Диссертация (1024714), страница 23

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

Текст из файла (страница 23)

3.13. Опыт 7. 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 25.0 В,скорость сварки 60 см/мин153Рис. 3.14. Опыт 8. Соединение: С2 (09Г2С, толщина 6 мм, зазор 1 мм,положение – В1); проволока: Св08Г2С (диаметр 1.6 мм, Vпр = 2.8 м/мин,вылет 18мм); газ: 98%Ar+2%СО2; напряжение источника 19.0 В, скоростьсварки 60 см/минРис. 3.15.

Опыт 9. Соединение: С17 (толщина 16 мм, зазор 0 мм, положение– Н); проволока: 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/мин154Рис. 3.16. Опыт 10. Соединение: С17 (09Г2С, толщина 16 мм, зазор 0 мм,положение – Н); проволока: Св08Г2С (диаметр 1.2 мм, Vпр = 5.1 м/мин,вылет 18мм); газ: 98%Ar+2%СО2; напряжение источника 26.0 В, скоростьсварки 60 см/минДля наглядности, экспериментальный и расчетный макрошлифы шва,полученные при однодуговой сварке по узкому зазору, приведены на рис.

3.17.Рис. 3.17. Расчетный (а) иэкспериментальный (б)макрошлифы поперечногосечения шва, при калибровкетечения расплава по ширинешваОсновные результаты по численному сравнению моделирования и155опытных сварок представлены в табл. 10.Таблица 10.Результаты моделирования и фактические замеры размеров сварочнойванны и поперечного сечения шваШирина шва,мм№ВысотаГлубинавыпуклости, мм проплавления, ммДлинаванны, ммЭксп.Мод.Эксп.Мод.Эксп.Мод.ЭкспМод.17,5-8.07,81,5-1,71,63,8-4,23,0-4,013,119,0210,5-11,510,81,0-2,52,64,5-6,05,0-5,521,027,035,0-5,55,70,50,52,5-2,81,5-2,512,09,546,5-7,37,20,7-1,01,03,7-4,33,0-4,015,516,559,5-11,010,92,2-2,73,06,06,034,948,067,0-7,37,31,9-2,02,01,8-2,12,517,917,076,5-7,37,41,8-1,92,02,0-2,42,517,920,086,3-6,97,02,2-2,82,52,7-3,23,612,120,094,3-4,55,5--1,82,04,212,910,0105,0-5,55,7--1,82,54,218,210,8114,5-5,25,5--1,62,6-3,04,418,811,2125,55,7--1,43,04,418,811,2135,755,7--1,43,24,822,013,8Так как основная задача физико-математического моделирования - эторазработка такой модели, которая адекватно отображает свойства реальногопроцесса, то результаты моделирования и фактические замеры размеровсварочной ванны и поперечного сечения шва, приведенные в табл.

10позволяют утверждать о высокой степени соответствия представленной в главе2 модели реальному процессу сварки. Так, ширина сваренных и рассчитанныхшвов совпадает с точностью 95…98%. Точность расчетов глубины ваннысоставляет 98%. Наибольшие расхождения (до 30%) между расчетной длинойванны и ее фактическими значениями связано с неполным учетом всехсоставляющих нагрева боковых поверхностей кромок в процессе сварки.В табл. 11 представлены результаты расчёта основных энергетических156характеристик дуги.Таблица 11.Результаты расчёта энергетических характеристик дуги№Ток дуги, АНапр.ДлинаДиам.Темп.КПД,оОп.Эксп.Мод.дуги, Вдуги, ммдуги, ммвылета, С%1186-19119824,02,49,1351722198-20419824,02,49,1351723105-13311321,93,65,6225664183-19218721,13,46,3386755314-33032129,87,38,6599676186-19418720,02,96,2386777204-21318722,94,16,8439738126-13219317,11,75,7206869172-17518720,22,96,23868310169-17118724,04,76,53867311170-17218422,32,86,43868212171-17618622,83,96,63868013175-18218723,14,36,438677Приведенные в табл.

