ТЕОРИЯ сварочных процессов

Расчетные методы

Наиболее современным и точным способом определения на­пряженно-деформированного состояния как на поверхности, так и в глубине деталей является моделирование сварочных процессов на компьютере методом конечных элементов. Существует много авторских и профессиональных программных комплексов для больших и персональных компьютеров, которые различаются по сложности доступных для моделирования конструкций и по пол­ноте охвата процессов, протекающих при различных способах сварки.

Расчет сварочных деформаций и напряжений состоит из опре­деления: а) температурных полей при сварке; б) механических свойств материала, зависящих от температуры; в) температурных деформаций и деформаций от структурных превращений; г) собст­венных деформаций, напряжений и перемещений.

В результате моделирования определяют сначала временные, а затем остаточные напряжения, деформации и перемещения. Про­должение процесса моделирования для стадии эксплуатации свар­ной конструкции позволяет определить характер взаимодействия остаточных напряжений с рабочими напряжениями, возникающи­ми при эксплуатационных нагрузках. Для проведения расчета кроме информации о форме и размерах конструкции необходимы следующие исходные данные:

1) характеристики сварочного источника нагрева (мощность и ее распределение по пятну нагрева, скорость сварки, порядок ук­ладки швов), условия теплоотвода и температурные зависимости теплофизических свойств материалов (коэффициентов теплоемко­сти ср, теплопроводности X, теплоотдачи с поверхности ат). Спра­вочные данные приведены в разд. 5.1;

2) характеристики температурного расширения (дилатограм - мы) материалов, образующих сварное соединение. В случае сварки разнородных материалов или применения присадочного материа­ла, отличающегося от основного, эти характеристики для разных зон соединения могут не совпадать. Для приближенных расчетов используют усредненную дилатограмму, соответствующую ли­нейной зависимости Дєа=аД7 Точное построение дилатограм - мы требует проведения испытаний в условиях, близких к реально­му сварочному циклу;

3) механические свойства материала для расчета деформаций и напряжений в низкотемпературной зоне, где не возникают пласти­ческие деформации, могут быть представлены модулем упругости Е и коэффициентом Пуассона р. Более точные методы, учиты­вающие пластические деформации, упрочнение и ползучесть, требуют для каждого материала проведения испытаний при раз­личных напряжениях, температурах и скоростях деформации. По­лучаемые в серии таких испытаний характеристики могут быть использованы при расчете сварочных деформаций и напряжений.

Расчет, как правило, проводят по неизотермической теории те­чения на основе модели идеального упругопластического материа­ла (см. разд. 11.4.2). Существует также метод пластических при­ближений. На основе приближенного расчета сварочных деформаций по упрощенной модели поведения материала прово­дят испытания, имитирующие термодеформационный цикл сварки (см. разд. 11.4.3). Полученные в результате этих испытаний на­пряжения используют при уточняющих расчетах в качестве харак­теристик материала, отражающих его реальное поведение с учетом релаксации и упрочнения.