Диссертация (1026249), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В результате компьютерногомоделирования было установлено, что при использовании медной подкладкиизменяется процесс кристаллизации и скорость охлаждения, что приводит куменьшению отношения градиента температуры к величине зерна G/R с 15 до6 K·с/мм2. Авторами работы не было рассмотрено влияние условий контакта натеплоотдачу в медную подкладку и ее величина оставалась постояннойнезависимо от изменения конструкции подкладки в процессе экспериментов.В работе [75] разработана методика, базирующаяся на предположении оналичии тесной корреляционной связи между формой хвостовой частисварочной ванны и характером кристаллизации.
Для описания формысварочной ванны использовали модель двойного эллипсоида Голдака вконечно-разностной постановке решения дифференциального нелинейногоуравненияусловиятеплопроводности. Численная модель учитывала граничныеконвективнойилучистойтеплоотдачисповерхности.Экспериментальную верификацию численной модели проводили на листовыхзаготовках из аустенитной хромомарганцевистой стали 12Х15Г9НД толщиной2,0 и 2,5 мм и аустенитной хромоникелевой стали 12Х18Н10Т толщиной 1,0мм.
Режимы сварки подбирали таким образом, чтобы обеспечить сквозноепроплавление пластин и сохранить постоянной ширину сварочной ванны.Сопоставление расчетных данных с экспериментальными термическимициклами и макрошлифами зоны проплавления подтвердили адекватностьпостроенной численной модели, при этом погрешность расчетов не превышала7%.Приочевиднойисточников нагревацелесообразностиприменениякомбинированныхдля описания геометрии сварного шва стыковых39соединений в рассмотренных выше работах авторами не были даныконкретные рекомендации по распределению эффективной мощности междуисточниками нагрева, которую необходимо определять экспериментально дляповышения точности выполняемых расчетов.
Поэтому при использованиикомбинированныхнеизвестныеисточниковпараметрынагревамодели.появляютсяНеизвестнымидополнительныепараметрамиприиспользовании комбинированных источников нагрева при моделированииАрДС, помимо величины эффективной мощности, являются:1)длясочетаниянормально-круговогораспределенногоисосредоточенного линейного источников [104, 105, 113, 117] – величинараспределения эффективной мощности между источниками и коэффициентсосредоточенности распределенного источника;2)дляполуэллипсоидальногоисточникаГолдака[92,106]–коэффициенты ah, bh и ch, описывающие геометрию сварного шва (см. Рисунок1.5);3) для двойного эллипсоида Голдака[69, 75, 77, 102, 107] –коэффициенты a1, b1 и c1, описывающие геометрию сварного шва, и величинараспределения эффективной мощности между полуэллипсоидами (см.
Рисунок1.5);4) для конического источника [12, 26, 50, 62, 114] – распределениеэффективноймощностимеждуисточникамиикоэффициентысосредоточенности каждого источника;5) для сочетание трех и более источников [24, 73, 101, 133] –распределение эффективной мощности между источниками нагрева икоэффициенты, описывающие геометрию сварного шва.Очевидно, что численные модели, использующие схемы нагрева сбольшим количеством источников нагрева, для описания сварного швастыковых соединений из тонколистовых материалов не подходят. Модельэллипсоидального источника и двойного эллипсоида Голдака описывает40геометриюсварногошвасосквознымпроплавлениемсбольшойпогрешностью, при этом имеем большое число варьируемых параметров вмодели – более четырех.
Следовательно, применение подобных моделей дляописания геометрии сварного шва при АрДС тонколистового материала нецелесообразно. Наиболее универсальным сочетанием источников нагрева дляАрДСтонколистовых материалов на подкладке являетсякомбинациянормально-кругового распределенного и линейного, как это сделано в работах[104,113,117],посколькуколичествонеизвестных параметровпримоделировании в этом случае составляет не более трех. При этомраспределение эффективной мощности между источниками можно принятьпостоянным для определенной толщины материала, поскольку составляющаялинейного источника обуславливает наличие кратера сварочной ванны,который присутствует вследствие давления дуги даже при малых значенияхпогонной энергии при сварке тонколистовых материалов.1.3.
Компьютерные технологии прогнозирования формированияшва при дуговой сваркеПрименениевозможностикомпьютерныхвычислительноготехнологийэксперимента,значительночто,врасширяетчастности,даетвозможность из множества вариантов технологии сварки выбрать наиболееподходящую или спрогнозировать качество сварного шва [144].Основная задача прогнозирования качества сварного шва состоит в оценкевероятности выхода одного из показателей формирования шва (например,ширины обратного валика или усиления сварного шва) за допускаемоезначение для данного соединения. Для этих целей и многих других, связанныхс уменьшением трудоемкости технологической подготовки производства исовершенстованием технологии различных видов сварки, широко применяют41коммерческиекомпьютерныепрограммныепродуктыипрограммныекомплексы.Российскиеизарубежныепрограммныепродуктыможноклассифицировать по выполняемым функциям следующим образом [144]:1.Подготовка технологической документации с помощью системСАРР/PDM/PLM;2.Базы данных: основные материалы, сварочные материалы,нормативные документы и т.д.;3.Конструирование и проектирование сварных конструкций спомощью систем CAD;4.Расчетпрочности,долговечности,жесткостисварныхконструкций с помощью систем CAE;5.Моделирование тепловых и металлургических процессов спомощью систем CAE;6.Конструирование оборудования с помощью систем CAD/CAE;7.Числовое управление сварочными роботами с помощью системCAM;8.Системы управления.Для имитации процесса сварки и прогнозирования качества сварного швапредназначены системы САЕ (Computer Aided Engineering), которые можноразделить на 2 класса в зависимости от сложности решаемых задач иквалификации пользователя [144].Большой класс САЕ-программ ориентирован на рядового технолога ипозволяет решать отдельные прикладные задачи для выбранного вида сварки –расчетпараметроврежимасварки,определениерасходасварочныхматериалов, прогнозирование размеров и ожидаемых механических свойствсварного соединения и т.д.
Алгоритмы таких программ основаны как напростых аналитических зависимостях [71, 72], так и на коэффициентахрасчетныхмоделей,выполненныхнаосновеметодовчисленного42моделирования в программных пакетах для конкретного вида сварки и вопределенных диапазонах параметров режима [61, 118, 145].Другой класс САЕ-программ ориентирован на высококвалифированныхпользователей-аналитиков, позволяет решать на конечно-элементных сеткахкомплексные задачи (численное моделирование процессов тепло - имассопереноса,анализэлектрическихполей,анализнапряженно-деформированного состояния изделия и т.п.).
Такие программы могут бытьпостроены по модульному принципу, выделяя определенные виды сварки илимодели процессов. Например, комплекс программ ComHighTech (SPOTSIM,BUTTSIM,MAGSIM,LASIM,CUTSIM)международногонаучно-образовательного центра «Компьютерные высокие технологии в соединенииметаллов» (г. Тула, Россия); SYSWELD (ESI Group, Франция); SOAR (SandiaOptimization and Analysis Routines for automated welding – национальнаялаборатория Министерства энергетики США); SORPAS (Swantec, Дания);Virtualarc (ABB, Швеция) [144].Продукт ComHighTech [144] состоит из нескольких пакетов программ,позволяющих выполнять определенные функции: MAGSIM – имитацияполуавтоматической сварки в углекислом газе; SPOTSIM – моделированиеконтактнойточечнойсварки,ARMSW–созданиетехнологическойдокументации, MEXSW – анализ механических свойств зоны термическоговлияния, FLUX 2.1 – расчет параметров режима сварки под флюсом.Качество сварных швов в программах MAGSIM [71] и EWI WeldPredictor[145] регламентировано ГОСТ 14771-76 [141] и Европейской нормой EN25817 [143].
Ее основное отличие от ГОСТ 14771-76 [141] заключается втом, что последний регламентирует отклонения размеров сварного шва отзаданных и дает оценку их годности по альтернативному признаку «годен – негоден», а EN25817 [143] – осуществляет оценку годности сварных швов поодному из трех уровней качества: «Д» - низкий, «С» - средний и «В» высокий.43Дляпрогнозированиясвойствсварногосоединениядляполуавтоматической сварки плавящимся электродом в углекислом газе (МАГ)разработано программное обеспечения MAGSIM [71], структура которогооснована на разработанной авторами концепции решения задач анализа,оптимизацииидиагностикипараметроврежима,соответствующихтребованиям качества МАГ-сварки стыковых швов тонколистовых соединенийв нижнем положении и последовательно включает в себя описание: сварочнойоперации (теплофизических свойств материала, толщины листов, требуемогокласса качества сварного шва); источника питания (сопротивление источникапитания и сварочных кабелей, места измерения напряжения, диаметра ивылета электродной проволоки, типа защитного газа); технологическихусловий (ширины зазора между образцами, наличия и формы защиты собратной стороны шва, температура детали); цели решения (анализа,оптимизации или диагностики процесса).
В программном модуле «Анализ»осуществляется расчет параметров геометрии сварного шва на основенелинейногоквазистационарногоуравнениятеплопереноса.Вмодуле«Оптимизация» осуществляется оптимизация параметров процесса МАГсварки на основе критериев – например, максимальная производительностьили максимальная вероятность обеспечения качества, в том числе с учетомрассеяния тех или иных параметров. Программный модуль «Диагностика»выдает полную информацию о разбросе размеров сварного шва из-зарассеивания параметров с помощью статистических методов обработкиданных.ИспользованиепакетаMAGSIMпозволило,позаявлениюразработчиков, в 20-30 раз снизить затраты на экспериментальную отработкутехнологииНедостаткомполуавтоматическойразработаннойсваркипрограммыплавящимсяявляетсяэлектродом[71].профессиональнаяориентированность системы, направленная прежде всего для решения задач вобласти компьютерных технологий проектирования процессов формирования44шва при дуговой сварке и не предназначенная инженерам-технологам дляоптимизации процесса изготовления сварной конструкции.Программа FLUX 2.1 [144] предназначена для расчета параметров режимасваркиподфлюсомдлясоединенийизнизкоуглеродистыхинизколегированных сталей и нормирования расхода сварочных материалов.Расчет режима сварки производится на основе формул, приведенных вметодике [3].
Нормирование расхода сварочных материалов осуществляется наоснове справочных данных.Границы допускаемых значений параметров швов в системах TSIM [72] и«OrbitWeldSim» [61] регламентированы ГОСТ 14771-76 [141]. В составпрограммы TSIM [72] для моделирования импульсной МИГ-тандем-сваркивходят три программных модуля для моделирования: стационарного процессас присадочной проволокой, нестационарного процесса с присадочнойпроволокой и низкочастотной модуляцией мощности дуги и нестационарногопроцесса с присадочной проволокой и низкочастотной модуляцией мощностидуги на второй присадочной проволоке. В структуру каждого модуля входятпрограмма-менеджер для управления внутренними программными связями,препроцессор для ввода исходных данных, процессор для определенияпараметровисточниковтеплоты идавления,процессор длярасчетаобразования шва, постпроцессор для визуализации результатов. В программувходят алгоритмы расчета геометрических параметров сварных швов на основекоэффициентов численной модели решения уравнения теплопереноса идеформаций наортогональнойосновесетке.методаСравнениеконечных разностейрасчетовнавыполненныхравномернойспомощьюпрограммы TSIM с экспериментальными показало удовлетворительнуюсходимость, погрешность не превышала 20%.В работе [118] разработана компьютерная программа на основематематической модели формирования сварочной ванны при автоматическойорбитальной сварке вольфрамовым электродом трубных конструкций с45толщиной стенки 2,0 – 4,0 мм, позволяющая оценивать качество формированиясварного шва при заданных параметрах сварки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
