении и затвердевании в источниковом члене уравнения теплопроводности. Разработанная квазистационарная модель позволяет установить влияние режима сварки, последовательности укладки сварочных валиков, формы и размеров изделия и условий подогрева на термический цикл, от которого зависят структура и свойства основного металла в зоне термического влияния. Кроме того, решение уравнения теплопроводности в данной форме позволяет легко переходить от температурных зависимостей по координате к зависимостям по времени. Разработанная математическая модель применена к расчету термических циклов при многопроходной сварке листового материала малоуглеродистой низколегированной стали толщиной 20 мм с V-образной разделкой кромок стыка. Результаты расчета позволили определить поперечную форму сварного соединения и положение основных температурных линий в зоне шва и зоны термического влияния. Определены основные количественные параметры термических циклов при многопроходной сварке, такие как максимальные температуры, время пребывания и скорости нагрева и охлаждения металла шва и зоны термического влияния в интервалах температур превращения аустенита. При многопроходной сварке каждая точка шва и зоны термического влияния проходит большое количество разных термических циклов. Такие повторные термические циклы воздействуют на металл ранее выполненных проходов шва и зоны термического влияния. В результате сварное соединение представляет собой агрегат слоев с неоднородной структурой и механическими свойствами. На основании рассчитанных термических циклов прогнозируется микроструктура зоны шва и зоны термического влияния.
Ключевые слова
математическая модель, многопроходная сварка, термический цикл, зона термического влияния, микроструктура
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Березовский Б. М. Математические модели дуговой сварки: монография / Б. М. Березовский. - Челябинск: Изд-во «Челябинский ЦНТИ», 2006. - Т. 4. Основы тепловых процессов в свариваемых изделиях. - 547 с.
Березовский Б. М. Математические модели дуговой сварки: монография / Б. М. Березовский. - Челябинск: Изд-во «Челябинский ЦНТИ», 2008. - Т. 5. Температурные поля свариваемых изделий и термические циклы сварных соединений. - 656 с.
Кархин В. А. Тепловые процессы при сварке: монография / В. А. Кархин. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2013. - 646 с.
Ерофеев В. А. Физико-математическая модель процесса многопроходной дуговой сварки / В. А. Ерофеев, А. В. Масленников // Известия ТулГУ. Сер. Компьютерные технологии в соединении материалов. - 2005. - № 3. - С. 246-255.
Собко С. А. Моделирование тепловых процессов при аргонодуговой сварке / С. А. Собко, И. С. Гареев, М. С. Писарев, Е. В. Брунеткина // Сварочное производство. - 2013. - № 4. - С. 6-10.
Rao R. V. Multi-pass turning process parameter optimization using teaching-learning-based optimization algorithm / R. V. Rao, V. D. Kalyankar // Scientia Iranica. - 2013. - Vol. 20. - Is. 3. - Pp. 967-974. DOI: 10.1016/j.scient.2013.01.002.
Кривцун И. В. Численный анализ процессов нагрева и конвективного испарения металла при обработке излучением импульсного лазера / И. В. Кривцун, И. Л. Семенов, В. Ф. Демченко // Автоматическая сварка. - 2010. - № 1. - С. 5-10.
Донченко Б. А. Расчет термодинамических циклов точек при автоматической сварке и наплавке с учетом особенностей плавления основного металла / Б. А. Донченко // Сварочное производство. - 2011. - № 9. - С. 3-9.
Донченко Б. А. Особенности расчета максимальных температур при автоматической сварке и наплавке / Б. А. Донченко // Сварочное производство. - 2011. - № 2. - С. 3-7.
Karkhin V. A. Prediction of microstructure and mechanical properties of weld metal with consideration for real geometry / V. A. Karkhin, P. N. Khomich, V. G. Michailov // Proceedings of Joint International Conference “Computer Technology in Welding and Manufacturing and Information Technologies in Welding and Related Processes”. - Kiev, 2006. - Pp. 162-166.
Касаткин О. Г. Расчетная оценка ударной вязкости низколегированного металла шва / О. Г. Касаткин // Автоматическая сварка. - 2005. - № 1. - С. 57-58.
Krasovskyy A. On the residual stresses in multi-pass welds: coupling of welding simulation and fatigue analysis / A. Krasovskyy, S. Sonnichsen, D. Bachmann // Procedia Engineering. - 2011. - Vol. 10. - Pp. 506-511. DOI: 10.1016/j.proeng.2011.04.085.
Об авторах
Макарчук Александра Васильевна - кандидат технических наук
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»Макарчук Наталия Васильевна - кандидат технических наук
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова»Старцев Василий Николаевич - кандидат технических наук
ГНЦ ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» НИЦ «Курчатовский институт»
