Влияние, оказываемое активным охлаждением, на неразъемное соединение, образованное в результате электродуговой сварки

Влияние, оказываемое активным охлаждением, на неразъемное соединение, образованное в результате электродуговой сварки

Автор: Ткачева А.В., Абашкин Е.Е.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 3, 2022 года.

Бесплатный доступ

Решается задача температурных напряжений. Моделируется процесс электродуговой сварки с гарантированным проваром стальных пластин различной толщины. Исследуется возможность уменьшения остаточных напряжений, образованных в результате сварки путем применения теплоотвода от поверхности околошовной области стальной пластины. Распределение температуры определяется с помощью решения нелинейного уравнения теплопроводности, в котором удельная теплоемкость и теплопроводность зависят от температуры. Источник тепла моделируется методом с использованием двойного эллипсоида, предложенным Джон А. Голдак. Теплоотвод подковообразной формы следует непосредственно за анодным пятном и задается тепловым потоком таким образом, чтобы основная температура пластины не снижалась меньше ее начальной температуры. Это ограничение снижает уровень температурного градиента, тем самым уменьшая напряжения в металлической пластине. Для иллюстрации воздействия активного теплоотвода сравнивается распределение температуры в верхнем слое в момент прекращения сварки с активным теплоотводом и без него. Материал принимается упруговязкопластическим, деформации малыми и складываемыми из обратимых и необратимых. Обратимые деформации связаны с напряжениями законом Дюамеля - Неймана. Необратимые деформации растут при выполнении условия пластического течения Мизеса, в котором присутствует компонента скорости пластической деформации, отвечающая за вязкость пластического течения. Упругие модули (модуль Юнга, коэффициент Пуассона) и предел текучести полагаются зависимыми от температуры. Решение механической части задачи находится методом простых итераций. Для пластин с различной толщиной приводятся эпюры остаточных напряжений, расположенных в центре пластины от шва к периферии. В результате работы по полученным распределениям остаточных напряжений в материале пластины делается вывод, что использование активного теплоотвода подковообразной формы с околошовной зоны при сварке тонких стальных пластин понижает остаточные напряжения, поэтому рекомендуется использование в сварочном процессе. Применение активного теплоотвода с обратной стороны пластины приводит к повышению уровня напряжений, поэтому не рекомендуется в использовании.

Еще

Сварка, температурные напряжения, упругость, пластичность, стальная пластина

Короткий адрес: https://sciup.org/146282545

IDR: 146282545   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2022.3.16

Список литературы Влияние, оказываемое активным охлаждением, на неразъемное соединение, образованное в результате электродуговой сварки

  • Experiments and numerical simulations for the mechanical properties of Ni-based superalloys fabricated by laser melting deposition [Электронный ресурс] / J. Zhang, Z. Huang, Y. Fang, Z. Gu, J. Xie, J. Lei // Optics & Laser Technology – 2021. – Vol. 140. – URL: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0030399221001468? via%3Dihub (дата обращения: 15.07.2022).
  • The effect of wire size on high deposition rate wire and plasma arc additive manufacture of Ti-6Al-4V [Электронный ресурс] / Ch. Wang, W. Suder, J. Ding, S. Williams // Journal of Materials Processing Tech. – 2021. – Vol. 288. – URL: https://www.sciencedirect.com/journal/journal-of-materials-processingtechnology (дата обращения: 15.07.2022).
  • Surfacing of composite thermo- and wear-resistant alloys using materials containing nanoparticles of refractory chemical compounds / G.N. Sokolov, I.V. Zorin, A.A. Artemyev, S.K. Elsukov, S.A. Fastov, I.V. Fedosyuk, I.A. Polunin, N.V. Mokovozov, A.E. Kin // Proceedings of the Volgograd State Technical University. – 2019. – Vol. 227, no. 4. – P. 61–67.
  • Numerical simulation of the kinetics of temperature and phase composition in a butt joint made from steel DC04 / O. Prokhorenko, S. Hainutdinov, V. Prokhorenko, C. Pulka // Procedia Structural Integrity. – 2022. – Vol. 36. – P. 290–297.
  • A hybrid machine learning model for predicting continuous cooling transformation diagrams in welding heat-affected zone of low alloy steels / X. Geng, X. Mao, H.-H. Wu, S. Wang, W. Xue, G. Zhang , A. Ullah, H. Wang // Journal of Materials Science & Technology. – 2022. – Vol. – 107. – P. 207–215.
  • García-García V., Mejía I., Reyes-Calderón F. Twodimensional Monte Carlo–Voronoi simulation of grain growth and nucleation in the heat affected zone of TWIP-Ti welds [Электронный ресурс] // Materialia. – 2019. – Vol. 5. – URL: https://www.sciencedirect.com/journal/materialia (дата обращения: 15.07.2022).
  • Determination of residual stress evolution during repair welding ofhigh-strength steel components [Электронный ресурс] / B. Amadeus, S. Dirk, K. Arne, K. Thomas // Forces in Mechanics. – 2022. – Vol. 6. – URL: https://www.sciencedirect.com/journal/forces-in-mechanics (дата обращения: 15.07.2022).
  • Effect of cooling conditions on microstructure and mechanical properties of friction stir welded 7055 aluminium alloy joints / H. Lina, Y. Wua, S. Liua, X. Zhoud // Materials Characterization. – 2018. – Vol. 141. – P. 74–85.
  • The heat affected zone of X20Cr13 martensitic stainless steel after multiplerepair welding: Microstructure and mechanical properties assessment [Электронный ресурс] / Mohammad Shojaati, Seyed Farshid Kashani Bozorg, Masoud Vatanara, Morteza Yazdizadeh, Majid Abbasi // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2020. – Vol. 188. – URL: www.sciencedirect.com/journal/international-journal-of-pressure-vesselsand-piping (дата обращения: 15.07.2022).
  • Dak G., Pandey Ch. Experimental investigation on microstructure, mechanical properties, andresidual stresses of dissimilar welded joint of martensitic P92 and AISI 304L austenitic stainless steel [Электронный ресурс] // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2021. – Vol. 194. – URL: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0308016121002313 (дата обращения: 15.07.2022).
  • Effects of heat distribution during cold metal transfer arc welding on galvanized steel using volumetric heat source model / S.T. Selvamania, S. Velmurugan, V. Balasubramanian, K. Palanikumar // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – Vol. 9. – No 5. – P. 10097–10109. DOI: org/10.1016/j.jmrt.2020.07.004
  • Sayed A.M., Alanazi H. Performance of steel metal prepared using different welding cooling methods [Электронный ресурс] // Case Studies in Construction Materials. – 2022. – Vol. 16. – URL: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214509522000857 (дата обращения: 15.07.2022).
  • Benakis M., Costanzo D., Patran A. Current mode effects on weld bead geometry and heat affected zone in pulsed wire arc additive manufacturing of Ti-6-4 and Inconel 718 // Journal of Manufacturing Processes. – 2020. – Vol. 60. – P. 61–74.
  • Farias F.W.C., Passos A.V., Moraes e Oliveira V.H.P. Microstructural characterization of the physical simulated and welded heat-affected zone of 9 % Ni steel pipe // Journal of materials research and technology. – 2022. – Vol. 17. – P. 3033–3046 DOI: org/10.1016/j.jmrt.2022.02.019
  • Farias R.M., Teixeira P.R.F., Vilarinho L.O. Variable profile heat source models for numerical simulations of arc welding processes [Электронный ресурс] // International Journal of Thermal Sciences. – 2022. – Vol. 179. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1290072922001314 (дата обращения: 15.07.2022).
  • Sun Z., Yu X. Prediction of welding residual stress and distortion in multi-layer butt-welded 22SiMn2TiB steel with LTT filling metal // Journal of materials research and technology. – 2022. – Vol. 18. – P. 3564–3580. DOI: org/10.1016/j.jmrt.2022.04.031
  • Equbala A., Equbal Md. I., Sood A.K. An investigation on the feasibility of fused deposition modelling process in EDM electrode manufacturing // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. – 2019. – Vol. 26. – P. 10–25 DOI: 10.1016/j.cirpj.2019.07.001
  • Phase transformation and the mechanical characteristics of heat-affected zones in austenitic Fe–Mn–Al–Cr–C lightweight steel during post-weld heat treatment [Электронный ресурс] / Seonghoon Jeong, Youngchai Lee, Gitae Park, Bongyoon Kim, Joonoh Moon, Seong-Jun Park, Changhee Lee // Materials Characterization. – 2021. – Vol. 177. – URL: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1044580321002801?via%3Dihub (дата обращения: 15.07.2022).
  • Effect of gas tungsten arc welding parameters on the corrosion resistance and the residual stress of heat affected zone [Электронный ресурс] / B.A. Kessala, C. Faresa, M. Hadj Meliania, A. Alhusseinb, O. Bouledrouaa, M. Françoisd // Engineering Failure Analysis. – 2020. – Vol. 107. – URL: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S135063071930946X?via%3Dihub (дата обращения: 15.07.2022).
  • Пат. № RU 2232668, МПК B23K 9/16 Способ сварки в защитных газах с принудительным охлаждением шва и зоны термического влияния / Власов С.Н., Лапин И.Е., Савинов А.В., Лысак В.И., Потапов А.Н., Атаманюк В.И.; Заявл. 04.11.2002; опубл. 20.07.2004
  • New technique for deposition and thermochemical treatment of small parts with complex geometry applied to machining inserts / R.O.C. Lima, C.A. Jr, A.C. Alves de Melo, S.M. Alves, L. Arau´ jo Filho // Journal of materials research and technology. – 2020. – Vol. 9. – P. 15811–15823. DOI: org/10.1016/j.jmrt.2020.11.047
  • Anomalous sudden drop of temperature-dependent Young's modulus of a plastically deformed duplex stainless steel [Электронный ресурс] / X. Wang, J. Wana, J. Wang, L. Zhu, H. Ruan // Materials and Design. – 2019. – Vol. 181. – URL: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026412751930509X?via%3Dihub (дата обращения: 15.07.2022).
  • The delay loop phenomenon in high temperature elasticity modulus testby in-situ ultrasonic measurements [Электронный ресурс] / H. Xue, D. Liu, R. Ge, Libo Pan, W. Peng // Measurement. – 2020. – Vol. 160. – URL: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0263224120303717?via%3Dihub (дата обращения: 15.07.2022).
  • Latella B.A., Humphries S.R. Young’s modulus of a 2.25 Cr–1Mo steel at elevated temperature Scripta Materialia. – 2004. – Vol. 51. – P. 635–639. DOI: org/10.1016/j.scriptamat.2004.06.028
  • Lindgren L.-E., Back J.G. Elastic properties of ferrite and austenite in low alloy steels versus temperature and alloying [Электронный ресурс] // Material. – 2019. – Vol. 5. – URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2589152918302333?via%3Dihub (дата обращения: 15.07.2022).
  • Rokilan M., Mahendran M. Elevated temperature mechanical properties of cold-rolled steelsheets and cold-formed steel sections [Электронный ресурс] // Journal of Constructional Steel Research. – 2020.– Vol. 167. – URL: eprints.qut.edu.au/199354/ (дата обращения: 15.07.2022).
  • Буренин А.А., Ковтанюк Л.В. Большие необратимые деформации и упругое последействие. – Владивосток: Даль-наука, 2013. – 312 с.
  • Goldak J.A., Akhlagi M. Computational Welding Mechanics. – New York: Springer Science & Business Media. – 2006. – 322 p.
  • Казанцев Е.И. Промышленные печи. Справочник руководство для расчетов и проектирования. – М.: Металлургия, 1975. – 368 с.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp