Диссертация (1024714), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Однако этипрограммы требуют задания параметров источника теплоты, формирующеготемпературное поле при сварке. Наиболее типичным является задание такогоисточника в форме объёмного полуэллипсоида [6].Однако наибольший интерес в качестве исследования сварочныхнапряжений и деформаций представляет программный комплекс «Сварка»,разработанный на кафедре сварки и диагностики МГТУ им.
Н.Э. Баумана[144, 145]. Связано это с тем, что данный комплекс позволяет решать идругие актуальные задачи сварочного производства: следующие процессы:физико-химические превращения в металле шва и ЗТВ, развитие процессовразрушения в условиях неоднородности свойств материала и наличиядефектов. Компьютерное моделирование процессов сварки с использованиемпрограммного комплекса «Сварка» [145], позволяет построить эпюрыраспределения напряжений многопроходного шва. Эпюры продольныхнапряжений после укладки первого, четвертого, шестого и пятнадцатоговаликов многопроходного шва показаны на рис 1.31.Рис 1.31. Эпюры продольных напряжений после укладки первого,четвертого, шестого и пятнадцатого валиков шва [145]91Проведенный анализ методов и средств оценки напряжений идеформаций в сварных конструкциях показывает, что решение задач расчётасварочных напряжений для конкретных случаем сварки не представляетпринципиальных трудностей.
Однако возникают технические трудности,связанные с большой длительностью расчётов из-за необходимостивыполнения множества расчетов при движении дуги вдоль шва.Для визуализации моделей создан целый ряд вышеупомянутыхкоммерческих программных комплексов, например, ANSYS, ABAQUS, MSCMARC, SYSWELD, WeldPlanner, «Сварка», которые можно использовать длярешения задач в области сварочного производства. Так как моделиразличных процессов сварки представляют собой комбинацию моделейразличных явлений, взаимодействующих между собой, то модель дляоптимизации процесса двухдуговой сварки в узкую разделку может бытьсоздана на основе комбинации известных моделей с уточнениями,учитывающимиособенностиданноговариантасваркиисвойстввысокопрочных сталей.
Модель формирования шва при двухдуговой сваркепоузкомуэлектродныхзазорудолжнапроволок,учитыватьформированиеособенностидвухплавлениядуговыхдвухпромежутков,определять распределение теплового потока от действия дуг на поверхностикромок зауженной разделки и по поверхности расплава, распространениетеплоты двух дуг при выполнении проходов. Кроме того, такая модельдолжна определять формирование общей или двух раздельных сварочныхванн, с учётом сохранения масс расплавившихся кромок и электродногометалла. Модель двухдуговой сварки может войти составной частью вкомпьютерный комплекс «GMAweldsim», разрабатываемый в настоящеевремя в Тульском государственном университете для расчетов структуры,механических свойств шва и ЗТВ.Проведенныйанализпричинпрепятствующихпромышленномуприменению прогрессивного способа двухдуговой сварки по узкому зазорупри производстве корпусных конструкций показал, что необходимо:92- существенно уменьшить число дефектов формирования швов из-заблуждания дуги в разделке кромок;- обеспечить требуемые служебные свойства сварных соединенийпутем рационального подбора сварочных материалов;-провестисравнительныеисследованиявеличиныостаточныхсварочных напряжений при сварке по узкому зазору и стандартные разделки.Решить данные проблемы можно с помощью физико-математическогомоделирования процесса двухдуговой сварки по узкому зазору.
Для этогонеобходимо создание обобщенной физико-математической модели, вкоторую должны входить:- физико-математическая модель формирования многопроходного швапри двухдуговой сварке по узкому зазору;- физико-математическая модель формирования прочности шва и ЗТВ;- физико-математическая модель оценки напряженного состоянияметалла сварного соединения.Физико-математическую модель формирования многопроходного швапри двухдуговой сварке по узкому зазору можно создать на основе физикоматематической модели формирования поверхностей сварочной ванны и швапри однопроходной сварки, дополнив её соотношениями, описывающиминагревание второй дугой и учитывая изменение профиля разделки кромок помере её заполнения при последовательной сварке проходов.
Важнымнеобходимым дополнением является учёт влияния профиля разделки кромокна распределение мощности сварочной дуги.Анализ формирования прочности шва и ЗТВ можно выполнить поизвестнойфизико-математическоймоделиКасаткина-Зайффертасиспользованием результатов моделирования термического цикла сварки приформировании шва.Оценку напряженного состояния металла при сварке высокопрочныхсталей можно выполнить сварного соединения можно с помощью комплекса«Сварка».931.6. Цель и задачи работыПовышение производительности сварочных работ и обеспечениестабильно высокого качества сварных соединений корпусных конструкцийспециальной техники из высокопрочных сталей на основе моделированияпроцессов формирования сварных соединений при одно- и многодуговоймногопроходной сварке плавящимся электродом по узкому зазору.В соответствии с поставленной целью были определены основныезадачи работы:1.Выполнитьанализсуществующихспособовобеспечениястабильно высокого качества сварных соединений при сварке корпусныхконструкций специальной техники.2.Разработатьобобщеннуюфизико-математическуюмодельформирования сварных соединений при многопроходной сварке по узкомузазору и доказать ее адекватность.3.Исследоватьвлияниепараметров многопроходнойодно-идвухдуговой сварки по узкому зазору корпусных конструкций на качествоформирования шва.4.Исследовать закономерности возникновения дефектов при сваркепо узкому зазору и разработать методы снижения их возникновения привыполнении сварочных работ.5.Сформулировать технические требования к производственнымпроцессам и сварочному оборудованию для обеспечения стабильно высокогокачества сварных соединений при двухдуговой сварке по узкому зазорукорпусных конструкций специальной техники.6.Реализовать предложенную технологию для многопроходнойсварки по узкому зазору при изготовлении корпусных конструкций извысокопрочных сталей в производственных условиях.94Выводы по главе 11.
В настоящее время увеличение производительности и повышениекачества изготовления корпусных конструкций специальной техники извысокопрочныхсталейявляетсяактуальнойзадачейдляспециализированных предприятий. При этом основными трудностямиповышения производительности сварки являются значительный объемнаплавляемого металла, а также характерные дефекты в виде холодных игорячихтрещин,дефектыформированияшвов,ограничивающиевозможности форсирования режимов сварки.2.
Снизить вероятность возникновения характерных дефектов в видехолодных и горячих трещин, непроваров в корне шва, несплавлений укромок разделки возможно совершенствованием технологии дуговой сварки.3. В современных условиях производства наряду с повышениемтребованийконструкцийккачествуиспециальнойтехническимтехникихарактеристикампредъявляютсякорпусныхтребованияпоэкономической эффективности процессов сварки, то есть оптимальности потрудовым затратам, суммарного времени изготовления единицы продукции.4.
Перспективным направлением повышения производительностиизготовлениякорпусовспециальнойтехники,являетсяприменениемногодуговых способов сварки по узкому зазору.5. Очевидно, что наиболее рациональным путем сварки корпусныхконструкций будет использование двухдуговой сварки по узкому зазору привыполнении протяженных стыковых швов, а также угловых и тавровыхсоединений, свариваемых под тупым углом. Однодуговую сварку по узкомузазору будет целесообразно применять для менее протяженных швов илиугловых и тавровых соединений, свариваемых под острым углом.6.
На сегодняшний день отсутствуют методики расчета режимовсварки, технические требования к сварочному оборудованию, оптимальныеформы разделок, допустимые отклонения к качеству сборки стыков.95Глава 2. СОЗДАНИЕ ОБОБЩЕННОЙ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙМОДЕЛИ ПРОЦЕССА МНОГОДУГОВОЙ СВАРКИ ПО УЗКОМУЗАЗОРУ2.1. Концепция обобщенной физико-математической модели для анализаи оптимизации процесса двухдуговой многопроходной сварки по узкомузазоруВ главе 1 показано, что обеспечение стабильновысокого качествасварных соединений связано с проблемами непосредственного наблюденияза зоной возникновения подобных дефектов в процессе сварки, а ихвыявление по макрошлифам очень трудоемко. Поэтому целесообразноиспользованиеметодоврассмотрениипроблемы,исследований,котороевоснованных начисленномвидетеоретическомсводитсяккомпьютерному моделированию.
Формирование сварочной ванны и шва придуговой сварке определяется распространением теплоты сварочной дуги вметалле свариваемых кромок, которое, в свою очередь, зависит и отгеометрии их разделки. Помимо теплового воздействия дуга оказываетдавление на расплав, приводящее к прогибу его поверхности. Данное явлениеизменяет пространственное расположение наружной поверхности сварочнойванны, через которую поглощается теплота дуги.
Таким образом, форманаружной поверхности сварочной ванны определяется равновесием давленийдуги, гравитацией, поверхностным натяжением, а также гидродинамическими гидростатическим составляющими внутреннего давления в расплаве.Угол разделки кромок при сварке по узкому зазору и прогибповерхности сварочной ванны существенно влияют на распределениетеплового потока дуги, что не позволяет использовать традиционноенормальное распределение интенсивности теплового потока, справедливое96при горении дуги над плоской поверхностью. Помимо этого, на формуповерхности сварочной ванны влияет поступление основного и электродногометалла, т.е.
процессы совместного плавления электродной проволоки исвариваемыхкромок.Исходяизэтогодугунельзярассматриватьизолированно от модели формирования сварочной ванны и условийплавления проволоки.Длина и расположение дуги относительно свариваемых кромок присварке плавящимся электродом определяется эффектом саморегулирования,вследствие которого длина дуги может сама устанавливаться в зависимостиот напряжения, параметров источника питания и скорости подачиэлектродной проволоки.
При сварке по узкому зазору длина вылетаэлектрода велика и определяется глубиной разделки. Большая длина вылетаприводит к существенному нагреву вылета электродной проволоки изтокоподводящего мундштука током, что облегчает его плавление дугой,однако повышенное значение коэффициента саморегулирования можетвызвать потерю устойчивости дуги в контуре «источник питания - дуга» и ееблужданию по поверхности сварочной ванны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
