Численное моделирование структуры металла в ЗТВ при сварке стали повышенной прочности

Предложена математическая модель, описывающая температурное поле и фазовые превращения в процессе лазерной сварки. Выполнена оценка структуры металла в зоне термического влияния....

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2008
Main Author:	Пекарска, В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2008
Series:	Автоматическая сварка
Subjects:	Научно-технический раздел
Online Access:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99898
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Численное моделирование структуры металла в ЗТВ при сварке стали повышенной прочности / В. Пекарска // Автоматическая сварка. — 2008. - N 4. — С. 9-14 — Бібліогр.: 20 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-99898
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-998982016-05-15T03:02:10Z Численное моделирование структуры металла в ЗТВ при сварке стали повышенной прочности Пекарска, В. Научно-технический раздел Предложена математическая модель, описывающая температурное поле и фазовые превращения в процессе лазерной сварки. Выполнена оценка структуры металла в зоне термического влияния. A mathematical model is proposed, which describes the temperature field and phase transformations in laser welding. The temperature field is determined by the equation of an unsteady heat flow with a convection term using Green’s function. Model of the phase transformations in solid state for the steel being welded is based on assumption of continuous cooling and Avrami, Koistinen and Marburger equations. Volume fractions of phases during cooling are defined as functions of the cooling temperature and rate, and deformation increment depends upon the temperature and phase transformations. Metal structure in the welded joint HAZ was evaluated. 2008 Article Численное моделирование структуры металла в ЗТВ при сварке стали повышенной прочности / В. Пекарска // Автоматическая сварка. — 2008. - N 4. — С. 9-14 — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99898 621.791.052:620.18 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Пекарска, В. Численное моделирование структуры металла в ЗТВ при сварке стали повышенной прочности Автоматическая сварка
description	Предложена математическая модель, описывающая температурное поле и фазовые превращения в процессе лазерной сварки. Выполнена оценка структуры металла в зоне термического влияния.
format	Article
author	Пекарска, В.
author_facet	Пекарска, В.
author_sort	Пекарска, В.
title	Численное моделирование структуры металла в ЗТВ при сварке стали повышенной прочности
title_short	Численное моделирование структуры металла в ЗТВ при сварке стали повышенной прочности
title_full	Численное моделирование структуры металла в ЗТВ при сварке стали повышенной прочности
title_fullStr	Численное моделирование структуры металла в ЗТВ при сварке стали повышенной прочности
title_full_unstemmed	Численное моделирование структуры металла в ЗТВ при сварке стали повышенной прочности
title_sort	численное моделирование структуры металла в зтв при сварке стали повышенной прочности
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99898
