Савкин С. В. Розробка методів розрахунку та вдосконалення ресурсозберігаючої технології виробництва зварних труб із застосуванням вібрації

Дисертація присвячена дослідженню впливу вібрації в процесі зварювання трубної заготовки на рівень залишкових напружень, мікроструктуру металу та механічні властивості зварного шва табіляшовноїзони. У дисертаційній роботі отримано нові науково обґрунтовані теоретичні і експериментальні результати, які в сукупності роблять суттєвий внесок у вирішення актуальноїзадачізменшення залишкових напружень, що формуються в трубній заготовці в процесі зварювання, що в підсумку дозволило запропонувати новий метод зменшення залишкових напружень, заснований на застосуванні вібрації в процесі зварювання. З кожним роком підвищуються вимоги до вироблених зварених труб і особливу увагу тут приділяється якості зварного шва, а саме залишковим напруженням в звареному шві та біляшовній зоні, що виникають при усадці металу в процесі кристалізації. На даний момент в промислових масштабах проблема негативного впливу на трубний виріб зварювального процесу вирішується термічною обробкою всього перетину труби або локальною обробкою зварного шва та біляшовної зони за допомогою відпалу. Однак цей процес є одним з найдорожчих, тривалим по часу і не завжди екологічним. Це дає реальні передумови для пошуку альтернативного способу зняття залишкових напружень у зварних швах та біляшовній зоні прямошовних труб. Метою дисертації є вдосконалення технологічного процесу виробництва зварних прямошовних труб за допомогою зняття залишкових напружень в зварному шві та біляшовній зоні за допомогою вібрації. Ця мета досягається шляхом розробки математичних моделей, що описують закономірність впливу частоти вібрації при зварюванні на рівень залишкових напружень і підтверджується експериментальними дослідженнями рівня залишкових напружень і мікроструктури зразків, зварених із застосуванням різних частот вібрації. Теоретичні дослідження виконані з використанням фундаментальних закономірностей і аналітичних методів математичного моделювання зварних з'єднань і вібраційної обробки матеріалу. Лабораторні та промислові дослідження виконані з використанням сучасного обладнання і вимірювальних приладів, підданих метрологічній повірці. Обробку експериментальних результатів і побудову моделей виконано з використанням методів планування експерименту і теорії статистичної обробки даних. Об'єкт дослідження: процес обробки зварного шва трубної заготовки з метою зняття залишкових напружень. Предмет дослідження: рівень залишкових напружень в зварному шві та біляшовній зоні, розмір зерен структури та різнозернистість зони термічного впливу, механічні властивості зварного шва. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що відповідно до проведених досліджень, метод зняття залишкових напружень із застосуванням вібрації в процесі зварювання дозволяє на 90% замінити термічну обробку за рівнем зняття залишкових напружень і одночасно з цим уникнути високовартісного обладнання та негативних наслідків у вигляді окалини, високої тривалості і енергоємності процесу. Отримала подальший розвиток гіпотеза про зниження залишкових напружень в зварному шві при вібраційному впливі на нього в процесі зварювання. Ефект досягається за рахунок змін в протіканні процесу кристалізації рідкого металу під віброрезонансним впливом з частотою, що дорівнює власній частоті осциляцій на мікро- та мезоструктурному рівні будови розплаву. Це дозволяє замінювати процес зняття залишкових напружень при виробництві труб із застосуванням термічної обробки на процес вібраційної обробки зварного шва. Вперше експериментально встановлено вплив частоти дії вібрації в процесі зварювання трубної заготовки з вуглецевих сталей на рівень залишкових напружень і структуру зварного шва та біляшовної зони. Розробка відрізняється тим, що при впливі вібрації частотою 25-200 Герц в процесі зварювання відбувається зниження залишкових напружень в зварному шві та біляшовній зоні на 41-71% та зменшення різнозернистості мікроструктури до 16%. Це доводить позитивний ефект застосування вібрації при зниженні рівня залишкових напружень у зварних трубах. Вперше розроблено математичну залежність необхідної тривалості вібраційного впливу від швидкості охолодження металу зварного шва при зварюванні трубної заготовки. Вперше розроблено метод розрахунку залишкових напружень зварного шва при зварюванні трубної заготовки із застосуванням вібрації.