Диссертация (1024714), страница 22

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 22)

3.1. Составляющие ошибки расчёта глубины проплавления примоделировании процесса дуговой сварки стыкового шва листов напримере стали 09Г2СПогрешность численного решения обычно невелика и может бытьуменьшена уменьшением шага сетки и шага времени до значений, непревышающих 2...3%. Погрешность, вызываемая неточностью исходныхданных, также может быть рассчитана. Погрешность неполноты физикоматематической модели можно оценить, сравнивая результаты имитации сопытнымиданными.Погрешностьисходных данных складываетсяизнеточностей исходных данных по свойствам материала, геометрии деталей ипараметров процесса сварки [190].Для расчета погрешности от неточностей исходных данных нужноопределить отклонения выходных значений syj, вызванных отклонениямиисходных значений sxi :ns yj ki 122xj ,i xis(3.8)142где kxj,i - коэффициенты чувствительности глубины проплавления котклонению данного параметра.При оценке чувствительности результатов моделирования к неточностиисходных данных удобно пользоваться относительнымкоэффициентомчувствительности:K% y x,y x(3.9)Коэффициент чувствительности позволяет использовать данные опогрешности в процентах.

Вклад случайных отклонений теплофизическихсвойств материалов и параметров сварки в погрешность расчета глубиныпроплавления неодинаков. Так как высокой точности оценки значенийкоэффициентов чувствительности не требуется ввиду низкой точности данныхо погрешности исходных данных, определить эти коэффициенты можно наоснове упрощённого расчёта параметров процесса. В качестве примера былирассчитаны коэффициенты чувствительности и оценена погрешность расчётаглубины проплавления листов из стали толщиной 5 мм при дуговой сварке снеполным проплавлением и скорости 1,4 м/мин.Полученные значения обобщены в табл.

8.Таблица 8.Влияние погрешности данных о характеристиках стали и параметрахсварки на погрешность расчета глубины шваХарактеристика материала иSx ,параметры процесса%K%Sy ,%Энтальпия H3-1,74-2,61Теплопроводность 4-0,40-0,80Поверхностное натяжение 10-0,47-2,35Скорость подачи электрода vf51,203,0Диаметр электрода224Напряжение дуги Uarc7-0,44-1,55Скорость сварки vw3-0,90-1,35Относительная суммарная погрешность6,5143Погрешностимоделированиязависятотуровняпониманиямоделируемых процессов и пренебрежением слабыми эффектами.

Погрешностьsmod неполноты модели может быть определена из верификационных опытов.Погрешность, обусловленная неполнотой модели, может быть вычислена:222s mod  s ver s par s num.(3.10)Если эта составляющая погрешности при верификации мала в сравнениис другими составляющими, то нет необходимости вносить изменения в физикоматематическую модель, так как расхождение результата моделирования сопытомможнообъяснитьнеточностьюисходныхданных.Еслиэторасхождение существенно, то следует улучшить физико-математическуюмодель или ввести в нее поправочные (калибровочные) коэффициенты. Точноезначениеэтихкоэффициентовопределяетсянаосновесопоставлениярезультатов моделирования и опытов.

К сожалению, рассмотренная методикатребует выполнения значительного количества опытов при определенномнаборе параметров. Более рациональна методика, в которой сравниваютмножество результатов независимых вычислительных опытов, рис.3.2.Рис. 3.2. Сравнение экспериментальных I и расчетных IM данных потоку дуги: 1 –диаметр электродной проволоки df=1.2 мм, 2- df=2 мм144Приидеальномсовпадениивсеточкизависимостирезультатов«эксперимент-модель» (рис.

3.2), укладываются на прямую линию под углом45о. Такой подход позволяет оценить совокупную погрешность SM опытов имоделирования как среднеквадратичное значение расстояний точек от этойпрямой линии:2S2M4 n1  I M  I i ,n1 i 1 I M  I i2(3.11)где n1 – количество опытов, IM – результат моделирования, I – результатопыта.Такая оценка является безразмерной и относительной, что позволяетсравнивать погрешность воспроизведения различных характеристик процессасварки.Среднеквадратичное отклонение опытных данных относительно ихсреднегозначениятребуетмногократногоизмерениясповторениемэкспериментов при одном и том же наборе параметров.

