Березовский б м математические модели дуговой сварки
Обновлено: 21.09.2024
Аннотация. В настоящее время одним из путей повышения эффективности применения сварки с импульсной подачей электродной проволоки является использование защитной газовой среды (Ar+CO2). В дальнейшем исследовании рассматриваемого способа сварки целесообразно применение информационных технологий и необходимого для этого математического и программного обеспечения. В результате было разработано специализированное компьютерное приложение «Моделирование процессов управляемого каплепереноса электродного металла», осуществляющее расчет основных технологических параметров процесса сварки на основе адаптированных уравнений расчета формы шва, изменения тепловых полей и скорости охлаждения зон сварного соединения.
Комплексный расчет основных технологических параметров процессаимпульснодуговой сварки
Аннотация.В настоящее время одним из путей повышения эффективности применения сварки с импульсной подачей электроднойпроволоки является использование защитной газовой среды ArCO2. В дальнейшем исследовании рассматриваемого способа сварки целесообразно применение информационных технологий и необходимого для этого математического и программного обеспечения. В результате чего было разработано специализированное компьютерное приложение «Моделированиепроцессов управляемого каплепереноса электродного металла, осуществляющее расчет основных технологических параметров процесса сварки, на основе адаптированных уравнений расчета формы шва, изменения тепловых полей и скорости охлаждения зон сварного соединения.Ключевые слова:сварка, импульсная подача, уравнения расчета, параметры сварки.
Одними из перспективных способов осуществления управляемого переноса электродного металла, являются импульснодуговые технологии и как частный случай способ сварки с использование устройства с импульсной подачей электродной проволоки ИПЭП [1].В основу процесса дуговой сварки с ИПЭП, положено использование дополнительной силы силы инерции, действующей в период торможения электрода, которая прикладываясь к капле, резко изменяет характер плавления ипереноса электродного металла аналогично импульсу электродинамической силы при импульсно дуговом процессе [2].Одним из путей повышения эффективности применения сварки с ИПЭПявляется использование защитной газовой среды ArCO2, что позволит обеспечить лучшее формирование шва и меньшую величину разбрызгивания электродного металла, чем при сварке в чистом углекислом газе [3,4].На основе проведенных экспериментов было установлено, что рационально использовать для сварки с ИПЭП защитную газовую среду Ar(70%±3%СО230%±3% [5].При дальнейшем исследовании рассматриваемого способа сварки целесообразно применение информационных технологий включающих в себя математический аппарат и программное обеспечение.В связи с этим была поставлена цель: разработка специализированного компьютерного приложения для моделирования процессов сварки с импульсной подачей электродной проволоки в управляемой защитной газовой среде.Для решения поставленной задачи на первоначальном этапе, были определены параметры характеризующие получение качественного сварного соединения:1 объем капли возможной перенести в сварочную ванну V, оказывает значительное влияние на устойчивость сварочного процесса, разбрызгивание электродного металла и интенсивность металлургических процессов в дугеи сварочной ванне;2 температура нагрева T и охлаждения поверхности свариваемого материала (ωT), определяют характер и уровень остаточных напряжений и деформаций в сварной конструкции;3 геометрические параметры сварного соединения ширина шва е), глубина проплавления h, усиление шва g)).Комплексный расчет основных параметров процесса сварки, должен осуществляться на основе зависимостей искомых параметров от режима сварки среднее значение тока I, напряжение на дуге Uд, скорость сварки Vсв, а также параметра ИПЭП частота переноса электродного металла f).Параметры удельной теплоемкости, плотности и температуры плавления свариваемого металла, приведены к усредненному значению и приняты как постоянные [6].Определение величины объем капли возможной перенести в сварочную ванну следует рассматривать на основе сил, действующих на каплю в процессе каплепереноса электродного металла [7,8].Fэд+Fд=Fр+Fпн, Н,(1)где электродинамическая сила, Н; динамическая сила, Н, которая является суммой силы тяжести и силы инерции, полученной при движении капли, равная , где gускорение свободного падения, м/с2;Fрсила давления плазменных потоков, Н;сила поверхностного натяжения, Н.Значения указанных выше сил общеизвестны. Введя их в выражение 1 определяется масса капли, которую возможно перенести в сварочную ванную:
(2)где μ,μ0абсолютная и относительная магнитная проницаемостьстали, Гн/м; R2радиус столба дуги, м; R1радиус электрода, м; σкоэффициент поверхностного натяжения, Н/м; Aкоэффициент, зависящий от материала электрода и параметров приэлектродных областей [9], А0,963∙1011Н·м2/А2, данное значение определено экспериментально для сварки с управляемым каплепереносом электродного металла в смеси газов Ar+CO2)).Разделив полученную зависимость 2 на плотность металла, определяется критический объем капли, способный перейти в сварочную ванну при сварке с короткими замыканиями:
(3)где ρплотность металла, кг/м3.Вследствие высокой сложности и многофакторности полученной физической зависимости 3 был использован метод многофакторного планирования эксперимента [10] и с помощью него получена линейная мультипликативная регрессионная модель, описывающая зависимость изменения величины объема капли от входных параметров режима процесса сварки:
(4)Для определения величины расчета приращения температуры от линейного источника постоянной мощности T и скорости охлаждения на оси шва при заданной температуре ωT), осуществлялась адаптация существующих уравнений для расчета приращения температуры от линейного источника постоянной мощности T) и скорости охлаждения на оси шва при заданной температуре ωT)),созданные Рыкалиным Н.Н. [11] для процессов стационарного движения электродной проволоки.Вследствие того, что в процессе сварки с управляемым каплепереносом электродного металла происходит постоянное изменение длиныдуги и соответственно силы тока, амплитуда тока за один период каплепереноса изменяется в пределах от 64 до 368А. На основании этого среднее значение определяется в зависимости от длительности каждого из двух периодов:1. Период образования капли электродного металла, при котором действует сварочный ток I1. 2. Период движения электродной проволоки, при котором действует сварочный ток I2;3. Период торможения электродной проволоки, при котором действует сварочный ток I3;4. Периода короткого замыкания, прикотором действует сварочный ток I1.Тогда эффективная тепловая мощность сварочной дуги определяется:
(5)где t1длительность сварочного тока в период образования капли электродного металла; t2длительность сварочного тока в период движения электродной проволоки, с; t3длительность сварочного тока в период торможения электродной проволоки; t4длительность сварочного тока при коротком замыкании, с; η эффективный к.п.д. нагрева изделия сварочной дугой.На основе выражения 5) уравнения для расчета приращения температуры от линейного источника постоянной мощности T и скорости охлаждения на оси шва при заданной температуре ωT)):
(7)Для расчетного определения изменения геометрических параметров шва применялся метод И.Ф. Коринец и Цзи Чжень Чун детерминированостатистического моделирования, при котором зависимость размеров шва от параметров сварки и величины зазора представляются в виде произведения степенных функций, а коэффициенты определяются в результате статистической обработки экспериментальных данных [12,13]. Зависимость геометрических размеров шва представляется в виде показательных функций:
Рис.1.Алгоритм работы приложения «Моделирование процессов управляемого каплепереноса электродного металла
Первоначально для каждого из расчетных модулей происходит выбор необходимых параметров для расчета и построения модели. Данное ограничение позволяет избежать внесения избыточной информации, не используемой при расчете.
Рис. 2. Внешний вид компьютерного приложения «Моделирование процессов управляемого каплепереноса электродного металла
На следующем этапе происходит обработка данных, расчет и построение модели для определяемого параметра процесса через систему «Вывод значений. Если полученный результат удовлетворяет пользователя и не противоречит ограничениям, прописанным на основе ГОСТа, предоставляется возможность печати полученных результатов.Вывод: Разработано специализированное компьютерное приложение, осуществляющее расчет основных технологических параметров процесса сварки, на основе адаптированных уравнений расчета формы шва, объема капли,приращения температуры от линейного источника постоянной мощности T и скорости охлаждения на оси шва при заданной температуре ωT))для процессов сварки импульсной подачей электродной проволоки в управляемой защитной газовой среде.
Ссылки на источники1. Федько В.Т., Брунов О.Г., Соколов П.Д. Сварка с импульсной подачей сварочной проволоки как частный случай импульснодуговой сварки // Сварочное производство. 2006.№7. С. 6 8.2. Павлов Н.В., Крюков А.В., Зернин Е.А. Распределение температурных полей при сварке в смеси газов с импульсной подачей электродной проволоки // Сварочное производство. 2011. №1. С. 3536.3. Языков Ю.Ф.,Алексина И.В. Преимущества сварки в защитных газовых смесях // Сварочное производство. 2008.№9. С. 29 30.4. Карасев М.В., Работинский Д.Н., Головин С.В., Ладыжанский А.П., Павленко Г.В., Розерт Р., DrahtugStein, Зинченко А.В. Влияние режима механизированной сварки в смесях газов на служебные свойства наплавленного металла // Сварщик в России. 2007. №6. С.35 40.5. Павлов Н.В., Крюков А.В., Зернин Е.А. Сварка с импульсной подачей электродной проволоки в смеси газов // Сварочное производство. 2010.№4. С. 2728.6. Теория сварочных процессов: Учебник для вузов по спец. «Оборудование и технология сварочного производства // под ред. В.В. Фролова. М.: Высш.шк., 1988. 559с.7. Брунов, О.Г. Механизированная сварка в среде активных газов с импульсной подачей проволоки: научное издание Томск: Издво Томского политехнического университета, 2007. 137с.8. Сараев, Ю.Н. Исследование кинетики плавления и переноса электродного металла при электродуговой сварке плавящимся электродом в среде защитных газов [Текст] / Ю.Н. Сараев, А.А. Демьянченко, Д.А. Чинахов, А.В. Крюков, Н.В. Павлов // Материалы трудов IIмеждународной научнопрактической конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении:сборник. г.Томск 2011. С. 117 33.9. Солодский С.А. Разработка автоматизированной системы для сварки в СО2с импульсной подачей проволоки и модуляцией сварочного тока: автореф. дис. канд. техн. наук. Челябинск, 2010. 20 с.10. Березовский Б.М.Математические модели дуговой сварки: Т.1: Математическое моделирование и информационные технологии, модели сварочной ванны и формирования шва. Челябинск: Изд во ЮУрГУ, 2002. 585 с.11. Рыкалин, Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке / Н.Н. Рыкалин//. г.Москва 1951. 291 с.12. Коринец И.Ф., Цзи Чжень Чун. Детерминированностатистическая модель формы шва при дуговой сварке // Автоматическая сварка. 2001. №10. С.4447.13. Коринец И.Ф., Цзи Чжень Чун. Влияние зазора на размеры стыкового шва при дуговой сварке в смеси Аr 25% СO2плавящимся электродом // Автоматическая сварка. 2002. №8. С.1619.14. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2011616056 от 03.08.2012г. Моделирование процессов управляемого каплепереноса электродного металла. Павлов Н.В., Крюков А.В., Домнина Е.Г., Зернин Е.А.
Березовский б м математические модели дуговой сварки
Березовский, Борис Михайлович.
Математические модели дуговой сварки: [В 3 т.] / Березовский Б.М.; М-во образования Рос. Федерации. Юж.-Ур. гос. ун-т. - Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2002- (Группа МЭНП Изд-ва). - 20 см.; ISBN 5-696-02217-0 (в пер.)
На тит. л.: 60-летию Юж.-Ур. гос. ун-та посвящается
В работе на основе обширного теоретического и экспериментального материала рассмотрены вопросы применения современных информационных технологий в сварочном производстве, науке и технике. Для научных работников.
Машиностроение -- Сварка металлов -- Электрическая сварка металлов -- Электродуговая сварка металлов -- Математическое моделирование -- Пособие для специалистов
Marc21
Описание
| Автор | Березовский, Борис Михайлович |
|---|---|
| Заглавие | Математические модели дуговой сварки: [В 3 т.] |
| Дата поступления в ЭК | 29.07.2003 |
| Каталоги | Книги (изданные с 1831 г. по настоящее время) |
| Сведения об ответственности | Березовский Б.М.; М-во образования Рос. Федерации. Юж.-Ур. гос. ун-т |
| Выходные данные | Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2002- (Группа МЭНП Изд-ва) |
| Физическое описание | 20 см |
| ISBN | ISBN 5-696-02217-0 (в пер.) |
| Примечание | На тит. л.: 60-летию Юж.-Ур. гос. ун-та посвящается |
| В работе на основе обширного теоретического и экспериментального материала рассмотрены вопросы применения современных информационных технологий в сварочном производстве, науке и технике. Для научных работников. | |
| Тема | Машиностроение -- Сварка металлов -- Электрическая сварка металлов -- Электродуговая сварка металлов -- Математическое моделирование -- Пособие для специалистов |
| BBK-код | К641.51с116,07 |
| Язык | Русский |
Состав
Математические модели дуговой сварки: [В 3 т.] / Березовский Б.М.; М-во образования Рос. Федерации. Юж.-Ур. гос. ун-т. - Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2002- (Группа МЭНП Изд-ва). - 20 см.
Т. 1: Математическое моделирование и информационные технологии, модели сварочной ванны и формирования шва. Т. 1. - 2002. - 584 с. : ил.; ISBN 5-696-02217-0 (в пер.) ещё
В работе на основе обширного теоретического и экспериментального материала рассмотрены вопросы применения современных информационных технологий в сварочном производстве, науке и технике. Для научных работников.
сварочная ванна - формирование шва
Хранение: FB 12 03-8/13;
Хранение: FB 12 03-8/14;
Березовский, Борис Михайлович.
Математические модели дуговой сварки: [В 3 т.] / Березовский Б.М.; М-во образования Рос. Федерации. Юж.-Ур. гос. ун-т. - Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2002- (Группа МЭНП Изд-ва). - 20 см.
Т. 2: Математическое моделирование и оптимизация формирования различных типов сварных швов. Т. 2. - 2003. - 601 с. : ил., табл.; ISBN 5-696-02235-9 (в пер.) ещё
Монография предназначена для научных работников и инженеров-технологов, занимающихся вопросами математического моделирования и оптимизации технологии процессов дуговой сварки.
Хранение: FB 12 03-8/13;
Хранение: FB 12 03-8/14;
Математические модели дуговой сварки: [В 3 т.] / Березовский Б.М.; М-во образования Рос. Федерации. Юж.-Ур. гос. ун-т. - Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2002- (Группа МЭНП Изд-ва). - 20 см.
Т. 3: Давление дуги, дефекты сварных швов, перенос электродного металла. Т. 3. - 2003 (Группа МЭНП Изд-ва). - 484, [1] с. : ил., табл.; ISBN 5-696-02296-0 (в пер.) ещё
В издании рассмотрены явления и процессы, происходящие при образовании сварочной ванны и формировании сварного шва. Изложены основные результаты экспериментального и теоретического исследования силового воздействия дуги на свариваемый металл.
Хранение: FB 12 03-8/13;
Хранение: FB 12 03-8/14;
Работа выдающегося немецкого философа и социолога Макса Шелера (1874—1928) «К психологии английского этоса и лицемерия» была написана через полгода после начала Первой мировой войны и направлена против главного геополитического врага Германии, каковым, по убеждению Шелера, была Великобритания. Перед. (Подробнее)
Университетский учебник для студентов физико-математических специальностей. Может быть полезен для факультетов и вузов с расширенной математической подготовкой, а также специалистам в области математики и ее приложений. (Подробнее)
В учебном издании, написанном авторами из Великобритании, изложены основы теоретических концепций биохимии и молекулярной биологии в приложении к современным методам исследований, среди которых культивирование клеток, микроскопия, центрифугирование, иммунохимический анализ, методы биоинформатики. (Подробнее)
В своем комплексном труде академик РАН, 6-й секретарь Совета безопасности РФ А.А. Кокошин и профессор, доктор политических наук, бывший заместитель министра иностранных дел РФ А.Н. Панов исследуют ключевые тенденции в развитии структуры политической системы и эволюции роли ряда ведущих акторов. (Подробнее)
Данный сборник задач может использоваться как приложение к конспекту «Введение в математику» Алексея Савватеева, а также как самостоятельный практикум для изучения основ математики. Нумерация глав-уроков в сборнике соответствует урокам онлайн-курса, подготовленного. (Подробнее)
Один из самых влиятельных и богатых людей планеты Рэй Далио исследует империи прошлого, выявляет закономерности взлетов и падений ведущих мировых экономик, делает выводы относительно нашего настоящего и будущего и дает ответ на вопрос, почему грядущие времена будут радикально отличаться от тех, которые. (Подробнее)
Математика и логика — прочное основание естественных наук, особенно тех, что оперируют сложными прогностическими моделями. Стивен Хокинг, при помощи уравнений описавший немало гипотетических вселенных, исследует важнейшие математические труды за последние 25 веков, в том числе работы Исаака Ньютона. (Подробнее)
«Черные тетради» — так назвал Мартин Хайдеггер (1889–1976) клеенчатые тетради черного цвета с заметками и размышлениями разного рода, которые он вел с 1931 года. Набралось их тридцать четыре. Согласно воле автора, франкфуртское издательство Витторио Клостерманна приступило к их публикации. (Подробнее)
Чтобы узнать будущее, нужно заглянуть в прошлое. Всеобъемлющее исследование множества мировых кризисов - общие признаки, примеры кризисов различных стран - учит улавливать негативные тренды. Основано на материалах компании Bridgewater. (Подробнее)
“Хаос. Создание новой науки” — мировой бестселлер американского журналиста Джеймса Глика, переведенный более чем на два десятка языков, в котором он рассказывает историю возникновения науки о хаосе. Начав со случайного открытия метеоролога Эдварда Лоренца, пытавшегося создать модель долгосрочного. (Подробнее)
Для получения полной информации о книгах
нужно указать страну доставки
Вашего возможного заказа:
Математическое моделирование процессов сварки
Аннотация. В работе проведен литературный обзор математических моделей, созданных для процессов сварки. Существующие в настоящий момент математические методы и модели в основном созданы для широко используемых и глубоко изученных способов сварки (ручная дуговая сварка, механизированная сварка и автоматизированная сварка под слоем флюса).
Математическое моделирование процессов сварки
Аннотация.В работе проведен литературный обзор математических моделей созданных для процессов сварки. Существующие в настоящий момент математические методы и модели в основном созданы для широко используемых и глубоко изученных способов сварки (ручная дуговая сварка, механизированная сварка и автоматизированная сварка под слоем флюса).Ключевые слова:математическое моделирование, сварка распределение температурных полей, сварочная ванна, сварочная дуга, перенос электродного металла.
В настоящее время важнейшим условием совершенствования и интенсификации сварочного производства является не только развитие теоретических основ сварки с использованием новейших достижений в различных областях фундаментальных и прикладных наук, но и создание высокоэффективных методов, средств моделирования и имитации сварочных процессов [1].Применение математических методов и математического моделирования сварочных процессов превратилось в мощный инструментарий исследований и познания процессов, происходящих в сложных технологических системах, позволяющих не только получить формализованное описание их основных закономерностей, но и эффективно управлять ими. Математическое моделирование позволяет оптимизировать условия протекания процесса образования сварного соединения, предотвратить появление недопустимых дефектов сварных швов, соединений, конструкций и одновременно повысить производительность сварочных операций.Первые математические модели, относящиеся к области сварки и основывающиеся на фундаментальных законах физики, описывали состояние плазмы электрической дуги (степень ионизации дугового газа), или давления дуги как цилиндрического проводника в зависимости от величины протекающего через него тока [2].Методы математического моделирования сварочных процессов получили интенсивное развитие после появления первых работ по расчету температурных полей, создаваемых в телах различной формы и размеров, создаваемых движущимися концентрированными и распределенными источниками тепла. В дальнейшем теория тепловых процессов при сварке была Н.Н. Рыкалинымзначительно расширена, усовершенствованна и доведена до широкого практического применения в большом количестве прикладных исследований. В результате выполнения большого количества фундаментальных и прикладных исследований сформировался целый ряд направлений, связанных с математическим моделированием сварочных процессов.Все моделируемые объекты и явления можно разделить по степени полноты информации о них [2]:
объекты с нулевым уровнем информации; в этом случае объект представляют моделью типа «черный ящик» и его математическая модель строится путем статистических испытаний с обработкой результатов методами регрессионного, дисперсионного и корреляционного анализа с использованием многофакторного планирования эксперимента;
объекты, о поведении которых имеются сведения эмпирического характера; в этом случае используют методы физического моделирования и планирования многофакторного эксперимента;
объекты с известными основными детерминированными закономерностями, позволяющими использовать теоретические методы, а полученные аналитические или численные модели дополняются эмпирическими соотношениями с коэффициентами или параметрами, определяемыми из опыта;
объекты с высокой степенью информации о происходящих в них процессах и явлениях; их модели строят методами математического моделирования с реализацией на ЭВМ с помощью вычислительного эксперимента.Всё большое многообразие математических моделей можно разделить на несколько групп по способу их построения: теоретические модели, получаемые на основе применения фундаментальных законов физики, и экспериментальные, получаемые в результате аппроксимации опытных данных различными методами (рисунок 1) [2].
Рис. 1.Классификация математических моделей по способу построения и реализации
Однои многофакторные модели различаются условиями проведения экспериментов: однофакторные модели получают путем варьирования одного фактора при фиксированных значениях остальных факторов; многофакторные регрессионные модели получаются при использовании методов планирования многофакторных экспериментов, когда в каждом из серии опытов значения всех факторов изменяют по специальным оптимальным планам.Теоретические модели являются, как правило, детерминированными и реализуются на современной вычислительной технике независимо от того, аналитическое или численное решение получено в результате решения системы уравнений и неравенств, описывающих исследуемую технологическую систему [2].По другой классификации (степени локализации моделируемых явлений в сварной конструкции), математические модели можно разделить на шесть групп:1)математические модели полей температур, напряжений и деформаций во всей свариваемой конструкции;2)математические модели процессов в зоне термического влияния;3)математические модели явлений и процессов, происходящих в жидком металле сварочной ванны;4)математические модели магнитогазодинамических процессов в плазме сварочной дуги;5)математические модели поведения капли электродного металла на торце электрода, переноса металла и процессов нагрева и расплавления электрода;6)математические модели расчета химического состава и уровня выделения сварочного аэрозоля при дуговой сварке.Рассмотрим более подробно установленную классификацию.1. Математические модели распределения полей температур, напряжений и деформаций во всей свариваемой конструкции.Математические модели и алгоритмы расчета распределения температурных полей на поверхности изделия являются наиболее распространенными. Авторами [3] предложены математические модели распределения температурных полей для процессов сварки и термической резки изделий, ограниченных кривыми линиями или поверхностями. Для упрощения расчетов был использован метод криволинейных координат.В работе [4] предложена методика расчета максимальной температуры нагрева, времени пребывания металла выше заданной температуры, мгновенные скорости нагрева и охлаждения. Для определения всех указанных характеристик использовалось общее графоаналитическое решение на основе термического цикла нагрева металла в заданной точке.В исследованиях [5] осуществлена корректировка известных уравнений по расчету температур, а также основных параметров термических циклов точек при автоматической сварке и наплавке с учетом влияния скрытой теплоты плавления, перенагрева основного металла в процессе плавления, перемещения расплавленного металла в хвостовую часть сварочной ванны под влиянием тока и скорости сварки.В работе [6] представлена нестационарная математическая модель процесса сварки под флюсом, в которой учтены ее основные физические явления в гидростатической постановке. Формирование дуговой каверны определено по изотерме плавления флюса и разности плотностей порошкообразного и жидкого флюсов, а также учтены нагревание шлака излучением дуги и током, протекающим по нему.2. Математические модели процессов в зоне термического влияния.Математические модели, относящиеся к данной категории приведены в исследованиях по моделированию формирования структуры ЗТВ низколегированных сталей. На первоначальном этапе расчет осуществлялся на основе математических моделей температурного поля в сварном соединении и распада аустенита. В дальнейшей работе использовалось уравнение Колмогорова–МелаАвраами [7, 8]. 3. Математические модели явлений и процессов, происходящих в жидком металле сварочной ванны.К данной группе относятся работы Фролова для процесса светолучевой сварки, оценивающиеразмеры ванны и формы шва [9].Так же этим же автором разработана методика, позволяющая прогнозировать уровень пористости в высокотемпературной области при дуговой сварке алюминиевых сплавов с учетом исходного газосодержания и типа кинетической зависимости процесса газовыделения. Предложенная математическая модель учитывает реальный темп плавления и кристаллизации сплава и особенности распределения источника нагрева при сварке. Также была создана компьютерная программа, позволяющая численными методами рассчитывать геометрию сварного шва и прогнозировать дефекты (пористость) в высокотемпературной области шва [10].Авторами [11] осуществлялся последовательный расчет типа и количества образующихся первичных карбидов, боридов и нитридов, упрочняющих фаз эвтектики и структурного состава матрицы сплава. Для расчетов применяли модернизированный метод последовательного определения содержания элементов. Так закон действующих масс выражали через активности и на каждом этапе уточняли термодинамические константы, массы всех фаз и возможные реакции.В работе [12] разработана физическая и математическая модель кинетики взаимодействия металла и флюса при центробежной электрошлаковой наплавке. При разработке были учтены следующие положения: жидкий металл реагирует со шлаком на поверхности расплава и на поверхности раздела металлической и шлаковой ванн; состав ванны формируется за счет поступления металла от поверхности расплава металла и основного металла; состав шлаковой иметаллической ванн остаются неизменным.В работе [13] разработана методика прогнозирования фазового состава структуры низколегированных сталей при произвольном термическом цикле на основе решения системы дифференциальных алгебраических уравнений, описывающих кинетику полиморфных превращений.В исследованиях [14] разработана теоретическая модель формирования швов при орбитальной сварке вольфрамовым электродом неповоротных стыков труб, основой является система управляющих воздействий, описываемая уравнениями теплопроводности равновесия давлений на поверхностях сварочной ванны.Авторами [15] предложены эмпирические формулы, описывающие зависимость скорости плавления (подачи) сварочной проволоки от тока, температуры предварительного подогрева, диаметра и вылета электрода при сварке в углекислом газе током обратной полярности, а также зависимость эмпирических коэффициентов формулы от параметров процесса и раскрыто их физическое содержание.В работе [16] предложена физикоматематическая модель процесса электроннолучевой сварки, учитывающая деформацию поверхности сварочной ванны и угловую апертуру электронного пучка. В качестве основного применяли метод конечных разностей.В работе [17] предложена математическая модель формирования кратера, возникающего при завершении дуговой наплавки металла в результате обычной усадки.Модель позволяет рассчитывать формулу поверхности кратера по эволюции температурного поля во времени.4. Математические модели магнитогазодинамических процессов в плазме сварочной дуги.К данной группе относится работа [18] в которой осуществлялось численное моделирование процессов дуговой MIGсварки позволяющее подобрать оптимальные параметры дуги. В ходе работы решение уравнений теплопереноса и деформации поверхности ванны производилось методом конечных разностей на равномерной ортогональной сетке.Авторами же работы [19] на основе решения уравнений математической физики, описывающих взаимодействие основных физических явлений в электрической дуге, выполнено теоретическое исследование влияния длины дугового промежутка, тока дуги, формы заточки электродов, а также поверхности сварочной ванны на распределение плотности тока, теплового потока и давления дуги при сварке в различных пространственных положениях. Для описания распределения теплового потока от дуги в металл и давления на его поверхность предложено использовать бимодальное распределение, позволяющее установить количественные соотношения и определить его параметры в зависимости от длины и тока дуги, а также геометрии поверхности неплавящегося электрода и разделки кромок свариваемого стыка.5. Математические модели поведения капли электродного металла на торце электрода, переноса металла и процессов нагрева и расплавления электрода.Работы [20] и [21] посвящены расчету температуры металла электродных капель (Тк) при дуговой сварке плавящимся электродом.В одном случае [20] расчет осуществлялся на основе решения задачи максимальной температуры нагрева металла в вылете электродной проволоки теплотой ДжоуляЛенца и скорости плавления электродной проволоки, а также предположения, что средняя температура металла электродной капли меньше температуры кипения. В другом случае [21] использовался метод конечных элементов. В данной работе рассмотрено два случая теплопроводности через каплю расплавленного металла: 1) активное пятно сварочной дуги находится в нижней точке капли; 2) активное пятно охватывает всю свободную поверхность капли.В работе [22] разработана математическая модель определения временных параметров процесса плавления электродной проволоки при ее импульсной подаче адекватно отражает влияние физических характеристик материала проволоки, свойств сварочной дуги и источника сварочного тока, формы импульса подачи на время образования капли заданного размера. Уравнение математической модели показывает, что на скорость образования капли электродного металла существенно влияет постоянная времени сварочной цепи, которая может служить элементом регулирования процесса каплеобразования.6. Математические модели расчета химического состава и уровня выделения сварочного аэрозоля при дуговой сварке.Данная группаматематических моделей основана на следующих принципах: уровень выделения твердой составляющей сварочного аэрозоля определяется мощностью сварочной дуги, а химический состав –составом сварочного материала, парциальным давлением образующегося насыщенного пара и соотношением равновесного и неравновесного испарения при дуговом процессе [23].ВыводВ целом можно сделать вывод, что существующие в настоящий момент математические методы и модели в основном созданы для широко используемых и глубоко изученных способов сварки (ручная дуговая сварка, механизированная сварка и автоматизированная сварка под слоем флюса).
