Физическое моделирование при исследовании свариваемости конструкционных сталей
Автор: Сычков Александр Борисович, Емелюшин Алексей Николаевич, Платов Сергей Иосифович, Михайлицын Сергей Васильевич, Терентьев Дмитрий Вячеславович, Шекшеев Максим Александрович
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Рубрика: Сварка, родственные процессы и технологии
Статья в выпуске: 1 т.15, 2015 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрена возможность исследования свариваемости сталей методом физического моделирования. Свариваемость является важной технологической характеристикой материала, определяющей его пригодность для производства тех или иных типов конструкций. Чаще всего данный параметр оценивают аналитическим методом, что дает лишь ориентировочные данные. На сегодняшний день наиболее прогрессивным и перспективным методом исследования свариваемости является метод физического моделирования, который заключается в полном и частичном воспроизведении исследуемого процесса. Важными факторами при оценке свариваемости являются: исходный химический состав стали, структура и термодеформационные циклы сварки. Оценка свариваемости производится на основе исследования металла участков зоны термического влияния сварных соединений. Из исследуемого металла изготавливаются образцы для испытаний в установке физического моделирования Gleeble 3500. Данная установка позволяет имитировать термодеформационные циклы различных участков зоны термического влияния. Затем полученные образцы подвергают различным видам испытаний: сопротивление разрыву, ударный изгиб, металлографические исследования, измерения твердости, микротвердости и др. Качественный и количественный состав структуры металла зоны термического влияния фактически определяет надежность и работоспособность сварного соединения. Полученные данные сравнивают с требованиями нормативной документации, на основании чего делается вывод о пригодности металла для изготовления конструкции, разрабатывается рациональная технология его сварки, обеспечивающая формирование эффективной структуры металла сварного соединения. Метод физического моделирования является мощным инструментом при разработке новых сталей с хорошими физическими и технологическими свойствами, а также при разработке оптимальной технологии их сварки.
Свариваемость, сталь, зона термического влияния, микроструктура, механические свойства, физическое моделирование, термодеформ-мгту
Короткий адрес: https://sciup.org/147157147
IDR: 147157147
Текст научной статьи Физическое моделирование при исследовании свариваемости конструкционных сталей
Эффективность применения сталей для производства различных типов конструкций определяется рациональными технологическими процессами их сварки, обеспечивающими требуемый уровень механических свойств и сопротивления хрупкому разрушению сварных соединений. Разработка оптимальной технологии сварки должна базироваться на современных методах и подходах к оценке свариваемости сталей [1].
Под свариваемостью понимается комплексная технологическая характеристика металла, которая зависит от технологии его производства и технологии сварки, отражает реакцию данного металла на процесс сварки и определяет пригодность металла для изготовления конструкций, удовлетворяющих условиям их эксплуатации [2].
В практике сварки наиболее широкое применение нашел аналитический метод оценки свариваемости сталей на основе решения ряда параметрических уравнений, характеризующих склонность сталей к образованию «горячих» и «холодных» трещин [3]. Однако данный метод дает лишь ориентировочные данные.
На сегодняшний день наиболее прогрессивным и перспективным методом оценки свариваемости сталей является метод физического моделирования [4]. Сущность физического моделирования заключается в воспроизведении исследуемого процесса фрагментарно или целиком, комплексно [5].
Важными факторами при контроле свариваемости сталей являются их химический состав, исходная структура, параметры термодеформационного цикла сварки.
В условиях МГТУ им. Г.И. Носова исследование влияния вышеперечисленных факторов на показатели свариваемости позволяют осуществлять комплексы физического моделирования «Термодеформ-МГТУ» и Gleeble 3500.
«Термодеформ-МГТУ» позволяет моделировать основные технологические операции толстолистовой прокатки [5], в том числе выплавку стали заданного химического состава с последующим получением заготовки массой до 30 кг; прокатку на реверсивном стане для достижения конечной толщины; ускоренное охлаждение раската по заданному режиму и получение требуемой структуры.
Из полученных заготовок изготавливают образцы цилиндрической формы для дальнейших испытаний на установке Gleeble 3500, которая представляет собой высокоскоростной пластометр с возможностью программирования неограниченного числа стадий обработки металлов с постоянной или переменной по ходу обработки температурой или скоростью деформации [6].
Данный комплекс позволяет имитировать термодеформационные циклы участков зоны термического влияния (ЗТВ) сварных соединений. Считается, что именно в металле ЗТВ наблюдается наиболее неблагоприятный уровень механических свойств вследствие ухудшения структуры [7].
Полученные образцы подвергают различным видам испытаний: сопротивление разрыву, ударный изгиб, металлографические исследования, измерение твердости, микротвердости и т. д. На основе сравнительного анализа полученных данных и требований нормативной документации делаются выводы о склонности исследуемой стали к образованию закалочных структур и трещин в металле сварных соединений.
Вывод
Таким образом, метод физического моделирования является мощным инструментом при разработке новых сталей с хорошими физическими и технологическими свойствами, а также при разработке оптимальной технологии их сварки.
Список литературы Физическое моделирование при исследовании свариваемости конструкционных сталей
- Емелюшин, А.Н. Исследование свариваемости высокопрочной трубной стали класса прочности К56/А.Н. Емелюшин, А.Б. Сычков, М.А. Шекшеев//Вестник Магнитогор. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. -2012. -№ 3. -С. 26-30.
- Шоршоров, М.Х. Испытания металлов на свариваемость/М.Х. Шоршоров, Т.А. Чернышова, А.И. Красовский. -М.: Металлургия, 1972. -240 с.
- Ефименко, Л.А. Особенности подхода к оценке свариваемости низкоуглеродистых высокопрочных трубных сталей/Л.А. Ефименко, О.Ю. Елагина, Е.М. Вышемирский//Сварочное производство. -2010. -№ 5. -С. 5-11.
- Григоренко, Г.М. Современные возможности моделирования превращений аустенита в сварных швах низколегированных сталей/Г.М. Григоренко, В.А. Костин, В.Ю. Орловский//Автоматическая сварка. -2008. -№ 3. -С. 31-34.
- Физическое моделирование процессов производства горячекатаного листа с уникальным комплексом свойств/В.М. Салганик, С.В. Денисов, П.П. Полецков и др.//Вестник Магнитогор. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. -2014. -№ 3. -С. 37-39.
- Использование комплекса Gleeble 3500 для определения критических точек микролегированной стали 80Р/Д.М. Чукин, А.И. Мешкова, А.С. Ишимов, М.С. Жеребцов//Междунар. науч.-исследо¬ват. журн. -2012. -№ 5-2 (5). -С. 131-133.
- Исследование структуры и механических свойств сварных соединений стали класса прочности К56 при различных параметрах режима сварки/А.Н. Емелюшин, А.Б. Сычков, В.П. Манин, М.А. Шекшеев//Сварочное производство. -2013. -№ 1. -С. 3-7.