Чтобы не выполнять этутрудоемкую операцию, в качестве этого отклонения предлагается использоватьстандартные допуски на соответствующие размеры и характеристики сварногосоединения: I  I minS   max I max  I min202 ,(3.12)где Imax, Imin – максимальные и минимальные допускаемые значенияпараметра. Количество опытов n2 в этом случае принимается бесконечнобольшим.Очевидно, что результат оценки неодинаков для разных параметров ирезультатов сварки.

Поэтому конечные результаты верификации физикоматематическихмоделейцелесообразнопредставитьтаблицей,характеризующей достоверность воспроизведения отдельных показателейформирования сварного соединения реальному процессу.Дляэтогослучаядостоверностьвоспроизведенияпараметрацелесообразно определять по критерию адекватности F  Ftab  F n1 , ,0,95 .1453.2. Результаты тестовых экспериментов и моделирования формированияшва при однодуговой сварке по узкому зазоруДостоинством теоретических моделей является их справедливость дляочень широкого диапазона вариантов сварки, поэтому верификацию, т.е.подтверждение теоретических результатов путем их сравнения с опытными(эталонными или эмпирическими) данными, можно выполнить по даннымдостаточно простых экспериментов [191].

В этой связи большая часть тестовыхопытов для проверки разработанной физико-математической модели былавыполненаприсваркеоднопроходныхшвовикорневыхпроходовмногопроходных швов.Критерии верификацииВерификация выполнена по четырём показателям:1)По соответствию тока дуги и скорости подачи электроднойпроволоки.2)По воспроизведению профиля валиков по мере заполненияразделки.3)По воспроизведению профиля слоев шва при сварке стыков наразных режимах.4)По воспроизведению профиля валиков при сварке стыков в разномпространственном положении.Измеряемые (устанавливаемые) параметры процесса сварки:1.Ток дуги I2.Напряжение U на сварочной горелке (допускается измерение навыходе источника питания при указании длины и сечения сварочного кабеля)3.Диаметр df и скорость vf подачи электродной проволоки4.Скорость vw сваркиОбразцы для сварки (M).Свариваются 3 группы образцов:1461.Проплавной шов (П) на пластинах толщиной 6 мм из стали 09Г2Сразмером 200х300 мм (или других по усмотрению предприятия)Тип сварного соединения С2 ГОСТ 14771-76:Рис.

3.3. Контролируемые размеры стыкового шва, свариваемого безразделки кромок2.Корневой проход (К) шва в узкой V-образной разделке напластинах толщиной 16 мм из стали 09Г2С (или других марок стали,используемых предприятием) размером 100х300 ммТип сварного соединения С17 ГОСТ 14771-76:Рис. 3.4. Контролируемые размеры стыкового шва, свариваемого сразделкой кромок3.Первый заполняющий проход (З) шва в узкой V-образной разделкена пластинах толщиной 16 мм из стали 09Г2С (или других марок стали,используемых предприятием) размером 100х300 мм147Тип сварного соединения С17 ГОСТ 14771-76:Сварочные материалы:Проволока Св08Г2С диаметром 1,2 ммЗащитные газы- смесь 80%Ar+20%CO2 ; 100% СО2Положение сварки (П):1.Нижнее2.Вертикальное «снизу-вверх»План проведения опытов:Экспериментальная сварка выполнена на 13 образцах при сочетанияхзначений параметров сварки (положение сварки П, тип шва M, тип газа G,диаметр электродной проволоки df, ток дуги I, напряжение дуги U, скоростьсварки Vw), указанных в табл.

9.Таблица 9.Параметры выполнения опытов№ПоложениеТипопытасваркишва1Проволокаdf , ммСО2234Газ GН51,26 мм,ПAr+CO291011Н16 мм,З1213КВ180..20022…2410…12180…20022…245…6100…120180…20010…1220…222,0180…20020…2210…121,2100…12020…2210…12Ar+CO21,2180…20016…1710…12Ar+CO21,2180…2001,2180…20016 мм, Ar+CO2ЗVw, мм/с16…176 мм, П Ar+CO216 мм,U, В180…2007ВНапряжение Скорость300…32068Ток I, А22…2416…1710…1222…2422…2410…12148Приведенные в табл. 9 значения тока I и напряжения U дуги, скоростисварки являются ориентировочными, так как ток дуги взаимосвязан сизменением скорости подачи электродной проволоки.

Однако обе эти величинытакже контролировались при проведении экспериментов.При проведении экспериментов в момент окончания сварки определялисьразмеры сварочной ванны (длина L и ширина В), рис. 3.5. Поэтому сваркупрерывали на расстоянии 20..40 мм от края образца.Рис. 3.5. Определение длины сварочной ванныРазмеры профиля проплавления определяли по макрошлифу, рис.3.6.Рис. 3.6. Определение размеров профиля проплавления149Помимо этого, на макрошлифах также определяли ширину шва YL и ЗТВYT сверху и снизу относительно наружной поверхности шва, глубинупроплавления ZL и ЗТВ ZT, высоту усиления шва H.

Моделирование выполненопри параметрах сварки экспериментальных образцов, указанных в табл. 9.Результаты моделирования получены в виде основных сечений свариваемогостыка со сварочной ванной и поперечного сечения сварного шва.Результаты моделирования, сопоставленные с опытными данными,представлены на рис. 3.7…3.16. В экспериментах использовались пластины изстали 09Г2С и электродная проволока Св-0808Г2С. Сварка выполнялась в СО2.В части экспериментов использовалась газовая смесь: 82% Ar + 18% СО2Рис.

3.7. Опыт 1. Соединение: С2 (толщина 6 мм, зазор 2 мм, положение Н); проволока: диаметр 1.2 мм, Vпр = 6.1 м/мин, вылет 18мм; газ:100%СО2; напряжение источника сварочного тока 24.0 В, скорость сварки60 см/мин150Рис. 3.8. Опыт 2. Соединение: С2 (толщина 6 мм, зазор 2 мм, положение Н); проволока: диаметр 1.2 мм, Vпр = 6.1 м/мин, вылет 18мм; газ:100%СО2; напряжение источника 26.0 В, скорость сварки 30 см/минРис. 3.9. Опыт 3. Соединение: С2 ( толщина 6 мм, зазор 2 мм, положение Н); проволока: диаметр 1.6 мм, Vпр = 2.8 м/мин, вылет 18мм; газ:82%Ar+18%СО2; напряжение источника 23.0 В, скорость сварки 60 см/мин151Рис.

3.10. Опыт 4. Соединение: С2 (толщина 6 мм, зазор 2 мм, положение Н); проволока: диаметр 1.2 мм, Vпр= 5.1 м/мин, вылет 18мм; газ:82%Ar+18%СО2; напряжение источника 23.0 В, скорость сварки 60 см/мин.Рис. 3.11. Опыт 5. Соединение: С2 (толщина 6 мм, зазор 0 мм, положение Н); проволока: диаметр 1.2 мм, Vпр = 11.1 м/мин, вылет 18мм; газ:82%Ar+18%СО2; напряжение источника 33.0 В, скорость сварки 60см/мин152Рис. 3.12. Опыт 6. Соединение: С2 (09Г2С, толщина 6 мм, зазор 0 мм,положение - Н); проволока: Св08Г2С (диаметр 1.2 мм, Vпр = 5.1 м/мин,вылет 18мм); газ: 82%Ar+18%СО2; напряжение источника 22.0 В,скорость сварки 60 см/мин.Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации