Напряжения и деформации при сварке

Напряжения и деформации в металлических сварных конструкциях возникают в результате нарушений технологии выполнения работ. О надежности в таких случаях говорить не приходится, поскольку на стыках образуются трещины, которые в конечном итоге приводят к разрушению конструкции. Помимо этого не исключается деформация металлических элементов. Часто она настолько критична, что эксплуатация изделия невозможна.

Определение мест образования деформаций и напряжений

Сварочные напряжения – это направленные на соединительный шов механические воздействия постоянного характера. Они могут быть:

• изгибающего действия;
• растягивающего;
• срезающего;
• сжимающего;
• растягивающего.

Сварочные деформации – это изменение формы конструкции в результате воздействия внутренней силы. Точка приложения этой силы приходится на места сварки. Деформации могут проявляться не сразу, а по истечении некоторого времени как результат усталости металла или после начала эксплуатации под воздействием дополнительных нагрузок.

При благоприятных раскладах возможен минимальный ущерб, который выражается снижением устойчивости к воздействию коррозии. Если же внутреннее напряжение слишком высокое, то не исключается разрушение конструкции.

Причины возникновения деформаций и напряжений при сварке

Напряжения и деформации во время сварки могут возникать по нескольким причинам. Их принято разделять на две группы: основные и побочные. Отличительная особенность между ними состоит в том, что первые образуются во время сварочного процесса и объективно неизбежны. А вот побочные напряжения можно и нужно предотвращать.

Основные причины деформаций, относящиеся к второй группе (побочные):

1. Неравномерный нагрев металлической заготовки. Суть физического процесса сводится к тому, что металл с более высокой температурой расширяется больше. Между двумя примыкающими слоями с разной температурой образуется напряженность. Она тем больше, чем выше показатели температуры и, соответственно, коэффициент теплового расширения.
   С возрастанием значений прямо пропорционально увеличивается и вероятность деформации конструкции.
2. Усадки имеют место в тех случаях, когда жидкий металл резко охлаждается и переходит в твердое состояние. Во время этого процесса прилегающие участки растягиваются, в результате чего создается внутреннее напряжение металла, которое может быть как продольным, так и поперечным по отношению к стыку. В первом случае вероятно изменение длины заготовки, а во втором – образование угловой деформации.
3. Структурные изменения. Соединение заготовок из высокоуглеродистой и легированной стали сопровождается большим нагревом заготовок. В результате этого имеет место закаливание металлов, сопровождаемого изменением объема и значений коэффициента теплового расширения. В результате этих процессов образуется напряжение, приводящее к образованию трещин на видимой части шва и внутри него. Исключением является процесс сваривания стали с содержанием углерода до 0,35%. В этом случае структурные изменения тоже имеют место, но они настолько малы, что существенного влияния на качества соединения не оказывают.

К побочным причинам деформаций причисляют:

• неверный выбор электродов,
• сварка выполнялась в неправильном режиме;
• нарушения технологии выполнения сварочных работ;
• плохая подготовка кромок;
• ошибка при выборе типа шва;
• слишком маленькое расстояние между двумя разными швами;
• большое количество точек пересечения;
• неопытность специалистов;
• ошибки конструктивного характера.

Виды сварочных деформаций

Сварочные напряжения могут быть структурными или тепловыми в зависимости от причин их образования. Как понятно из названия, тепловые возникают в процессе нагрева или остывания заготовок, а структурные – в результате внутренних изменений материала. Они могут проявляться и комплексно, например, в случае сваривания высокоуглеродистых и легированных сортов стали.

Если принять во внимание место действия, то напряжения возникают в пределах всей конструкции, сварного соединения, в зернах или кристаллической решетке металла. По виду напряженного состояния их разделяют на три группы:

• Линейные. Характеризуются односторонним направлением действия;
• Плоские. Имеют двустороннюю направленность воздействия;
• Объемные. Действие напряжения направлено по трем осям.

Деформация, которая возникает во время сварочных работ, называется общей. В случаях, когда меняются форма и размеры одной или нескольких расположенных рядом свариваемых деталей, деформация называется местной.

Деформации принято различать и по продолжительности действия. Временными называют те, воздействие которых проявляется исключительно в период выполнения сварочных работ. Геометрические параметры восстанавливаются после остывания металла. Изменение формы, которое остается и после того, как устранена сама причина ее образования, называется остаточной. В случаях, когда геометрические параметры после работы приходят в начальную форму, деформации принято называть упругими, в обратном случае – пластическими.

Как избежать деформации металла при сварке

Для уменьшения вероятности деформации деталей и готовой конструкции специалисты рекомендуют придерживаться некоторых правил:

1. На этапе проектирования сделать расчет деформаций для нормального формирования сварочного шва, выбрать оптимальные припуски для усадки.
2. Расположить швы желательно симметрично относительно осей узлов.
3. При проектировании не допускать, чтобы в одной точке пересекалось больше трех швов.
4. Перед началом сварочных работ проверить, все ли зазоры на стыках соответствуют расчетным показателям.
5. Не формировать сварочные швы в местах предполагаемой концентрации внутренних напряжений металла.

В целях уменьшения деформации металла и напряжений внутри материалов во время выполнения сварочных работ специалисты используют специальные приемы.

Наиболее эффективные из них:

• Создание дополнительных очагов деформации, вектор которых направлен в противоположную сторону.
• Длинные швы (1 метр и более) разбиваются на несколько участков до 15 см каждый. Сваривание выполняется обратноступенчатым методом.
• Часто помогает снижение температуры в сварочной зоне. Для этого во время сварки под стыки подкладываются графитовые или медные пластины.
• Расположенные недалеко друг от друга стыки свариваются так, чтобы деформации компенсировали одна другую.
• При соединении заготовок из вязких металлов применяются технологии и методы, направленные на снижение остаточных явлений.
• Если условиями эксплуатации допускается возможность создания коротких швов, то следует делать стыки как можно меньше.

• При сваривании желательно делать как можно меньше проходов.
• В случаях, когда предусматривается формирование двухстороннего шва, следует наплавлять слои с каждой стороны попеременно.
• Перед началом работы можно выгнуть края заготовок в сторону противоположную направлению деформации. После остывания они вернутся в исходное положение.
• Количество прихваток должно быть минимальным.
• Небольшие заготовки и узлы приваривать с использованием кондукторов и шаблонов.

Временные и остаточные напряжения – методы устранения

Для снятия напряжений отлично подходят механическая обработка и отжиг. Температурное воздействие выполняется в случаях, когда возникает необходимость в точном соблюдении заданных размеров. Отжиг может быть местным или общим. Металл нагревается до температуры 550-680 °C. Работы выполняются в три приема: разогрев, выдержка при заданной температуре и охлаждение.

Механическое снятие напряжений включает обработку соединений проковкой, взрывом, вибрацией или прокаткой. Преследуемая цель – создание обратно направленной нагрузки. Для проковки горячей или холодной чаще всего применяется пневматический молот.

Для создания вибраций применяется специальное устройство, генерирующее колебания в диапазоне от 10 до 120 Гц. Способ воздействия выбирается с учетом сложности конструкции, формы и размеров деталей.

Методы устранения деформаций

Существует несколько способов устранения дефектов геометрии конструкции: термический с местным или общим нагревом, чисто механический и комбинация этих двух способов – термомеханическое устранение дефектов. В случае применения термического способа правки с полным обжигом конструкцию изначально закрепляют в устройстве, которое будет создавать давление на деформированный участок. После этого ее нагревают в печи.

При локальном нагреве упор делается на сжимании металла при остывании. Для устранения изъяна участок прогревается с помощью сварочной дуги или газовой горелки. Поскольку соседние участки металла остаются холодными, то зона нагрева носит локальный характер и расширяется незначительно. После остывания дефективный участок выпрямляется, а его форма становится приемлемой.

Термическое воздействие является пригодным для исправления всех вариантов дефектов. Но при работе с тонкостенными листовыми материалами следует учитывать особенности:

• нагрев очень быстро распространяется по большой площади тонкого листа. В силу этих причин силы сжатия бывает недостаточно для устранения деформации;
• максимально допустимая температура локального нагрева составляет 600-650 °C. В противном случае буду образовываться новые дефективные участки и деталь станет непригодной для дальнейшей эксплуатации.

Исправление механическим путем подразумевает создание обратно направленных нагрузок на растянутые участки. Самые распространенные способы воздействия – вальцовка, изгибание, ковка, прокатка, растяжка.

Термомеханическая правка включает разогрев участка до 700-800 °C с последующим механическим воздействием. Участки с сильным деформированием исправляют следующим способом. Сначала делают обратные куполообразные выступы, после чего нагревают и резко охлаждают.

Способ устранения деформации выбирается в зависимости от сложности и размеров конструкции. При этом учитываются показатели трудозатрат, финансовые издержки и расход материалов.

Напряжения и деформации при сварке

В результате местного (неравномерного) нагрева металла, обусловленного воздействием концентрированного источника теплоты, в сварной конструкции возникают временные и остаточные сварочные напряжения. Временные сварочные напряжения наблюдаются только в определенный момент сварки в процессе изменения температуры. Напряжения, существующие после окончания сварки конструкции и полного ее остывания, называют остаточными сварочными напряжениями или сварочными напряжениями. Они возникают в результате затруднений расширения и сжатия металла при его нагреве и остывании.

Затрудненность расширения и сжатия металла обусловлена тем, что нагретый участок со всех сторон окружен холодным металлом, размеры которого не претерпевают никаких изменений. Реактивные остаточные напряжения возникают в связи с дополнительным закреплением свариваемых деталей (в приспособлении, при жестком закреплении и т. п.), также препятствующим нормальному протеканию процессов расширения и сжатия. Реактивные напряжения характеризуются неуравновешенной эпюрой напряжений.

Структурные напряжения возникают в конструкции вследствие структурных превращений участков металла околошовной зоны, нагретых в процессе сварки до температуры выше критических точек. Значительные по величине структурные напряжения возникают при сварке закаливающихся сталей, при охлаждении которых после сварки в околошовной зоне образуются мартенситные, имеющие наибольший удельный объем структуры.

Различают сварочные напряжения трех родов. В сварных конструкциях из низкоуглеродистых и низколегированных сталей в основном развиваются сварочные напряжения первого рода. Они действуют и уравновешиваются в значительных, соизмеримых с размерами конструкции или отдельных ее деталей, объемах. При определенных условиях возможно возникновение сварочных напряжений второго и третьего родов — действующих и уравновешивающихся в пределах отдельных зерен металла.

В зависимости от пространственного расположения и взаимодействия разл~ чают сварочные напряжения: линейные или одноосные, действующие только по одной оси в одном направлении (рис. 1, а), плоскостные или двухосные, действующие в двух направлениях (рис. 1, б), и объемные или трехосные, действующие в трех направлениях (рис. 1, в). По направлению действия различают продольные и расположенные поперек оси шва линейные сварочные напряжения (рис. 2).

Рис.1. Различные виды напряженного состояния; напряжения: а — линейные; б — плоскостные, в — объемные сварочные

 

Рис. 2. Продольные (1) и поперечные (2) напряжения в сварном соединении

 

 

Практика эксплуатации сварных конструкций показывает, что в большинстве случаев сварочные напряжения не снижают несущей способности конструкций. По вопросу о влиянии, оказываемом сварочными напряжениями на работоспособность сварной конструкции, нет единого мнения. Большинство исследователей приходит к выводу о том, что линейные сварочные напряжения не снижают прочности сварных конструкций ни при одном из видов нагрузок (статической, вибрационной, ударной), если металл, из которого изготовлена конструкция, в процессе ее эксплуатации находится в пластическом состоянии. Однако, если металл находится в хрупком состоянии, т.е. не способен к пластическому деформированию, наличие даже линейных сварочных напряжений может привести к снижению несущей способности конструкции.

Даже такой пластичный металл, как низкоуглеродистая сталь, при определенных условиях (низкая температура, резкая концентрация напряжений, наличие дефектов) может находиться в хрупком состоянии. Недостаточно ясно также влияние на прочность конструкции сварочных напряжений с плоскостным и объемным характером распределения. Большинство исследователей считают, что и при этом не происходит снижения прочности конструкции при статической (в чистом виде) нагрузке и пластичном состоянии металла.

Технологию сварки и сборки конструкции следует разрабатывать с учетом обеспечения минимальной величины сварочных напряжений, и там, где это диктуется условиями работы конструкции, предусматривать снятие этих напряжений. При этом следует учитывать, что снятие сварочных напряжений — весьма трудоемкая и сложная операция, и к ней следует прибегать только при действительной, технически обоснованной необходимости. Если значения сварочных напряжений достигнут предела текучести металла, они вызовут его пластическую деформацию, а следовательно, и изменения размеров и формы свариваемой конструкции, т.е. ее деформацию (коробление).

Возникающие при сварке деформации разделяют на временные, существующие только во время сварки конструкции, и остаточные, остающиеся после завершения сварки и остывания конструкции. Важное значение для практики имеют остаточные сварочные деформации. В зависимости от характера, формы и размеров свариваемых деталей различают деформацию в плоскости и деформацию из плоскости соединяемых элементов. Деформация в плоскости проявляется в изменении (уменьшении) размеров конструкции, с чем необходимо считаться при заготовке деталей и сборке под сварку, предусматривая припуск на изменение размеров.

Деформация из плоскости (угловая деформация) проявляется в образовании выпучин («хлопунов»), местном изгибе листов (рис. 3), в так называемом грибовидном изгибе пояса при сварке элементов тавровых и двутавровых сечений (рис. 4), а также в других изменениях формы изделий. Величина и характер остаточных деформаций в значительной степени определяются толщиной и свойствами основного металла, режимом сварки, последовательностью наложения швов, конструктивными формами свариваемых деталей и формой шва. При увеличении толщины свариваемого металла деформации снижаются, что связано с большей жесткостью конструкции.

Рис. 3. Угловая деформация при сварке стыкового соединения

 

Рис. 4. Угловая деформация (грибовидность) при сварке таврового соединения

Существенное влияние на величину деформации оказывает значение коэффициента линейного расширения металла. При повышении коэффициента линейного расширения величина остаточных деформаций увеличивается, например при сварке конструкций из высоколегированных нержавеющих сталей, что значительно затрудняет сварку металлоконструкций и изделий из этого металла. Опыт эксплуатации показал, что в стальных конструкциях, в которых не возникают структурные напряжения, в большинстве случаев величина и характер остаточных деформаций с течением времени почти не изменяется. В конструкциях, изготовленных из сталей, при сварке которых возникают структурные напряжения, размеры и формы элемента могут изменяться с течением времени.

Изменение размеров и формы сварной конструкции в некоторых случаях снижает ее работоспособность и портит ее внешний вид. Если остаточные деформации достигают заметной величины они могут привести к неисправимому браку. При разработке, технологии сборки и сварки конструкции следует учитывать необходимость снижения остаточных деформаций до величины, при которой они не отражаются на работоспособности и внешнем виде конструкции и не затрудняют сборку отдельных элементов. Если величина остаточных деформаций выходит за допускаемые пределы, следует проводить правку конструкции. Правка конструкции является весьма трудоемкой операцией, требует высокой квалификации рабочих, и ее так же, как и снятие сварочных напряжений, следует проводить только в случае действительной необходимости.

Напряжения и деформации при сварке

Высокотемпературный нагрев элементов конструкций при сварке вызывает появление в них напряжений и деформаций, которые существенно затрудняют производство сварных конструкций и ухудшают их качество. С целью снижения сварочных напряжений и деформаций используются специальные приемы, соответствующим образом строится процесс сборки и сварки конструкций.

