Указанные явления трудно поддаются моделированию на образцах, а использование натурных экспериментов при больших размерах конструкции для оптимизации технологии связаны с большими временными и материальными затратами.
Созданная специализированная программа ориентирована на инженерное применение и не требует от пользователя специальной подготовки в области расчетных методов.
Вид основного окна ввода данных
Для выбора основного материала, а также присадочного материала отдельно для корневого, основного и облицовочного проходов в программе предусмотрен встроенный банк данных, включающий всю необходимую для расчета информацию по свойствам материалов и который может пополняться пользователем. При вводе общих геометрических параметров свариваемые части оболочки должны иметь одинаковый внутренний диаметр D, но могут различаться толщиной стенки H1 и H2, длиной L1 и L2, наличием и расположением шпангоутов S1 и S2. Некоторые примеры толстостенных труб, соединяемых многопроходной сваркой плавлением, приведены на рисунке.
а)
б)
в)
Примеры толстостенных оболочек, свариваемых многопроходным стыковым швом:а) свободные трубы;
б) трубы с различной толщиной;
в) трубы с внутренними шпангоутами
Необходимо также ввести данные режима сварки для каждого типа сварного прохода, а также задать геометрию разделки кромок свариваемых оболочек. На основании этой информации программа автоматически определяет необходимое количество и расположение сварочных проходов. При этом контролировать заполнение разделки можно в режиме реального времени.
При расчете используется двухмерная модель (несимметричный случай) деформации, метод термопластичности и метод конечных элементов. Температурная и механическая задачи для каждого сварочного прохода просчитываются последовательно по времени от начала нагрева до полного остывания металла. Расчетная модель учитывает зависимость физико-механических свойств материалов от температуры, а также микроструктурные фазовые превращения. Определяются размеры и форма зоны проплавления основного материала и предыдущего слоя (при двухслойной сварке). На основе этих данных оценивается средний химический состав зоны плавления, что является основой для дальнейшего расчета ее микроструктурного состояния. Микроструктурное состояние зоны плавления и зоны термического влияния рассчитывается с использованием диаграммы
Шеффлера для высоколегированной стали, либо с использованием соответствующих диаграмм АРА для низколегированных ферритных сталей. Соответствующие характеристики для параметрических уравнений, связывающих количество ожидаемой фазы в микроструктуре со временем охлаждения t8/5 в интервале 800…500°С, содержатся в банке данных. Знание температурных полей и объемных изменений, связанных с температурным расширением и микроструктурными изменениями, позволяет прослеживать развитие упругопластических деформаций вплоть до остаточного состояния.
Таким образом, результатом расчета является следующая информация:
- зона проплавления (химический состав и расположение сварных проходов);
- время охлаждения t8/5 в интервале 800…500°С в зоне плавления и зоне термического влияния;
- микроструктурный фазовый состав (относительное содержание мартенсита, аустенита, бейнита и феррито-перлита в зоне плавления и зоне термического влияния);
- остаточные напряжения (осевая, окружная, радиальная и касательная компоненты);
- деформации (радиальный прогиб и осевое укорочение);
- механические свойства (твердость по Виккерсу, временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение, относительное сужение, ударная вязкость в зоне плавления и зоне термического влияния).
В случае использования материалов без микроструктурных превращений результаты 2, 3 и 6 не определяются. Некоторые примеры графического представления результатов расчета приведены на рисунках.
Зона проплавления
Время охлаждения t8/5 в интервале 800…500°С в ЗП и ЗТВ
Относительное содержание мартенсита в ЗП и ЗТВ
Радиальный прогиб оболочки
Окружная компонента остаточных напряжений
Осевая компонента остаточных напряжений
Ударная вязкость в ЗП и ЗТВ
Твердость по Виккерсу в ЗП и ЗТВ
Область применения: производство сварных толстостенных цилиндрических труб или оболочек.
Время расчета с учетом ввода данных зависит от выбранных материалов и геометрических параметров сварного соединения, количества сварочных проходов и составляет 30 – 120 мин. Программа моделирует процесс сварки при количестве сварочных проходов от 3 до 100 и односторонней U- либо V-образной разделке кромок с наружной стороны трубы или оболочки.
