Исследование влияния геометрических параметров сварных соединений с высокой степенью неоднородности структуры и механических свойств на их конструкционную прочность

Широкое применение сварных конструкций в различных отраслях промышленности обусловлено в первую очередь возможностью получения деталей сложной формы из сплавов, прошедших требуемую термическую и механическую обработку и благодаря чему имеющих высокие прочностные характеристики. Причем для некоторых сплавов удается добиться равнопрочности металла шва, зоны термического влияния (ЗТВ) и основного металла за счет оптимизации сварочного термического цикла, легирования металла шва и проведения последующей термической обработки. Однако в ряде случаев, например при сварке дисперсионно-твердеющих или нагартованных сплавов, металл шва и зоны термического влияния претерпевает значительное снижение прочности по сравнению с основным металлом. При этом последующая закалка всей конструкции, особенно содержащей сварные соединения из разнородных сплавов, не всегда допустима, так же последующая обработка давлением возможна только в редких случаях. Таким образом, повышение прочности сварного соединения, имеющего значительную структурную механическую неоднородность за счет оптимизации геометрических параметров сварного шва и использования эффекта контактного упрочнения является актуальной задачей.Стоит отметить, что имеющиеся на сегодняшний день методики расчета прочности сварных соединений с мягкой прослойкой позволяют получить приемлемые результаты только для швов постоянной ширины, характерных для диффузионной сварки и сварки взрывом или V-образных швов, образующихся в некоторых частных случаях при сварке плавлением. Известно, что для повышения прочности сварного соединения с мягкой прослойкой необходимо стремиться минимизировать относительную ширину прослойки, равной отношению ширины мягкого шва и ЗТВ к толщине стыка. С этой точки зрения наиболее перспективны лучевые способы сварки – электронно-лучевая и лазерная – обеспечивающих отношение толщины свариваемого стыка к ширине шва 10:1 и выше. Однако из-за особенностей распределения плотности мощности в электронном или лазерном пучке и движения перегретого жидкого металла в сварочной ванне в процессе сварки формируются швы характерной формы с резким увеличением ширины шва у вершины. Для определения конструкционной прочности реальных сварных соединений с высокой степенью неоднородности структуры и механических свойств, полученных с помощью электронно-лучевой сварки необходимо иметь данные о прочности мягкой прослойки и закономерности влияния формы мягкой прослойки на эффект контактного упрочнения. Для получения этих закономерностей в рамках данной работы планируется проведение экспериментов по электронно-лучевой сварке дисперсионно-твердеющих сплавов, в том числе разнородных, на разных режимах и с применением различных технологических приемов с целью получения мягких швов различной формы и ширины. Затем из полученных сварных соединений будут вырезаны образцы и подготовлены поперечные шлифы для металлографических исследований и точного измерения геометрических параметров швов и ЗТВ. Также из сварных соединений будут вырезаны образцы для испытаний на растяжение как в поперченном, так и в продольном направлении. Растяжение в поперечном направлении позволит оценить влияние формы и размеров шва на конструкционную прочность, а образцы, вырезанные в продольном направлении и содержащие в рабочей части только металл шва позволит оценить реальные прочностные характеристики мягкой прослойки. Определения прочностных характеристик мягкой прослойки при испытаниях растяжением в производственных условиях весьма проблематично и дорого, особенно для тонких прослоек, поэтому при выполнении проекта планируется разработка методики безобразцового определения механических свойств мягкой прослойки путем установления корреляционных связей между диаграммой растяжения и диаграммой вдавливания с учетом наличия области деформации основного металла с более высокими механическими свойствами.