Введение к работе
Актуальность работы. Среди работ прочностного направления в области сварки основное внимание уделяется вопросам уточнения расчета прочностных характеристик сварных соединений (СС), а так же вопросам обеспечения их требуемого уровня. Исследованиям пластических характеристик уделяется весьма мало внимания. Между тем, именно способность СС к существенным пластическим деформациям (ГЩ) предотвращает хрупкие разрушения сварных конструкций. Гарантированная пластичность заданного уровня требуется от СС, подвергаемых последующей" штамповке, вальцовке, например, при изготовлении днищ сосудов давления. Особенно остро стоят вопросы пластичности СС при новом, находящем сейчас все более широкое распространение, процессе изготовления шаровых сосудов, их гидроформовке. Исследованиям работоспособности СС из стали 12Х18Н10Т при этом процессе посвящена предлагаемая работа, хотя ее теоретические результаты и. разработанные методы могут быть использованы и во всех других случаях, когда необходимо гарантировать заданную пластичность СС при больших ГЩ в вершинах возможных дефектов.
Целью работы является разработка методов анализа деформируемости СС, работающих в условиях двухосного растяжения при больших ГЩ.
В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
- исследовать механические характеристики СС из стали 12Х18Н10Т,
полученных различными способами сварки;
разработать и изготовить установку для экспериментального моделирования двухосного растяжения СС;
экспериментально исследовать закономерности деформирования СС в условиях двухосного растяжения и определить граничные условия (ГУ) для математического моделирования (ММ) на ЭВМ;
- разработать алгоритмы и программы, позволяющие осуществить ММ деформирования СС при их двухосном растяжении;
исследовать влияние на деформируемость и прочность СС основных факторов; величины усиления, конфигурации дефекта в корне шва и механическую неоднородность металла шва (МШ), зоны термического влияния (ЗТВ) и основного металла (ОМ);
- численно, при помощи метода конечных элементов (МКЭ), исследовать напряженно-деформированное состояние (НДС) замыкающего кольцевого шва в случае гидроформовки шарового сосуда (ГФШС);
- разработать расчетные зависимости, основанные на критериальной оценке НДС по критическим деформациям, позволяющие прогнозировать деформационную способность СС.
Научная новизна. Выявлены основные закономерности деформирования СС аустенитной стали 12Х18Н10Т, в зависимости от: геометрических размеров шва, неоднородности механических свойств МШ, ЗТВ и ОМ; размеров и плотности распределения неметаллических включений (НВ) в МШ, в условиях двухосного растяжения при больших ПД.
Установлено оптимальное соотношение механических свойств МШ и ОМ при деформировании СС с дефектами в корне шва. Выведены зависимости, позволяющие определять деформационную способность и прочность СС при больших ПД в условиях двухосного растяжения. Разработаны алгоритмы и программы, позволяющие быстро и с высокой точностью, МКЭ, в условиях больших градиентов напряжений и деформаций в аппроксимируемой конечными элементами (КЗ) области, определять НДС СС, работающих в условиях двухосного растяжения при больших ПД.
Практическая ценность работы. На основании полученных зависимостей разработана расчетная методика, позволяющая прогнозировать деформационную способность СС, работающих при больших ПД. Определены условия при которых возможно достижение максимальной прочности и деформационной способности СС из аустенитной стали 12Х18Н10Т, работающих в условиях двухосного растяжения.
Установлено, что прочность и деформационная способность СС, имеющего дефект в виде непровара или несплавления, можно существенно повысить, используя сварочную проволоку, при сварке которой полученный МШ, в процессе пластического деформирования, упрочняется интенсивнее, чем ОМ .
Выявлено, что увеличение высоты усиления с 0.1 толщины до 0.4 толщины, при всех прочих равных условиях, отрицательно сказывается на деформационной способности СС, уменьшая ее на 15-30%.
В результате проведеннного теоретического анализа установлено, что степень влияния размеров и плотности распределения НВ на показатели прочности и деформационной способности СС из аустенитных
сталей может составлять, при всех прочих равных условиях, 10-15% от общего вклада всех неблагоприятных факторов.
Определены относительные величины максимально допустимых размеров дефектов (непровар, несплавление) в корне замыкающего кольцевого шва ГФШС, при условии выполнения требований по величине усиления и отношению механических свойств МШ и ОМ.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-практической конференции "Достижения инженеров и ученых Ленинграда в области сварочного производства за 1990 г." (21-23.05.90, ЛДНТП, Ленинград); на семинаре кафедры "Оборудование и технология сварочного производства" СПГТУ.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в трех публикациях.
Об'єм и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, приложения и содержит 170 страниц, в том числе 10 таблиц, 42 рисунка. Список литературы содержит 108 наименований.