5.2.1.1. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИДЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРИ СВАРКЕ

Вопрос о пространственной идеализации обусловлен тем, что в настоящее время практически могут быть решены только двумерные задачи, в которых предполагается, что поля температур, напряжений и деформаций Меняются только по рассматриваемому сечению тела и однородны в направлении, перпендикулярном этому сечению. В общем случае, строго говоря, процесс деформирования при сварке может быть описан только посредством решения трехмерных краевых задач, так как температура при многопроходной сварке неравномерно распределена как по поперечному относительно шва сечению сварного элемента, так и в направлении вдоль шва.

Этот вопрос решается посредством принятия допущения об одновременном выполнении каждого прохода по всей длине шва. В этом случае поле температур и напряжений становится однородным вдоль шва и задача сводится к двумерной. Такое допущение, в общем, вполне приемлемо именно при определении остаточных (не временных) сварочных напряжений в связи со следующими обстоятельствами. Формирование ОСН начинается с момента приобретения разупрочненным материалом упругих свойств. Следовательно, процессы деформирования, происходящие в районе источника сварочного нагрева, не оказывают влияния на ОСН и этот район можно исключить из рассмотрения. В области за источником нагрева, где материал приобрел упругие свойства, градиент температур вдоль шва уже незначительный и НДС здесь можно считать близким к однородному.

Вопрос, как схематизировать тепловложение при решении температурной задачи, в основном возникает по двум причинам. Во-первых, в силу того что решение термодеформационных задач проводится в двумерной. постановке при задании в температурной задаче тепловложения, равного погонной энергии при сварке, температурное состояние реального сварного узла и его двумерного аналога может существенно различаться. Во-вторых, при необходимости решать задачу по определению ОСН в узлах, сварка которых осуществляется с большим количеством проходов в шве. В этом случае невозможно проследить историю деформирования материала по всем проходам, так как такая задача требует огромного количества машинного времени. Поэтому возникает вопрос об объединении проходов при решении задачи и соответственно о схематизации тепловложения в них.

В силу специфики сварки элементов толстолистовых конструкций вопрос об объединении проходов может быть решен достаточно просто на основании следующих соображений. Сварка элементов обычно выполняется по методу отжигающего валика, при котором последующий валик отжигает группу

предыдущих [215]. При этой температура отжйгаемйх валиков может быть близка к температуре разупрочнения металла шва и до приобретений металлов достаточных упругих свойств она будет выравнйваться по этой группе валиков. В таком случае напряженное состояние, сформировавшееся после выполнения группы валиков, будет «забыто», а дальнейшее НДС сварного узла будет определяться «поведением» суперпрохода, образованного указанной группой валиков. Таким образом, при определении ОСН в сварных элементах можно рещить термодеформационную задачу, моделируя заполнение разделки суперпроходами. При таком моделировании При рёшении двумерйой термодеформационной задачи возникает первый из рассмотренных в этом подподразделе вопросов: как схематизировать тепловложение? Очевидно, что вкладывать в супёрпроход энёргию, равную сумме тепловложений каждого валика, принадлежащего суперпроходу, неправильно, так как такой подход не учитывает рассеяния тепла в процессе наложения валиков и приводит к значительному перегреву шва.

На наш взгляд, в этом случае наиболее целесообразен подход, основанный на подборе такого тепловложения, при котором удовлетворяются следующие требования:

суперпроход должен быть расплавлен, т. е. максимальная температура суперпрохода должна быть болыше, чем температуре плавления металла;

время ввода тепла в суперпроход определяется соотношением где толщина выделенного поперечного сечения сварного элемента (обычно принимается равной единице); скорость сварки;

размер зоны термического влияния суперпрохода, полученный при решении температурной задачи, должен быть равен реальному размеру зоны термического влияния, определенному по шлифу (для сварных соединений толстолистовых конструкций размер зоны термического влияния равен 3-5 мм), при соответствующем режиме сварки.

Вопрос о временной идеализации процесса деформирования при сварке возникает при назначении временных интервалов между этапами решения деформационной задачи, так как определение ОСН осуществляется посредством прослеживания всей истории деформирования при сварке от этапа к этапу. Ответ на этот вопрос можно найти в самом методе решения термодеформационной задачи. Как указывалось в разделе 1.1, одно из допущений этого метода — условие простого нагружения на этапе в каждой точке рассматриваемой области, что позволяет определить размер временного интервала между этапами решения. В первом приближении можно принять, что простое нагружение реализуется, если в рассматриваемой области температура температурная деформация) за искомый временной интервал меняется монотонно. Тогда определение временных интервалов

между этапами решения деформационной задачи можно проводить следующим образом. Предварительно решается температурная задача для каждого суперпрохода с достаточно малыми временными интервалами. Затем определяются искомые интервалы, которые соответствуют экстремумам термических циклов каждого КЭ зоны, где реализуется упругопластическое деформирование при выполнении очередного суперпрохода.