Диссертация (1026249), страница 14

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

Текст из файла (страница 14)

Численная оценка влияния шероховатости поверхностей вобласти контакта на ширину обратного валика сварного шваДля определения влияния шероховатости поверхностей в областиконтакта проводили численные эксперименты на следующих режимах сварки толщина образца 2 мм, Iсв=115А, Vсв=12 м/ч, lмп=3 мм. Примеры распределениятемпературных полей с обратной стороны шва в зависимости от величинымикронеровностей контакта на стальном образце показаны на Рисунке 3.20.а) Ra≈5,0 мкмб) Ra≈1,0 мкмРисунок 3.20. Распределение температурных полей при численном решениизадачи теплопередачи (тип сетки – гексаэдрический, размерэлемента – 0,25 мм)Воспользовавшись данными справочников [57, 70], определили величинуконтактнойтермическойпроводимостиконтактирующихповерхностейстального образца и медной подкладки при Rasteel:Rasteel =0,63 мкм - αвозд(Т)=10200+32·Т(3.11)Rasteel =1,0 мкм - αвозд(Т)=9395+28,7·Т(3.12)116Сравнение экспериментальных данных с результатами численногомоделирования представлено на Рисунке 3.21.Рисунок 3.21.

Изменение ширины обратного валика шва от скорости сваркипри различных значениях шероховатостей контактирующих поверхностей(сплошные линии – экспериментальные данные, пунктирные– результаты численного моделирования)Из анализа Рисунков 3.16 - 3.20 следует, что учет влияния термическойпроводимости контакта при численном решении задачи теплопередачипозволяетстехническойточностью(расхождениенеболее5%сэкспериментальными данными) описать ширину обратного валика сварногошва при разных условиях шероховатости стального образца и размеровканавки в медной подкладке.Используя линейную аппроксимацию результатов моделирования в пакетеMathCad по методу наименьших квадратов для учета размеров канавки вмедной подкладке и особенностей контакта «стальной образец-меднаяпокладка» в расчетную модель был введен поправочный коэффициент k1,корректирующийрасчетшириныопределяющийся по формуле:обратноговаликасварногошва,117k1 Raгде( 0 , 9  0 , 021 Ra ),(1, 4  0 , 05 b )(3.13)- сумма шероховатостей стального образца и меднойподкладки, мкм (не более 5 мкм);b- ширина канавки в медной подкладке, ммШирина обратного валика вычислялась по формуле:е1  k 1 e 11 гдее11( 0 , 9  0 , 021 Ra ) e11,(1, 4  0 , 05 b )(3.14)- расчетная ширина обратного валика, мм (см.

п 2.5,Таблица 9).3.9. Определение величины теплоотдачи в медную подкладкув процессе сваркиДляопределениявеличинытеплоотдачивмеднуюподкладкуиспользовали численное моделирование. Ширина 3D-модели теплопередачисоответствовала собой ширину стального образца и медной подкладки, длинамодели составляла 0,1 м. Граничные условия оставались теми же, что и вмодели для расчета геометрии сварного шва (см. п. 3.1 и 3.2). Послепрохождения подвижного источника нагрева по образцу для полученияданных о величине теплового потока (Heat Flow) использовали функцию NodalLoads – Contact Only в постпроцессоре ANSYS/Multiphysics.

Результатыопределения части теплового потока, ушедшего в медную подкладку, накрайних точках параметров режима для всех исследуемых толщин материалапредставлены на Рисунке 3.22. Ширина канавки в медной подкладкесоставляла 8 мм.118Рисунок 3.22. Вводимая погонная энергия в сварные образцы толщинами1,5; 2,0 и 3,0 мм и отводимая в медную подкладкуНа Рисунке 3.22 многоугольник ABCC1A1B1 представляет собой областьзначений максимальной погонной энергии, затраченной на получениегеометрии сварного шва с размерами, соответствующими ГОСТ 14771-76 [141]для заданных толщин материала.

Многоугольник ABCC1A1B1 состоит измногоугольников АВСGFEи EFGC1B1A1, представляющих собой частьпогонной энергии, ушедшей за счет теплоотдачи в подкладку, и частьпогоннойэнергии,аккумулированнойвобразце,соответственно.Амногоугольник EFGG1F1E1 представляет собой область значений минимальнойпогоннойэнергии,затраченнойнаполучениегеометриисквозногопроплавления с размерами, соответствующими ГОСТ 14771-76 [141] длязаданныхтолщинматериала.МногоугольникEFGG1F1E1состоитизмногоугольников EFGC1B1A1 и A1B1C1G1F1E1 представляющих собой частьпогонной энергии, ушедшей за счет теплоотдачи в подкладку, и частьпогонной энергии, аккумулированной в образце, соответственно.Из анализа Рисунка 3.22 видно, что с увеличением толщины образцавеличина теплоотвода в образец сначала возрастает до толщины 2,0 мм(отрезок А1В1), а потом остается практически неизменной (отрезок В1С1) приодновременном увеличении погонной энергии, вводимой при сварке.

Величина119теплоотдачи для максимальной и минимальной погонной энергии при сваркеобразца толщиной δ=1,5 мм составила (0,31-0,36)·qп; δ=2,0 мм - (0,27-0,32)·qп иδ=3,0 мм - (0,21-0,24)·qп соответственно.Следовательно,приАрДСнамеднойподкладкетонколистовыхкоррозионно-стойких сталей аустенитного класса толщинами от 1,5 до 3,0 ммвеличина теплоотдачи в медную подкладку достигает 0,21·qп …0,36·qп, чтосущественно влияет на параметры геометрии сварного шва стыковыхсоединений и коробление деталей после сварки.

При увеличении толщиныобразца отводимая тепловая мощность остается практически постоянной(отрезок В1С1), но в связи с ростом вводимой погонной энергии для сваркистепень влияния отводимой в подкладку мощности снижается.3.10. Численная оценка влияния ширины канавки в подкладке ивысоты микронеровностей шероховатости стального образцана величину теплоотдачи в медную подкладку при сваркеДля оценки влияния ширины канавки медной подкладке и высотымикронеровностей стального образца на величину теплоотдачи в подкладкупроводили численное моделирование на крайних точках диапазона параметроврежима сварки. Ширина 3D-модели теплопередачи соответствовала собойширину стального образца и медной подкладки, длина модели составляла 0,1м. Для учета изменения шероховатости стального образца в модели менялиграничные условия контакта: в одном случае стальная пластина сваркапроисходила после шлифования – с Ra=0,63 мкм и использовалась формула(3.11), в другом случае – после фрезерования с Ra=5,0 мкм величинатермической проводимости составляла αвозд(Т)=4600+15Т.На Рисунке 3.23 сплошной линией показана доля погонной энергии,отводимой в подкладку с шириной проточки в медной подкладке 6 мм ишероховатостью поверхности стального образца Ra=0,63 мкм, пунктирной – с120шириной проточки 6 мм и Ra=5,0 мкм, штрихпунктирной – с шириной канавки8 мм и Ra=0,63 мкм.Рисунок 3.23.

Зависимость погонной энергии, отводимой вподкладку, от толщины свариваемых образцовИз анализа Рисунка 3.22 следует, что при сварке образцов толщиной 1,5 и2,0 мм для канавки шириной 6 и 8 мм величина теплоотдачи в меднуюподкладку практически одинаковая. Однако с увеличением толщины образца иростом вводимой погонной энергии при сварке величина отводимой мощностивозрастает на 25% при изменении ширины канавки с 8 мм до 6 мм. При этомвидно, что изменение шероховатости стального образца практически не влияетна величину теплоотдачи в медную подкладку. По-видимому, это связано стем, что усилия зажатия прижимов достаточно для того, чтобы поверхностьмедной подкладки деформировались, и произошло уменьшение объемавоздушныхпрослоекмеждумикронеровностямисварногообразцаиподкладки.На основе полученных количественных взаимосвязей параметров режимасварки и геометрии стыкового сварного шва листового материала (см.

п. 2.5Таблица 9 и п. 3.5, Таблица 12), разработана компьютеризированная система«Расчетпараметровтонколистовыхгеометриистыковыхкоррозионно-стойкихсталейсоединенийнамеднойприАрДСподкладке»,121позволяющая осуществлять разработку технологий сварки новых изделий безпроведения работ по экспериментальной корректировке режимов сварки впроизводственных условиях.

Входными параметрами компьютеризированнойсистемы для выбора режимов сварки, обеспечивающих размеры сварного швав соответствии с ГОСТ 14771-76 [141], являются толщина листового материалаиз коррозионно-стойкой стали (1,5 - 3,0 мм); ширина канавки в меднойподкладке (6 – 8 мм); шероховатость поверхности листового материала имедной подкладки (Ra=0,63 – 5,0 мкм). Значения параметров режима сваркидля значений толщины листов, отличающихся от 1,5; 2,0 и 3,0 мм,определяютсялинейнойинтерполяцией.Порезультатамчисленногомоделирования в системе формировалось наилучшее сочетание параметроврежима сварки стыковых соединений на медной подкладке (сила сварочноготока Iсв, скорость сварки Vсв, величина межэлектродного промежутка lмп; иразмеров сварного шва - ширину стыкового шва с лицевой и обратнойстороны), удовлетворяющих заданному производственному требованию.Полученная математическая модель реализована в компьютеризированнойсистемеи является частью базы данных для управления сварочнымиинверторными источниками питания.

Интерфейс компьютеризированнойсистемы и алгоритмы выбора основных производственных требований ирасчетовпараметровгеометриисварногошвастыковыхсоединенийпредставлены в приложении А.3.11. Выводы главы 31.ДляавтоматическойАрДСкоррозионно-стойкихсталейаустенитного класса толщиной от 1,5 до 3 мм разработана численная модельтеплопередачивпакетеANSYS/Multiphysicsсэкспериментальнымикоэффициентами, описывающая влияние режимов сварки и теплоотвода вмедную подкладку на ширину сварного шва стыковых соединений с лицевой122и обратной стороны в области допустимых значений, соответствующих ГОСТ14771-76 «Дуговая сварка в защитных газах.

Соединения сварные. Основныетипы, конструктивные элементы и размеры».2.Установлено,чтотермическаяпроводимостьнаграницестеплоотводящей подкладкой, вычисленная по теплопроводности воздушнойпрослойкимеждумикронеровностямиповерхностейконтактныхпар«стальной образец-медная покладка» и «стальной образец-латунный прижим»,отражает реальные условия сварки с погрешностью 5-7% и может бытьприменена для инженерных расчетов.3.В результате численного моделирования определена величинатеплоотдачи в медную подкладку для максимальной и минимальной погоннойэнергии qп при сварке коррозионно-стойких сталей аустенитного класса столщинами δ=1,5; 2,0 и 3,0 мм, которая лежит в пределах - (0,31-0,36)·qп;(0,27-0,32)·qп и (0,21-0,24)·qп соответственно.4.На разработанной модели показано, что при сварке коррозионно-стойких сталей аустенитного класса толщиной 1,5 и 2,0 мм для канавкишириной 8 и 6 мм величина теплоотдачи в медную подкладку практическиодинаковая, но для толщины стального образца 3 мм величина теплоотдачивозрастает на 25% при изменении ширины канавки с 8 мм до 6 мм.5.Врезультатекомпьютерногомоделированияполученыколичественные взаимосвязи режимов автоматической АрДС и ширинысварногошваприАрДСбезприсадкикоррозионно-стойких сталейаустенитного класса толщиной от 1,5 до 3,0 мм с учетом геометрии меднойподкладки и величины шероховатости свариваемого листового материала.123Глава 4.

Характеристики

Список файлов диссертации