Неразрушающий контроль сварного соединения сплава алюминия на основе математической модели теплового процесса сварки и компьютерной микротомографии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Контроль прочности сварных соединений применяется во многих отраслях производства. Рентгеновская микротомография как метод неразрушающего контроля позволяет не только выявить наличие дефектов, но и классифицировать их и оценить размеры трещин и дефектов нетрещиноподобного типа (пор). В данной статье рассматривается неразрушающий контроль сварных соединений сплава алюминия 6061 Т6 с помощью компьютерной микротомографии и математической модели теплового процесса сварки, реализованной в ANSYS Workbench. Приводятся экспериментальные результаты работы рентгеновского микротомографа, произведена оценка размеров дефектов в данном образце. С помощью математической модели получены термические истории, при которых образовались дефекты.

Об авторах

В. И Сырямкин

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: svi_tsu@mail.ru
Томск, Россия

М. Д Хильчук

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: ma6a70@gmail.ru
Томск, Россия

С. А Клестов

Национальный исследовательский Томский государственный университет

Email: klestov_simon@mail.ru
Томск, Россия

Список литературы

  1. Хейдари М.А., Пантелеенко А.Ф. Математическое моделирование сварочных деформаций в тонких пластинах // Наука и техника. 2011. № 5. С. 18-25.
  2. Передельский В.А., Харченко В.Я., Черногоров А.Л., Тихонов С.В. О выявлении трещиноподобных дефектов сварки существующими методами контроля качества // Передовые инженерные исследования. 2021. Т. 21. №. 1. С. 89-95.
  3. Муравьев С.В., Погадаева Е.Ю. Автоматизированное распознавание дефектов сварных соединений при визуальном контроле с использованием геометрических признаков // Дефектоскопия. 2020. № 3. С. 49-57.
  4. Trieb K., Glinz J., Reiter M., Kastner J., Senck S. Non-destructive testing of ceramic knee implants using micro-computed tomography // The Journal of Arthroplasty. 2019. V. 34. № 9. С. 2111-2117.
  5. Syryamkin V.I., Klestov S.A., Suntsov S.B. Digital X-ray Tomography / 2nd edition. London: Red Square Scientific, Ltd., 2020. 200 p. ISBN 978-0-9928299-9-5.
  6. de Mendonça Filho F. F., Copuroglu O., Schlangen E., Šavija B. Determination of loss of reinforcement due to corrosion through X-ray computer micro-tomography // Materials. 2021. V. 14. No. 4. P. 893.
  7. Сырямкин В.И., Клестов С.А., Сунцов С.Б. Патент № 2745304 C1 Российская Федерация, МПК G01N 23/04. Способ рентгеновской томографии и устройство для его осуществления. № 2020133674. Заявл. 14.10.2020. Опубл. 23.03.2021. Заявитель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет".
  8. Бехтин Ю.С., Клестов С.А., Куцов М.С., Сырямкин В.И., Титов Д.В. Теоретические основы цифровой обработки изображений в встраиваемых системах технического зрения. Томск: STT, 2016. 406 с. ISBN 978-5-93629-577-5.
  9. Hanke R., Fuchs T., Uhlmann N. X-ray based methods for non-destructive testing and material characterization // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2008. V. 591. No. 1. P. 14-18.
  10. De Samber B., Renders J., Elberfeld T., Maris Y., Sanctorum J., Six N., Liang Z., De Beenhouwer J., Sijbers J. FleXCT: a flexible X-ray CT scanner with 10 degrees of freedom // Optics Express. 2021. V. 29. No. 3. P. 3438-3457.
  11. Сырямкин В.И. Цифровой рентгеновский 3D-микротомограф для диагностики материалов и элементов радиоэлектронной аппаратуры // Дефектоскопия. 2016. № 9. С. 29-38.
  12. Shaloo M., Schnall M., Klein T., Huber N., Reitinger B. A. Review of Non-Destructive Testing (NDT) Techniques for Defect Detection: Application to Fusion Welding and Future Wire Arc Additive Manufacturing Processes // Materials. 2022. V. 15. No. 10. P. 3697.
  13. Marusina M. Ya., Kaznacheeva A. O. Modern methods of tomography. Textbook. St. Petersburg: St. Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics Press, 2006. 132 p.
  14. Livieri P., Tovo R. Actual weld profile fatigue performance by digital prototyping of defected and undefected joints // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2022. V. 45. No. 11. P. 3436-3446.
  15. Foorginejad A., Azargoman M., Mollayi N., Taheri M. Modeling of weld bead geometry using adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) in additive manufacturing // Journal of Applied and Computational Mechanics. 2020. V. 6. No. 1. P. 160-170.
  16. Bandi B., Dinda S. K., Kar J., Roy G. G, Srirangam P. Effect of weld parameters on porosity formation in electron beam welded Zircaloy-4 joints: X-ray tomography study // Vacuum. 2018. V. 158. P. 172-179.
  17. Galos J., Ghaffari B., Hetrick E. T., Jones M. H., Benoit M. J., Wood T., Sanders P.G., Easton M. A., Mouritz A. P. Novel non-destructive technique for detecting the weld fusion zone using a filler wire of high x-ray contrast // NDT & E International. 2021. V. 124. P. 102537.
  18. Han S. C., Park H. M., Uhm S. H., Choi D. Y., Jeong H. C., Kim Y. J., Jun T. S. Evaluation of liquid metal embrittlement crack in resistance spot welds under intensive welding condition using industrial X-ray computed tomography and machine learning // Welding in the World. 2021. V. 65. No. 10. P. 1887-1897.
  19. Бвеупе А.С., Каонде Б.М. Дефекты сварных соединений / Международный студенческий строительный форум-2017. 2017. С. 32-38.
  20. Стакян М.Г., Пирумян Н.В., Мартиросян А.В. Классификация повреждений и воздействующих факторов для разработки оптимальных расчетных схем сварных швов газопроводов // Вестник Национального политехнического университета Армении. Механика, машиноведение, машиностроение. 2021. № 2. С. 52-62. doi: 10.53297/18293387-2021.2-52
  21. Шнеерсон В.Я. Классификации периодических структур сварных швов, образованных при сварке металлов плавлением // Электронно-лучевая сварка и смежные технологии. 2020. С. 169-192.
  22. Назаров Р.М., Гизатуллин З.М. Обзор методов анализа дефектов сварных швов на рентгенографических изображениях / Юность и знания-гарантия успеха-2020. 2020. С. 223-227.
  23. Hesse A.C., Nitschke-Pagel T., Dilger K. On the effect of weld defects on the fatigue strength of beam welded butt joints // Procedia Structural Integrity. 2018. V. 13. P. 2053-2058.
  24. Gosavi P.D., Sarkar K.K., Khunte S.K., Pawar V.R., Basu B. Microstructure and mechanical properties correlation of weld joints of a high strength naval grade steel // Procedia Structural Integrity. 2019. V. 14. P. 304-313.
  25. Кархин В.А., Хомич П.Н., Иванов С.Ю. Модели источников теплоты для прогнозирования тепловых полей при сварке плавлением // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. № 4-1. С. 241-254.
  26. Milyardi I., Baskoro A.S. Effect of current and speed on porosity in autogenous Tungsten Inert Gas (TIG) welding of aluminum alloys A1100 butt joint // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. V. 348. No. 1. P. 012021.
  27. Сливинский А.А., Препияло А.А., Бондаренко В.Л., Слюта В.П. Расчетно-экспериментальный анализ тепловых процессов сварки. 2014. № 1 (66). С. 76-83.
  28. Matuszewski M. Modeling of 3D temperature field in butt welded joint of 6060 alloy sheets using the ANSYS program // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 659. No. 1. P. 012034.
  29. Capriccioli A., Frosi P. Multipurpose ANSYS FE procedure for welding processes simulation // Fusion engineering and Design. 2009. V. 84. No. 2-6. P. 546-553.
  30. Samad Z., Nor N.M., Fauzi E.R.I. Thermo-Mechanical Simulation of Temperature Distribution and Prediction of Heat-Affected Zone Size in MIG Welding Process on Aluminium Alloy EN AW 6082-T6 // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 530. No. 1. P. 012016.
  31. Deng D., Murakawa H. Prediction of welding distortion and residual stress in a thin plate butt-welded joint // Computational Materials Science. 2008. V. 43. No. 2. P. 353-365.
  32. Пантелеенко Ф.И., Шумов О.В. Повышение прочности сварных соединений при дуговой сварке // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия В. Промышленность. Прикладные науки. 2017. № 11. С. 34-37.
  33. Bajpai T., Gupta P. K., Malik A. Thermomechanical Analysis of Pulsed Laser Welded Thin Aluminium Alloy Sheets // Optimization of Industrial Systems. 2022. P. 439-446.
  34. Braun R., Donne C.D., Staniek G. Laser beam welding and friction stir welding of 6013-T6 aluminium alloy sheet // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik: Materials Science and Engineering Technology. 2000. Т. 31. № 12. С. 1017-1026.
  35. Goyal A., Kapoor H., Jayahari L., Saxena K. Experimental investigation to analyze the mechanical and microstructure properties of 310 SS performed by TIG welding // Advances in Materials Science and Engineering. 2022. V. 2022.
  36. Syryamkin V.I., Klestov S.A., Suntsov S.B. Desing of 3D X-ray Microtomograph Based on Its Digital Twin // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2022. V. 58. No. 11. P. 1041-1049. [Сырямкин В.И., Клестов С.А., Сунцов С.Б. Проектирование рентгеновского 3D-микротомографа на основе его "цифрового двойника" // Дефектоскопия. 2022. № 11. С. 56-65.]
  37. Martinussen M. Numerical modelling and model reduction of heat flow in robotic welding. Norwegian University of Science and Technology-Department of Engineering Cybernetics. Trondheim. Norway 11.3. Electronic sources Volvo Group.
  38. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015618555. Российская Федерация. САПР 3D РМТ. Программное обеспечение системы автоматизированного проектирования рентгеновских 3D микротомографов: № 2015615595: заявл. 25.06.2015: опубл. 12.08.2015 / С. С. Баус, В. И. Сырямкин, С. А. Клестов; заявитель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет".

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах