namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»TAWNICnami-462Research ArticleТЕХНОЛОГИЯ АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯAUTOMOBILE TECHNOLOGYРаспределение температурных полей и изменение объёма металла в сварном соединении при дуговой сварке разнородных сталей перлитного классаDistribution of temperature fields, and change in volume of metal in welded joints during arc welding of dissimilar pearlitic steelsМусиенкоА. М.MusienkoA. M.

Мусиенко Александр Михайлович – канд. техн. наук, ведущий инженер управления координации подготовки производства

г. Москва 125438

PhD (Eng), leading engineer of the department of pre-production coordination

Moscow 125438

aleksandr.musienko@nami.ruШишановС. М.ShishanovS. M.

Шишанов Сергей Марксович – канд. техн. наук, начальник управления по взаимодействию с индустриальными и образовательными партнёрами

г. Москва 125438

PhD (Eng), head of the department for interaction with industrial and educational partners

Moscow 125438

sergey.shishanov@nami.ruКяримовР. М.KyarimovR. M.

Кяримов Рифат Марсович – начальник управления координации подготовки производства

г. Москва 125438

head of the department of pre-production coordination

Moscow 125438

rifat.kyarimov@nami.ruБелозорВ. И.BelozorV. I.

Белозор Владимир Иванович – главный специалист управления координации подготовки производства

г. Москва 125438

chief specialist of the department of pre-production coordination

Moscow 125438

vladimir.belozor@nami.ruГНЦ РФ ФГУП «НАМИ»РоссияFederal State Unitary Enterprise “Central Scientific Research Automobile and Automotive Engines Institute” (FSUE “NAMI”)Russian Federation20261007202602114122Copyright © Мусиенко А.М., Шишанов С.М., Кяримов Р.М., Белозор В.И., 20262026Мусиенко А.М., Шишанов С.М., Кяримов Р.М., Белозор В.И.Musienko A.M., Shishanov S.M., Kyarimov R.M., Belozor V.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/462

Введение (постановка задачи и актуальность). По результатам ранее проведённых практических исследований химического состава сварного шва и околошовных зон, твёрдости и структуры сварного соединения перлитных разнородных сталей 45 и 17ГС при изготовлении картеров ведущих мостов автомобилей повышенной проходимости, а также статических и усталостных испытаний было предложено совершенствование технологического процесса сварки. Чтобы полностью раскрыть суть и причины положительного эффекта результатов ранее проведённых исследований и предложенного технологического процесса, в настоящей работе был выполнен расчётный анализ температурных полей и их распределение в зонах сварного соединения, анализ изменения объёма нагретого металла сварного соединения, сделано сопоставление полученных результатов с выполненными ранее исследованиями и сформулированы общие выводы.

Цель исследования – определение влияния изменения объёма металла в сварном соединении перлитных разнородных сталей на структурные и фазовые превращения путём проведения расчёта распределения температурных полей.

Методология и методы

Методология и методы. В работе использованы теоретические основы математического моделирования теории тепловых процессов и специализированная программа расчёта свойств сварных соединений, разработанная по методологии МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Результаты и научная новизна. Различие температурных интервалов фазовых и структурных превращений в сталях 45 и 17ГС обусловлено их теплофизическими свойствами. Процесс охлаждения при сварке этих сталей между собой сопровождается увеличением объёма, оказывая при этом взаимное деформационное воздействие, из-за чего аустенитные превращения протекают при более высокой температуре. В результате происходит самоотпуск продуктов превращения и релаксация сварочных напряжений.

Практическая значимость

Практическая значимость. Методику и результаты, представленные в данной работе, возможно использовать для прогнозирования свойств сварных соединений из других марок сталей.

Introduction (problem statement and relevance). Based on the results of previously conducted practical studies of chemical composition of welded seams and near-weld areas, hardness and structure of welded joints of dissimilar pearlitic steels 45 and 17GS when manufacturing driving axle casings of off-road vehicles as well as static and fatigue testing, it has been proposed to improve the welding technological process. However, in order to fully reveal the essence and reasons for the positive effect of the results of the previous studies and suggested technological process, in this paper, a computational analysis of temperature fields or patterns and their distribution within the welded joint areas, analysis of changes in the heated metal volume of welded joints, comparison of the results obtained with the studies performed earlier have been conducted and overall conclusions have been formulated.

The purpose of the study is to determine the effect of metal volume change in welded joints of dissimilar pearlitic steels on structural and phase transformations by calculating the temperature patterns distribution.

Methodology and research methods. The paper uses theoretical foundations of mathematical modeling of the theory of thermal processes and a specialized program for calculating properties of welded joints developed according to the methodology of the Bauman Moscow State Technical University.

Scientific novelty and results. The difference in temperature ranges of phase and structural transformations in steels 45 and 17GS is caused by their thermophysical properties. The cooling process when welding these steels with each other is accompanied with volume increase making upon that mutual deformation impact resulting in that austenitic transformations occur at higher temperatures. As a result, self-tempering of transformation products and relaxation of welding stresses occur.

Practical significance. The methodology and results presented in this paper may be used to predict properties of welded joints from other grades of steels.

дуговая сваркасварное соединениеструктурные и фазовые превращениятемпературное полеarc weldingwelded jointstructural and phase transformationstemperature fieldtemperature patternReferencesЗакс И.А. Сварка разнородных сталей. – Л.: Машиностроение, 1973. – 208 с.Zaks I.A. [Welding of dissimilar steels]. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1973. 208 p. (In Russian)Карпухин К.Е., Ломакин В.В., Кондрашов В.Н. Тенденции развития автомобилестроения. Учебное пособие. – М.: МГТУ «МАМИ», 2008. – 70 с.Karpukhin K.E., Lomakin V.V., Kondrashov V.N. [Trends in the development of the automobile industry. Study guide]. Moscow, MGTU “MAMI” Publ., 2008. 70 p. (In Russian)Шкель А.С., Загарин Д.А., Козловская М.А., Дзоценидзе Т.Д. Высокопрочные стали производства ООО «Уральская сталь» для несущих систем транспортно-технологических машин // Автомобильная промышленность. – 2016. – № 6. – С. 32–35.Shkel’ A.S., Zagarin D.A., Kozlovskaya M.A., Dzotsenidze T.D. [High-strength steels produced by Ural Steel LLC for load-bearing systems of transport and technological machines]. Avtomobilnaya promyshlennost’, 2016, no. 6, pp. 32–35. (In Russian)Павленко П.Д. Расчётно-экономические исследования прочности картеров ведущих мостов грузовых автомобилей // Грузовик. – 2003. – № 6. – С. 24–26.Pavlenko P.D. [Calculation and economic studies of the strength of the housings of the driving axles of trucks]. Gruzovik, 2003, no. 6, pp. 24–26. (In Russian)Мусиенко А.М. Повышение выносливости ведущих мостов автомобилей из перлитных разнородных сталей путём совершенствования технологии дуговой сварки плавящимся электродом в среде защитного газа: дис. … канд. техн. наук. – М.: МГИУ, 2006. – С. 105.Musienko A.M. [Increasing the durability of driving axles of automobiles made of pearlitic dissimilar steels by improving the technology of arc welding with a consumable electrode in a protective gas environment. Cand. eng. sci. diss.]. Moscow, MGIU 2006, p. 105. (In Russian)Мусиенко А.М., Шишанов С.М., Башкин А.М. Расчётный анализ и результаты практических исследований свойств комбинированного сварного соединения картеров ведущих мостов // Труды НАМИ. – 2024. – № 4 (299). – С. 91–101. DOI: 10.51187/0135-3152-2024-4-91-101.Musienko A.M., Shishanov S.M., Bashkin A.M. [Computational analysis and results of practical studies of the properties of the combined welded joint of the crankcase of the drive axle of the truck]. Trudy NAMI, 2024, no. 4 (299), pp. 91–101. DOI: 10.51187/0135-3152-2024-4-91-101. (In Russian)Королёв Н.М. Расчёты тепловых процессов при сварке, наплавке и термической резке. Учебное пособие. – Екатеринбург: УГТУ, 1996. – 156 с.Korolev N.M. [Computation of thermal processes during welding, surfacing and thermal cutting. Study guide]. Ekaterinburg, UGTU Publ., 1996. 156 p. (In Russian)Aglan H.A., Ahmed S., Prayakarao K.R., Fateh M. Effect of preheating temperature on the mechanical and fracture properties of welded pearlitic rail steels // Engineering. – 2013. – V. 5. – No. 11. – P. 837–843. DOI: 10.4236/eng.2013.511101.Aglan H.A., Ahmed S., Prayakarao K.R., Fateh M. Effect of preheating temperature on the mechanical and fracture properties of welded pearlitic rail steels. Engineering, 2013, vol. 5, no. 11, pp. 837–843. DOI: 10.4236/eng.2013.511101.Bodude M., Momohjimoh I. Studies on effects of welding parameters on the mechanical properties of welded low-carbon steel // Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering. – 2015. – V. 3. – No. 3. – P. 142–153. DOI: 10.4236/jmmce.2015.33017.Bodude M., Momohjimoh I. Studies on effects of welding parameters on the mechanical properties of welded low-carbon steel. Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, 2015, vol. 3, no. 3, pp. 142–153. DOI: 10.4236/jmmce.2015.33017.Bose-Filho W.W., Carvalho A.L.M., Strangwood M. Effects of alloying elements on the microstructure and inclusion formation in HSLA multipass welds // Materials Characterization. – 2007. – V. 58. – No. 1. – P. 29–39.Bose-Filho W.W., Carvalho A.L.M., Strangwood M. Effects of alloying elements on the microstructure and inclusion formation in HSLA multipass welds. Materials Characterization, 2007, vol. 58, no. 1, pp. 29–39.Banerjee A., Ntovas M., Da Silva L., Rahimi S., Wynne B. Interrelationship between microstructure evolution and mechanical properties in inertia friction welded 8630 low-alloy steel // Archives of Civil and Mechanical Engineering. – 2021. – V. 21. – Art. no. 149. DOI: 10.1007/s43452-021-00300-9.Banerjee A., Ntovas M., Da Silva L., Rahimi S., Wynne B. Interrelationship between microstructure evolution and mechanical properties in inertia friction welded 8630 low-alloy steel. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2021, vol. 21, art. no. 149. DOI: 10.1007/s43452-021-00300-9.Belkahla Y., Mazouzi A., Lebouachera S.E.I., Hassan A.J., Fides M. Hvizdos P., Cheniti B., Miroud D. Rotary friction welded C45 to 16NiCr6 steel rods: statistical optimization coupled to mechanical and microstructure approaches // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2021. – V. 116. – P. 2285–2298. DOI: 10.1007/s00170-021 –07597-z.Belkahla Y., Mazouzi A., Lebouachera S.E.I., Hassan A.J., Fides M. Hvizdos P., Cheniti B., Miroud D. Rotary friction welded C45 to 16NiCr6 steel rods: statistical optimization coupled to mechanical and microstructure approaches. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2021, vol. 116, pp. 2285–2298. DOI: 10.1007/s00170-021 –07597-z.Кархин В.А. Тепловые основы сварки: учебное пособие. – Л.: ЛГТУ, 1990. – 100 с.Karkhin V.A. [Thermal basics of welding. Study guide]. Leningrad, LGTU Publ., 1990. 100 p. (In Russian)Savija I., Culham J.R., Yovanovich M.M., Marotta E.E. Review of thermal conductance models for joints incorporating enhancement materials // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. – 2003. – V. 17. – No. 1. – P. 43–52.Savija I., Culham J.R., Yovanovich M.M., Marotta E.E. Review of thermal conductance models for joints incorporating enhancement materials. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 2003, vol. 17, no. 1, pp. 43–52.Макаров Э.Л., Якушин Б.Ф. Теория свариваемости сталей и сплавов / под ред. Э.Л. Макарова; 2-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. – 549 с.Makarov E.L., Yakushin B. F. [Theory of weldability of steels and alloys. Ed. by Makarov E.L.]. Moscow, BCTU Publ., 2018. 549 p. (In Russian)Смирнов И.В. Сварка специальных сталей и сплавов: учебное пособие / 3-е изд. стер. – СПб.: Лань, 2019. – 268 с.Smirnov I.V. [Welding of special steels and alloys. Study guide]. St. Petersburg, Lan’ Publ., 2019. 268 p. (In Russian)Коновалов А.В., Куркин А.С., Неровный Э.Л., Якушин Б.Ф. Теория сварочных процессов: учебник для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 752 с.Konovalov A.V., Kurkin A.S., Nerovnyy E.L., Yakushin B.F. [Theory of welding processes. Study guide]. Moscow, BSTU Publ., 2007. 752 p. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.