Диссертация (1026249), страница 2
Текст из файла (страница 2)
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ВОПРОСОВ, СВЯЗАННЫХ СПОЛУЧЕНИЕМ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОЙАРГОНОДУГОВОЙ СВАРКЕ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ1.1. Экспериментальные данные и рекомендации по выбору основныхпараметров режима автоматической сваркиВ нормативных материалах, справочниках и учебных пособиях довольношироко представленырекомендуемыережимы автоматической сваркинеплавящимся электродом, однако в большинстве источников не указан типсоединения – на весу или на подкладке. Использование такой информациивесьма затруднено и тем обстоятельством, что для конкретного вида материалазаданнойтолщинырекомендованномузначениюскоростисваркисоответствует узкий диапазон сварочного тока, который ограничиваетсянедопустимой по ГОСТ 14771-76 [141] геометрией сварного шва, прожогомили недопустимой величиной подреза шва.Рекомендованные режимы автоматической АрДС для тока прямойполярности представлены в Таблице 1.11Таблица 1.Рекомендуемые режимы автоматической АрДС на медной подкладкеИсточникинформацииРекомендацииОАО«УМПО»[2][3][17]ТипсоединенияМатериалТолщина,ммСила тока,АСкоростьсварки, м/чНа меднойподкладке12Х18Н10Т0,50,81,01,52,030-6040-8050-9060-10090-14025-4020-3520-3515-3015-25На меднойводоохлаждаемой пластине2,080-1241Х18Н10Т-ВысоколегированнаяcтальНет данных1Х18Н10Т[66, 81]На меднойподкладке1Х18Н10Т[138]На подкладкеSUS 304(аналог08Х18Н10Т)Нет данных4,0139-2101,02,560-120110-20035-6025-304,01,01,52,00,81,52,04,0130-250305050-10075110150145-20025-30161610,5-211513127,5-151,035-607-11Анализ данных Таблицы 1 показывает, что при сварке листовыхконструкций с толщиной 0,8 – 1,5 мм при скорости сварки 10-21 м/ч различияв значениях сварочного тока достигают 150%.
Такое различие междурекомендуемыми данными по сварочному току и скорости сварки, очевидно,вызвано влиянием неконтролируемых параметров, которые приводят кбольшому изменению размеров сварных швов, что увеличивает расходы поотработкетехнологиисваркипредварительных экспериментов.новыхизделийиз-запроведения12Поскольку стыковые соединения тонколистовых материалов обычновыполняются на медной подкладке, то, вероятнее всего, это связано свлиянием теплоотдачи в медную подкладку, а также с влиянием натеплоотдачу размеров канавки в медной подкладке и конструкции прижимов.Это предположение подтверждается тем, что с увеличением толщинысвариваемых пластин различияв значениях рекомендуемых режимовуменьшаются и не превышают 40-50%.В заводской практике, в качестве прижимов при сварке тонколистовыхматериалов в основном используют пневмошланговые приспособленияклавишного типа с прижатием свариваемых кромок к подкладке.
Давлениеклавиш на свариваемый материал, в соответствии с данными [2], должно бытьне менее 0,3 МПа. Согласно нормативным документам на ОАО «Уфимскоемоторостроительноепроизводственноеобъединение»(ОАО«УМПО»)расстояние между прижимами и свариваемым стыком при толщине металласвариваемого материала 1,5; 2,0 и 3,0 мм и более должно быть соответственно8 – 10; 10 – 12; 15 – 30 мм.Для образования равномерного и стабильного провара продольных швов всварочных приспособлениях применяют поддерживающие и формирующиеподкладки, плотно прилегающие к свариваемым кромкам. Кольцевые швытакжеследуетсвариватьнаразжимныхкольцахсформирующимиподкладками.
В соответствие с нормативной документацией ОАО «УМПО»медные подкладки имеют продольную канавку под свариваемым стыком сразмерами, представленными в Таблице 2.13Таблица 2.Размеры продольной канавки в подкладке в зависимости от толщиныматериалаТолщина листа, ммШирина канавки,ммГлубина канавки,мм1,0-1,51,5-2,02,0-3,0 иболее7,0-8,08,0-10,010,0-12,00,3-1,00,5-1,00,5-1,2В связи с освоением технологии сварки новых изделий возникаетнеобходимость подбора режима сварки с проведением как можно меньшегоколичества предварительных экспериментов.
При этом часто предварительныеэксперименты осуществляют на готовых деталях, что увеличивает долю бракаи приводит к возрастанию себестоимости готового изделия и снижениюэффективности производства. Поэтому дляповышения эффективноститехнологической подготовки производства необходимо иметь определенныйнабор экспериментально полученных режимов сварки для различныхконструкций технологических приспособлений, обеспечивающих получениесварных швов с размерами, регламентированными ГОСТ 14771-76 [141] длясоединения С4.В связи с большой трудоемкостью экспериментального определениявзаимосвязи «режим сварки – размеры сварного шва» целесообразнорассмотреть представленные в литературе математические модели процессасварки, связывающие геометрию сварного шва стыковых соединений спараметрами режима автоматической АрДС.141.2. Математические модели, построенные на основеэкспериментальных данных о размерах сварного шваДля практического применения интересны математические модели,обобщающие экспериментальные данные, которые получают в формеуравнениярегрессиинемногочисленныеиливвидестатистическиестепенныхмоделизависимостей.формышваприТакиеАрДСпредставлены в работах [9, 10, 15, 112].
Они удобны для расчета параметровсварки и могут быть достаточно точными (~8-10%), однако их применениеограничивается пределами варьируемых в модели параметров.Степень влияния входных параметров сварки на формирование обратноговалика при стыковой аргонодуговой сварке рассматривали в cтатье [9]. Данныеанализааприорнойинформации(литературныеданные,патентнаяинформация) позволили выделить 7 основных факторов, влияющих нагеометрию стыкового шва при сварке алюминиевых сплавов: сварочный токХ1, скорость сварки Х2, длину дуги Х3, скорость подачи присадочнойпроволоки Х4, смещение электрода от стыка Х5, смещение кромок при сборкеХ6. Опыты проводили по плану дробного факторного эксперимента срепликой, равной 1/16 от полного факторного эксперимента 27.
Измерялиширину сварного шва с обратной стороны соединения e1 на образцах из сплаваАМг6 толщиной 2 мм. После статистической обработки результатовэкспериментов, было получено уравнение регрессии, описывающее влияниеизучаемых факторов на геометрию сварного шва:e1=4,2+3,1Х1-1,25Х2+0,13Х3-0,0125Х4-0,05Х5-0,3Х6Авторами не были указаны диапазоны регулирования основных факторови точность их стабилизации при сварке.В работе [10] была сделана попытка обобщить данные, накопленные внаучной литературе в области сварочного производства об основныхпараметрах режимаАрДСразличных материалов взащитных газах15неплавящимся электродом – сварочном токе Iсв и скорости сварки Vсв.
Врезультате статистической обработки зависимость Iсв=f(Vсв) для сваркиалюминия с присадочной проволокой имела вид Iсв=36,97δ0,78Vсв0,29, а длясварки титана без присадочной проволоки - Iсв=19,2δ Vсв0,408, где δ – толщинаматериала, мм. Авторами не был указан вариант получения сварногосоединения – на медной подкладке или на весу.В статье [17] на основе статистических методов были разработанырегрессионные модели АрДС с учетом влияния множества факторов,проведена их оптимизация, определено оптимальное сочетание параметроврежима, при котором произведенасварка, управляемая по моделям,полученным из уравнений квазистатического равновесия сварочной ванны илибаланса энергий дуги. В качестве критериев оптимизации использовалипостоянство размеров сварного шва (ширины шва е, высоты обратного валикаg1 и усиления шва g).
В качестве значимых факторов использовали сварочныйток Iсв и функцию 1/Vсв1/2. Для труб размерами 33·1,5 и 33·3,5 мм из стали12Х18Н10Т на Рисунке 1.1 показаны отрезки М1 и М2 выбранныхоптимальных режимов сварки: I1=43A, Vсв=8,6 м/ч и I2=98А, Vсв=8,6 м/ч.Рисунок 1.1. Зависимость силы тока от скорости сварки для стали12Х18Н10Т толщиной 1,5 мм (отрезок М1) и 3,5 мм (отрезок М2)16Авторами статьи не были представлены количественные взаимосвязигеометрии сварного шва с параметрами режима АрДС.Известно, что количество экспериментов при увеличении входныхпараметров возрастает.
Для решения этой проблемы Тагучи [134] предложилметод использования специальной конструкции ортогональных рядов дляисследования всей области параметров с малым числом экспериментов.Результаты эксперимента затем превращались в отношения signal-to-noise (S /N). Таким образом, оптимальный уровень параметров процесса являлсяуровень с самым высоким соотношением (S / N). В качестве источникапитания использовался 250 GTSW Thermalarc переменного тока. Материал –пластины из алюминия 1100 толщиной 1,6 мм, lд=2,4-3,2 мм, Vсв=24-46 см/мин,Vп.п.=15-25 см/мин, Iсв=80-110A. После чего результаты были подвергнутыстатистическомуанализудисперсии(ANOVA).Осовпаденииэкспериментальных и расчетных авторами указано не было, а также не былипредставлены количественные взаимосвязи геометрии сварного шва спараметрамирежимааргонодуговойсваркиинеуказанкритерий,обуславливающий оптимизацию параметров режима сварки.Обобщая вышеизложенное, можно сделать вывод, что построениематематических моделей, определяющих взаимосвязь параметров геометриисварного шва и параметров режимов сварки, на основе регрессионныхзависимостей, не отражающих физику реальных процессов сварки, сопряженосо следующими трудностями:1)большим объемом проводимых экспериментов;2)построением математических моделей только на одном материале;3)низкой точностью в широких диапазонах варьируемых параметроврежимов сварки;4)проведение дополнительных экспериментов для учета особенностейконтакта свариваемого образца и подкладки.17Вследствие чего, подобный тип расчетных моделей исключен издальнейшего рассмотрения.1.2.1.
Нейросетевое моделирование аргонодуговой сваркиВ последнее время широкое распространение получили нейросетевыемодели, которые могут быть использованы как в оборудованиидляуправления процессом сварки, так и для прогнозирования качества сварногосоединения.Однойизособенностейнейросетевыхмоделейявляетсядостоверность используемых данных для обучения. В отличие от методикпостроения регрессионных зависимостей нейросетевые модели при обучениине верифицируют используемые экспериментальные данные на предметвыявления случайных ошибок, возникших в результате экспериментальныхизмерений [128, 131, 137].Появление данного типа моделей связано с задачей моделированияповедения сложных физических объектов с многопараметрическим входом ивыходом [8, 129].
Решение данной задачи найдено при формальном анализеработы нейрона человека, который представлен на Рисунке 1.2, ав видеинформационного узла с несколькими входными каналами Xi и однимвыходным Y. Информация на каждом входе имеет свой весовой коэффициентWi, на который она умножается в нейроне и далее суммируется синформацией, поступающей по другим информационным каналам, такжеумноженной на свои весовые коэффициенты, формируя информационныйсигнал ΣWiXi.18а)б)Рисунок 1.2. Модель единичного нейрона (а) и нейронной сети (б)Далее информационный сигнал S преобразуется в выходной сигнал Y спомощью разделительной передаточной функции, например, сигмоидальной[22, 25]:Y=1/(1+exp( - CS)),где С – коэффициент передаточной функции, в качестве которой можетбыть использована любая нормированная функция с изменением решения от 0до 1.
Для эффективной работы нейрона его входная информация тоженормируется:Xi=(Xr - Xrmin)/(Xrmax - Xrmin) – 0,1 ,где Xr – реальное физическое значение входного параметра; Xrmax –минимальное и максимальное значение данного параметра; 0,1 – ограничениепо доверительному интервалу его изменения.Построенный таким образом нейрон при заданных значениях Wi и Сспособен вырабатывать выходной сигнал Y при различных значениях исочетаниях входных сигналов. Для расширения данных возможностейнейроны могут быть объединены в системы или сети – нейросети, имеющиенесколько слоев: один входной, один выходной и несколько спрятанных(скрытых) слоев.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
