Розрахунок кінетики перерозподілу водню у біметалічних з’єднаннях

Abstract

Запропоновано алгоритм розв’язування методом скінченних елементів задачі теплопровідності та дифузії водню зі змінними коефіцієнтами дифузії і розчинності для структурно-неоднорідних матеріалів. Алгоритм апробовано на прикладі розв’язування задачі для біметалічного циліндричного зразка, який, згідно зі стандартом ASTM G146-01, використовують для досліджень на водневу стійкість біметалічних з’єднань. Отримано розподіл концентрації водню у циліндричному зразку з наплавкою внаслідок охолодження за різних швидкостей після високотемпературного наводнювання. Показано, що у зоні сплавлення зі сторони наплавлення виникають зони надрівноважного перенасичення воднем, що може спричинити відшарування наплавлення від основного металу.

Методом конечных элементов решена задача теплопроводности и диффузии водорода с переменными коэффициентами диффузии и растворимости водорода для структурно-неоднородных материалов. Алгоритм апробировано на примере решения задачи для биметаллического цилиндрического образца, который, согласно стандарта ASTM G146-01, используют для исследований на водородную стойкость биметаллических соединений. Получено распределение концентрации водорода в цилиндрическом образце с наплавкой в результате его охлаждения при разных скоростях после высокотемпературного наводораживания. Показано, что в зоне сплавления со стороны наплавки возникают зоны сверхравновесного перенасыщения водородом, которые могут повлечь отслаивание наплавки от основного металла.

The algorithm of numerical solution of the coupled problem of thermoelasticity and hydrogen diffusion with variable diffusion and solubility coefficients for structuralinhomogeneous materials is proposed. The algorithm was approved on the example of the problem solution for a bi-metallic cylindrical specimen that, according to the ASTM G146-01 standard, is used for investigations of hydrogen resistance of bi-metal joints. Hydrogen concentration distribution in the cylindrical specimen with a surfacing as a result of the specimen cooling with different speeds after high-temperature hydrogenation was obtained. It is shown that in the welding zone from the surfacing side the regions of over-equilibrium hydrogen over-saturation appear that can cause the lamination of the surfacing from the base metal.