citation_txt	Численное моделирование структуры металла в ЗТВ при сварке стали повышенной прочности / В. Пекарска // Автоматическая сварка. — 2008. - N 4. — С. 9-14 — Бібліогр.: 20 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT pekarskav čislennoemodelirovaniestrukturymetallavztvprisvarkestalipovyšennojpročnosti
first_indexed	2025-07-07T10:05:32Z
last_indexed	2025-07-07T10:05:32Z
_version_	1836982189627015168
fulltext	НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ М "Т АЛЛА В ЗТВ ПРИ СВАРКЕ СТАЛИ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ В. ПЮ\ЛРСКЛ (Полюсхнкка Ченс1оховс1(ая. Польша) Пpc;tJIO i:~нa ма 1 е ча 111чсскаа i\H1. 1e_1 1" оп11сываю1J tая теi\Н1сра1 урн ос поле и фающ,1с превраще11ия 13 про1tессс ла: зср t юii спарю t . 1 с~ 111сратурное понс ОJ1р 1.· _;сш1ется урав11е1111е\1 11суо а1ю1ш13шсгосн 110·1ока тепла с t(О!-1Векщюш 1ы ч 'l.llt: IJ (щ с 1кпо.%зо 11<111 нс \1 функции Гр1ш а. МодеJtь фа ювых npeвpaщc11 1 1ii R ~ 1зерлом состоя11ии лля coap1шac i\t u ii с гаJ 1 11 G J.н 1р уе ·1ся ш 1 юJIОi1;сшш о 1 1с· 1 1рсрывном ох .ыжш:11rш и уравнсн11ях Авраами, Коi!стннсна и MapGyp1cp01 . OG1, c м11L1c: до1111 фаз во врс ~ r я охлюкдснш1 опредсле:rы каr( фу 1 1к1;1111 темисраrу р1,~ 11 скорости ох.1~аждення. а прирост дсфор~1<1 11 1 1 ii шв 1к1 1 1 OI 1 с ~ 1I1ера1 уры 11 фа·ювых 11rcвpaщe1111 ii . Вы1ют1ена оцс111(3 с 1·ру1сгуры мс 1аJ1 ла в ЗТВ свар11u1 о со с: . r1 111~11ня. /{ ~1 m '! е IJ ы с с . 1о 11 а ·юзср1юн свор1;а, 111e.1111epam11J11ot' 110- _ 1 е , !Oi/O i!ll!fi\/ll 'll'Cf;O,'O ({1/ /ЯN/Щ 111t'P,11UЧl!C~'/ilf 1{11/i.7, дu.•1ш110- ·"f!й\t\ibl, фаюаые nрi!врищенин, струюm'JЮ, 1ш11101ш1111- 11 сскан но с)<!. 1 1 , К сnарньr ~ коне~ рукu11ям нредъявляются 11 101сокие требования относите. · 1>н о рабочи х на r рузок и ус таJюспюй прочности . Особое вJ 1 ияние на меха- 1 1 11с1еск11с характсрнстнки мет ш1,ш зоны тер~ r ич сс ко го вл ю1 н 11 я (3 В) ока ·1 ывают темп ратур11ые пом1 11 фаJовы е пр 1Зраще111 rя прн с 11аркс , ~.; оторые вы·1 ы вают з 1 шч1 ггел ы1ые 1~зотро11 1 r ые 1е1 1 J ю1:1ыс и структур ~ 1J,1e дефорrv1щ11r1 , 1 снсрирующнс cyu.\L\ : r - вен н ые временные н остаточные шшряжс1 111я [ 1 71 Следовательно, 1 1ри i\Юдслировш 1и 11 про 1~ссса свар к.и необхо имо уч нтr.шатъ нс тоJ1 ь ко 1 1з 1сн е1 шя тем п ературы, но и фnJов ые п р вращен1 1.я , а также их юш тнку [ !, 3- 1 lj. Ч1юlенные нсс.:н:лnвания фа зовыл прсвращ ний позволяют сокrатнп, объем трудоемких lкспсри ~1сн гов и получить данные ш rя расчета остато сnrых напряжений. Кнпет111<а м11 крос1 руктурных 1п .\1 1:: неннй в сварном шве 11 околошовной 1онс при сварке ста ле й 11рсдеташ 1яст собой слож1 1 ы i·i 11 rоцесс, кото ры й адеквал ю слож1 ю описать м::псматическим путем . ДJ 1 я оцен кн n. ия11ш1 фа зоных превращений на деформац 1 r н и нащ1яжеr-r и >1. возникающие во Rрсмя нагрева и охлаждения металла при сварке, необходимы данные о ки нетике и типах проис ходя1щ1х ф<nовы х превращениi i . Исслелованю1 м 1 r фазо вых пре в ащсний уче- 1 r ые Ja l[]fM(llOTCЯ уже ДJ!И ГСJ IЬНОе врем я. в литс ра1уре llO э 1 ·ой тсм ан1 ке содержатся описания мо делей, учитывJющпх ро. ь процессо R, п роисхо я щих ВО пrемя Tej)l\.IИ 1 JeCKOЙ обработки [ 4. 5, 12- 17 1. При этом вш1 r-. 1 а1шс исстедоватеJ r й пр н влек ;,~ет кинетика фюовых превращений и возмо;ю юсть кол 11чес1 венного прогнозирования структуры с варно го l:Оедю1ен11я в завнсимости от парамс1 ров с ваrки [ 1, 9- 11]. Опрсдсnсно, УТО досгаточно pe <lJJ ЫIO строить МJтсматичесю1с .чодели на основе 4/2008 1 диаграмм JНJ1зотсрмического расп<:1Jа aycr 111r 1 а (А РА). Д.1 я прог1ютроnа11ня содержшшя струк турных составляющих и меха1111 чесю·t Х свойс тв металла ЗТВ в зависимости от х1 1 м ическоrо сос тава стали и скорости охлаждения H'xis в интервале ТСJ\Шератур 800 ... 500 °С используются , в Ч<lСТl !ОС· ти , мот\ел и, разработанные ,'\ЛЯ н нзколе1лрованных спu1сй повыш 'нной проч ности [ 18]. В послс;.1,ние десятилетня бол ы1юе в1111мш111е удеJ1 яется J 1i:1Зерrюй сварке, щш этом lребооа11ш1 к качеству сварных сое;rинений неуклон но повыа1 а ются. Олш1ко пок<1 еще имеется rш1.:10 рuзраuоток по ivЮдслированию процессов, Сt)путствуюш11х cв::ipr( c. l Iащщ-'1ер . в ря,це работ экспср 11'i'>t еr 1талыю онре еляются оптш 1 аs1ы 1 ые оараr-,1стрьr с варки. мо лсл нруется l'СМП ··ра1урное поле, пр1шо;JJПд! Т" 3y J t ь ·1 a 1ъ1 lvlC П\JI J IOI рафичсских исследова111rii струк-туры металла н Jонс сварки 11 р . [ 4, 1 О. 16. 19, 20] . При лазерной свар ке ЩJоисходят янле1111я. не характер 111, 1 е ],ЛЯ Тf)UДIЩИОННЫХ CIIO ОООВ С ВЩJКИ [1. 4, 1 О, 11, 16, 19, 20]. Мощ11 ос гь луча н cl\opoc1 i:, его перемещения оказывают большое вл ня 1-ше на форму валика, а сне овю сл ьно, и ра3л·r еры ЗТВ свариваемых :тементов [1 О, 11, 16. 19] Ко тщен трированный источник тепла про _ 1 юсрной свщже нагревает соедИI-!Я С!\I Ы Й .чсталл до высокой тс~1 - пср;пуры при сщаЧ ИТСЛЫiОМ ее гради 1пе. В СВЯЗll с боJ 11, шой скоростью ох.ыж сн 1 1я м етал_ а пr и .~1а -1срной свар ке в ЗТВ обра·{уюtс}{ 3а~н1лс 1 1111,1с структуры , ЧТО llMCeT ~!ССТО даже В ХОГЮШО СВ <.l риваС ,VlЫХ CT ::UI Я X. С цеJ 1 ью расширения знаний R об аста моде лирования фазовых пpcвpaurcmr i t . происхо.:н1щ11х в металле ЗТВ, в настоящей раб о 1 с рассмотрена пре,rt .1ожеш1ая мате :\·rап1 ческая модель фюовых пренращенн i·i паJ1и rювышсн но i i проч11 ост11 S355J2G3 и с ее r юмощью вьшолнсно ' 1псле1шос моделнровюшс структуры J\,JСталла :3ТВ 11р1 1 ла- 3ер1 юi1 сварке лист:.~ . М одель фазовых прсвра1цс- 11И1'1 в твердом состоянии стали построена на ос нове АРА и уравнениii AнpactM JI , КойстнненJ и Марбурr ера. Значения уд11инен ш1 , ~1еформ ац 11 и и 9 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ объемной доли фаз в зависимости от фазовых превращений для исследованной стали приняты исходя И! экспери ментаj[ьных данных. Тсr-.шера- 1 урное поп.с сварного соединения определено из уравнения неустановившегося потока тепла с кон вективным членом , которое решено методом фун ющи Грина [20]. При оценке структурных сос тавляющих в З Н объемные доли фаз во время на11Jева и охлаждения опрец ляли как функции 1 е1vшературы и скорости охлаждения. Математическая моде ·1ь фазовых npenpa щe11иii . Мо~ ель фазовых превращений разрабо тана дJ IЯ свариваемой стали повышенной проч носп1 с испоньзованием диаграм мы АРА , а объ м ная доля фаз во время охлаждения определена как фу11кция темлературы и скорости