Остаточные напряжения и деформации разной степени возникают при структурных превращениях металла в зоне термического влияния сварного соединения. Возникновение такого состояния обусловлено тем, что в металле появляются участки с ярко выраженными измененными объемами, например, мартенситное превращение сопровождается значительным увеличением объема. Такое местное изменение объема металла при сохранении объемов рядом расположенных участков и приводит к возникновению внутренних структурных напряжений.

Величина и распределение напряжения и деформации при сварке зависят от многих факторов, в том числе от жесткости свариваемой конструкции и толщины металла. При сварке тонкого листа (до 5 — 6 мм) проявляются преимущественно большие деформации, а напряжения малы. Сварка металла средней толщины (до 16 — 20 мм) сопровождается также существенными деформациями, при этом с увеличением толщины в большей степени начинают проявляться сварочные напряжения. При сварке толстого металла (более 16 — 20 мм) основным фактором является возникновение значительных напряжений, деформации при этом невелики.

Классификация напряжений и деформаций при сварке. Возникающие при сварке напряжения относятся к разряду собственных напряжений, т. е. напряжений, существующих в конструкциях при отсутствии внешних нагрузок. Такие напряжения образуются не только при сварке, но и при других технологических процессах: прокатке, гибке, шлифовании, резании. Собственные напряжения двухзначны: растягивающие усилия всегда (в пределах части или всей конструкции) уравновешиваются сжимающими усилиями. Собственные сварочные напряжения классифицируются по следующим признакам:

1. по времени существования — временные сварочные напряжения, существующие лишь в определенный момент времени нестационарного процесса нагрева и остывания, и остаточные сварочные напряжения, остающиеся после полного остывания конструкции;
2. по направлению действия напряжений — напряжения продольные, направленные параллельно оси сварного шва, и поперечные, направленные перпендикулярно оси шва.

Похожие статьи

• Сварка алюминиевых проводов Стыковые соединения голых , алюминиевых проводов воздушных сетей, марки A и сталеалюминиевых марки AC сваривают термитными патронами с осадкой при помощи специальных клещей. Применяют […]
• Как выбрать электрод? Для работы с инвертором необходимы электроды. Они предназначены для передачи тока к изделию, которое необходимо сварить. Очень важно правильно подобрать электрод под сварочный аппарат. […]
• Сварка теплоустойчивых сталей Теплоустойчивые стали обладают повышенной механической прочностью при высоких температурах (до 600°С) и постоянных нагрузках. Считаясь низколегированными сталями, они практически […]
• Технология механизированной сварки плавящимся электродом Механизированную сварку в инертных газах производят плавящимся электродом, как правило, на токе обратной полярности полуавтоматами различных типов. Эти полуавтоматы характерны […]
• Как делают электроды для сварки Сейчас вы узнаете как делают электроды для сварки. Компоненты (кроме алюминиевого порошка), входящие в состав покрытия, проходят сортировку, сушку, дробление, размол и просев через […]

Мероприятия по уменьшению деформаций при сварке. Статьи компании «ООО «Кранремпроект»

Деформации при сварке

В сварных конструкциях, изготовленных без заметных искривлений, остаточные напряжения растяжения достигают весьма высоких значений. Наоборот, в сильно деформированных при сварке конструкциях величина остаточных напряжений растяжения понижена. Вследствие этого некоторые мероприятия по уменьшению остаточных деформаций противоположны мероприятиям по уменьшению остаточных напряжений. Все же в числе мероприятий по уменьшению остаточных напряжений растяжения есть такие, которые ведут к уменьшению деформаций. Мероприятия по борьбе с деформациями можно разделить на три вида: конструктивные, технологические, проводимые в процессе сварки, и технологические, проводимые после сварки.

Основное внимание при изготовлении сварных конструкций необходимо сосредоточить на мероприятиях конструктивных и технологических, выполняемых в процессе сварки. Что касается мероприятий по уменьшению деформаций после сварки, которые главным образом сводятся к холодной и горячей правке искривленных сваркой изделий, то применение их на практике нерационально. Холодную или горячую правку после сварки можно применять только в крайних случаях, так как холодная и горячая правка, помимо дополнительных трудоемких операций, приводят к увеличению остаточных напряжений растяжения в активной зоне и к исчерпыванию пластических свойств в металле шва. Последнее понижает вибрационную и ударную выносливость сварных конструкций и приводит иногда к разрывам и трещинам в процессе правки или эксплуатации. Для ответственных конструкций холодная и горячая правка не опасна и безвредна только в том случае, если после правки производится снятие напряжений путем термического отпуска.

Главная цель конструктивных и технологических мероприятий, выполняемых в процессе сварки, состоит в том, чтобы не допустить искривления продольной и поперечной осей конструкции и чтобы избежать выпучивания или волнистости листов от потери устойчивости. К числу конструктивных мероприятий относятся следующие:

1. Сечение швов не должно быть больше, чем требуется по условиям прочности.

2. Швы необходимо располагать возможно ближе к осям, проходящим через центр тяжести изделия, или на самих осях.

3. Центр тяжести поперечных сечений двух параллельных швов должен совпадать с центром тяжести поперечного сечения свариваемой конструкции.

4. Количество швов в конструкции следует проектировать возможно меньшее для уменьшения усадочных усилий, действующих в ней.

5. Припуски деталей на усадку должны быть установлены правильно, чтобы после сварки размеры конструкции соответствовали запроектированным.

6. Для ограничения угловой деформации, т. е. выхода деталей из плоскости соединения, необходимо уменьшать угол раскроя V-образных швов или применять X-образные швы при больших толщинах свариваемых листов.

7. Предусматривать в кондукторах зажимы для правильной установки деталей при сборке. Причем характер действия зажимов должен обеспечивать свободное перемещение деталей в их плоскости по направлению поперечной усадки и задерживать повороты деталей, т. е. препятствовать угловой деформации.

8. В конструкциях коробчатого сечения и в плоских конструкциях, имеющих замкнутые контуры сварных швов, с целью ограничения возможных выпучин или вогнутостей в листовых деталях от потери устойчивости необходимо предусматривать постановку ограничений в виде распорок, диафрагм ребер жесткости.

В правильно запроектированной конструкции с симметричным расположением соединяемых деталей при наличии рациональных приспособлений коробление может быть совсем устранено или сведено к минимуму путем соответствующей последовательности наложения швов. К технологическим мероприятиям по уменьшению деформаций, проводимым в процессе сварки относятся следующие:

1. Правильный выбор режима сварки. Режим сварки должен быть выбран таким, чтобы ширина активной зоны была возможно меньше. Для этого следует повышать скорость сварки, чтобы удельная энергия нагрева была меньше. Для равномерного нагрева металла по толщине целесообразно повышать плотность тока, чтобы провар металла был глубоким. Глубокий провар поясных швов тавровых и стыковых соединений ведет к выравниванию поперечной усадки по толщине шва и уменьшению угловой деформации. В некоторых случаях при выполнении второго из двух симметричных относительно оси изделия швов целесообразно повышать режим сварки для увеличения активной зоны, чтобы усилиями второго шва полностью устранить прогиб, вызванный наложением первого шва.

2. Наложение швов вести в таком порядке, при котором деформирование от предыдущего шва ликвидируется обратной деформацией после наложения последующего шва. Противоположные параллельные швы во многих случаях целесообразно выполнять одновременно или попеременно участками.

3. При обратноступенчатом методе сварки деформация меньше, так как внутренние усилия, порождаемые усадкой на участках шва, действуют на сравнительно небольшие области металла и на соседних участках они направлены в противоположные стороны.

4. Проковка швов в процессе сварки заметно уменьшает деформации. Проковка уплотняет шов путем расплющивания остывающего слоя наплавки и в результате уменьшает действие усадки шва. Последний облицовочный слой шва проковывать не рекомендуется, чтобы не вызвать появления трещин на поверхности шва.

5. Предварительный подогрев всего свариваемого изделия ведет к понижению остаточных напряжений и уменьшению остаточных деформаций.

6. Искусственное охлаждение разогретого металла путем теплоотводящих подкладок или при помощи проточной воды уменьшает активную зону и снижает продольную усадку. Однако такое мероприятие при одностороннем действии может вызвать неравномерность нагрева по толщине металла и способствовать появлению угловой деформации.

7. Для устранения прогиба применяют предварительный выгиб свариваемых изделия. Пластический обратный выгиб перед сваркой ограничивает изгиб после окончания сварки. Действие момента от усадочного усилия при сварке уравновешивается упругим противодействием волокон удаленного от шва края изделия, в которых при предварительном выгибе образовались пластические деформации сжатия.

8. Стыки тонколистовых соединений резервуаров и оболочек целесообразно сваривать на магнитных стендах. Магнитные стенды не препятствуют поперечной усадке в плоскости листов, но удерживают листы от поворота и уменьшают угловую деформацию. Последующая вальцовка полотнищ для придания им цилиндрической формы значительно устраняет угловые деформации и местное выпучивание листов.

9. При сварке тонких листов по замкнутому контуру средняя область листа, подвергаясь всестороннему сжатию от действия усадочных усилий вдоль шва, выпучивается от потери устойчивости. Для избежания выпучивания целесообразно перед сваркой произвести местный подогрев средней области листа, т. е. нагрев места листа, в котором ожидается вершина выпучивания.

10. Для уменьшения коробления и появления волнистости на свободной кромке широкого листа при приварке его другой кромки к какой-либо детали у свободной кромки прихватывают временные жесткости в виде уголков или полос, которые после сварки удаляют.

11. Сварка деталей в закрепленном положении и сварка в кондукторах снижает остаточные деформации.

12. Для устранения выпучивания или волнистости от потери устойчивости тонколистовыми элементами сварной конструкции весьма эффективным мероприятием является предварительное растяжение тонких листов и приварка их в растянутом состоянии к другим элементам конструкции или сварка в растянутом состоянии друг с другом. В результате остаточные реактивные напряжения осевого сжатия значительно уменьшаются, и явление потери устойчивости устраняется.

Мероприятия по устранению деформаций после сварки состоят в холодной и горячей правке сварных конструкций. Холодная правка достигается образованием пластических деформаций растяжения в металле шва и пластического сжатия волокон основного металла на противоположной шву стороне изделия путем выгиба изделия в обратную сторону. В результате холодного гиба в подвергавшихся сжатию волокнах основного металла образуются остаточные напряжения растяжения, которые уравновешивают действие усадочного усилия и держат изделие в выпрямленном состоянии. Метод громоздкий, требует больших усилий, и при этом исчерпывается запас пластических свойств наплавленного металла. Возможно также образование трещин и разрывов в сварных швах в процессе правки.

Горячая правка производится местным нагревом до пластического состояния выпуклой стороны изделия. После остывания в местах нагрева появляются остаточные напряжения растяжения, которые распрямляют изделие и держат его в выпрямленном состоянии. При горячей правке местный нагрев производят газопламенной горелкой секторов или наложением холостого валика на поверхности изделия в точках. Горячая правка, как и холодная, ведет к повышению остаточных напряжений в сварных швах и к исчерпыванию пластических свойств в активной зоне, поэтому после холодной и горячей правки целесообразно для снятия остаточных напряжений производить термический отпуск сварного изделия.

Напряжения и деформации в сварных соединениях | Презентация к уроку на тему:

Слайд 1

Тема урока: «Возникновение деформаций и напряжений при сварке»

Слайд 2

Цель урока? Уяснить причины возник-новения напряжений и деформаций при сварке.

Слайд 3

Опорные вопросы к теме: Что такое сила? Что происходит с предметами и телами в результате воздействия на них какой-либо силы? Почему предметы по-разному противо-действуют силе? Что такое сопротивление действию силы? Почему при действии на предметы какой-либо силы в них появляются напряжения?

Слайд 4

Правильные ответы: Сила-это количественная мера воздействия на предмет, имеет величину и направление. Происходит изменение их размеров, формы или их разрушение. Потому что они имеют различную прочность и жёсткость. Это способность предмета или тела сохранять неизменными свою форму и размеры под дейст-вием силы. Потому что изменяются расстояния между атомами и молекулами кристаллической решётки и появля-ются между ними силы притяжения или отталкивания.

Слайд 5

Определение деформации Деформация это: Изменение геометрических размеров (укорочение, удлинение, утонение или утолщение). Изменение формы (изгиб, сдвиг, поворот, скручивание). Сочетание изменения и размеров и формы Всё это происходит под действием сил!

Слайд 6

Виды деформации: Упругая — предмет восстанавливает свои форму и размеры после снятия действия силы. Пластическая – предмет сохраняет ко-нечные форму и размеры даже после снятия силы и не восстанавливает свои первоначальные параметры

Слайд 7

Примеры сварочных деформаций

Слайд 8

Примеры сварочных деформаций

Слайд 9

Примеры сварочных деформаций

Слайд 10

Деформация приводит к не-желательным и непредска-зуемым изменениям свойств предмета, ухудшению его качества и внешнего вида, прочности и надёжности!

Слайд 11

Какие силы вызывают деформацию при сварке? Ведь внешних сил во время да и после сварки нет!

Слайд 12

Вспомним физику! Тела и предметы при нагревании расширяются, а при охлаждении сужаются. Это происходит за счёт изменения межатомных расстояний. Лучше всего расширяются и сужаются вещества имеющие кристаллическую решётку (металлы).

Слайд 13

ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ СВАРКЕ: Металл сварного шва, имеющий высокую темпе-ратуру, увеличивается и по длине, и по ширине, и по высоте (по объёму). Основной металл, прилегающий к границам шва при этом относительно «холодный». Металл шва стремится сжать основной металл и в нём развиваются внутренние напряжения сжа-тия. При остывании сварного шва его размеры умень-шаются и он «тянет» за собой основной металл (появляются напряжения растяжения).

Слайд 14

ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ СВАРКЕ: Явление уменьшения размеров шва при его остывании называется усадкой. Силы, возникающие при уменьшении размеров шва называют усадочными. Силы эти являются внутренними по отношению к предмету и внешними по отношению к сварному шву. Вот они — то и вызывают появление сварочных деформаций!

Слайд 15

Вывод: Деформации при сварке возни-кают под действием внутренних усадочных сил при нагреве и остывании металла шва, образо-ванного совместным плавлением и кристаллизацией металла электрода и основного металла.

Слайд 16

Отдохнём!!!

Слайд 17

Контрольные вопросы: Как влияет размер шва на величину деформа-ции сварного соединения? Как влияет температура на величину деформа-ции сварного соединения? Как влияет режим сварки на величину деформа-ции сварного соединения? Как влияет скорость сварки на величину дефор-мации? Зависит ли величина деформации от типа свар-ного соединения? В каком шве: одностороннем или двустороннем деформация меньше?

Слайд 18

Правильные ответы: Чем больше размеры шва, тем больше деформа-ция сварного соединения. Чем больше температура металла шва, тем боль-ше деформация сварного соединения. Чем больше сила тока и напряжение, тем больше объём расплавляемого металла и температура его нагрева, значит и деформация больше. Чем больше скорость сварки, тем меньше нагрев металла, значит и деформация меньше. Зависит. В двустороннем шве деформация мень-ше, обе стороны шва уравновешивают друг друга.

Слайд 19

Подведение итогов урока: Что вы узнали сегодня нового? Как следует производить сварку, чтобы деформация после сварки была бы меньше? Почему происходят деформации при сварке?

Слайд 20

Задание на дом: Выучить тему урока.

Слайд 21

Тема следующего урока: «Распределение напряжений в сварных соединениях» Спасибо за внимание

Основные мероприятия по уменьшению напряжений и деформаций при сварке

Величину собственных напряжений и связанных с ними дефор­маций, возникающих при сварке изделия, можно значительно уменьшить, но для этого необходимо выполнять следующие требо­вания:

1. Правильно выбирать конструкцию сварного изделия.

