ТЕОРИЯ сварочных процессов

Более сложные модели поведения материала при сварке

Математических трудностей при учете упрочнения и ползуче­сти, как правило, не возникает. Обычно принимают, что прираще­ние пластической деформации на шаге решения состоит из двух
частей: мгновенной пластичности (не зависящей от времени, кото­рую рассчитывают по формулам теории течения, аналогичным тем, что приведены в разд. 11.4.2) и деформации ползучести, для расчета которой также существует ряд теорий различной степени сложности. Для определения поведения материала при сварке с учетом упрочнения и ползучести нужны серия диаграмм упрочне­ния (см. рис. 11.5), полученных при разных температурах, и серия диаграмм релаксации (см. рис. 11.6). Скорость снижения напряже­ний при релаксации зависит не только от температуры, но и от на­чальных напряжений.

Наибольшие сложности моделирования поведения материала связаны с большими изменениями температуры во время сварки. Современные теории пластичности и ползучести носят феномено­логический характер, т. е. дают математическое описание наблю­даемых явлений без полного рассмотрения протекающих физиче­ских процессов. Поэтому остается неясным, в какой степени упрочнение, достигнутое при высокой температуре, сохранится после ее понижения.

Аналогичные вопросы возникают при расчете деформаций ползучести. При постоянных температуре и напряжении скорость роста деформаций ползучести изменяется. Вначале она замедляет­ся (неустановившаяся ползучесть), затем остается постоянной, т. е. наблюдается процесс, аналогичный упрочнению. Неясно, в какой степени это упрочнение сохранится при изменении температуры.

Ответы на эти вопросы в настоящее время можно получить только с помощью экспериментов. Для каждого материала, прежде чем проводить расчеты сварочных напряжений, необходимо вы­полнить масштабную программу экспериментов, испытывая об­разцы не только при разных температурах и напряжениях, но так­же при различных скоростях изменения деформации в сочетании с различными темпами повышения и понижения температуры. Это возможно только в рамках крупного научно-исследовательского проекта, но не в повседневной производственной практике.

Альтернативная расчетно-экспериментальная методика вклю­чает проведение испытаний материала в условиях термодеформа­ционного цикла сварки. Образец испытывают на растяжение - сжатие или на кручение в специальной испытательной установке, нагревательное устройство которой обеспечивает в образце такой же цикл изменения температуры, как и в исследуемой точке свар­ной конструкции при сварке. Одновременно с этим с помощью устройства нагружения задают такой цикл изменения деформации, при котором за каждый промежуток времени At интенсивность приращения деформации Дє, (см. формулу (11.22)) будет такой же, как в исследуемой точке конструкции. При этом весь металл об­разца проходит тот же термодеформационный цикл, что и иссле­дуемая точка сварной конструкции, - в нем протекают в той же последовательности и том же взаимодействии процессы упрочне­ния, ползучести, структурных превращений и т. д. Поэтому изме­ряемая на образце и записываемая в процессе испытания интен­сивность напряжения 0|(/) является комплексной реакцией металла образца на термодеформационный цикл. При расчете напряжений по формулам (11.12)—(11.24) значения az(/) подставляют вместо

предела текучести ат.

Такой подход требует проведения достаточно сложного испы­тания для каждой анализируемой точки сварной конструкции, но практически не требует предварительных исследований свойств материала.