The effect of preheating the edge of a plate made of steel 30khgsa on the distribution of residual stresses in the electric arc process

Abstract

Работа посвящена исследованию процесса предварительного подогрева кромки стальной пластины перед формированием сварного шва при осуществлении электродуговой сварки. Решается задача температурных напряжений. Исследуется возможность уменьшения интенсивности остаточных напряжений, образованных в результате локального теплового воздействия, путем применения предварительного подогрева кромки пластины с обратной стороны пластины от сварочной дуги. Распределение температуры определяется с помощью решения нелинейного уравнения теплопроводности, в котором удельная теплоемкость и теплопроводность зависят от температуры. Источник тепла моделируется методом с использованием двойного эллипсоида, предложенным Джон А. Голдаком. Предполагалось, что предварительный подогрев кромки с обратной стороны от сварочной дуги уменьшает температурный градиент в материале по всей толщине, тем самым способствует снижению уровня остаточных напряжения в металлической пластине. Изучалось влияние толщины пластины и скорости прохождения электродуговой сварки с предварительным подогревом кромки на распределение интенсивности остаточных напряжений. Материал принимается упруговязкопластическим, деформации малыми и складываемыми из обратимых и необратимых. Обратимые деформации связаны с напряжениями законом Дюамеля-Неймана. Необратимые деформации растут при выполнении условия пластического течения Мизеса, в котором присутствует компонента скорости пластической деформации, отвечающая за вязкость пластического течения. Упругие модули (модуль Юнга, коэффициент Пуассона) и предел текучести полагаются зависимыми от температуры. Решение механической части задачи находится методом простых итераций. В результате работы, по полученным распределениям интенсивности остаточных напряжений в материале пластин, делается вывод о том, что использование предварительного подогрева кромки пластин с обратной стороны прохождения сварочной дуги снижает интенсивность остаточных напряжений. The work is devoted to the study of the process of preheating the edge of a steel plate before the formation of a weld in the implementation of electric arc welding. The problem of temperature stresses is solved. The possibility of reducing the intensity of residual stresses formed as a result of local thermal action is investigated by applying preheating of the plate edge on the reverse side of the plate from the welding arc. The temperature distribution is determined by solving a non-linear heat equation, in which the specific heat capacity and thermal conductivity depend on temperature. The heat source is modeled using the double ellipsoid method proposed by John A. Goldak. It was assumed that preheating of the edge on the reverse side of the welding arc reduces the temperature gradient in the material over the entire thickness, thereby helping to reduce the level of residual stresses in the metal plate. The influence of the plate thickness and the speed of arc welding with preheating of the edge on the distribution of the intensity of residual stresses was studied. The material is assumed to be elastoviscoplastic, the deformations are small and consist of reversible and irreversible ones. Reversible deformations are related to stresses by the Duhamel-Neumann law. Irreversible strains increase when the von Mises plastic flow condition is satisfied, in which there is a plastic strain rate component responsible for the plastic flow viscosity. The elastic moduli (Young's modulus, Poisson's ratio) and the yield strength are assumed to be temperature dependent. The solution of the mechanical part of the problem is found by the method of simple iterations. As a result of the work, according to the obtained distributions of the intensity of residual stresses in the material of the plates, it is concluded that the use of preheating of the edge of the plates on the reverse side of the passage of the welding arc reduces the intensity of residual stresses.