2. Рационально располагать сварные швы на изделии.

3. Применять соответствующие методы сборки и сварки изде­лий и использовать приспособления.

4. Правильно выбирать тепловой режим сварки.

5. В правильной последовательности выполнять сварные швы.

6. Использовать предварительный и сопутствующий подогрев при сварке.

7. Подвергать механической или термической правке изделия.

8. Подвергать термической обработке изделия после сварки.

Выполнение перечисленных требований позволит или полно­стью уничтожить в изделии собственные напряжения и деформации, или уменьшить их настолько, что они станут уже неопасными для прочности конструкции в целом.

С целью уменьшения деформаций и напряжений при сварке можно руководствоваться следующими общими рекомендациями:

1. Применять для сварных конструкций такие марки основного металла и электродов, которые не склонны к закалке при остыва­нии на воздухе и дают достаточно пластичный (нехрупкий) металл шва.

2. Не создавать в конструкции, особенно работающей при уда­рах и вибрациях, скоплений большого количества сварных швов и их пересечений друг с другом, а также избегать применения коротких швов замкнутого контура, так как в подобных местах неизбежно происходит концентрация собственных напряжений.

3. Использовать, если это возможно, симметричное расположе­ние ребер жесткости в конструкциях.

4. Ограничивать применение накладок и косынок.

5. Применять по возможности стыковые швы, так как они дают наименьшую концентрацию напряжений.

6. Внедрять секционное изготовление конструкций с последую­щей сваркой готовых узлов, а также использовать штампованные и литые детали для узлов сложной Еонфигурации. В этом случае уменьшается неблагоприятное влияние жестких связей между отдельными деталями, образуемых сварными швами.

7. Преимущественно применять швы с глубоким проплавлением, а также методы полуавтоматической и автоматической сварки под флюсом, дающие большую скорость сварки, требующие малых зазоров между листами и обусловливающие более равномерное остывание шва.

При полуавтоматической и автоматической сварке величина напряжений и деформаций меньше, чем при ручной.

8. Пользоваться сборочно-сварочными приспособлениями и кондукторами, способствующими осуществлению заданной точно­сти сборки, получению швов равномерного сечения и соблюдению нужной последовательности сварки. Если зажимы кондукторов допускают перемещение деталей от усадки при сварке, то это сни­жает напряжения. При жестком закреплении свариваемых деталей остаточные напряжения после сварки и снятия детали с кондук­тора снижаются вследствие того, что в процессе сварки металл шва получает необходимую пластическую деформацию при осты­вании.

9. Правильно выбирать тепловой режим нагрева основного металла при сварке. Если при сварке допускается свободное пере­мещение детали или основной металл склонен к закалке, то следует применять более мощный тепловой режим. Этим увеличивается объем разогреваемого металла и замедляется остывание.

Чтобы уменьшить скорость охлаждения после сварки и раз­ность температур между нагретыми и холодными частями изделий, при сварке закаливающихся сталей или металла больших толщин, а также сварке при низких окружающих температурах следует
применять предварительный или сопутствующий подогрев изделия в целом или околошовной зоны его.

Температура подогрева определяется свойствами металла и составляет: для стали 500—£00°, чугуна 700—800°, алюминия 250—270°, бронзы 300—400°. Низкотемпературный подогрев до 100—200° применяется в случае сварки стали при низких окружаю­щих температурах.

При сварке в стык жестко закрепленных деталей нужно ис­пользовать менее мощные тепловые режимы и применять электро­ды, дающие пластичный наплавленный металл.

HllljlMUri Iiutjiiiutnrir

Рис. 57. Правильная последовательность наложения швов при сварке листов: а—настила, б — двутавровой балки

J-)

а)

[+>

Ю

Рис. 58. Напряжения от поперечной усадки в про­дольном сечении шва:

а — при сварке иа проход, 6 — при сварке от краев шва к середине: (—) — напряже­ния сжатия, н4 — напряже­ния растяжения

10. В правильной последовательности накладывать швы. По­следовательность наложения швов должна быть такой, чтобы в свариваемых элементах, например листах, допускалась свобод­ная деформация. Так, например, при сварке нескольких листов продольными и поперечными швами сначала накладывают все по­перечные швы, соединяющие отдельные листы в полосы. После этого можно сваривать продольные швы, соединяющие эти полосы между собой. В этом случае свариваемые части листов не будут жестко закреплены между собой и смогут свободно деформи­роваться при сварке. На рис. 57 цифрами показана правильная

последовательность наложения швов при сварке листов настила (рис. 57, а) и двутавровой балки (рис. 57, б).

Сварку швов нужно производить на проход или от середины шва к его концам. В этом случае в середине шва будут возникать поперечные напряжения сжатия (рис. 58. а). Если же вести свар­ку шва от его концов к середине, то в середине появятся поперечные напряжения растяжения (рис. 58, б), отчего в шве или околошов — ной зоне может образоваться трещина.

11. Применять многослойную дуговую сварку швов больших толщин (свыше 20—25 мм). В этих случаях швы накладывают гор-

Ось горни Рис. 59. Последовательность наложения швов при многослойной сварке: а — горкой, б — каскадом

кой (рис. 59, а) или каскадом (рис. 59, б). При сварке горкой пер­вый слой шва имеет небольшую длину порядка 200—300 мм. Вто­рой слой перекрывает первый и имеет длину в два раза большую. Третий слой длиннее второго на 200—300 мм и т. д.

Заполнив горку, сварку ведут в обе стороны от нее короткими валиками тем же способом. При этом зона сварки все время поддер­живается в нагретом состоянии, что обеспечивает более равномер­ное распределение тепла в металле и уменьшает напряжения.

12. Производить в случае необходимости легкую проковку каж­дого слоя многослойного шва ударами пневмозубила. Последний слой проковке не подвергается. Однако способ этот весьма трудоем­кий, требует наличия пневмоинструмента, создает шум в цехе и поэтому может быть рекомендован только в отдельных случаях, когда нельзя пользоваться другим методом.

13. С целью уменьшения коробления свариваемых деталей на­кладывать швы в обратно-ступенчатом порядке. Чем короче шов, тем меньше деформируется изделие. Длинные швы делят на участ­ки длиной 150—200 мм с таким расчетом, чтобы каждый участок
мог быть сварен одним электродом или целым числсм электродов. Сварку ведут в порядке, указанном на рис. 60, начиная от начала шва или его середины. Каждый последующий слой накладывают ц обратном направлении по отношению к предыдущему. В этом случае деформации, возникающие при наложении двух соседних коротких участков шва, будут иметь противоположное направле­ние. Стыки участков разных слоев должны располагаться вразбеж­ку, а не совпадать друг с другом. Уменьшение деформаций при обратно-ступенчатом способе наложения шва объясняется тем, что

Прпвттпп НепраВипьт Рис. 61. Уравновешивание деформа­ций

Рис. 60. Обратно-ступеичатый поря­док наложения швов

)5 И ‘3 ‘2 П Ю 9 непрерывный шов

Обратно-ступенчатый шов

в этом случае нагрев металла распределяется более равномерно. Весь шов получает равномерные деформации, как это схематически показано на рис. 60 (внизу).

14. Уравновешивать деформации, для чего порядок наложения швов выбирается такой, чтобы последующий шов вызывал дефор­мации, обратные тем, которые возникли при наложении предыду­щего шва. На рис. 61, а показан порядок наложения швов при сварке балки двутаврового сечения. Деформации шва 2 действуют в направлении, противоположном деформациям шва 1, выпрямляя балку, покоробившуюся при сварке шва 1. То же имеет место при наложении швов 3 и 4. Можно также сваривать швы балки без ис­кривления, в таком порядке: 1,4,3 и 2. На рис. 61, б цифрами по­казан порядок наложения валиков при продольной наплавке круг­лого стержня. Валики следует накладывать с разных сторон стерж­ня на небольшой его ширине. Не следует наплавлять сна­чала одну половину стержня, а затем вторую, так как в этом слу­чае первоначальные деформации могут полностью не уничто­житься.

15. Использовать обратные деформации. В детали искусственно перед сваркой вызывают деформацию, обратную тем, которые она должна получить при сварке. На рис. 62 показаны примеры при­менения обратных деформаций. Обратные деформации обычно ис­
пользуются в конструкциях, у которых сварные швы расположены только с одной стороны от оси изделия или на разных расстояниях от нее.

16. Применять искусственное охлаждение детали в процессе СЕарки, что уменьшает зону нагрева металла и деформацию изде­лия. Для охлаждения изделие погружают в воду, оставляя на поверхности только место сварки, или кладут под шов толстую подкладку из красной меди, которая вследствие своей высокой теплопроводности хорошо отводит тепло. Использование медных подкладок дает хороший результат при сварке тонколистового

Предварительный выгиб Рнс. 62. Примеры использования обратных деформаций

Ю 2D мм на /м ш8а

материала, нержавеющей стали, когда необходимо обеспечить хо­роший отвод тепла, во избежание сильного перегрева и коробле — ни і изделия. Иногда медные подкладки дополнительно охлаждают водой, пропуская ее по каналам, сделанным в подкладке.

17. Применять отжиг или нормализацию изделия после сварки. Отжиг или нормализация полностью устраняют внутренние на­пряжения в изделии, возникающие при сварке.

18. Применять метод холодной или горячей правки изделий после сварки. Холодная правка производится домкратами, прес­сом, ударами молота или кувалды со стороны наибольшего выгиба изделия, которое стремится деформировать в обратном направле­нии. Этот способ довольно дорогой, трудоемкий и может привести к появлению трещин и разрывов в швах и основном металле.

При горячей правке осуществляется местный нагрев сварочны­ми горелками до температуры пластического состояния участка металла на выпуклой стороне изделия. При остывании на этом уча-

стке возникают напряжения растяжения, выпрямляющие изде­лие. Этот метод прост и эффективен. Для устранения остаточных напряжений после холодной или горячей правки, если это требует­ся по условиям работы конструкции, производят термообработку сварного изделия.

Сварочные напряжения и деформации | Дефекты сварных швов и соединений

Внутренние напряжения в сварных швах и соединениях возникают в результате линейной усадки наплавленного металла, из-за неравномерного нагрева свариваемого металла и из-за изменения объема металла при изменении его структуры.

Во время затвердевания и последующего охлаждения объем металла шва уменьшается — происходит линейная усадка, но так как он уже жестко связан с основным металлом, то его усадка вызывает появление внутренних напряжений. Чем меньше объем наплавленного металла, тем меньше внутренние напряжения и коробление.

Неравномерный нагрев свариваемого металла также вызывает появление внутренних напряжений. При нагреве защемленного участка в нем возникают силы сжатия, а при охлаждении силы растяжения. Величина силы сжатия определяется температурным удлинением при нагреве или, иначе говоря, коэффициентом линейного расширения. Сила сжатия в узле будет равна этому коэффициенту, умноженному на модуль сопротивления и на температуру нагрева. Чем больше нагревается участок жестко закрепленной конструкции, тем больше сила сжатия в нем будет возникать.

При остывании детали в ней возникают силы растяжения, которые при определенных условиях могут разорвать ее.

При нагреве металл меняет свою внутреннюю структуру, что влечет за собой изменение объема. Это изменение объема создает в сварном соединении дополнительные силы сжатия, если объем увеличивается, или дополнительные силы растяжения, если он уменьшается. Подобное явление наиболее часто наблюдается при сварке специальных сталей.

Напряженное состояние (растяжения или сжатия) часто наблюдается при сварке изделий большой толщины, жестких по конструкции. Оно не приводит к разрушению металла и с течением времени уменьшается.

При сварке малопластичных или склонных к закалке металлов напряженное состояние в изделии проявляется в виде трещин, возникающих как в шве, так и в основном металле, прилегающем к сварному шву.

Наиболее часто внутренние напряжения проявляются в сварной конструкции в виде различных короблений, которые деформируют конструкцию и делают ее непригодной для нормальной эксплуатации без правки. Величина внутренних напряжений и короблений в большой степени зависит от способа сварки. Чем медленнее выполняется процесс сварки, чём больше зона разогрева основного металла, тем сильнее будет коробление (рис. 37).

Рис. 37. Виды деформации сварных соединений
а — деформации в результате поперечной усадки наплавленного металла; 6 — деформации от поперечной и продольной усадки наплавленного металла

АНАЛИЗ ТЕРМИЧЕСКИХ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФЕКТОВ ПРИ СВАРКЕ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Хорошо известно, что термические напряжения при сварке и возникающие в результате остаточные напряжения влияют на прочность сварной конструкции, вызывая такие проблемы, как хрупкое разрушение, коробление и растрескивание сварных швов. В момент сварки ограниченная часть сварного соединения нагревается до очень высокой температуры и охлаждается до комнатной температуры. В имеющемся тепловом цикле распределение температуры изменяется со временем, что влияет на механические свойства металлов.Чтобы провести надежный теоретический анализ, необходимо принять во внимание вышеупомянутые факторы. Авторами разработан метод теоретического анализа этой задачи, основанный на методе конечных элементов, с учетом эффектов изменения модуля упругости, предела текучести и коэффициента линейного теплового расширения металла с температурой. Они проанализировали термические переходные напряжения, возникающие в стыковом шве под движущимся электродом, а также в угловом шве в ходе первого и второго валиков и получили различную информацию об истории термических напряжений в процессе сварки.Приведены примеры, подтверждающие полезность метода.

• Авторов:
• Дата публикации: 1971-9

Информация для СМИ

Предмет / указатель терминов

Информация для подачи

• Регистрационный номер: 00032644
• Тип записи: Публикация
• Агентство-источник: Комитет по структуре судов
• Файлы: TRIS
• Дата создания: 21 апреля 1972 г., 00:00

Формирование напряженно-деформированного состояния рельсовых стержней при сварке с предварительным вертикальным изгибом

MATEC Web of Conferences 230 , 01015 (2018)

Формирование напряженно-деформированного состояния рельсовых стержней при сварке с предварительным вертикальным изгибом

Владимир Шраменко ^{1 *} , Наталья Беликова ¹ , Александр Овчинников ¹ , Дмитрий Онопрейчук ¹ и Станислав Горелышев ²

¹ Украинский государственный университет железнодорожного транспорта, пл., 7, Харьков, Украина, 61050
² Национальная академия национальной гвардии Украины, пл.Захисников Украины, 3, г. Харьков, Украина, 61001

^* Автор для переписки: [email protected]

Аннотация

В статье определены параметры и условия работы для окончательного восстановления целостности балок рельсов непрерывной колеи рельсов электроконтактной сваркой, а также при сварке рельсов между собой при их удлинении в полевых условиях методом предварительной изгиб.Это процесс сварки рельсов при температурах выше температуры их фиксации. В связи с этим была рассмотрена соответствующая расчетная схема, в отношении которой определены необходимые параметры, обеспечивающие условия выпрямления остаточной кривизны и, как следствие, формирования соответствующего напряженного состояния. Для обеспечения условий самовыравнивания приведена формула определения остаточного изгиба стрелы, устранение которого под действием собственного веса приводит к появлению сжимающих напряжений в зоне сварного шва.Кроме того, была выведена формула для определения сжимающих напряжений в зоне сварного шва, возникающих в рельсе после устранения остаточной кривизны. Это значит, что при выполнении сварочных работ без принудительной правки рельсов можно не только восстановить их целостность, но и сварить их между собой. Тем самым формируют соответствующее температурно-напряженное состояние.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), что разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Численный анализ термической деформации и остаточных напряжений автомобильного глушителя при сварке MIG | Журнал вычислительного проектирования и инженерии

Абстрактные

В автомобильной промышленности сварочный инертный газ (MIG) широко используется для изготовления автомобильных глушителей.Однако глушитель деформируется из-за термической деформации в процессе сварки. В этой статье прогнозирование деформации и остаточных напряжений, вызванных сваркой MIG, моделируется с помощью программного обеспечения SYSWELD. Формы поперечного сечения ванны расплава, предсказанные численным анализом, сравниваются с экспериментальными результатами. В результате воздействия напряжения, в то время как сжимающие напряжения возникают в областях, удаленных от сварного шва, высокие растягивающие напряжения возникают в областях вблизи сварного шва. Значения деформации рассчитываются как 2.5 мм. Местоположение фактической сварочной деформации было аналогично экспериментальным результатам. На основе результатов SYSWELD предоставит методы оптимизации процедуры сварки для повышения производительности глушителя.

