Введение к работе
Актуальность работы. Всемерное повышение технического уровня и качества продукции является одной из насущных задач нашей страны, стояще!! на пороге рыночных отношений.
Технико-экономпческии уровень и качество сварной конструкции во многом определяется.работоспособностью СЕарного соединения, которое ввиду несоответствия практически всех его характеристик осовному материалу,существенно снижает общую несущую способность изделия,его коррозионную стойкость,сопротивляемость ударным нагрузкам,устойчивость и др. показатели". Существующие способы повышения работоспособности сварные соединений имеют, как правило,узкую направленность и поэтому не приводят к комплексному улучшению свойств сварных соединений,что особеїшо ваяно при эксплуатации конструкций огеєтсгеєнного назначения,работающих в слоянкх условиях,когда восстановление одного-двух показа-' телей не гарантирует работоспособности изделия вцелом. Кроне того , больший. ;ео из этих способов применяются после сварки и требуют для своей реализации дополнительных площадей,удлинения технологического процесса,что ведет к повышению себестоимости изделия.
Зое это свидетельствует о том,что проблема повішення работоспособности СЕарных соединений весьма актуальна. Не случайно в постановлениях ГКНТи АН СССР, а такке в "Сводных планах"коор -динацпонного совета по сЕарочноіі науке и технике эта проблема выделена в самостоятельный раздел, а число посвященных ей иссле-. '.до ваші ft и публикации резко возросло.
Большой вклад в решение это.'; проблемы внесли работы: Г.А.Николаева, С.А.Куркина, В.А.Винокурова, В.Л.Сагалевича, А.Г.Григорьянца, О.И.СтеклоЕа, Н.Н.Прохорова, О.А.Башн.Б.А.Повчана, Ґ.Д.НккифороЕа, А.И,Макары , и др. крупных ученых-сварщиков. Так.предлояенкые в 60-х годах С.А.йуркнпым способы холодной, а затем и горячей прокатки послужили е дальнейшем осноеой для создания эффективного деформационно-технологического направления, осуществляющего своё воздействие на СЕарное соединение непосредственно е процессе сварки.
Однако,для становления этого направления потребовался качественно новый уровень исследовании,разработка новых подходов "к-решению сложных научно-технических проблем. Среди них: выяснение механизма течения иегалла в очаге деформации при костном
деформировании,влияние на этот.процесе неравномерности коэффициента трения,поля собственных: сварочных и дополнительных тех- : дологических напряжений; расчет температурных полей при сварке с наличием принудительных стоков теплоты в различных.темпера- -турных диапазонах; выработка критериев качественного формирования сварного соединения при деформационном воздействии на металл в процессе огарки; выяснение влияния параметров режима обработок на ряд Еаннейших свойств ъварных соединений: статическую, усталостную прочность,коррозионную стойкость,пластичность, напряженное состояние,деформируемость и др. Это в первую очередь относится к тонкостенным СЕарным конструкциям я з At и Ті сшшеов и аустенитной стали І2ПВШОГ, широко использующихся при изготовления изделий,работающих в сложных условиях.
В реферируемой диссертационной работе эти Еажные задачи решены с позиций современных достижений теорий формоизменения материала,тепловых процессов,сварочных напряжений и деформаций, а такие других сиешых отраслей науки и техники.
Цель, и основные задачи исследования. Цель» настоящей работы являются радикальное повышение работоспособности сварных тонкостенных конструкций ответственного назначения из А ,и ТІ - сплавов is аустенитной стали. Для её достижения решены следующие основные задачи:
анализ эффективности существующих путей повышения работоспособности сварных тонкостенных конструкций и разработка на его основе классификации способов ыестного пластического деформирования,*
установление законоыерностей формоизменения очага деформации при местное нагружении металла шва;
выработка критериев совмещенных процессов сварки и прокатки в различных температурных зонах,ответственных за улучшение свойств оварннх соединений;
создание математических моделей тепловых и деформационных процеосов с определением осноенык технологических параметров деформарлваяия; -
разработка руководящих материалов и .конструкторско-тех-нологической документации по использованипчдеформационных методов в промниденности;
выявление области приманеная деформационно-технологических методов;
внедрение деформационно-технологических методов при
г,
производстве СЕарных тонкостенных конструкций.
