Введение к работе
Актуальность темы. Обобщение и анализ причин хрупких и усталостных разрушений сварных конструкций при низких температурах показало, что в большинстве случаев очагом разрушения являются технологические трещины.
На основе многочисленных исследований процесса образования холодных трещин (XT) при низких температурах, проведенных Б. С. Касаткиным, В. П. Ларионовым, А. М. Макарой, Э. Л. Макаровым, В. _Ф. Мусияченко, О. И. Слепцовым и др. выявлено, что на понижение технологической прочности низколегированных сталей при сварке преимущественно влияет водородный фактор. Таким образом, снижение содержания водорода и ускорение его десорбции с помощью технологических мероприятий позволяет избежать образования холодных трещин в сварных соединениях. Поэтому изучение закономерности диффузионного перераспределения водорода в сварных соединениях во время и после сварки, а также влияния на этот процесс технологических мероприятий является актуальным.
Сложность экспериментального слежения за кинетикой перераспределения водорода в сварных соединениях обуславливает необходимость использования методов математического моделирования процесса диффузии водорода. При этом важно выбрать математическую модель, адекватно описывающую процесс диффузии водорода, использование которой позволит выбрать наиболее рациональную технологию сварки. Работа выполнялась в рамках НИР 1.11.5.3. и 1.11.5.2
Цель работы. Изучение перераспределения водорода в сварном соединении в зависимости от технологических факторов, геометрии разделки кромок шва, накопленных пластических деформаций в ОШЗ, структуры металла шва и температуры среды, и на основании этого разработка алгоритма выбора рациональной технологии сварки металлоконструкций, эксплуатируемых в условиях Севера.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
- изучено влияние технологических факторов, типа металла шва, накопленных пластических деформаций в ОШЗ, температуры подогрева и воздуха на кинетику диффузии водорода в сварном соединении;
- разработан экспресс - метод определения уровня водорода в шве и его
критического содержания в сварном соединении;
-разработан алгоритм выбора рациональной , технологии сварки низколегированных сталей при низких температурах среды и сделана его программная реализация.
- редложены технологические рекомендации по сварке металлоконструкций
из низколегированных сталей в условиях Севера.
Научная новизна. ( В результате применения математических методов моделирования диффузии водорода развиты представления о перераспределении водорода в сварных соединениях и влиянии на него технологических факторов, геометрии разделки кромок !шва, накопленных пластических деформаций в околошовной зоне (ОШЗ), типа металла шва и температуры среды.
Установлено, что в зон термического влияния (ЗТВ) сварного соединения с понижением температуры воздуха до -30С максимум концентрации водорода увеличивается на 30% по сравнению с максимумом содержания водорода при комнатной температуре.
Выявлено, что в корне сварного соединения, где происходят интенсивные пластические деформации, концентрация водорода может в 5-6 раз превышать его начальное значение.
Показано, что сварка комбинированием аустенитных и мартенситных (А+М) материалов предпочтительнее сварки комбинированием аустенитных и перлитных (А+П) материалов или однородными материалами, поскольку первая позволяет более чем в 3 раза сократить длительность сохранения повышенной концентрации водорода в ОШЗ сварного соединения при отрицательных температурах воздуха.
Установлено, что при сварке в условиях низких температур наиболее приемлем послесварочный нагрев ло 200С в течение одного часа, что позволяет значительно сократить, например, для трубных сталей ( в 50 раз ) время сохранения повышенного содержания водорода в сварном соединении.
Предложены формулы для расчета критического содержания водорода в ОШЗ и начальной критической концентрации в шве низколегированных сталей в зависимости от химического состава стали и толщины изделия.
з Достоверность полученных результатов обеспечивается применением
апробированных математических моделей, удовлетворительным согласованием с
экспериментальными результатами.
Практическая ценность. Созданные программные средства использованы в разработке технологии сварки трубных сталей и технологических рекомендаций по ремонтной сварке несущих узлов рам автосамосвалов М-200 в условиях Севера, что позволило избежать образования холодных трещин в сварных соединениях и значительно повысить продолжительность работы рам после их ремонта. Результаты исследований в виде " Инструкции по ремонту сваркой несущих узлов рамы автосамосвала М-200" внедрены в автобазе технологического автотранспорта Нерюнгринского угольного разреза ПО "Якутуголь".
Апробация работы. Основные результаты диссертационой работы докладывались на V международной школе по математическим методам в сварке (1988г., г.Киев), на Международных конференциях "Сварные конструкции" ( 1993г., г.Эссен, 1995 г.,г.Киев).
Публикации. Основное содержание и результаты диссертационной работы изложены в 8 публикациях, 4-х технических отчетах по НИР и в документе МИС.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (120 наименований) и приложения. Изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 17 рисунков, 6 таблиц и приложения.