Диссертация (1024714), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Будет она применяться и при укрупнении70броневых листов. Однодуговую сварку по узкому зазору целесообразноприменять для менее протяженных стыковых, или угловых и тавровыхсоединений, свариваемых под острым углом.В настоящее время на первый план выходят вопросы экономическойэффективности,производительности,ограниченностиколичестватехнологичностиквалифицированныхвусловияхсварщиковидр.Одновременно повышаются требования к качеству и техническим даннымизделий.
Всё это требует разработки как новых, методов сварки, так икоренной модернизации существующих, совершенствования оборудованиядля их реализации [98]. Следует отметить, что автоматизация процессасварки позволяет решить проблему улучшения условий работы сварщиков.Поэтому, наряду с упомянутыми проблемами, возникает ещё одна адаптации параметров процесса к внешним возмущениям.Таким образом, проведенный анализ литературных данных показал,что в настоящий момент не существует единых подходов к определениюрежимов сварки и их допустимых областей, оптимальных форм разделок итребований к сборке стыков, серийному оборудованию и автоматическимкомплексам для двухдуговой сварки по узкому зазору и т.д. Поэтомусоздание элементов теории и технологических основ двухдуговой сварки поузкому зазору протяженных швов и однодуговой сварки менее протяженныхили стыковых соединений, свариваемых под острыми и тупыми угламикорпусныхконструкций,технологическихтребованийксварочнымматериалам и оборудованию весьма актуально.Одним из эффективных методов решения многоплановой задачи пообеспечениюстабильновысокогокачествасварныхсоединенийидальнейшему повышению производительности труда являются методыкомпьютерного инженерного анализа, использующие ранее накопленныетеоретические и эмпирические знания, в форме модели, связывающейпараметры технологии сварки с качеством сварных соединений.711.5.
Методы и средства исследования сварочных процессов. Описаниефизико-математических моделей сварочных процессов.1.5.1 Методы физико-математического моделирования сварочныхпроцессовОсновной задачей обеспечения стабильно высокого качества сварныхсоединений является определение параметров технологии сварки, прикоторых обеспечиваются требования к эксплуатационным характеристикамсварного шва при минимальных материальных и трудовых затратах.Подобрать такое сочетание параметров, которые обеспечат требуемыеслужебныесвойствасварногосоединенияитехнико-экономическиепоказатели самого процесса сварки можно только экспериментальным илирасчетным путем [99].Определение и подтверждение механических и технологическихсвойств металлов и сварных соединений экспериментальным путемвключают в себя: испытаниена растяжение(определениепределапрочности); испытание на ударную вязкость; испытание на ударный изгиб;определение твердости металлов, деталей, заготовок по Бринеллю, Роквеллу.определение количественного содержания отдельных элементов в металлах сопределением марки металла.
Для подтверждения химического составаметаллов и сплавов используют химико-спектральный анализ. Исследованиемикро- и макроструктуры сварных швов и основного металла проводят нашлифах, вырезанных из металла шва, ЗТВ, основного металла в процессеметаллографических исследований. Однако, экспериментальный подбороптимальных параметров сварочных технологий весьма трудоемок, поэтомудля него целесообразно использовать теоретические методы анализа сминимальным объемом экспериментальных исследований, необходимых дляподтверждения полученных результатов.72Бурное развитие вычислительной техники, ее относительная дешевизнаи доступность в корне меняют подходы к проектированию изделий иотработке различного рода технологий.
В настоящее время получилираспространение системы компьютерного инженерного анализа, основанныеначисленномфизико-математическоммоделированиипроцессоввизучаемых объектах. Поэтому обеспечить дальнейшее развитие научных итехнологических основ сварки плавящимся электродом можно только путемпривлечения к решению физических явлений математических методовисследований. Однако, несмотря на общеизвестность отдельных физическихявлений, протекающих при формировании сварного соединения, создатьадекватную физико-математическую модель сварочного процесса дляконкретного случая сварки достаточно сложно. Связано это с тем, чтоосновной проблемой использования методов компьютерного инженерногоанализа при оптимизации сварочных процессов является неполнота теорииформирования соединений при многообразных способах сварки стыковразличнойконструкцииизразличныхсплавов.Сложностьфизико-математических моделей сварочных процессов обусловлена не тольковзаимодействием значительного количества явлений разной физическойприроды, но и тем, что эти явления происходят не только во времени, но и впространстве,т.е.математическиописываютсядифференциальнымиуравнениями в частных производных.
Несмотря на то, что для решения этихуравнений разработаны численные методы и созданы компьютерныепрограммы, численное моделирование процессов сварки осложнено тем, чтонеобходимо решать систему значительного количества таких уравнений,описывающих явления разной физической природы и их взаимодействие.Методы физико-математического моделирования сварочных процессовполучили интенсивное развитие после появления первых работ по расчетутемпературных полей, создаваемых в телах различной формы и размеров,создаваемыхдвижущимисяконцентрированнымиираспределеннымиисточниками тепла [100]. В дальнейшем теория тепловых процессов при73сварке была значительно расширена [101], и к настоящему времениразработанобольшоеколичествоаналитическихмоделейтепловыхпроцессов сварки в телах геометрических форм, типичных для сварки.
Этопослужило основой для решения задач по оценке деформаций и напряжений,возникающих при сварке типовых конструкций [102].Численные методы позволили сформировать целый ряд направлений,связанныхсфизико-математическиммоделированиемособенностейформирования сварочной ванны и шва при дуговой сварке [103].
Вдальнейшем был разработан целый ряд компьютерных программ дляисследования сварочных процессов, основанных на последовательноммоделировании тепловых процессов по результатам решения уравненийупруго-пластического состояния. Одновременно был накоплен опыт поуточнению уравнений, описывающих течение жидкого металла в ванне поддействием термокапиллярного эффекта и явлений в сварочной дуге.Наиболее типичным объектом физико-математического моделированияявляется процесс сварки плавящимся электродом листов с разделкой кромок,рис. 1.21.Рис.
1.21. Схема формирования сварного шва при дуговой сваркеплавящимся электродом74При сварке листов толщиной s из сплавов M1, M2 обычно выполняютразделку кромок шириной b. Сварочная ванна В формируется под действиемдуги Д. Напряжение холостого хода Uxx источника создаёт ток I дуги,зависящий от диаметра df и скорости подачи vf электрода. Ток дуги искорость сваркиvw определяют температуру металла и размеры сварочнойванны В. Форма поверхности Z(x,y) ванны и шва зависят от подачиэлектрода, давления дуги и поверхностного натяжения расплава.Моделирование процессов сварки позволяет установить взаимосвязьмежду режимами сварки и показателями качества сварных соединений. Наосновании этого могут быть выработаны технологические требования, как ксамому процессу сварки, так и необходимому для его реализации сварочномуоборудованию.По степени локализации моделируемых явлений при образованиисварного соединения, физико-математические модели можно разделить насемь групп, представленных на рис.
1.22.Физико-математические модели образованиясварного соединения и явлений при дуговойсваркеМоделиисточникатеплоты(сварочнойдуги)Модели переносаметалла ипроцессовнагрева ирасплавленияэлектродаМодели явленийи процессов,происходящих вжидком металлесварочной ванныМоделитепловыхпроцессов всвариваемыхкромкахМоделипроцессов втвёрдом металлешва и зонытермическоговлиянияМоделиформированияповерхностейсварочнойванны и шваМоделинапряжений идеформаций всварныхконструкцияхРис. 1.22. Физико-математические модели образования сварногосоединения и явлений при сварке75Рассмотрим основные типы физико-математических моделей.1.5.2. Физико-математические модели явлений в сварочной дугеПри моделировании сварки необходимо описывать воздействиесварочногоисточникатеплоты.Первоначальноиспользовалиидеализированные источники теплоты: точечный, линейный, поверхностнораспределённый по нормальному закону [101], объёмно-распределённый вформе эллипсоида [104].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