Методы исследования. Поставленные задачи решены сочетанием анализа и синтеза экспериментальных и теоретических методов исследования. Экспериментальные^исследования по определению перемещений,остаточных напряжений проведены с использованием известных и оригинальных методик дискретной и непрерывной записидеформационного сигнала на образцах,сваренных по существующей технологии,а также на образцах,прокатанных в различных режимах. Влияние обработок на структуру сварных соединений их свойства определяли с применением современных методов металловедения,в гоы числе, рентгеноструктурного анализа (УРС-60 , камера РКГ-ІІ4), электрокномикроскопичэскне исследования (микроскоп BS-242 "Testa"). Механические испытания нас ударную вязкость,коррозионную стойкость и др. выполняли с помощью стандартных и специальных методик.
Теоретические исследования базировались на полоненнях теорий сварочных деформаций- и напрянений,тепловых процессов,релаксации и ползучести,металловедения и др. отраслей науки. Разработка и анализ физико-математических моделей совмещенных процессов СЕарки и прокатки выполнены с помощью ЭВМ, .
" Нау.чная новизна. Б работе выполнено теоретическое обобщение и решена крупная научно-техническая проблема, заключающаяся в установлении взаимосвязи деформационного воздействия на металл шва в процессе сварки с характеристиками сварного соединения,имеющая важное народнохозяйственное значение для повышения работоспособности сварных тонкостенных конструкций из кі , ТІ - сплавов л аустенптной стали.
Обнаруженные взаимосвязи' базируются на следующих основных результатах работы:
I. Теоретически установлена направленность течения металла в очага деформации в зависимости от его геометрических раз-ыеров,шероховатости контактных поверхностей,сопротивления внешних зон,уровня и знака напряжений в зоне прокатки.
' 2. Экспериментально определены условия получения сварных соединений,близких по своим показателям основному материалу (пределу прочности,углу загиба,ударной вязкости,пластичности, напряженно-деформированному, состоянию и др.), при прокатке металла шва в процесса сварки в различных температурных диапазонах;
3. Изучено влияние параметров деформирования (степени де-
&
формации,температуры дешор.мироЕания, диаметра ролика) при совмещенной процессе сварю-; е прокатки на нормирование первичной, вюричной структури п несущую способность СЕарного соединения;
4. Получено с учете;.: принудительных стоков теплоты в подк
ладку п ролик решение диТйеренщіального уравнения теплопровод
ности .позволяющее регулировать термичеспій иккл сварки;
5, Созданы математические модели определения основных
параметров деформирования,учитывающие исходное состояние мате
риала перед прокатной,температурно-скоростнне условия деформи
рования, влияние внешних зон и распределение остаточных напряже
ний.
Поло кения, выносимые на защиту,
1. Модель течения металла при холодной прокатке шва узкими
роликами,построенная на основе равенства работ на заданних пе -
ремещениях от вертикальных сил работе горизонтальных сил,прило
женных к границам очага деформации , при наличии сил трения
и внешних зон. При этом горизонтальные силы, вызванные действием сварочные,технологических напряжений,кривизной ролика и сопротивлением внешних зон, представлены в математической модели кап доли горизонтальных сил,эквивалентных по сеоєіі работе вертикальной силе скатия.