охлаждения. Объемная доля аустенита, образовавшегося во время нагрева , определяется по формуле Авраами: Тiл(Т, t) = 1 - ехр (- bt''), (1) где t - вр l\t я ; b(t, , t1) и n(t,, t) - коэффициенты, определя~мые из условий начала ( 11 s = 0,01) и конца (ri1 = 0,99) фазовых превращений ; 1, и 1 1 - время соответственно на чала и конца фазовых превращен ий; Объемная доля фазы, образовавшейся во время охлаждения аустенита, определяется температу рой и скоростью охлаждения w 815 . Объемную до лю новой фазы (феррита, перлита или бейнита) находят с учетом скорости охлаж/1е11ия также по формуле Авраами (;:п1ффузионные превращения) с уч том уже существующих структурных сос тавляющих: ( - /1 ' 11 (-) Т,f) = 11011л(!-ехр(-Ь(1(7)) )); .t.....llk =l , k (3) rде 'l'l cJ - максимальная объемная доля фазы при определенной скорости охлаждения , %; ri k - объемная доля соответствующей фазы исходной структуры (без перехода в аустенит), %. Коэффициенты п и Ь определяются по фор мулам (2), где ls и tf зависят от скорости охлаж дсюtя w815 , т. е. /J = b(t/w815 )), tjt/wx15)) и п = = n(tJvv815), tjV11815 )) - Объемная доля мартенсита находится по мо дифицированной формуле Койстинена-Марбур гера : (4) 10 • где т = 2,5 - коэффициент. 011рсдслЯеi\1ый дл я исследуемой сталн экспер11ментаньно; М 1 , М 1 - 1 емпература соответственно начала и конца мар тенситного превращения. Фазовые превращения вызы виют шrпроп11ую деформацию металла. причем прпрост дефор мации в зависимости от температуры 11 фазовых превращений во время нагре ва и охлаж:1ен11я оп р деJ1яется по форму ам i = 5 d ТР/1 ~ dT Pl'dV Е = L.., a ;ll; - ЕА А' i = 1 i = 5 i - 5 (5) d ТР/1 ~ dT ' Pl1d Е = L., a;ll; + L.., Е/ 11/' ; = 1 i = 2 где а; '= а;(Т) - коэффициенты тш -·йной д11ла тации; i = А, Б, Ф, М, П - соответственно аус- с v г1 !'/1 тенит, оеинит, среррит, мар~ е11сит , п ерлит; 1:: л - изотропная деформация фазового превраще ния v п ~( Т) исхо, 1. ,-1ои структуры в аустсш-rг ; Е/ = с1 - изотропные деформации фазового превращения аустенита соответственно в j = Б, Ф, М, Л. Проверка мо с. 11 . ДJ1я описания кин етики фа зовых превращений и обусловлен ных 11ми нн1 - чений деформаций проведены итпом ·1 рнческне исследования на днлатометре L VDT фнр\.1Ы «Thermoanalyse GшЫ Г». :-) кспсримешъ1 выпол не ны на свариваемой ста.ни S3 55J2G3 сле_г~ующего хнм ического состава, мае . %: 0.19 С; l ,05 Мп; 0,2 Si; 0,028 Р ; 0,02 S; 0,08 Сг; О , 1 1 i, 0,006 Al; 0,003 V. Нагрев трубчатых образцов л и ной l О мм ' о l 100 °С осуществляли со скоростыо 100 ° '/с . а охлаждение - с разными скоростя:-.ш (630. 300, 200, 150, 100, 50 , 10, 2, и 0,5 °С/с ) , вре:.1я вы ,цержки - 2 с. Критические точки превращ юrя Ас 1 и А с3 , опредсненныс :жспсримента_ ~,н о п рн нагреве со скоростью 100 °С/с, ра rты соответс - твенно 758 и (9 11 ±4) 0С (А с "" 740 11 Ас ""860 'С ). 1 3 Для опр1;_ 1еления структурного состава .мн 1 с риала при различных скоростях охлажд ния ис пользо вали дилатометрические крнвыс (рис . 1), а также результаты измерени я микротв рдост1 1 и исследований микроструктуры лилатомстр11чсс ких образцов. Мсталлографичесю 1ii ш1ш11п образ цов после охлаждешrя позвошо уточ н11т~, про11сн тное соотношение структурн ых сос1 аш 1яю1 цнх . Результаты дилатометрическо l'О а1-1ш п·оа фазовых превращений при различны скоростях охлажде ния стали S355J2G3 приве ены н таблиrtе. Дилатограммы стаJrи S3 55J2GЗ , полученные экспериментально при разл ичных зна•1с 11ш1х ско рости охлаждения, представлены 11а рнс. l. а ди аграмма АР А - на рис. 2. 4/2008 I __ г . 0С 1 1 6 8 10 12 11 Е · 10:1 Т. 1( 10()0 1000 {1 !'i srю 800 (I011 GOO 1()() 100 21)(1 :200 о 1) 10 !О li l l 1)0 10{1 JL () 1 40 // , ~1J{.\I Рис. 1 ")1<спер11 мс1mL1 1.,11 ые дилатогр<Н•r 11ы стали SЗ 55J2GЗ, пuлуч е 1111 ыс пр и различеIОЙ с1<орос 1и охлажденf!я: cr - 11 апряже 11 ис ; и - сме щс: 11 ие . С помощью предста1-ценной мo.LcJrи фазовых прсврашсний выполнены численные исследова н11я дсфор;\ tаuии и кинетики фазовых превраще ний в стали S355J2G3 пrи ана.:югичных терми ческ~1х циклах со скоростью охлажден ия w R1_, = = 0,), 2, 1 О, 50, 100, 300 и 630 °С/с. Зна 1 rсния коэффнци снтов л инейной дилатаuии аФ 1 r'106 ( 2 3 ,О; 12,7:. 14,7; 13,0; 14,7 1 /К ) и изме не rшя объем 1-rо\1 доли V- ! о-з = 2,3; 5,5; 3,5; 6,5, 3,5 А , Б, Ф .. М и П (изотропные деформации фа -зового превращения) прнни.масм в со твстс·t вии с экспер им 11талы 1 ыми данными. Коэффициент лине йной дилапщии исходной структуры в Jа вис11мосп1 от rемпсратуrы точно опрсде яет фун- кцшr типа НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ N.I \1 -100 i'vf1 200 ":JS / ~ 1-т++О++. ~+t-' .:н " 1-\ 673 ,,. ~ - ~ l t\ ос ' (' ·3 '1 1 11 [[ "j ++++++++н 173 1\ 6 1:15 \ \ . 7 v - 29(] /' 1'il1 у~ О, 1 1,0 10 ,0 100,() r, с Рис . 2. Диа грам ма АРА стали SЗ55.J2CiЗ Ч11сле1111ое модсJ111рован11е структуры ЗТВ при J1aзep11oii свар1.:е . Температурное поле оп реде_ яется по ура 11 нению неустановившегося по тока тепла с конвективным членом вида 2 с Т( х t) Q (7) а\1 Т(х. 1) - ' + \!Т(х, !)\' + С = О, дt где а = )с/с - коэффициент выравнивания тем пературы; с - удельная теплоемкость; Q- мощ ность объемного источника тепла; х = х(х, у, z) - вектор положения рассматриваемой точки; v = = v(x, t) - вектор скорости перемещения азср н оrо луча. Уравнение (7), решаемое методом суперпо зиции функции 1 рина, предложенным в [7] , зак лючается в ИIIТеrрировании фун книи Грина в объеме в виде призмы ( ~'lJ < х, у < оо, О s; z < ro) с начш1ы1ым и граничными условиями Т(х, t) =О , f х, У --"* - CIJ , q = _ л_ дТ~х , t) 1.::- --"* оо, oz О, z =О. (S) Принимается модель полубесконечноl'О телn с началом системы координат {х', у', z'} в точке свариваемого источника тепла (рис. 3). аФ г~ Т) = - 1, 3 7~7-10- 11 i2+2,1866 l о-8 т + + 6,7769 -10-6 . В алгоритме решения использована техника фиктивных источников. Принято , что стациuнар (6) ное решение существует для времени t, а под- Коэффиr tи енты уравнения (6) находят при условии, что значсtiия коэффициента линейной и атации а.Ф п· 1 об = 12; 15 и 15 l /K соотв тс т вснно при температуре 20, 340 и 700 °С. вижная система координат {х', у', z'} перемеща ется относительно базовой системы коорди нат со скоростью v = Y( u, О , О) парzш;тельно оси х. Вл11ян11 ~ скuрос 111 о .\ . 1аждrнш1 на ф~uовы~: r1рrвращс111tя в пат1 S355J2G3 -"~_ / т J<;::;:сск 11 еточ 101 ф а ·ювого=;1рс вращс1ш я, "С ~==~=+; .. "(·'с Н1 0.05 f-~----- --- 0 11счный состав стру-ктуры м i\1 ( t, ь ,. ф ф 11 ,. п, ' 1 '-+- ' / 0.5 130 --t- _ _ . ___ _!_ 77 '?. 715 7 15 61 7 О,65Ф ,О .3 5 П 1 2,0 160 769 695 695 ~2 1 -0,~:Ф, 0,36 П . 1 10.0 17'! S20 40~ 74R +--_li_З2 _ _,__ 63 2 52() -0 , :J9 Ф. 0.41 П j so.o 172 4 12 з 15 520 41 2 6Х() 60li _ _,___(,_0_6 _ j 520 -0.з 1 Ф. 0.45 Г!.:..2:24 ~ 0 10 d г·u 1 ~9 409 265 530 409 62 1 530 -Ql5Ф, 0.40 П . 0,35 Б , 0,1 О rvt_ ""~=20~0=-,0---"=l~le~ uпp . 4 J l ~2~35~~~522 4 l () -0, 15Ф . 0,45 Г1 ,,., 0;..<'~40"'=М=== 4/2008 • 11 (у) НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ / / / / (z) .Х3 / / / / / / / / / / / / / / / / / / 1 / 1/ / / 1 / 1 " i zl / 1 / / Х\ (.:r ) у' Рис . 3. Модель полубесконечного тела: 1, 2 - исследуемые точки соответственно на верхней и нижней поверхности образца Температурное поле в рассматриваемой точке определяет источник тепла с распределением мощности в виде где hz - глубина лазерного проплавления; R - коэффиuиент отражения; 1· - ралиус лазерного луча. Температура в рассматриваемой области в ре зультате термической нагрузки выражаетr;,>1 в виде Т, К 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 1 T1(x,t) = ~f fQ(x', r')G (lx - x'l, t - r')dv:dr' . ( 10) о v Инте1·рируя (10) по пространстве1111ым коор динатам с учетом (9), получаем 1 т:( ) _ J 0(1 - R) ( [х - и(! - t')] 2 + i·") х , r - ех р х 0 4тr.11,C(2a(t - 1') + r2 ) 4a(t - 1') + 21) [ ( Z - hz ) ( z - h- )] х егfс - erfc · dt' + То 2.Ya(t - /) 2'1a(t -r') · ( 11) Численное моделирование процесса лазсрноlr сварки выполнено для образuа размер )М 100Х20Х5 мм. В расчетах мощность источннка тепла принята Q = 3,8 кВт при , иамстре пуча 2 мм. Считаем, что источник тепла переl\!ещается со скоростью 42 м/ч . Допустим, что кОJффиuнепт отражения R = 0,25. Фазовые превращения оп ределяются по представленной в работе мод ли . В расчетах использовали диаграмму АРА стал11 S355J2G3 (см. рис. 2). Температура, объемная доля фаз в ЗТВ и де формаuии, образующиеся при заданных нагрузках в процессе сварки, показаны на рис. 4-9. Таким образом, прс ложенная численная :мо дель фазовых превращений дает возмт10-1ость оце нить состояние структуры металла в ЗТВ с о 25 а 50 75 - 25 О 25 50 75 100 125 150 173 х , т1 6 Ts Рис . 4. Распределение температуры в плоскости действн.я 6 7 8 9 у, ш1 источников тепла (а, 6) и ЗТВ (зона максиыа.1ы-юй тс~ше- ратуры) (в) на глубине z = О (1), 2,5 (2) и 5,0 ,1,щ (J) 2 3 4 5 в 12 4/2008 • ! ' ., ,) - .'i !1 - :z' ,,нс . Hl'TC пт" LJ н ны~ пр рез~ дс(Л чет· 4/2 Т, К :2700 поо - - о ·~ - .--: •• - 1~ 1 - 1()00 1.')00 % ~ о '2 'Т ~ ,::: .. 5 1100 700 ню .) .IJ' .Ч .\! Р11с. 5. J · l ю.1111 1ю1 тем 11 е rатуры в " ·1 етаnле ЗТВ (зона ма1<с1-1 - мш 1ь11оii то111ср<пурJ.I) :L - с ~ с с о " ~ ;;: 1-:=: с-- ~· "' г- . . .1 .!Оо .>rю () .) ~00 :,\\11 10 .) о \() :го ,jQ ()0 70 L .. ) 11 10 :ю 4() so (j() 70 Р11с . ri. Рас 11rсделс111 1 с тс~ 1 пературы в 11лоскости действия 11с 1 оч1111ков 1 -.:пл а 1юмощью кспериме11ншьно установл · нн ых 3на l1е 11ий кОJффю нrснтон, характеризующих объем - 11 ыс 1лменсния . происходящие во время фазокых прс вращеш1й при оп ределенной температуре. В рсзу.11, а ' можно н а\i 1 и дейсгюпслr,ный уровень деформщи iJ и исп о иовать :пи данные при рас четах време 1111 ых и остаточ н ы х напряженнi,\. \ ' О. 40 _, O.J) с о,:ю - 2 0,2) 0,20 0. 15 0. 10 0,0.) -5 L-~~-'-~~~-'--~~--'~~~-'---'-~--' о ') 3 .5 11 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ '" OTIJ , f'Д . 0,9 0.8 0.7 0,6 ф 0,5 0.4 п 0,3 О, 1 о 2 :J 5 6 7 8 9 lf· H ;\J Рис. 7. Объемная доля фаз V в металле верхней (сплошные кривые) и нижн с~1 (штриховые) поверхности образца \ ' 01н. еа. А 0,8 0.6 ф п 0.1 0,2 ф о з 4 5 6 7 /3 у' "1"1 Рис. 8. Ки11еп1ка фа'Jов ых превращений в точке 1 и 2 (см . рис. 3) на верхней (сппошные кривые) и нижней (штриховые) понерхr-10с1ях об раща В случае лазерной сварки при w815 ~ 300 К/с ЗТВ узкая (см. рис . 5 и 9). При лазерной сварке листов из стали S355J2G3 толщиной 5 мм в ЗТВ \ ' O,SO 0,43 о 0,40 0,35 О,ЗО 0,25 0,20 О , 15 0, 10 0.05 () 6 4 1j, ~ IH 2 3 Р11с . 9. Нзолннии бей 11111 а (и) и ~1артснснта (б) в ЗТВ пос:~с сварки 4/2008 13 • НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ образуется мартенситная составляющая (рис. 7- 9), при сварке другими способами она практи че ·ки отсутствует. 1. Исследование влияния фазовых превращеннй на оста точные напряжения при сварке 1<ольцевых стыков труб/ В. И. Махненко, Е. А. Великоиванснко, О. В. Махненко и др . // Автомат. сварка. - 2000. - J\'~ 5. - С. 3- 8. 2. Согеt М" СотЬеsсиге А . А mesomodel for the nшлerical si mt1]atioл of tl1e multiplыsic behavior of mateгials under ani sothcm1al Joading (application to two lоw-сагЬоп steels) // Jntern . J. Mech. Sci. - 2002 . - No 44. - Р 1947- 1963. 3. Бокота А" Пet<apct<a В. Напряженное состояние сварных соединений , выполненных лазерной сваркой с подогре вом /1 Математическое моделирование н информацион ные п:хнологии в сварке 11 родственных процессах: Сб . тр. Междунар. науч. конф. , пос. Кацивслн, Крым, 13- 17 сент. 2004 r. / Под ред. В. И. Махненко. - Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 2004. - С. 32- 37. 4. Maiti А. De S. К, Wals /1 С А , Blюdesi?ia Н К D. Н Fiпite element simulation of laser spot welding // Sci . and Tecl1n. Welding and Joiniпg. - 2003. -№ 8. - Р 377- 384. 5. Кетреп А. Т W" Sо111111ег F" Mittemeije1· Е. J. T he k inetics of the aL1stenite-ferrite pl1ase traпsfoппatioп of Fе-Мп: dif fereпtia l thermal analysis during cooling // Acta Mate1·ialia. - 2002. - № 50. - р 354~ -3555. 6. Махнет<а В. И., Сапрыкина Г 10. Роль математического моделирования в решени и проблем сварки разнородных сталей (Обзор) // Автомат. сварка. - 2002. - No 3. - С. 18-28 7. Кулик В. М, Васильев В. Г Изменение структуры и свойств металла ЗТВ соединений <.:тали 30ХГСА приду говой обработке // Там же. - 2006. - No 7. - С. 19-25. 8. Kinetic inodelliпg of pl1ase transfoгinatioпs occuгing in lhe HAZ of С Мп steel welds based оп direct observations / J. W. El111er, Т. А. Palшer, W. Z11ang et а!. // Acta Materiala. - 2003. - No 51. - Р 3333- 3349 9. Численное исследование термических процессов при наплавке валов судовых механизмов н устройств / В. И. Махненко , Е. А. Великоиваненко , Т . Г. Кравцов, В. В . ·еврюков // Автомат. сварка. - 2001 . - № l - С. 3- 10. 1 О . Ky1·sanidi Ап. К, Kennanidis Th. В., Pantelakis Sp. С. Nu meгical and expeгimeпta l investigation of' tl1e laser foпn i11g pгocess // J. Mater. Ргос. Techn. - 1999. - N~ 87. - р 281 - 290 11 . Пекарска В. Фазовые превращения в металле ЗТН свар ных соединений, выпо11 ненных лазернпй сваркой с по догревом // Математическое моделиро\J:ншс 11 и11фор ·tа ционные технологии в сварке и роlJ.ств нных l!роцесса, . Сб. тр . Междунар. науч. конф., пос. Ка11ивсли, Крым, 13 17 сент. 2004 г. / Под ред. В. I I. Махненко. - Кн сп ИЭС им. 1:::. О Патона, 2004. - · 220- 224. 12. C/1eng-.Ji, Notis М R. Contiшюt1s cooling tra11~foni1at io11 ki nelics of steels: а phenomenological 1·atioпalizatioп of ехр · rimeпtal observatioпs // Mateгials Sci. & Г-:пg . - 1995. - R l 5. - ?. J 35- 208 . J 3 . Li Chun-Ming, Sоттег F., Milfemeijeг Е J. Clн1racteгistics of the у~а transforшation in Fc- Mn alloys 1/ l bid . - 2002. - №325 . - Р 307- 319. 14. Melandeг М Coшpt1tationa l and experimema l iпvcsligation of indt1ction and lase1· hardeniпg: Linkocping Stt1d i c~ i п Sc. and ТесЬn. Disseгtatioп 124. - Linkoeping. 1985 . J 5. Seгajzadeh S., Karimi Taheгi А. А ~tLJdy оп at1s tenitc decoin position dшing continuous cooliпg of а lo\'I сагЬон 'tecl // Mateгials and Design. - 2004 - No 25. - Р 673- 679. 16. Shen Н, Slu У , Уао Z. ]'!u111e1·ical s i1щ1 latioп о[ l!н:: lasc1· for шiпg of plates t1siпg t1,10 si 111L1[taneous scaп.s 11 Comp11tatio nal Mateгials Sci. - 2006. - № 37. - Р 239 245. 17. Silva Е. Р, Pacheco Р. М, Sm1i М .-i. Оп tl1e 1!1cпno-mec hanical collpling in austeпite-marteпsite pl1ase tгaпsformati on related to the quencl1i11g process // lntcm. J. Solid апd Stгuctщes -2004. - No 41. - С. 1139- 1155. 18. Зайффарт П , Касапиат О. Г Рас<1стныс модслн ш1я оценки механических свойств металла ЗТВ nрн свщ~кс низколегированных сталей // Матсмап1 с1еское ~10:1слнро вание и информационные т хноJюrин R сварке и родс твенных проuессах: Сб. тр . Междунар. Н<Jу ч. ко11ф .. пос . Кацивелн, Крым, 13· 17 сент. 2004 г. / f!o,J ред. В И . Махненко - Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 2004. - с. 103-106. 19. Lankalapalli К N. Model-ba ·cd "' eld penctп1tion dc:ptl1 csti matioп // We!ding in the V/oгd . - 1997. - № 39. - р 304-31 3. 20. Liu Y-N, Kannatey-Asilщ Е., }1·. Lascr Ьеа111 \\'e ldi11g v.·itJt simultaneot1s gaussian lase1· prehcutiпg // J. 1 !ca t Тга.ns1сг. Trans. of tl1e ASME. - 1993. - № 11 5. - Р. 34-41. А matl1einatical inodel is pгoposed, \Vhich desc1·ibes tl1e teinpeJ"atшe field апd phase tгansfom1atioпs during lase r 'Neldiпg. Temperature field is deteгmined Ьу the equatioп of ап tinsteady heat flow with а convection teпn using Gгесп fuш.:tion. Model of phase t!'ansfoпnat i ons iп the solid state for tl1e steel being welcied is based оп tl1e statcmeпt оГ conti11uot1~ cooling and Avram i, Koistine n and Mai·gшger eqL1atio11s. Volt1111e fгactioпs of phases during cooliпg arc defined as functio ns of cooling tempeгature and гаtе, <1пd deforniat10n iпсгешеnt - depending on temperatшe апd phasc traпsfoпnations. Metal stп1ctiлe iп the welded joint HAS 'Nas cvaluated Ьу deteпninatioп of t\1e volt1me f1-action of the foпniпg pl1ases. Поступнла в ре:1uщню 23. 10.2008 14 4/2008 •

Численное моделирование структуры металла в ЗТВ при сварке стали повышенной прочности

Institution

Similar Items