1950082900

5

WPROWADZENIE

Proces spawania charakteryzuje się wieloma specyficznymi cechami, związanymi ze zmiennym polem temperatur oraz ze zmieniającymi się w szerokim zakresie właściwościami fizycznymi i mechanicznymi spawanego materiału. Zjawiska zachodzące w procesie spawania wchodzą w zakres wielu dziedzin wiedzy i rozwijane były często niezależnie, m.in. w odlewnictwie, metaloznawstwie i mechanice. Dopiero masowe stosowanie spawania, datujące się od czasów II wojny światowej, wywołało potrzebę całościowej analizy tego procesu, niezależnie od innych technik, oraz jego wpływu na właściwości zarówno złączy spawanych, jak i całych konstrukcji.

Specyficzny charakter tworzenia struktury strefy wpływu ciepła złącza spawanego, uwarunkowany cyklem cieplnym spawania, powoduje powstanie struktur o dużej różnorodności. W związku z tym opracowanie optymalnej technologii spawania winno być oparte o precyzyjną analizę zjawisk zachodzących w procesie spawania a przede wszystkim :

-    skłonności do przemian struktury austenitu w warunkach spawania,

-    podatności do tworzenia różnego rodzaju pęknięć w procesie spawania,

-    właściwości użytkowych złącza spawanego.

Tradycyjne metody analizy zjawisk zachodzących w procesie spawania wymagają dużych nakładów finansowych, specjalistycznej aparatury oraz są bardzo pracochłonne. Jednym ze sposobów przyspieszenia i obniżenia kosztów badań spawalności stali jest zastosowanie metod obliczeniowych, które ma już kilkunastoletnią tradycję. Pierwsza międzynarodowa konferencja poświęcona tej problematyce odbyła się w Dublinie w 1977 r.

Analizując literaturę poświęconą zastosowaniu metod matematycznych w badaniach spawalności stali, można wyróżnić dwa podstawowe kierunki. Pierwszy to teoretyczne modelowanie procesu spawania [10,13,18,23,31]. Traktuje on proces spawania jako zespół zjawisk cieplnych, mechanicznych i przemian strukturalnych sprzężonych ze sobą. Tworzone w tej grupie modele termomechaniczne spawania opisują w kompleksowy sposób złożoność procesów zachodzących w złączu spawanym, uwzględniając dylatację cieplną, przemiany fazowe, przemiany plastyczne, powiązanie procesów cieplnych spawania z procesami dyfuzji, zwłaszcza w fazie krzepnięcia, itp. Modele te niestety obejmują, jak na razie, bardzo ograniczoną i najczęściej najprostszą grupę zagadnień. Wprowadzając dużą liczbę danych rzeczywistych do skomplikowanych programów komputerowych, wykorzystujących termomechaniczne modele procesów spawania, można otrzymać dobre wyniki prognozowania właściwości pewnych grup połączeń spawanych. Jest to jednak niezwykle trudne i pracochłonne, zwłaszcza w warunkach przemysłowych.

Drugi kierunek to analityczne metody oceny spawalności stali [5,10,18,21,25,23,53,67,86]. Wykorzystuje się tu złożone modele próbując dać globalne odpowiedzi, najczęściej wsparte szerokim zakresem badań doświadczalnych. Prace z tego zakresu pozwoliły na opracowanie obszernej grupy zależności o dużym znaczeniu praktycznym, mogących znaleźć bezpośrednie zastosowanie w analizie spawalności i projektowaniu technologii spawania.

Umownie zależności te można podzielić na trzy grupy, opisujące kolejno:

1.    wskaźniki skłonności do pęknięć spawalniczych,

2.    charakterystyczne temperatury i krytyczne czasy przemian rozkładu austenitu w warunkach spawalniczych,

3.    właściwości strefy wpływu ciepła w funkcji parametrów cyklu cieplnego spawania.

Wzory określające zależności wyznaczano najczęściej na drodze analizy statystycznej zbioru wyników serii badań doświadczalnych dla pewnych grup materiałowych i określonych technik łączenia. Tak więc zależności te niekoniecznie muszą być przydatne dla innych grup materiałów i technik łączenia, skutkuje to wielością zależności i wąskimi zakresami ich zastosowania.

Dokładność podnieść można dwoma sposobami: poprzez przeprowadzenie bardzo szerokiego zakresu badań i zgromadzenie niezbędnej bazy danych dla wyznaczenia odpowiednich zależności lub poprzez tworzenie modeli fizycznych analizowanego procesu. Ten drugi sposób jest praktycznie dzisiaj jeszcze niemożliwy [10].

Pomimo tych ograniczeń, stosowanie metod analitycznych w ocenie spawalności stali pozwala odejść od tradycyjnego stosowania sztywnych wytycznych technologicznych i zastosować przy wyborze