2. Условия качественного формирования сварного соединения
при местном деформировании в процессе автоматической сварки в
защитим: газах,заключающиеся н следующем:
при прокатке в интервале Тл-Тс кристаллизация хеостовой части сварочной ванны должна протекать только под давлением при обхягьи усиления шЕа заподлицо с основним материалом со степенями деформация,преньшашзиш 10+12#. Такие условия слособствует образованию однородно}': мелкозернистой структуры с равномерной пластхческой де$opueiraefi по всему сечению шва и обеспечивают снижение остаточных перемещений более чем на 70 и существенно уменьзеют пористость;
при горячек прокатке с целью получения дисперсной структуры по всепу сечению должен задаваться температурный рекшл и степень деформации;
при холодной прокатка шредедяылей является степень де-іГ-ормагли,которая находится из равенства объема пластических дв-« 3. Мвханвгм"'усиления воздействия на околошовнуга .зону прп > в том,что образующиеся при осадке металла 'под первым роликом .1 продольные пластические деформации из-за высокой жесткости обоймы не реализуются. Это приводят к возникновению на участке меиду роликами продольных сжимающих напряжений, которые еызыез-ют перераспределение части продольных деформаций в поперечные как в зоне первого.так и второго роликов. 4. Ноеый подход : к определении температурных полей в про прокатки в сварочньй стол. Затем с учетом различного характера стоков теплоты,рассчитывается уточненное температурное поле. Определяется новая координата установки прокатного ролика и производится сравнение её значения созначением,найденнкм на предыдущем этапе. Если полученная величина меньше или равна заданной точности расчета, то уточненное температурное поле соответствует температурному полю при совмещенном процессе сварки и прокатки. 5. Математическая модель определения усилия деформиро Практическая ценность. Теоретические основы деформационного воздействия на сварное соединение в процессе сварки,разработанная классификация способов местного деформирования использованы при создании новых технологических процессов по выполнению дуговой сварки. Внедрение комбинированной прокатки при производстве постовых секций из алюминиевого сплава (Омский завод подъемных шаин), высокотемпературной про- катки при сварке гибкой муфты паросиловой установки из титанового сплава (Калуаский турбинный заЕОд) и др. свидетельствуют о высоких показателях обработок: существенно увеличивается срок эксплуатации изделий; уменьшается трудоемкость сборочно-свароч-ных операций; сокращается длительность производственного цикла. Новизна технологий и их эффективность подтверждена 4 авторскими свидетельствами на способы дуговой сварки. Произведена оценка области применения деформационно-технологического направления по повышению работоспособности СЕарных соединении для широкого ряда конструкционных материалов. Созданы математические модели формоизменения материала е очаге деформации,определения тепловых процессов,основных параметров деформирования,позволяющие не только управлять степенью ЕОздейстЕия на сварное соединение, но и использовать полученные зависимости для других технологических операций (точение, осадка,волочение, плакирование и др.). Для реализации деформационных методов разработаны и внедрены в производство,учебный процесс руководящие материалы,конст-рукторско-технологаческая документация,специализированное оборудование и оснастка с общим экономическим эюоектом сешіє девятисот тысяч рублей. Апробация работы. Результаты работы доложены и обсу;;щены на III Всесоюзном симпозиуме АН СССР по технологическим остаточным напряжениям (1983 г.), на 33 мекдународ- ном научном симпозиуме в Жтепаи (1988 г.),на 26 чтениях по проблемам космического производства (1991 г.), на ряде Всесоюзных, Республиканских,Региональных и ведомственных НТК«(1973--91 г.г.),а также на научных семинарах кафедр сварки ЫПУ им.Н.Э.Баумана (1990 г.), KS І.ИТУ им.Н.Э.Баумана (1987,1990 г.). Публикации . По результатам работы автором опубликован й 52 печатные работы,получены 4 авторских свидетельвтва на изобретения. Объем работы. Диссертационная работа состоит из шести глав (без введения),изложенных на 209страницах машинописного текста, вюпиаег 2 приложения, /і' таблиц , к>б РИ-сункев, выводы и список литературы из 230 наименований.
выполнении комбинированной прокатка шва в обойме,заключаюцийся
цессе сЕаркн для высокотемпературной зоны при наличии стоков
теплоты состоящий в row,что задача разбивается, на несколько эта
пов. Первоначально,с использованием классического реиения о
распрєделеіши температуры от подвижного сварочного источника
тепла,находится начальное температурное поле,которое является
исходным для расчета уточненных температур по даЮеренщіально-
ну уравнению теплопроводности. По результатам -его решения опре
деляется координата прокатного ролика. На втором этапе началь
ное температурное поле находится путем сложения температурного
поля от источника и стока теплоты в ролик и подкладку с учетом
повшенноп теплоотдачи от свариваемого металла на ширине зоны _
вания, заключавдаяся в том,что задача по прокатке металла шва уз
кими роликами сеодится к задаче' по прокатке полосы,но с учетом
влияния внешних зон,поля сварочных напряжений,тешературно-скс—
росткых факторов и способа осуществления местной деформации.Похожие диссертации на Деформационно-технологические основы воздействия на металл шва в процессе сварки