9-11 данные о результатах моделирования ирезультатов соответствующих экспериментов позволяют провести оценкуадекватности виртуального моделирования процессов формирования шва присварке по узкому зазору.3.3. Оценка адекватности моделирования экспериментальным даннымНа рис. 3.18-3.21 представлены зависимости результатов моделированиявыполненного путем численного решения (2.58…2.62) системы уравнений(2.1…2.37), от результатов соответствующих опытов в виде функции«теоретическое – экспериментальное значения», по данным табл. 9-11.157Рис.3.18. Функция «теоретическое – экспериментальное значения» длятока дугиРис.3.19. Функция «теоретическое – экспериментальное значения» дляширины шва158Рис.3.20.

Функция «теоретическое – экспериментальное значения» дляглубины проплавленияРис.3.21. Функция «теоретическое – экспериментальное значения» дляусиления (высоты выпуклости) шва159Опытные значения размеров поперечного сечения шва в каждом изопытов были определены по результатам измерений в трёх точках длины шва(nexp=3). Относительная погрешность опытных данных в каждом опытеопределена для каждого размера шва по зависимости, приведенной в работах[187 – 189]:1 3  xi  x jS 3  1 i 1  x j2j23 ; x j  1  xi ,3 i 1(3.13)где xi – измеренное значение размера поперечного сечения шва, xj –среднее значение размера в j-ом опыте.Совокупная относительная погрешность данных по всем nj опытамопределена [189] как их среднее значение:S 02 1nj13S2j.(3.14)j 1Результаты приведены в табл.

12. Результаты оценки погрешности измеренийдля тока дуги, размеров поперечного сечения шва, высоты выпуклости(усиления) шва и глубины проплавленияТаблица 12.Статистические показатели верификацииНаименование параметраNS M2S 02S M2 / S 02F(N-1,2,0.05)Ток дуги I110,00510,001682,954,10Ширина шва B110,00790,001984,094,10Высота усиления H80,03770,030601,234,75Глубина проплавления Z80,02360,006643,554,75Совокупную погрешность адекватности SM результатов моделированияотносительно опытных значений оценивали по известной [187 – 189] формуле:S2M43n jnj3j 1 i 1xM2 xi  jx 2j,(3.15)где xM – результат определения размера шва при моделировании j-огоопыта.160Полученная погрешность экспериментальных данных была оцененаследующими значениями: для тока дуги S 0I  4.1% , для ширины шва S 0B  4.5% ,для высоты выпуклости (усиления) S 0H  17% , для глубины проплавленияS 0Z  8.1%Всвоюочередьпогрешностьрасчётаэтихпараметровпримоделировании относительно экспериментальных данных определена: для токадуги S MI  7.04% , для ширины шва S MB  9% , для высоты выпуклости (усиления)S 0H  19% , для глубины проплавления S MZ  15% .Эти результаты позволили оценить достоверность воспроизведенияотдельных показателей формирования сварного шва по критерию адекватностиФишера,согласнокоторомупогрешностьмоделированиясчитаетсяприемлемой [187 – 189], если отношение дисперсий адекватности и опытныхданных меньше критического значения:S M2 / S 02  F nM , n E , p гдеn1 , n2использованных-(3.16)количествоприоценкестепенейсвободыпогрешностиопытныхэкспериментаS 02данных,ипримоделировании S M2 .В данном случае погрешность опытов определялась по 3-м измерениям,соответственно nE=3-1=2, погрешность адекватности по результатам 11измерений тока и ширины шва, nM=11-1=10, а высоты выпуклости и глубиныпроплавления – по 8-ми измерениям.

Принята стандартная доверительнаявероятность для технических расчетов p=0.95. Для указанного количестваопытных данных значение коэффициента Фишера составляет для тока иширины шва F 10,2,0.95  4.1 , для высоты выпуклости и глубины проплавленияF 7,2,0.95  4.4 .Так как полученные значения отношения S M2 / S 02 меньше значенийкоэффициента Фишера, то можно принять, что погрешность результатовмоделированияпозависимостям(2.1…2.27)экспериментальных данных приемлема.относительнополученных1613.4. Проверка физико-математической модели процесса двухдуговоймногопроходной сварки по узкому зазоруЭксперименты проводились на пластинах из стали 09Г2С по ГОСТ19281-89 размером 400х150х22 мм с выполненным скосом кромки под углом10° и притуплением равным 2 мм.Для сварки использовали сварочные аппараты ШТОРМ-ЛОРХ P 4500Basic (рис.

3.22) с источником сварочного тока S5 Pulse ШТОРМ-LORCH имеханизмперемещениягорелкиNoboruderNB-5H,которыйбылмодернизирован для сварки двумя горелками.Рис. 3.22. Общий вид стенда для исследований процессов двухдуговойсварки в защитных газах162Модернизированный механизм перемещения горелок вдоль стыкапоказан на рис. 3.23.Рис.3.23. Механизм перемещения горелок вдоль стыкаДля сварки использовали сварочную проволоку Св-08Г2С по ГОСТ2246-70 и газовая смесь из 82% аргона с добавкой 18 % углекислого газа.Наплавку валиков выполнили при расстоянии между дугами 20 мм приследующих параметрах: ток и напряжение первой дуги 245 А, 26,1 В, второй 217 А, 29,3 В, скорость подачи электрода на первой дуге 8,1 м/мин, на второй 7,1 мм/мин, скорость сварки 35 м/час.При таком режиме сварки наблюдается стабильное горение дуг иудовлетворительное формирование шва. Взаимного влияния дуг друг на другане наблюдается.

Внешний вид швов представлен на рис. 3.24.163Рис.3.24. Поверхность окончания шва при двухдуговой сваркеВнешний вид шва полностью соответствует данным, полученным примоделировании процесса двухдуговой сварки по узкому зазору, рис. 3. 25.Рис. 3.25 Результат моделирования формирования сварочной ванны придвухдуговой сварке - распределение температуры и форма поверхности: а)сверху стыка, б) на поверхности предыдущего прохода, в) в плоскостисимметрии стыка, г) в поперечных сечениях, д) профиль сеченияпредыдущего прохода, е) предельное распределение температуры164Результатыэксперимента,рис.3.25демонстрируетособенностьформирования сварочной ванны при двухдуговой сварке - формированиехарактерного бугра расплава в промежутке между дугами.

В работе [192]отмечается,чтотакоеформированиесварочнойванныобусловленоэлектродинамическим давление двух дуг (рис. 3.26) из-за которого на ееповерхности появляются два кратера с характерной волной расплава междуними. Из-за этого, а также поступления в сварочную ванну электродногоматериала двумя потоками, она имеет переменную площадь сечения.Рис. 3.26. Схемаформированиясварочной ванны придвухдуговой сварке[192]Эти два обстоятельства являются причинами разных скоростей течениярасплава в хвостовую часть ванны по ее центру и в пристеночных областях.Виртуальное воспроизведение шва при двухдуговой сварке такжевоспроизводит эти особенности формирования сварочной ванны, рис. 3.25 а,б.Придостаточномудалениидугваннамеждуниминачинаеткристаллизоваться. Это приводит к поднятию уровня сварочной ванны ивторой дуги.

Поэтому поверхность предшествующего валика переплавляетсяпреимущественно первой дугой, рис. 3.25 б.Данное обстоятельство следует учитывать при отработке режимовдвухдуговой сварки по узкому зазору.1653.5. Проверка адекватности физико-математической модели примногопроходной сварке по узкому зазоруАдекватность физико-математической модели описанной формулами(2.1–2.37), проверяли, сравнивая результаты моделирования с результатамитестовыхэкспериментов.Привыполнениитестовыхэкспериментовкомбинирование значений основных параметров процесса осуществляли попланам многофакторного эксперимента [193, 194].3.5.1. Экспериментальные данныеЭксперименты проводились при сварке листов толщиной 22 мм из стали20ХГСНМ с зауженной разделкой кромок.

Характеристики

Список файлов диссертации