The analysis of stress states in steel rods surfaced by welding

In work is presented a method of calculating elasto-plastic states in thermally loaded rods, which takes into account phase transformations that occur during surfacing by welding. Kinetics of phase transformations during heating and cooling is limited by temperature values at the beginning and at the end of austenitic transformation, while the progress of phase transformations during cooling is determined on the basis of TTT-welding diagram, basing on Johnson-Mehl-Avrami-Kolomogorov law for diffusional transformations and Koistinen-Marburger for martensitic transformation. Stress state of a bar subjected to thermo-mechanical loads is described assuming the planar cross section hypothesis and using integral equations of stress equilibrium of a bar as well as simple Hook’s law. Dependence of stresses from strains is assumed on the basis of tensile curves of particular structures, taking into account the influence of temperature. Computations of strains and stresses are investigated in a rod made of S235 steel, loaded by thermal fields generated by a point welding heat source of different intensities. The analysis of origination and development of plastic strains is carried out. In order to verify correctness of the model, experimental tests are carried out on a rod made of S235 steel surfaced with GMA method with geometry and welding parameters assumed in numerical simulations. Residual stresses, calculated taking into account phase transformations and for homogenous material model, are compared with experimental results.

W pracy przedstawiono sposób obliczeń stanów sprężysto - plastycznych w prętach obciążonych cieplnie, z uwzględnieniem przemian fazowych zachodzących podczas napawania. Kinetykę przemian fazowych podczas nagizewania i chłodzenia limitują wartości temperatur początku i końca austenityzacji. natomiast postęp przemian podczas chłodzenia jest określony w oparciu o spawalniczy wykres ciągłego chłodzenia stali (CTPc-S). bazując na prawach Johnsona-Mehla-Avramiego-Kołomogorova (JMAK) w odniesieniu do przemian dyfuzyjnych i Koistinena-Marburgera dla martenzytycznej. Stan naprężenia pręta poddanego działaniu obciążeń cieplno-mechanicznych opisano przyjmując hipotezę płaskich przekrojów oraz korzystając z całkowych równań równowagi pręta Zależności naprężeń od odkształceń przyjęto na podstawie krzywych rozciągania poszczególnych struktur z uwzględnieniem wpływu temperatury. Wykonano obliczenia pola temperatury, przemian fazowych, odkształceń i naprężeń płaskownika wykonanego ze stali S235, obciążonego punktowym spawalniczym źródłem ciepła o różnej intensywności. Przeprowadzono analizę powstawania i rozwoju odkształceń plastycznych. W oelu weryfikacji poprawności modelu przeprowadzono badania doświadczalne płaskownika wykonanego ze stali S235 napawanego metodą GMA. o geometrii i parametrach napawania przyjętych w symulacjach numerycznych. Porównano naprężenia własne obliczone z uwzględnieniem przemian fazowych oraz dla modelu materiału jednorodnego z wynikami badań doświadczalnych.