Особенности

• Прогнозирование деформации и остаточных напряжений, вызванных сваркой MIG, моделируется программным обеспечением SYSWELD.

• Формы поперечного сечения ванны расплава, предсказанные численным анализом, сравниваются с экспериментальными результатами.

• Места фактической сварочной деформации аналогичны экспериментальным результатам.

• На основании результатов SYSWELD предоставит методы повышения производительности глушителя.

Абстрактное графическое изображение

Абстрактное графическое изображение

1. Введение

Выбросы автомобильного газа наносят значительный ущерб окружающей среде. В последнее время широкое внимание привлекли исследования по изготовлению автомобильных глушителей для уменьшения повреждений.Роль глушителя заключается в снижении температуры и давления выхлопных газов, а также в уменьшении шума. Различные компоненты глушителя собираются сваркой. В частности, сварка в среде инертного газа (MIG) широко используется при сборке и является одним из наиболее распространенных процессов дуговой сварки. Сварка MIG может применяться к листам различной толщины благодаря простоте эксплуатации и относительно высокой производительности. Однако глушитель может деформироваться из-за термической деформации во время сварки, что может вызвать проблемы с размерами во время изготовления.

Сварочная технология используется в качестве основного метода для изготовления многих изделий, таких как корабли, автомобили, поезда и мосты. Например, процесс сборки в автомобильной промышленности по существу включает соединение различных компонентов. При изготовлении глушителей деформация при сварке в основном вызывается высокой температурой в процессе сварки. Следовательно, в реальном процессе сварки сварочные деформации могут привести к проблемам с размерами. Сварочная деформация отрицательно сказывается на точности изготовления и внешнем виде.Кроме того, это не только ухудшает характеристики сварных конструкций, но и увеличивает стоимость готовых конструкций. Кроме того, задержки с графиком сборки могут вызвать проблемы. Хотя полностью устранить деформацию чрезвычайно сложно, прогнозирование сварочной деформации позволяет избежать таких проблем в процессе сборки. Кроме того, сварочная деформация должна быть устранена до фактического процесса сварки, чтобы улучшить качество сварных конструкций (Deng & Murakawa, 2007; Deng & Murakawa, 2008; Yu, Li, & Zhang, 2013; Yupiter et al., 2015; Чжу, Донг, Линь, Лу и Ли, 2014).

Сварочная деформация исследовалась с помощью экспериментальных измерений и эмпирических формул в течение последних нескольких десятилетий. Однако эти опыты и формулы не могут точно предсказать величину сварочной деформации (Yu et al., 2013). Для получения точных результатов, наряду с экспериментами и численным моделированием используется метод термоупругопластических конечных элементов (МКЭ). Когда сварка MIG анализируется с помощью программного обеспечения SYSWELD, основанного на МКЭ, очень важно моделировать процесс сварки с использованием подходящей модели источника тепла для получения точных результатов деформации.Кроме того, результаты моделирования следует сравнить с экспериментальными методами для проверки.

В этом исследовании прогнозы тепловой деформации и остаточного напряжения автомобильного глушителя были смоделированы с помощью программного обеспечения SYSWELD. Трехмерная модель конечных элементов (КЭ) для тепловых деформаций была разработана для создания типа твердой оболочки с низкими вычислительными затратами. Мелкая сетка используется в областях вблизи зоны термического влияния (HAZ), а более крупная сетка используется в областях, удаленных от зоны сварки.Параметры для моделирования сварки включают скорость движения источника тепла, подвод энергии на единицу длины, форму сварочной ванны, глубину проплавления, последовательность сварки, направление сварки и условия зажима. Термоэластопласт FEM был применен для прогнозирования термического и механического поведения автомобильного глушителя во время процесса сварки. Метод подгонки источника тепла (HSF) в SYSWELD использовался для управления источником тепла при сварке MIG. Трехмерная модель детали была оптимизирована путем определения источника тепла итерационным методом.Результаты HSF сравнивались с поперечным сечением фактической сварочной детали. Наиболее подходящей моделью источника тепла для процедур сварки MIG является использование источника тепла с двойным эллипсоидом. Деформация автомобильного глушителя, предсказанная численным анализом, сравнивалась с экспериментальными результатами, и они были практически идентичны. Было подтверждено, что разрыв возникает в том же месте, что и фактическая сварочная деформация. Остаточное напряжение вызвало более высокую концентрацию напряжений в зоне сварного шва и окружающей HAZ.Концентрация напряжений в ЗТВ возникла в результате затвердевания ванны расплава и усадки основного металла. Следовательно, растягивающее напряжение возникает в зоне сварного шва и вокруг зоны расплава, где вдали от зоны сварного шва создается сжимающее напряжение. Это остаточное напряжение является основным фактором, вызывающим сварочную деформацию. На основе результатов SYSWELD предлагает метод оптимизации процедуры сварки для повышения производительности глушителя (Friedman, 1975; Kwon, Lee, & Chae, 2006; Gu & Goldak, 1991; Näsström, Wikander, Karlson, & Lindgren, 1991). ; Norrish, Tieu, & Darmadi, 2012; Osawa, Hashimoto, Sawamura, Nakai, & Suzuki, 2007; SYSWELD, 2015; Ueda & Yamakawa, 1971).

2. Метод численного анализа

2.1. Взаимодействие теплометаллургических явлений

В последнее время интенсивно изучается численный анализ процесса сварки. Результаты моделирования предназначены для объяснения сложных физических явлений, таких как взаимодействие термических, механических и металлургических явлений при сварке. Однако смоделировать сложный сварочный процесс — непростая задача. Взаимодействие физических явлений в процессе сварки и термообработки показано на рис.1. Сварочные явления SYSWELD связаны с затвердеванием зоны плавления (FZ), сварочным тепловым потоком и электротермомеханическим моделированием (SYSWELD, 2015). В процессе сварки происходят разные физические явления, которые влияют друг на друга. SYSWELD может определять остаточные напряжения и деформации, возникающие в результате сварки или термообработки, а также диффузионного осаждения и диффузии водорода. Чтобы справиться с таким сложным моделированием, было использовано программное обеспечение SYSWELD, основанное на методе термоупруго-пластических КЭ (Deng & Murakawa, 2007; Deng & Murakawa, 2008; Ueda & Yamakawa, 1971; Yu et al., 2013; Юпитер и др., 2015; Чжу и др., 2014).

Рис. 1

Взаимосвязанные физические явления в SYSWELD.

Рис. 1

Взаимосвязанные физические явления в SYSWELD.

2.2. Геометрическое моделирование автомобильного глушителя

Это исследование было разработано для прогнозирования деформации и остаточного напряжения автомобильного глушителя с использованием коммерческого программного обеспечения SYSWELD. На рис.2 показана процедура моделирования сварки SYSWELD (Osawa et al., 2007). Как показано на схематической диаграмме, перед термическим анализом были предприняты следующие шаги. Была смоделирована геометрия образца и построена сетка. Затем источник тепла был подогнан под реальный метод сварки. Применялись начальные и граничные условия соответственно в виде теплопотерь и температуры окружающей среды. Глушитель автомодели представляет собой конструкцию, различные компоненты которой соединены пластиной. Он изготавливается путем сварки по всей окружности компонентов.Деформация глушителя исследовалась методом МКЭ. Чтобы точно подтвердить деформацию автомобильного глушителя, сварочная деформация была спрогнозирована с помощью 3D-модели FE. Геометрия сварной конструкции, показанная на рис. 3, была смоделирована с использованием двух типов элементов, таких как трехмерные объемные элементы и двухмерные мембранные элементы. Они используются для основной конструкции корпуса и для поверхности сварной детали соответственно. На рис. 3 показана сетка основного металла и сварного шва. Видно, что для сетки использовались элементы разного размера.Плотность сетки была выше около центральной линии, чтобы представить возникновение движения источника тепла. Мелкая сетка была размещена в зоне расплава для получения высокой температуры. Таким образом, размер ячеек является прекрасным в непосредственной близости от центральной линии сварного шва, и постепенно он становится более крупным по мере удаления от зоны сварки, чтобы сократить время вычислений (Gu & Goldak, 1991; Näsström et al., 1991; Osawa et al., 2007 ).

Рис. 2

Схематическая диаграмма, показывающая структуру моделирования сварки в SYSWELD.

Рис. 2

Принципиальная схема, иллюстрирующая структуру моделирования сварки в SYSWELD.

Рис. 3

Геометрия и сеточная модель автомобильного глушителя.

Рис. 3

Геометрия и сеточная модель автомобильного глушителя.

2.3. Свойства материала

SYSWELD позволяет использовать предварительно определенные данные о свойствах материала или получать данные о термометаллургическом и механическом поведении (Sulaiman et al., 2011). В данной работе материалом был выбран SUS 436. Химический состав основного металла содержит 0,12% C, 1,00% Si, 1,00% Mn, 0,03% S и 0,04% P, что можно считать эквивалентным используемому стальному материалу в экспериментах (Таблица 1). Свойства материала, такие как коэффициент Пуассона, коэффициент конвективной теплопередачи, постоянная Стефана – Больцмана и коэффициент излучения, перечислены в таблице 2. При расчете термоупруго-пластической сварки материал, а также его физические свойства сильно нелинейны и зависят от температуры. .На рис. 4 показаны физико-механические свойства основного металла (Международный форум по нержавеющей стали (ISSF), 2007).

Рис. 4

Физико-механические свойства ферритной нержавеющей стали 436.

Рис. 4

Физико-механические свойства ферритной нержавеющей стали 436.

Таблица 1

Химический состав SUS 436 (мас.%).

С .	Si .	млн .	-пол. .	S .	Cr .	Пн .
0,12 Макс.	1,00 Макс.	1,00 Макс.	0,040 Макс.	0,030 Макс.	16,00–8,00	0,75–1,50

C .	Si .	млн .	-пол. .	S .	Cr .	Пн .
0,12 Макс.	1,00 Макс.	1,00 Макс.	0,040 Макс.	0,030 Макс.	16,00–8,00	0,75–1,50

Таблица 1

Химический состав SUS 436 (мас.%).

С .	Si .	млн .	-пол. .	S .	Cr .	Пн .
0,12 Макс.	1,00 Макс.	1,00 Макс.	0,040 Макс.	0,030 Макс.	16,00–8,00	0,75–1,50

C .	Si .	млн .	-пол. .	S .	Cr .	Пн .
0,12 Макс.	1,00 Макс.	1,00 Макс.	0,040 Макс.	0,030 Макс.	16,00–8,00	0,75–1,50

Таблица 2

Механические свойства основного металла.

Недвижимость .	Значения .
Плотность	7748 кг / м3
Удельная теплоемкость	476 Дж / кг-к
Теплопроводность	1700 Вт / мкМ модуль Юнга
	мм2
Предел текучести	300 Н / мм2
Коэффициент Пуассона	0,27

Свойства .	Значения .
Плотность	7748 кг / м3
Удельная теплоемкость	476 Дж / кг-к
Теплопроводность	1700 Вт / мкМ модуль Юнга
	мм2
Предел текучести	300 Н / мм2
Коэффициент Пуассона	0,27

Таблица 2

Механические свойства основного металла.

Недвижимость .	Значения .
Плотность	7748 кг / м3
Удельная теплоемкость	476 Дж / кг-к
Теплопроводность	1700 Вт / мкМ модуль Юнга
	мм2
Предел текучести	300 Н / мм2
Коэффициент Пуассона	0.27

Недвижимость .	Значения .
Плотность	7748 кг / м3
Удельная теплоемкость	476 Дж / кг-к
Теплопроводность	1700 Вт / мкМ модуль Юнга
	мм2
Предел текучести	300 Н / мм2
Коэффициент Пуассона	0.27

2.4. Граничное условие

Параметры сварки приведены в таблице 3. Для создания охлаждающей поверхности в процессе сварки использовалась двухмерная модель поверхности с сеткой. После сварки использовался метод естественного охлаждения с течением времени. Температура окружающей среды была принята равной 20 ° C. Модель движущегося источника тепла была применена к поверхности сварочной ванны путем задания распределения теплового потока, которое менялось со временем. Анализ проводился за 3600 с, включая процесс сварки и охлаждения.Для анализа остаточного напряжения после завершения сварки предполагается, что пластина глушителя достаточно охлаждается до комнатной температуры. По траектории сварного шва модель сварочного источника тепла двигалась со скоростью 9,5 мм / с в направлении сварки (рис. 5 (а)). Анализ проводился с использованием трехмерного движущегося источника тепла. Механическое граничное условие определяется зажимом. Условия зажима моделировались как жесткое зажимание в определенных узлах на поверхности корпуса, что аналогично эксперименту.На рис. 6 показаны положения зажима с граничными условиями, такими как Ux = Uy = Uz⁠. Компонент ограничен на обоих концах в направлениях x, y и z, чтобы зафиксировать смещение пластины (Lee, Kim, Park, Choi, et al., 2017).

Рис. 5

Трехмерная модель источника тепла, движущаяся вдоль линии сварного шва.

Рис. 5

Трехмерная модель источника тепла, движущаяся вдоль линии шва.

Рис. 6

Условия зажима на поверхности листа при сварке.

Рис. 6

Условия зажима на поверхности листа при сварке.

Таблица 3

Параметры моделирования процесса сварки MIG автомобильного глушителя.

Параметр .	Стоимость .
Скорость (мм / с)	9,5
Время зажима (с)	287,529
Время охлаждения (с)	3600			естественное охлаждение
Тип окружающей среды (° C)	20
Материал	STS 436

Параметр .	Стоимость .
Скорость (мм / с)	9,5
Время зажима (с)	287,529
Время охлаждения (с)	3600		естественное охлаждение
Тип окружающей среды (° C)	20
Материал	STS 436

Таблица 3

Параметры моделирования процесса сварки MIG для автомобильного глушителя.

Параметр .	Стоимость .
Скорость (мм / с)	9,5
Время зажима (с)	287,529
Время охлаждения (с)	3600			естественное охлаждение
Тип окружающей среды (° C)	20
Материал	STS 436

Параметр .	Стоимость .
Скорость (мм / с)	9,5
Время зажима (с)	287,529
Время охлаждения (с)	3600		естественное охлаждение
Тип окружающей среды (° C)	20
Материал	STS 436

2.5.Фитинг источника тепла

Инструмент HSF предназначен для итерационной калибровки параметров модели источника тепла. В этой статье наиболее подходящей моделью источника тепла для процесса MIG является источник тепла с двойным эллипсоидом, предложенный Nguyen et al. (Дэн и Муракава, 2008). На рис. 7 показано использование трехмерной модели детали для оптимизации определения источника тепла итерационным методом. Чтобы смоделировать распределение тепла и поток в направлении сварки, сварка моделируется как трехмерный движущийся источник тепла.Модель источника тепла предполагает гауссово распределение теплового потока в сварочной ванне, моделируемое эллипсоидом. Для повышения аналитической точности эта модель имеет функцию, которая может быть изменена простым изменением различных геометрических параметров, соответствующих параметрам сварки. Параметр HSF был измерен, относящийся к форме металлографического поперечного сечения и размеру фактического сварного шва. Используя параметры, определенные инструментом HSF, был измерен переходный термический анализ процесса сварки MIG для распределения температуры.До тех пор, пока модель источника тепла не сгенерировала FZ, она была откалибрована путем регулировки ширины (b) и проникновения (c) источника тепла, что соответствует макрофотографии (рис. 5 (b)). Форма сварочной ванны, предсказываемая моделью МКЭ, представляет собой область, в которой температура превышает 1400 ° C (точка плавления SUS 436), как показано на рис. 7 (b). Расчетный результат геометрии и размера сварного шва хорошо согласуется с результатами эксперимента. В таблице 4 показан окончательный параметр двойного эллипсоида (Lee et al., 2017).

Рис. 7

Сравнение расплавленной зоны для эксперимента и моделирования.

Рис. 7

Сравнение расплавленной зоны для эксперимента и моделирования.

Таблица 4 Параметры модели источника тепла

для сварки MIG.

Параметр .	Стоимость .
Мощность источника тепла (Дж / мм)	272
Сварочный ток (А)	185
Сварочное напряжение (В)	14
%	80
c1 (мм)	4.00
c2 (мм)	8,00
a (мм)	3,25
b (мм)	1,00
Скорость (мм)	9190

Параметр .	Стоимость .
Мощность источника тепла (Дж / мм)	272
Сварочный ток (А)	185
Сварочное напряжение (В)	14
%	80
c1 (мм)	4.00
c2 (мм)	8,00
a (мм)	3,25
b (мм)	1,00
Скорость (мм)	190 9190

Таблица 4

Параметры модели источника тепла для сварки MIG.

Параметр .	Стоимость .
Мощность источника тепла (Дж / мм)	272
Сварочный ток (А)	185
Сварочное напряжение (В)	14
%	80
c1 (мм)	4.00
c2 (мм)	8,00
a (мм)	3,25
b (мм)	1,00
Скорость (мм)	9190

Параметр .	Стоимость .
Мощность источника тепла (Дж / мм)	272
Сварочный ток (А)	185
Сварочное напряжение (В)	14
%	80
c1 (мм)	4.00
c2 (мм)	8,00
a (мм)	3,25
b (мм)	1,00
Скорость (мм)	9190

3. Управляющее уравнение

3.1. Термический анализ

Термический анализ проводился с использованием основного уравнения. Он был рассчитан с использованием закона Фурье. Переходное температурное поле T во времени (t) и пространстве (x, y, z) получается путем решения следующего уравнения теплопередачи:

k∂2T∂x2 + ∂2T∂y2 + ∂2T∂z2 + QV = ρcp∂T∂ t

(1) где Qv — объемный тепловой поток, Вт · м ⁻³ , k (T) — коэффициент теплопроводности как функция температуры, Вт · м ⁻¹ · k ⁻¹ , c _ρ (T) — удельная теплоемкость как функция температуры в Дж · кг ⁻¹ · K ⁻¹ , а ρ (T) — плотность как функция температуры в кг · м. ⁻³ .Причем по конвекционным и радиационным тепловым потерям учитывались в модели FE. При термическом анализе предполагалось, что все поверхности КЭ модели теряют тепло за счет конвекции окружающего воздуха. Конвекция (qconv⁠) рассчитывалась по закону Ньютона. где h _conv — коэффициент теплопередачи, T _s — температура поверхности пластины, а T _∞ — температура окружающей среды, которая предполагается равной 20 ° C. Кроме того, излучение моделировалось с использованием метода Стефана – Больцмана. закон.

qrad = -σSBε0 [(TS + 273,15) 4- (T∞ + 273,15) 4

(3) где σ _SB — постоянная Стефана – Больцмана 5,67 × 10 ⁻¹² (Дж / мм ² · сек · K ⁴ ) (SYSWELD, 2015, Международный форум по нержавеющей стали (ISSF), 2007, Kwon et al., 2006, Nishikawa, Serizawa, & Murakawa, 2007, Tsirkas, Papanikos, & Kermanids, 2003, Michaleris & Debiccari, , 1997, Deng & Murakawa, 2008, Ueda, Fukuda, & Nakacho, 1975, Bate, Charles, Warren, et al., 2009, Nguyen, Ohta, Matsuoka, Suzuki, & Maeda, 1999).

3.1.1. Уравнения модели двойного эллипсоидального источника тепла

Модель двойного эллипсоидального источника тепла использовалась для моделирования процесса сварки MIG (Ravisankar, Velaga, Rajput, Venugopal, et al., 2014). Схематическая иллюстрация модели с двойным эллипсоидом показана на рис. 5. Параметры f ₁ и f ₂ определяют, какая часть общего тепла, производимого источником, поступает на отдельные эллипсоиды в формуле. (4):

При произвольных (x, y, z) внутри переднего и заднего полуэллипсоидов плотность тепла, представленная Qf или Qr, описывалась следующими уравнениями.(5) и (6):

Для переднего источника тепла:

Qf (x, y, z) = 6√3ffQafbcπ√πe-3x2af2 + y2b2 + z2c2

(5) Для заднего источника тепла:

Qr (x , y, z) = 6√3frQarbcπ√πe-3x2ar2 + y2b2 + z2c2

(6) где Q (x, y, z) — плотность теплового потока в материал [Вт / м ⁻³ ], Q — полная мощность источника Q = η. V. I [W], af, ar, b, c — параметры области плавления [м], z — расположение источника в зависимости от сварки [м], x, y и z — координаты точки [m], а ff, fr — константы, влияющие на интенсивность потока энергии [m].

3.2. Механический анализ

При термическом анализе с использованием расчетной температуры был проведен механический анализ для расчета деформации сварного шва в качестве входной информации. В механическом анализе используется та же конфигурация сетки, что и в термическом анализе, за исключением типа элемента или граничных условий. Как правило, общее увеличение деформации ε̇ может быть выражено как сумма отдельных компонентов упругой, пластической и термической деформации и может быть рассчитано как

ε̇ = ε̇e + ε̇p + ε̇tp + ε̇ph

(7) где ε̇e, ε̇p, ε̇tp и ε̇ph — скорость упругой деформации, скорость пластической деформации, скорость термической деформации и скорость деформации фазового превращения соответственно.В зависимости от упругого напряжения свариваемого материала используется изотропный закон Гука с температурно-зависимым модулем Юнга (E) и коэффициентом Пуассона (v). Термическая деформация учитывалась через коэффициент теплового расширения. Что касается пластической деформации, применялась пластическая модель, не зависящая от скорости. Скорость пластической деформации использовалась со следующими характеристиками: поверхность текучести по Мизесу, температурно-зависимые механические свойства и линейные кинематические модели упрочнения (Deng, Murakawa, et al., 2006; Гери, Лонг, Маропулос и др., 2005; Nguyen et al., 1999). Остаточный анализ был выполнен с использованием состава термоупруго-пластичного материала с критерием текучести фон Мизеса.

σv = 12 (σ1-σ2) 2+ (σ2-σ3) 2+ (σ3-σ1) 2

(8) где σ1, σ2 и σ3 — главные напряжения, связанные с правилом кинематического упрочнения (Robert et al. , 2013).

4. Результаты моделирования и обсуждение

4.1. Анализ остаточных напряжений при сварке

Остаточное напряжение рассчитывается на основе распределения температуры, определенного термическим анализом.Деформация при сварке вызывается остаточным напряжением из-за чрезвычайно неоднородного температурного поля, большого подводимого тепла и условий зажима. Поэтому учитывается остаточное напряжение, существующее в сварной части, которое представляет собой напряжение, создаваемое внешним или внутренним ограничением, вызванным этими факторами. В поперечном сечении пластины автомобильного глушителя численные прогнозы измерений остаточного напряжения были проанализированы по трем направлениям. Анализ напряжений был выполнен с использованием анализа упруго-пластичности.Распределение напряжений по фон Мизесу рассчитывается для определения окончательного остаточного напряженного состояния (рис. 8 (а)). В поперечном сечении результаты моделирования напряжения (⁠σx, σy, σz⁠) показаны на рис. 8 (b) — (d) соответственно. (± Были указаны знаки для напряжения сжатия и растяжения.) Как показано на рис. 8 (а), в зоне сварного шва напряжение по Мизесу составляет 406 МПа. Предел текучести нержавеющей стали 436 составляет 372 МПа. Из-за превышения предела текучести возникает пластическая деформация. Следовательно, остаточное напряжение сохраняется в зоне сварного шва и вблизи зоны сварного шва.Поскольку область находится рядом с зоной сварного шва, остаточное напряжение проявляется как растягивающее напряжение, а по мере удаления области — как напряжение сжатия (рис. 8 (а)). Кроме того, среди трех направлений мы можем видеть распределение Z-направления, сходящегося в областях FZ и HAZ (рис. 8 (d)). Максимальные значения проявляются вдоль ЗП и постепенно уменьшаются по направлению к основному металлу. Более высокая концентрация напряжений в ЗТВ возникает из-за сочетания затвердевания ванны расплава и сопротивления усадке основного материала (Bachorski, Painter, Smailes, & Wahab, 1999; Bilenko, 2011; Chand et al., 2014; Хо Ли и др., 2017; Нгуен и др., 1999; Сулайман и др., 2011).

Рис. 8

Изменение остаточного напряжения в поперечном сечении пластины автомобильного глушителя.

Рис. 8

Изменение остаточного напряжения в поперечном сечении пластины автомобильного глушителя.

4.2. Термическая деформация пластины глушителя

Рассчитана термическая деформация пластины автомобильного глушителя (рис.9 (а)). После завершения охлаждения тепловая деформация исследуется с учетом исходных критериев пластины глушителя. Результат показывает, что деформация основных металлов происходит в направлении a — y на детали (A). С другой стороны, деталь (B) претерпела деформацию в направлении + y. Максимальная деформация пластины глушителя происходит в части (B), а минимальная деформация — в части (A). На рис. 9 (а) сравнивается деформация пластины автомобильного глушителя до и после сварки.Часть (B) проходила вниз по направлению y, а часть (A) — вверх по направлению -y. После собственно сварки между пластиной автомобильного глушителя и крышкой образовался зазор примерно 3 мм. Максимальная и минимальная деформация составила примерно +2,2 мм и — 0,3 мм соответственно. (± Знаки указаны в направлении оси Y). Таким образом, общая деформация составила примерно 2,5 мм. На рис. 9 (b) показана деформация верхней поверхности пластины глушителя по линии A-B, показанной на рис.9 (а). Численные результаты подтверждаются сравнением с экспериментальными результатами. Подтверждено, что зазор возникает в том же месте, и величина деформации проявляется как фактическая сварочная деформация. Разница между экспериментальными и модельными ошибками составляет 16,7%. На основании этих результатов было установлено, что результат анализа моделирования показывает хорошее согласие с экспериментальными результатами. На протяжении всего этого анализа результат сварочной деформации может привести к отклонению результатов из-за изменения физических свойств, химического состава, толщины, условий зажима, подводимого тепла и т. Д. (Bachorski et al., 1999; Биленко, 2011; Chand et al., 2014; Дуан, Винсент, Бойтаут и др., 2007; Голдак, Чакраварти и Бибби, 1984; Хакмайр, Вернер и Пониш, 2003; Хо Ли и др., 2017; Ли, 2015; Нгуен и др., 1999; Памнани и др., 2016; Прайс и др., 2008; Сулайман и др., 2011).

Рис. 9

Результат моделирования термической деформации пластины глушителя при сварке (вид сбоку).

Рис. 9

Результат моделирования термической деформации пластины глушителя при сварке (вид сбоку).

4.3. Влияние последовательности сварки на деформацию

Исследовано влияние на последовательность сварки в процессе окончательной деформации автомобильного глушителя. Конфигурация последовательности сварки показана в Таблице 5. Seq0 обозначает фактическую последовательность сварки, которая выполняется в следующем порядке ① + ② → ③ → ④, где ① DOC, ②, ③ SCR, ④ Крышка трубки. Фактическая последовательность (Seq0) сравнивалась с другими последовательностями сварки. В конфигурациях от Seq1 до Seq4 сохранялись одинаковые условия сварки.Результаты анализа деформации пластины в y-направлении в зависимости от последовательности сварки показаны на рис. 10. Наименьшая термическая деформация возникает при сварке в диагональной последовательности (Seq1). На основе этих результатов доказано, что последовательность сварки следует точно учитывать для уменьшения деформации, показывая эффект снижения деформации до 28%, когда применяется то же ограничение и изменяется только последовательность сварки (Bachorski et al., 1999; Bilenko , 2011; Chand et al., 2014; Duan et al., 2007; Goldak et al., 1984; Hackmair et al., 2003; Хо Ли, 2017; Ли, 2015; Нгуен и др., 1999; Памнани и др., 2016; Прайс и др., 2008; Сулайман и др., 2011).

Рис. 10

Сравнение термической деформации при различных последовательностях сварки.

Рис. 10

Сравнение термической деформации при различных последовательностях сварки.

Таблица 5

Конфигурация последовательности сварки.

Конфигурация .	Последовательность сварки .
Seq0	① + ② → ③ → ④
Seq1	② → ① → ④ → ③
Seq2	19 6 →	① → ② + ③ → ④
Seq4	① → ③ → ② → ④

Конфигурация .	Последовательность сварки .
Seq0	① + ② → ③ → ④
Seq1	② → ① → ④ → ③
Seq2	19 6 →	① → ② + ③ → ④
Seq4	① → ③ → ② → ④

Таблица 5

Конфигурация последовательности сварки.

Конфигурация .	Последовательность сварки .
Seq0	① + ② → ③ → ④
Seq1	② → ① → ④ → ③
Seq2	19 6 →	① → ② + ③ → ④
Seq4	① → ③ → ② → ④

Конфигурация .	Последовательность сварки .
Seq0	① + ② → ③ → ④
Seq1	② → ① → ④ → ③
Seq2	19 6 →	① → ② + ③ → ④
Seq4	① → ③ → ② → ④

5.Выводы

Это исследование было проведено для анализа термической деформации и остаточного напряжения в процессе сварки MIG с использованием SYSWELD для изготовления автомобильного глушителя. Моделирование основано на трехмерной КЭ-модели и методе термоупругопластики. Далее результаты моделирования сравнивались с экспериментальными исследованиями. По результатам моделирования можно сделать следующий вывод.

1. Параметры модели источника тепла сравнивались с поперечным сечением между экспериментом и расчетом.Соответствующие параметры для модели источника тепла пластины автомобильного глушителя получены с помощью HSF. Результаты расчетов геометрии и размеров сварного шва хорошо согласуются с результатами эксперимента.

2. Большое напряжение было указано в HAZ и FZ. Это вызывает растягивающее напряжение в области рядом с зоной сварного шва и сжимающее напряжение вдали от зоны сварного шва. Зона сварного шва создается за счет деформации расширения и сжатия из-за нагрева и быстрого охлаждения. Следовательно, напряжение возникает из-за затвердевания ванны расплава и усадки основного металла.Остаточное напряжение сварки оказывает решающее влияние на низкотемпературную трещину, сопротивление изгибу и сопротивление хрупкому разрушению конструкции.

3. По расчетным значениям деформации произошел зазор примерно 2,5 мм. Сравнивая результаты моделирования и результаты экспериментов, было подтверждено, что зазор возникает в том же месте, а величина деформации отображается как фактическая сварочная деформация. Установлено, что результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными результатами.Ошибка деформации между моделированием и экспериментом может продолжать отклоняться в результатах, таких как изменение физических свойств, неоднородность материала, неточность размеров и колебания параметров процесса.

4. Термическая деформация меньше при сварке в диагональной поперечной последовательности (Seq1), в то время как сварка в последовательном порядке соответствует фактическому процессу сварки (Seq0). Путем изменения последовательности сварки было проверено максимальное уменьшение деформации 0,7 мм. Было показано, что подходящая последовательность сварки может существенно снизить степень сварочной деформации на заводе-изготовителе автомобильного глушителя.

5. Основываясь на результатах, можно предложить метод оптимизации последовательности сварки путем моделирования для повышения производительности автомобильного глушителя.

Благодарность

Эта работа была поддержана Национальным исследовательским фондом Кореи (NRF) в рамках гранта № 2016R1C1B1014508, финансируемого правительством Кореи (MSIP).

Список литературы

Бачорский

,

А.

,

Художник

,

М.J.

,

Smailes

,

A. J.

и

Wahab

,

M.A.

(

1999

).

Прогнозирование деформации при газовой дуговой сварке методом конечных элементов с использованием метода объема усадки

.

Журнал технологий обработки материалов

,

92–93

,

405

—

409

.

Бейт

,

С. К.

,

Чарльз

,

Р.

,

Уоррен

,

А.

и др.(

2009

).

Анализ методом конечных элементов отдельного образца «валик на пластине» с использованием SYSWELD

.

Международный журнал сосудов под давлением и трубопроводов

,

86

,

73

—

78

.

Биленко

,

Г.А.

(

2011

).

Общие возможности программного пакета для моделирования сварки

.

Металлургические операции

,

5

,

28

—

31

.

Чанд

,

р.R.

,

Kim

,

I. S.

,

Wu

,

Q. Q.

,

Kang

,

B. Y.

,

Shim

,

J. Y.

и др. (

2014

).

Прогноз остаточных напряжений и сварочных деформаций в стыковом сварном шве для различного положения зажима на пластинах

.

Международный журнал инженерных наук и инновационных технологий

,

3

.

Дэн

,

Д.

,

Муракава

,

Х.

и др. (

2006

).

Численное моделирование температурного поля и остаточных напряжений в многопроходных сварных швах трубы из нержавеющей стали и сравнение с экспериментальными измерениями

.

Вычислительное материаловедение

,

37

,

269

—

277

.

Deng

,

D.

и

Murakawa

,

H.

(

2007

).

Численное моделирование сварочной деформации в крупных конструкциях

.

Компьютерные методы в прикладной механике и технике

,

196

,

4613

—

4627

.

Deng

,

D.

и

Murakawa

,

H.

(

2008

).

FEM прогноз деформации потери устойчивости, вызванной сваркой в ​​конструкциях из тонких листов

.

Вычислительное материаловедение

,

43

,

591

—

607

.

Дэн

,

Д.

и

Муракава

,

Х.

(

2008

).

Прогноз сварочной деформации и остаточных напряжений в стыковом сварном стыке тонкой пластины

.

Вычислительное материаловедение

,

43

,

353

—

365

.

Duan

,

Y. G.

,

Vincent

,

Y.

,

Boitout

,

F.

и др. (

2007

).

Прогнозирование остаточных деформаций при сварке больших конструкций с использованием локального / глобального подхода

.

Журнал механических наук и технологий

,

21

,

1700

—

1706

.

Фридман

,

E.

(

1975

).

Термомеханический анализ сварочного процесса методом конечных элементов

.

Журнал технологии сосудов под давлением

,

97

,

206

—

213

.

Gery

,

D.

,

Long

,

H.

,

Maropoulos

,

P.

и др. (

2005

).

Влияние скорости сварки, подводимой энергии и распределения источников тепла на колебания температуры при сварке стыковых соединений

.

Журнал технологий обработки материалов

,

167

,

393

—

401

.

Goldak

,

J.

,

Chakravarti

,

A.

и

Bibby

,

M.

(

1984

).

Новая модель конечных элементов для сварки источников тепла

.

Металлургические операции B

,

15

,

299

—

305

.

Gu

,

M.

и

Goldak

,

J. A.

(

1991

). Смешение термической оболочки и кирпичных элементов в FEA сварных швов.

ОМАЭ, т. III-A, Материаловедение

.

ASME

.

Hackmair

,

C.

,

Werner

,

E.

и

Ponisch

,

M.

(

2003

).

Применение моделирования сварки компонентов шасси при разработке методов производства

.

Вычислительное материаловедение

,

28

,

540

—

547

.

Международный форум по нержавеющей стали (ISSF)

.

Руководство по свойствам и применению нержавеющей стали серии 400

,

2007

.

Kwon

,

K. Y.

,

Lee

,

B.C.

и

Chae

,

S.W.

(

2006

).

Автоматическое создание шестигранных сеток в оболочечных конструкциях

.

JCDE

,

11

(

1

),

41

—

48

.

Ли

,

Чонхён

(

2015

).

Анализ допусков и диагностическое моделирование сборки с учетом сварочных деформаций и шаблонов

.

JCDE

,

638

—

650

.

Ли

,

Сын Хо

,

Ким

,

Эок Су

,

Парк

,

Джин-Ён

,

Чой

,

июн

и др.(

2017

).

Сварка МИГ оптимизация производства путем анализа микроструктуры и термической деформации

.

Журнал KWJS

,

35

(

5

),

29

—

37

.

Michaleris

,

P.

и

Debiccari

,

A.

(

1997

).

Прогноз сварочной деформации

.

Сварочный журнал

,

76

,

172

—

180

.

Näsström

,

M.

,

Wikander

,

L.

,

Karlson

,

L.

, &

Lindgren

,

L. E.

(

1991

).

Комбинированное трехмерное и оболочечное моделирование сварки. Механические эффекты сварки — Симпозиум IUTAM, 197–206, Лулео, Швеция

.

Nguyen

,

N. T.

,

Ohta

,

A.

,

Matsuoka

,

K.

,

Suzuki

,

N.

и

Maeda

,

Y.

(

1999

).

Аналитический раствор двухэллипсоидального движущегося источника тепла и его использование для оценки остаточных напряжений в приварной плите

.

Международный журнал механических наук

,

50

,

513

—

521

.

Нисикава

,

Х.

,

Серизава

,

Х.

и

Муракава

,

Х.

(

2007

).

Фактическое применение МКЭ для анализа крупномасштабных механических проблем при сварке

.

Наука и технология сварки и соединения

,

12

,

147

—

152

.

Норриш

,

Дж.

,

Тиеу

,

А. К.

и

Дармади

,

Д. Б.

(

2012

).

Утвержденная тепловая модель сварки валиком на пластину

.

Тепломассообмен

,

48

,

1219

—

1230

.

Osawa

,

N.

,

Hashimoto

,

K.

,

Sawamura

,

J.

,

Nakai

,

T.

и

Suzuki

,

003 S.

(2007 г.)

).

Исследование КЭ анализа корпуса и твердого тела для оценки усталости конструкции корабля

.

Морские сооружения

,

143–163

.

Pamnani

,

R.

,

Vasudevan

,

M.

,

Jayakumar

,

T.

,

Vasantharaja

,

P.

,

Ganesh

,

K. C

, et al. (

2016

).

Численное моделирование и экспериментальная проверка дуговой сварки стали ДМР-249А

.

Оборонные технологии

.

Цена

,

Джон. WH

,

Ziara-Paradowska

,

Anna

,

Joshi

,

Suraj

,

Finlayson

,

Trevor

,

Semetay

,

Cumali

, &

0003 Nied

0003

0003 Nied

).

Сравнение экспериментальных и теоретических остаточных напряжений в сварных швах: Выпуск калибровочного объема

.

Международный журнал механических наук

,

50

,

513

—

521

.

Ravisankar

,

A.

,

Velaga

,

S. K.

,

Rajput

,

G.

,

Venugopal

,

S.

и др. (

2014

).

Влияние скорости и мощности сварки на остаточное напряжение при газовой вольфрамовой дуговой сварке (GTAW) тонких срезов с постоянным тепловложением: исследование с использованием численного моделирования и экспериментальной проверки

.

Журнал производственных процессов

,

16

,

200

—

211

.

Роберт

,

NL

,

Ridzwan

,

MR

,

Yusof

,

ZM

,

Shahar

,

SM

,

Tham

,

G. и другие. (

2013

).

Анализ сварочной деформации комбинации многопроходного соединения с различными последовательностями с использованием 3D FEM и эксперимента

.

Международный журнал сосудов под давлением и трубопроводов

,

111–112

,

89

—

98

.

Сулайман

,

MS

,

Манурунг

,

YHP

,

Харуман

,

E.

,

Рахим

,

E.

,

Редза

,

MR

,

,

MR

,

,…

Chau

,

CY

(

2011

).

Моделирование и экспериментальное исследование деформации стыковых и тавровых соединений с помощью WELD PLANNER

.

Журнал механических наук и технологий

,

25

,

2641

—

2646

.

SYSWELD

. (

2015

).

Инженерное руководство по обучению и инструментарий

.

ESI Group, Франция

.

Циркас

,

S. A.

,

Papanikos

,

P.

, &

Керманиды

,

Th.

(

2003

).

Численное моделирование процесса лазерной сварки образцов стыкового соединения

.

Журнал технологий обработки материалов

,

134

,

59

—

69

.

Ueda

,

Y.

,

Fukuda

,

K.

, &

Nakacho

,

K.

(

1975

).

Новый метод измерения остаточных напряжений методом конечных элементов и достоверность расчетных значений

.

Транзакции JWRI

,

4

,

19

—

27

.

Уэда

,

Y.

, &

Yamakawa

,

T.

(

1971

).

Анализ термических упругопластических напряжений и деформаций при сварке методом конечных элементов

.

Japan Welding Society Transactions

,

2

,

90

—

100

.

Yu

,

H. H.

,

Li

,

J. C.

и

Zhang

,

H. Q.

(

2013

).

Об аэродинамических шумах, излучаемых пантографической системой высокоскоростных поездов

.

Acta Mechanica Sinica

,

29

,

399

—

410

.

Юпитер

,

H. P.

,

Mohd

,

S. S.

,

Sunhaji

,

K. A.

,

Ghalib

,

T.

,

Esa

,

H.

, et. (

2015

).

Исследование сварочной деформации комбинированных стыковых и тавровых соединений толщиной 9 мм с использованием МКЭ и эксперимента

.

Международный журнал передовых производственных технологий

,

77

,

775

—

782

.

Zhu

,

R. D.

,

Dong

,

W. C.

,

Lin

,

H. Q.

,

Lu

,

S.

, и

Li

,

D.

(

).

Конечно-элементное моделирование остаточных напряжений при сварке буферной балки высокоскоростного поезда CRh3A

.

Acta Metallurgica Sinica

,

50

,

944

—

954

.

Заметки автора

Общество вычислительного проектирования и инженерии

% PDF-1.3 % 348 0 объект > эндобдж xref 348 148 0000000016 00000 н. 0000003312 00000 н. 0000003502 00000 н. 0000003711 00000 н. 0000003771 00000 н. 0000003831 00000 н. 0000003895 00000 н. 0000003954 00000 н. 0000004019 00000 н. 0000004083 00000 н. 0000004150 00000 н. 0000004210 00000 н. 0000004270 00000 н. 0000004332 00000 н. 0000004394 00000 н. 0000004461 00000 н. 0000004529 00000 н. 0000004597 00000 н. 0000004665 00000 н. 0000004733 00000 н. 0000004801 00000 п. 0000004869 00000 н. 0000004937 00000 н. 0000005006 00000 н. 0000005075 00000 н. 0000005144 00000 п. 0000005213 00000 н. 0000006336 00000 п. 0000006628 00000 н. 0000006695 00000 н. 0000006888 00000 н. 0000006978 00000 п. 0000007073 00000 н. 0000007184 00000 н. 0000007289 00000 н. 0000007445 00000 н. 0000007602 00000 н. 0000007724 00000 н. 0000007854 00000 п. 0000008004 00000 н. 0000008171 00000 н. 0000008273 00000 н. 0000008369 00000 н. 0000008476 00000 н. 0000008590 00000 н. 0000008759 00000 н. 0000008915 00000 н. 0000009011 00000 н. 0000009107 00000 п. 0000009201 00000 н. 0000009296 00000 н. 0000009391 00000 п. 0000009486 00000 н. 0000009581 00000 п. 0000009677 00000 н. 0000009773 00000 п. 0000009869 00000 н. 0000009965 00000 н. 0000010061 00000 п. 0000010157 00000 п. 0000010253 00000 п. 0000010349 00000 п. 0000010445 00000 п. 0000010541 00000 п. 0000010637 00000 п. 0000010733 00000 п. 0000010829 00000 п. 0000010925 00000 п. 0000011020 00000 н. 0000011114 00000 п. 0000011209 00000 п. 0000011304 00000 п. 0000011399 00000 п. 0000011493 00000 п. 0000011588 00000 п. 0000011683 00000 п. 0000011778 00000 п. 0000011873 00000 п. 0000011968 00000 п. 0000012062 00000 п. 0000012157 00000 п. 0000012253 00000 п. 0000012349 00000 п. 0000012445 00000 п. 0000012541 00000 п. 0000012637 00000 п. 0000012732 00000 п. 0000012828 00000 п. 0000012924 00000 п. 0000013020 00000 н. 0000013116 00000 п. 0000013211 00000 п. 0000013306 00000 п. 0000013402 00000 п. 0000013498 00000 п. 0000013594 00000 п. 0000013689 00000 п. 0000013785 00000 п. 0000013881 00000 п. 0000013976 00000 п. 0000014072 00000 п. 0000014168 00000 п. 0000014262 00000 п. 0000014356 00000 п. 0000014450 00000 п. 0000014542 00000 п. 0000014635 00000 п. 0000014728 00000 п. 0000014821 00000 п. 0000014914 00000 п. 0000015008 00000 п. 0000015102 00000 п. 0000015196 00000 п. 0000015290 00000 п. 0000015384 00000 п. 0000015478 00000 п. 0000015572 00000 п. 0000015666 00000 п. 0000015760 00000 п. 0000015854 00000 п. 0000015948 00000 п. 0000016042 00000 п. 0000016266 00000 п. 0000016700 00000 п. 0000017019 00000 п. 0000017695 00000 п. 0000017736 00000 п. 0000018178 00000 п. 0000032299 00000 н. 0000032891 00000 п. 0000033395 00000 п. 0000052499 00000 п. 0000053047 00000 п. 0000053905 00000 п. 0000056821 00000 п. 0000057299 00000 п. 0000057614 00000 п. 0000057935 00000 п. 0000058110 00000 п. 0000064595 00000 п. 0000065188 00000 п. 0000065432 00000 п. 0000066348 00000 п. 0000069023 00000 п. 0000069087 00000 п. 0000072026 00000 п. 0000005254 00000 н. 0000006314 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 349 0 объект > эндобдж 350 0 объект [ 351 0 R 352 0 R 353 0 R 354 0 R 355 0 R 356 0 R 357 0 R 358 0 R 359 0 R 360 0 R 361 0 R 362 0 R 363 0 R 364 0 R 365 0 R 366 0 R 367 0 R 368 0 R 369 0 R 370 0 R 371 0 R 372 0 R 373 0 R ] эндобдж 351 0 объект > / Ф 394 0 Р >> эндобдж 352 0 объект > / F 412 0 R >> эндобдж 353 0 объект > / Ж 447 0 Р >> эндобдж 354 0 объект > / Ж 449 0 Р >> эндобдж 355 0 объект > / Ж 450 0 Р >> эндобдж 356 0 объект > / Ж 468 0 П >> эндобдж 357 0 объект > / Ж 11 0 Р >> эндобдж 358 0 объект > / Ж 12 0 Р >> эндобдж 359 0 объект > / Ж 22 0 Р >> эндобдж 360 0 объект > / Ж 32 0 Р >> эндобдж 361 0 объект > / Ж 64 0 Р >> эндобдж 362 0 объект > / Ж 83 0 Р >> эндобдж 363 0 объект > / Ж 103 0 Р >> эндобдж 364 0 объект > / Ж 104 0 Р >> эндобдж 365 0 объект > / Ж 113 0 Р >> эндобдж 366 0 объект > / Ж 114 0 Р >> эндобдж 367 0 объект > / Ж 125 0 Р >> эндобдж 368 0 объект > / Ж 137 0 Р >> эндобдж 369 0 объект > / Ж 143 0 Р >> эндобдж 370 0 объект > / Ж 159 0 Р >> эндобдж 371 0 объект > / Ж 160 0 Р >> эндобдж 372 0 объект > / F 171 0 R >> эндобдж 373 0 объект > / Ж 179 0 Р >> эндобдж 374 0 объект > эндобдж 494 0 объект > транслировать HTKlU3 ړ 8 JLM * R 4) nH, ԅMi3xL4 o [) @ E.pQP ( u (bCa53c6 \ isyy

Примеры: остаточная деформация

Здесь вы найдете исследования остаточной деформации, проведенные на порошковой дифрактометрии с высоким разрешением. Эксперименты проводились на ID22 (с 2014 г.) и ID31 (2002 — 2013 гг.). Примеры:

Одно из наиболее систематических исследований, проведенных на ID31 в области характеристики остаточного напряжения, было выполнено E.M van der Aa [1, 2]. Исследование касалось остаточных напряжений, возникающих при сварке тонких стальных пластин и возникающих в результате деформаций, а также методов их уменьшения за счет использования отводного радиатора на небольшом расстоянии за источником тепла при сварке, процесс, называемый динамически контролируемым низким напряжением. Деформационная сварка (DC-LSND).Цель состояла в том, чтобы оценить эффективность этого процесса в отношении состояния остаточного напряжения по сравнению с обычной сваркой, а затем охарактеризовать влияние параметров процесса DC-LSND на остаточные напряжения. Поскольку сварные образцы были деформированы сложным образом, кристаллооптика анализатора ID31 имела решающее значение для устранения геометрически индуцированных псевдодеформаций. Другой аспект, который делает ID31 хорошим подспорьем для такого исследования, — это стабильность падающего луча, обеспечиваемая контролем температуры и механической обратной связью на кристаллах монохроматора.Без таких систем возможные дрейфы должны быть исправлены или привести к ложным деформациям, если они не учтены. Результаты показали, что уменьшение деформации сварочных пластин, полученных с помощью DC-LSND, вызвано уменьшением как продольных, так и поперечных остаточных напряжений по сравнению с традиционной технологией сварки (без охлаждения).

Рисунок 1. Влияние активного охлаждения (LSND) на остаточные напряжения по сравнению с обычным неохлаждаемым (CONV) [1, 2].

[1] Влияние отводящего радиатора на распределение остаточных напряжений при сварке. Э. М. ван дер Аа, А. Муругайян, Р. Делхез, М. Дж. М. Херманс, И. М. Ричардсон и Н. М. ван дер Перс, экспериментальный отчет ESRF MA46, (2006).
[2] Локальное охлаждение во время сварки: прогнозирование и контроль остаточных напряжений и деформации продольного изгиба. Э. М. ван дер Аа, докторская диссертация, факультет материаловедения и технологий Делфтского технологического университета (2007).

(вверху)

Примером может служить исследование поля деформации вокруг царапин в алюминиевых сплавах, используемых в аэрокосмической промышленности [3].Понимание роста усталостных трещин, которые могут возникнуть во время эксплуатации, начиная с небольших царапин или других дефектов, имеет решающее значение при оценке целостности конструкций. Царапины глубиной порядка десятков микрон могут превратиться в растущие трещины, вызванные остаточными растягивающими напряжениями в корне царапины. Царапины наносили двумя разными инструментами на двух разных сплавах алюминия с разным внутренним размером зерна, создавая царапины глубиной от 50 до 150 мм.Типичные результаты измерений ID31, полученные по брэгговскому отражению 311 при 9,6 ° 2 θ при 60 кэВ с использованием измерительного объема от 50 до 150 мкм, показаны для одного из основных направлений деформации на рисунке 2.

Рисунок 2 . (слева) Профиль поверхности царапины глубиной 50 мкм из сплава Al2024-T351; (справа) карта s _yy компонента остаточного напряжения (поперек царапины) вокруг царапины глубиной 100 мкм. Наибольшее напряжение наблюдается на расстоянии 60 мкм от корня царапины [3].

Сплав Al2024-T351 довольно крупнозернистый (20 мм), что подразумевает возможные проблемы с усреднением порошка (особенно потому, что падающий луч сильно коллимирован и невозможно вращать образец). Это общая проблема при изучении таких реальных материалов. Результаты дифракции сравнивались с оценкой остаточного напряжения, полученной в результате исследований наноиндентирования вокруг царапины, которые имеют пространственное разрешение 10 мм. В целом было приемлемое согласие между двумя сериями измерений, за исключением областей с низким напряжением вдали от корня царапины, где метод наноиндентирования не очень чувствителен.Рентгеновские измерения, хотя и требуют использования синхротрона, имеют преимущества в том, что можно легко измерить различные направления деформации, а метод является неразрушающим, что позволяет проводить повторные измерения в одной и той же области, например после того, как компонент подвергся циклической нагрузке на усталость.

[3] Применение синхротронной рентгеновской дифракции и наноиндентирования для определения полей остаточных напряжений вокруг царапин. Хан М.К., Фицпатрик М.Э., Хейнсворт С.В., Эванс А.Д., Эдвардс Л. Acta Materialia 59 , 7508, (2011).

(вверху)

---

Артикул:

[1] Влияние отводящего радиатора на распределение остаточных напряжений при сварке. Э. М. ван дер Аа, А. Муругайян, Р. Делхез, М. Дж. М. Херманс, И. М. Ричардсон и Н. М. ван дер Перс, экспериментальный отчет ESRF MA46, (2006).

[2] Локальное охлаждение во время сварки: прогнозирование и контроль остаточных напряжений и деформаций продольного изгиба. Э. М. ван дер Аа, докторская диссертация, факультет материаловедения и технологий Делфтского технологического университета (2007).

[3] Применение синхротронной рентгеновской дифракции и наноиндентирования для определения полей остаточных напряжений вокруг царапин. Хан М.К., Фицпатрик М.Э., Хейнсворт С.В., Эванс А.Д., Эдвардс Л. Acta Materialia 59 , 7508, (2011).

Остаточное напряжение — Промышленные металлурги

Остаточные напряжения — это напряжения внутри металлического объекта, даже если объект не подвержен внешним силам. Эти напряжения являются результатом того, что одна область металла ограничивается соседними областями от расширения, сжатия или освобождения от упругих деформаций.Остаточные напряжения могут быть растягивающими или сжимающими. Фактически, растягивающие и сжимающие остаточные напряжения сосуществуют внутри компонента.

См. Курсы и вебинары по металлургии
Нужна помощь с анализом отказов?

Причины остаточного напряжения

Остаточные напряжения возникают всякий раз, когда компонент подвергается напряжению, превышающему предел его упругости, и возникает пластическая деформация. Пластическая деформация возникает, когда напряжение превышает предел текучести металла (обсуждается в разделе «Испытания на растяжение»).Это может быть результатом…

• Неоднородная пластическая деформация во время механической обработки, например, во время прокатки, операций формовки (гибка или волочение), обработки и механической обработки поверхности (дробеструйное упрочнение и вальцевание).
• Фазовые превращения при охлаждении от повышенных температур
• Неоднородная пластическая деформация при нагреве или охлаждении
• Неоднородность химического или кристаллографического порядка (азотирование или цементирование)
• Различные виды обработки поверхности (эмалирование, гальваническое покрытие PVD и CVD)

В этой статье обсуждаются первые три причины.

Остаточное напряжение из-за колебаний температуры

В деталях, охлаждаемых от повышенных температур, остаточные напряжения вызваны колебаниями температуры металла во время охлаждения.

Охлаждение от повышенных температур происходит во время термообработки и сварки.

Температурные колебания металла во время охлаждения от повышенной температуры приводят к локальным изменениям величины теплового сжатия. При тепловом сжатии возникает неравномерное напряжение из-за разной скорости охлаждения поверхности и внутренней части металла.Во время охлаждения сначала охлаждается внешняя часть компонента, а эта часть металла сжимается, сжимая более горячий внутренний металл. Когда внутренняя часть детали охлаждается, металл пытается сжаться, но сдерживается уже охлажденной внешней частью. Следовательно, внутренняя часть будет иметь остаточное напряжение растяжения, а внешняя часть компонента будет иметь остаточное напряжение сжатия.

Остаточное напряжение из-за фазового превращения

Фазовое превращение — это изменение металлургических фаз, присутствующих в сплаве.Например, превращение аустенита в мартенсит в стали во время сквозной закалки является фазовым превращением.

Остаточные напряжения, возникающие во время фазового превращения, возникают из-за разницы объемов

между вновь формирующейся и исходной металлургической фазами. Разница в объеме вызывает расширение или сжатие металла.

Для фазовых превращений, которые происходят во время охлаждения от повышенной температуры, например, в стали, внешние части металла сначала охлаждаются, а сначала претерпевают фазовое превращение.Если объем новой фазы отличается от объема исходной фазы, то преобразованный объем металла будет изменяться по мере образования новой фазы. По мере того, как внутренняя часть металла остывает, он также будет пытаться увеличивать или уменьшать объем. Однако изменение объема металлической внутренней части будет сдерживаться более холодным внешним слоем металла, который уже трансформировался.

Когда объем новой фазы больше, чем объем начальной фазы, центральная часть компонента будет испытывать сжатие

и поверхность будет испытывать растяжение.Когда объем новой фазы меньше объема исходной фазы, центральная часть компонента будет находиться под напряжением, а часть металла на поверхности и вблизи нее будет подвергаться сжатию.

Например, во время сквозной закалки стали во время закалки аустенит превращается в мартенсит, причем объем мартенсита примерно на 4% больше, чем аустенита. Во время закалки сталь на поверхности сначала превращается в мартенсит, так как поверхность остывает быстрее всего.По мере того, как металл внутри продолжает охлаждаться, он превращается в мартенсит. Однако его объемное расширение ограничено затвердевшим более холодным поверхностным слоем. Это ограничение заставляет внутреннюю часть подвергаться сжатию, а внешнюю поверхность — растяжению (см. Металлургия стали сквозным упрочнением).

В некоторых условиях изменения объема могут вызывать остаточные напряжения, достаточно большие, чтобы вызвать пластическую деформацию, приводящую к короблению или деформации компонентов. При сильной закалке закалочные напряжения могут быть настолько большими, что вызывают растрескивание.

Остаточные напряжения, вызванные механической обработкой

Остаточные напряжения также возникают, когда пластическая деформация неоднородна по поперечному сечению деформируемого объекта, например, во время изгиба, волочения, прокатки и экструзии. Когда металл подвергается пластической деформации, часть деформации является упругой (обсуждается в разделе «Испытания на растяжение»). После снятия нагрузки, вызывающей деформацию, металл пытается восстановить упругую часть деформации.Однако упругое восстановление неполное, поскольку ему противодействует соседний пластически деформированный материал.

Рассмотрим металлический предмет, который был погнут. Области, прилегающие к изгибу, будут деформированы только упруго, и эта область

будет пытаться восстанавливаться, явление, известное как упругий возврат. После снятия внешней силы изогнутые области препятствуют полному упругому восстановлению соседних областей до недеформированного состояния. Эти области остаются в состоянии остаточного растяжения, а области, которые были пластически деформированы, находятся в состоянии остаточного сжатия.

В общем, знак остаточного напряжения, вызванного неравномерной деформацией, будет противоположным знаку пластической деформации, вызвавшей остаточное напряжение.

См. Курсы и вебинары по металлургии
Нужна помощь с анализом отказов?

Влияние остаточного напряжения

Остаточные напряжения могут быть полезными или вредными, в зависимости от того, является ли напряжение растягивающим или сжимающим. Остаточные напряжения при растяжении могут быть достаточно большими, чтобы вызвать деформацию или растрескивание компонентов.Кроме того, усталостное и коррозионное растрескивание под напряжением требует наличия растягивающих напряжений. Поскольку остаточные напряжения алгебраически суммируются с приложенными напряжениями, поверхностные остаточные растягивающие напряжения в сочетании с приложенным растягивающим напряжением могут снизить надежность компонентов. Фактически, остаточного растягивающего напряжения иногда бывает достаточно, чтобы вызвать коррозионное растрескивание под напряжением.

Поверхностные остаточные сжимающие напряжения обычно полезны, потому что они уменьшают влияние приложенных растягивающих напряжений.В большинстве случаев поверхностные сжимающие напряжения способствуют повышению усталостной прочности и устойчивости к коррозионному растрескиванию под напряжением.

Контроль остаточного напряжения

Контроль типа и величины остаточного напряжения важен для применений, в которых компоненты будут подвержены усталостному растрескиванию или коррозионному растрескиванию под напряжением, или если остаточные напряжения достаточно велики, чтобы вызвать деформацию или растрескивание компонентов. Это может быть достигнуто за счет механической обработки, термообработки для снятия напряжений, управления процессами термообработки и выбора сплава.

Механическая обработка, такая как дробеструйная обработка, легкая холодная прокатка, растяжение и небольшое сжатие, используются для преднамеренного создания остаточного напряжения сжатия на поверхности детали.

Поскольку предел текучести металла уменьшается с повышением его температуры, напряжение в металлах может быть снято путем нагрева до температуры, при которой предел текучести металла равен или меньше величины остаточного напряжения. При этой температуре металл может подвергаться микроскопической пластической деформации, снимая, по крайней мере, часть остаточного напряжения.После снятия напряжения максимальное остаточное напряжение, которое может оставаться, равно пределу текучести материала при температуре снятия напряжения.

С точки зрения обработки компонентов, остаточные напряжения могут быть минимизированы за счет использования пониженных скоростей охлаждения для уменьшения колебаний температуры и обеспечения более равномерного протекания фазовых превращений по всему поперечному сечению компонента. Кроме того, сплавы могут быть выбраны для использования с более медленными скоростями охлаждения, в то же время обеспечивая желаемые фазовые превращения.Например, для деталей из углеродистой стали, подлежащих закалке, низколегированные углеродистые стали позволяют использовать более низкие скорости охлаждения по сравнению с обычными углеродистыми сталями.

Измерение остаточных напряжений

Рентгеновская дифракция используется для неразрушающего измерения остаточных напряжений. С помощью этого метода измеряются деформации в атомно-кристаллической решетке металла, а затем вычисляются остаточные напряжения на основе измерений деформации.

Библиография

• G.Э. Дитер, Механическая металлургия, McGraw-Hill, 1986.
• Краусс, Стали: обработка, структура и характеристики, ASM International, 2005.
• I.C. Ноян и Дж.Б. Коэн, Измерение остаточного напряжения с помощью дифракции и интерпретации, Springer-Verlag, 1987.

Как прогнозировать усталостную долговечность сварных швов

Сварка является одним из наиболее распространенных методов соединения металлических конструкций. Это устоявшееся решение, которое используется в таких секторах, как строительство, нефтегазовая промышленность, судостроение и многие другие.Сварка — это сложное явление, которое изменяет механические, химические и металлургические свойства соединяемых компонентов. В этом сообщении блога мы сосредоточимся на различных методах представления сварных швов в конечно-элементных моделях и на том, как можно оценить напряжения в сварных швах для оценки усталостной долговечности.

Введение в сварочный процесс

Сварка — это семейство процессов, которые создают прочную связь между двумя компонентами за счет использования высоких температур для плавления основного материала.Различные источники энергии, такие как горение, электрические токи, электронные лучи, трение или ультразвук, могут использоваться для достижения температур, необходимых в процессе сварки. Сварка может применяться к металлам или термопластам, но здесь мы сосредоточимся в основном на сварке металлов.

Процесс сварки вызывает изменения в материале, что делает оценку напряжений в сварных швах сложной задачей. Некоторые из этих проблем включают:

• Изменения химического состава
  • Основные металлы и присадочный сплав (при его наличии) могут изменять свой химический состав во время процесса, так как прямое смешивание сплавов в сварочной ванне или высокотемпературная диффузия изменят концентрацию компонентов сплава.
• Изменения в металлургических структурах
  • Высокая температура во время процесса сварки может изменить микроструктуру областей, прилегающих к сварочной ванне. Сплав с одинаковым химическим составом может иметь различную микроструктуру из-за теплового профиля, наблюдаемого во время охлаждения от высокой температуры. Это изменение также изменит механические свойства материала, такие как предел текучести, пластичность или твердость. Модуль обработки металлов может использоваться для анализа этих эффектов в металлических сплавах.
• Термомеханические эффекты
  • Разница температур во время процесса и тепловое расширение сплавов создают термические напряжения в соединении. Из-за снижения предела текучести большинства сплавов при высоких температурах это термическое напряжение, скорее всего, достигнет предела текучести основного материала или зоны плавления, вызывая постоянное коробление соединения и микротрещины, которые повлияют на его усталостную долговечность. Пластическая деформация, возникающая во время процесса, вызывает остаточные напряжения, которые также влияют на усталостную долговечность соединения.
• Геометрические вариации
  • Из-за пульсирующего характера некоторых используемых источников тепла или непостоянства самого процесса, вероятно возникновение геометрических изменений, в результате чего форма сварного шва будет отличаться от идеального профиля. Это изменение может вызвать дополнительную концентрацию напряжения.

Хотя можно смоделировать весь процесс сварки в программном обеспечении COMSOL Multiphysics®, как объясняется в этом сообщении блога о лазерной сварке или как показано в этом примере оптимизации лазерной сварки, для большинства промышленных приложений требуется упрощенная оценка напряжения в сварном шве для прогнозирования усталостной долговечности.Эти методы описаны в стандартах и ​​нормах проектирования и ориентированы на процессы дуговой сварки. Такие методы, как контактная сварка или сварка трением, в настоящее время не охватываются этими стандартами.

В этом сообщении блога мы проанализируем некоторые из этих методов сварки, чтобы оценить распределение напряжений в сварных швах и вокруг них, и покажем, как это можно смоделировать в COMSOL Multiphysics.

Сварные швы и усталость

Усталость — это процесс, при котором материалы, подвергающиеся циклическим нагрузкам, значительно меньшим разрушающего напряжения материала в неповрежденных условиях, будут иметь трещины, которые в конечном итоге разрастаются, вызывая разрушение компонента.Количество циклов до разрушения зависит не только от упругих свойств материала и нагрузки, но и от различных факторов, таких как остаточные напряжения, вязкость материала разрушения, неоднородности, размер зерна, температура, геометрия, качество поверхности или наличие коррозии. Поскольку сварные швы изменяют практически все эти факторы локально, неудивительно, что прогнозирование усталостной долговечности в сварных швах и вокруг них является предметом большого интереса и исследования.

Существуют различные методы, используемые для прогнозирования усталостной долговечности в зависимости от характера нагрузки и типа материала, подверженного циклической нагрузке.Для большого количества циклов в большинстве этих методов используются кривые S-N материала. Эти кривые показывают соотношение между уровнем напряжения и количеством циклов до обнаружения трещины.

На графике показана типичная кривая отношения сигнал-шум для двух семейств сплавов. Стальные сплавы обычно имеют предел выносливости, ниже которого усталостное разрушение никогда не возникает. Другие сплавы могут не иметь такого предела выносливости, и любой уровень напряжения в конечном итоге приведет к отказу.

Как показано на рисунке выше, изменение напряжения на 10% может означать разницу более чем в два раза в количестве циклов до разрушения (или даже больше для стальных сплавов).Таким образом, определение напряжения в сварном шве с хорошим уровнем достоверности имеет решающее значение для прогнозирования усталостной долговечности сварного шва.

Узнайте больше о методах и подходах к усталости, доступных в модуле «Усталость», который является дополнением к модулю «Механика конструкций».

Взгляд на геометрию сварного шва

Сварные швы обычно классифицируются по взаимному расположению соединяемых компонентов. В этом примере мы проанализируем угловой сварной шов, который представляет собой сварной шов, в котором два компонента соединены под углом.Угловые швы — это распространенное решение, используемое при соединении труб, перпендикулярных пластин или пластин внахлест. Угловой сварной шов необходим для достижения полного сплавления с корнем и обеспечения минимального размера (с точки зрения толщины горловины или длины ножки) по длине, который считается приемлемым.

Схематическое изображение процесса сварки углового шва. Сварной шов (светло-серый) имеет вогнутую или выпуклую поверхность в зависимости от параметров сварного шва и материалов. Зона термического влияния или ЗТВ (хаки) имеет свойства материала, которые отличаются от основного материала (темно-серый).

Поскольку качество сварного шва весьма чувствительно к параметрам сварки (скорость сварки, предварительный нагрев компонентов, относительное положение сварочного инструмента, сварочный ток и т. Д.), Обычно проводят некоторый контроль сварного шва после того, как он завершено. Существуют различные методы оценки качества сварного шва, от визуального контроля до ультразвукового контроля и контроля проникающего красителя до флуоресцентного проникающего контроля.

Большинство сварных швов, произведенных в полевых условиях, не будут подвергаться достаточному контролю, чтобы гарантировать полное проплавление сварного шва по всей толщине соединяемой пластины.Это одна из причин, почему довольно часто в качестве пути нагружения используют только горловину сварного шва и предполагают, что основной материал не влияет на жесткость сварного соединения при выполнении анализа напряжений сварного шва.

Метод номинального напряжения

Стандарты

, такие как Еврокоды (ЕС) или Международный институт сварки (IIW), позволяют конструкторам использовать метод номинального напряжения. Этот метод, применимый только к определенным материалам и геометриям, использует эквивалентное напряжение или номинальное напряжение, вычисленное в сварном шве, и сравнивает это напряжение с эмпирическими кривыми S-N, определенными для каждой категории деталей.

Компоненты напряжения, используемые для расчета эквивалентного напряжения и двух категорий для сварного шва.

Преимущество этого метода заключается в его простоте, но он имеет ряд ограничений. Это не применимо к материалам или конструктивным деталям, не указанным в стандарте, и даже для перечисленных случаев может быть сложно судить о классе сварного соединения. Кроме того, сварные соединения могут образовывать усталостные трещины в областях, отличных от указанных в стандарте.Несмотря на недостатки метода, он по-прежнему остается наиболее часто используемым из-за своей простоты.

Стандарт IIW разрешает использование методов конечных элементов (МКЭ) для определения номинального напряжения в случаях, когда нагрузка является сложной. В этом случае можно использовать относительно простую и грубую модель для определения номинального напряжения. В случаях, когда сетка грубая, в сечении сварного шва следует использовать узловые силы, а не напряжения элементов, чтобы избежать недооценки напряжений.При расчете модифицированного (местного) номинального напряжения необходимо следить за тем, чтобы все эффекты концентрации напряжений от структурных деталей сварного соединения были исключены.

Простейший подход FEM для определения распределения нагрузки состоит в том, чтобы рассматривать сварные швы как элемент непрерывности между свариваемыми компонентами. Этот подход не учитывает гибкость сварного шва и поэтому не применим, когда существует более одного сварного шва, который может действовать как путь нагрузки, или когда определение общей жесткости конструкции имеет решающее значение.Следует обратить внимание на узловые силы, измеренные с использованием этого подхода, поскольку могут потребоваться некоторые операции для преобразования их в напряжения в сварных швах.

Пример упрощенного анализа сварного шва. Приложенные нагрузки, сетка и смещения показаны слева. Трехмерное изображение оболочки показано в центре вместе с напряжением фон Мизеса. Узловые силы показаны справа с уменьшенными элементами для наглядности.

В контексте COMSOL Multiphysics «узловые силы» можно интерпретировать как силы реакции.Поскольку силы реакции доступны только при наличии ограничения, можно использовать сборку, соединенную условием непрерывности.

Более точный метод представления сварного соединения — это фактическое моделирование каждого отдельного горловины с оболочками. Этот метод требует создания поверхностей в средней плоскости сварного шва. Соединение между различными пластинами будет зависеть от количества угловых швов и от того, имеют ли они частичное или полное проплавление. Этот метод учитывает гибкость горловины и поэтому больше подходит для анализа путей нагружения и жесткости общей конструкции.

Четыре типа сварных швов слева и эквивалентные изображения оболочки справа. Толщина оболочки представлена ​​в виде прозрачных ящиков.

Пример сварного соединения двух угловых швов с частичным проваром показан ниже. Как видно на рисунках ниже, это представление распределяет напряжение сварного шва по большей площади, тем самым уменьшая податливость и напряжение вокруг сварного шва. Еще одно преимущество конкретного представления сварного шва состоит в том, что узловые силы можно напрямую использовать для получения номинального напряжения сварного шва.

Пример анализа сварного шва, в котором сечение сварного шва представлено в сетке. Приложенные нагрузки, сетка и смещения показаны слева. Трехмерное изображение оболочки показано в центре вместе с напряжением фон Мизеса. Узловые силы показаны справа с уменьшенными элементами для наглядности. Цветовая шкала и величина стрелок такие же, как на предыдущих изображениях.

Метод номинального напряжения — это относительно простой и недорогой метод расчета усталостной долговечности сварного шва, который довольно хорошо адаптирован для использования COMSOL Multiphysics для получения нагрузок и распределения напряжений.

Метод эффективного напряжения надреза

Другой метод расчета усталостной долговечности сварного соединения — это анализ окончательной геометрии сварного шва. Это называется методом эффективного напряжения надреза. Этот метод требует, чтобы конструкция моделировалась как твердое тело, поэтому использование оболочек для аппроксимации поведения конструкции исключено. Напряжение, вычисленное с помощью этой подробной модели, можно напрямую сравнить с кривой S-N, которая не зависит от типа соединения. По причинам, описанным ранее, сварные швы имеют высокий уровень изменчивости по своей форме, поэтому этот метод предполагает эффективный профиль сварного шва, основанный на толщине горловины и определенном радиусе надреза.

Модель двустороннего шва с полным проплавлением. Деталь справа показывает, как пиковое напряжение тесно связано с предполагаемым радиусом надреза, равным 1 мм.

Как видно на предыдущих рисунках, распределение напряжения показывает очень локальный пик, который было бы невозможно зафиксировать, если сетка не достаточно мелкая. На следующем рисунке показано максимальное напряжение как функция минимального размера ячейки.

Максимальное главное напряжение в выемке, рассчитанное для различных размеров ячеек.

Как показано выше, для правильного определения пикового напряжения в данном примере требуется сетка с размером ячейки менее 0,25 мм, соединяющая пластину толщиной 20 мм и пластину толщиной 10 мм. Метод напряжения с надрезом требует очень подробной сетки, что может ограничить его применение практическими проблемами. Таким образом, субмоделирование обеспечивает эффективный способ определения локальной концентрации напряжений в больших геометрических фигурах.

Метод горячих точек

Другой альтернативой расчета усталостной долговечности сварных соединений является метод горячей точки.Этот метод основан на типичном напряжении, полученном из идеализированного распределения напряжений вокруг сварного шва. Это типичное напряжение иногда называют структурным напряжением, геометрическим напряжением или напряжением горячей точки, что является обозначением, используемым ниже. Как правило, напряжение, перпендикулярное сварному шву в непосредственной близости от носка, имеет нелинейное распределение по толщине:

Общее напряжение по толщине и его разложение на мембрану, изгиб и нелинейное напряжение.

Распределение напряжений по толщине можно разделить на три части:

1. Напряжение мембраны, постоянное по толщине
2. Напряжение изгиба, которое линейно распределяется по толщине и самокомпенсируется
3. Нелинейное напряжение, которое также самокомпенсируется

Метод горячей точки — это поверхностное напряжение, получаемое при объединении мембраны и напряжения изгиба. Используя предыдущую модель и функцию Stress Linearization , доступную в COMSOL Multiphysics, мы можем построить график распределения напряжений по толщине.

Путь, используемый для оценки распределения напряжений в направлении толщины (слева). Распределение напряжения по толщине и то, как это распределение зависит от размера ячейки (справа).

Как видно на предыдущих рисунках, распределение напряжений в направлении толщины сильно зависит от размера ячеек, но сочетание мембраны и напряжения изгиба остается более или менее постоянным — даже для крупных ячеек. Этот подход по-прежнему требует моделирования конструкции как твердого тела, чтобы получить распределение напряжений по толщине.

Другой метод вычисления того же напряжения горячей точки основан на экстраполяции поверхностного напряжения из соседних областей:

Путь, используемый для оценки распределения напряжений на поверхности (зеленый). Поверхностное напряжение и то, как это распределение изменяется в зависимости от размера ячейки (справа). В этом примере линеаризованное напряжение основано на напряжении на расстоянии 10 мм и 20 мм от носка сварного шва.

Мы снова видим, что напряжение надреза сильно зависит от размера ячеек, но распределение напряжений на определенном расстоянии от сварного шва одинаково для всех размеров ячеек.Это означает, что с этим подходом можно использовать грубые размеры сетки или даже моделирование оболочки, и полученное напряжение горячей точки будет таким же точным, как и полученное с твердым моделированием сварного шва и очень мелкой сеткой. Этот метод требует регулярной сетки с узлами и элементами, расположенными на определенных расстояниях от сварного шва, что может потребовать некоторого времени для настройки в модели. Расстояния, на которых должно быть получено напряжение для экстраполяции напряжения горячей точки, обычно определяются в стандартах и ​​зависят от размеров свариваемых компонентов и размера ячейки.

Заключительные замечания по усталостной долговечности сварных швов

Как мы уже говорили выше, существует несколько методов оценки усталости сварных соединений. В этом сообщении блога мы проанализировали, как COMSOL Multiphysics можно использовать с любым из этих методов, а также проанализировали преимущества и недостатки каждого из них.

Методика	Преимущества	Недостатки
Номинальное напряжение	Простые вычисления Широко используется Доступен в кодах дизайна Способен прогнозировать отказ в корне и на носке	Доступно только для некоторых материалов и конфигураций Иногда сложно судить о категории Менее точен при сложных нагрузках
Нечеткое напряжение	Требуется несколько кривых S-N Меньше предположений Прогнозирует отказ во всех местах и ​​направлениях	Зависит от радиуса надреза Могут потребоваться исследования чувствительности сетки Большие модели
Стресс в горячей точке	Простые модели Точная Широко используется	Требуется контроль размера сетки и расположения узлов Экстраполяция напряжения может быть обременительной Ограничивается привариванием трещин носка

Следующий шаг

Узнайте больше о том, как COMSOL Multiphysics может удовлетворить ваши потребности в сварке и анализе усталости.