Ссылки на источники1Геловани, В.А. Компьютерное моделирование [Текст] / В.А. Геловани, В.В. Юрченко // Математическое моделирование. –1989. Т.1, –№1. –С. 3 –12.2Березовский, Б.М. Математические модели дуговой сварки: в 7т. Том 1. Математическое моделирование и информационные технологии, модели сварочной ванны и формирования шва / Б.М. Березовский//. –Челябинск: Издво ЮУрГУ, 2002. –85с.3Бровман, М.Я. Особенности расчета температурных полей при сварке и термической резке [Текст] / М.Я. Бровман // Сварочное производство. –2001. –№7. –C. 10 –14.4Попков, А.М. Методика определения скоростей нагрева и охлаждения металла при сварке и времени его пребывания выше заданной температуры [Текст] / А.М. Попков // Сварочное производство. –2004. –№6. –C. 3 –5.5Донченко, Е.А.Расчет термических циклов точек при автоматической сварке и наплавке с учетом особенностей плавления основного металла[Текст] /Е.А. Донченко // Сварочное производство. –2011. –№9. –C. 3 –9.6Судник, В.А. Математическая модель процесса сварки под флюсом и явлений в дуговой каверне [Текст] / В.А. Судник, В.А. Ерофеев, А.В. Масленников, Д.В. Слезкин, Р.В. Цвелев // Сварочное производство. –2012. –№7. –C. 3 –12.7Коробейников, С.Н. Исследование и моделирование формирования структуры ЗТВ низколегированных сталей [Текст] / С.Н. Коробейников, А.С. Бабкин // Сварочное производство. –2009. –№11. –C. 3 –8.8Коробейников, С.Н. Алгоритм расчета оптимальных параметров режима сварки низколегированных сталей [Текст] / С.Н. Коробейников, А.С. Бабкин // Сварочное производство. –2009. –№12. –C. 13 –16.9Фролов, В.А. Математическое моделирование процесса светолучевой сварки [Текст] / В.А. Фролов, Ю.В. Шорников, В.А. Судник, А.С. Рыбаков // Сварочное производство. –2001. –№3. –C. 7 –10.10Фролов, В.А. Прогнозирование физикохимических процессов при дуговой сварке алюминиевых сплавов [Текст] / В.А. Фролов, Е.В. Никитина, А.В. Ельцов // Сварочное производство. –2002. –№7. –C. 20 –24.11Королев, Н.В. Метод расчетного определения фазового состава и структуры износостойких наплавочных сплавов [Текст] / Н.В. Королев, О.В. Пименов // Сварочное производство. –2002. –№4. –C. 11 –16.12Штенников, В.С. Физическая и математическая модели кинетики взаимодействия металла и флюса при центробежной шлаковой наплавке [Текст] / В.С. Штенников, В.Н. Бороненков, А.А. Штенникова // Сварочное производство. –2004. –№11. –C. 10 –14.13Коновалов, А.В. Методика оптимизации технологии дуговой сварки на основе математической модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей [Текст] / А.В. Коновалов // Сварочное производство. –2005. –№4. –C. 9 –14.14Полосков, С.И. Прогнозирование качества сварных соединений на основе физикоматематической модели процесса орбитальной сварки [Текст] / С.И. Полосков, В.А. Ерофеев, А.В. Масленников // Сварочное производство. –2005. –№2. –C. 8 –16.15Варуха, Е.Н. Расчет скорости плавления предварительно нагретого электрода при сварке в углекислом газе [Текст] / Е.Н. Варуха // Сварочное производство. –2012. –№2. –C. 3 –8.16Щербаков, А.В. Физикоматематическая модель исследования процессов теплопередачи при электроннолучевой сварке изделий произвольной формы [Текст] / А.В. Щербаков, А.Л. Гончаров, М.А. Портнов // Сварочное производство. –2011. –№11. –C. 6 –13.17Ельцов, В.В. Математическое моделирование процесса формирования усадочного кратера при наплавке [Текст] / В.В. Ельцов, В.П. Потехин, О.А. Дитенков // Сварочное производство. –2012. –№1. –C. 3 –9.18Судник, В.А. Моделирование и численная имитация импульснодуговой сварке алюминиевых сплавов [Текст] / В.А. Судник, А.С. Рыбаков, С.В. Кураков, О.И. Зайцев, Р. Класс // Сварочное производство. –2002. –№3. –C.9 –15.19Полосков, С.И. Моделирование распределения теплового потока и давления дуги в процессе орбитальной TIGсварки [Текст] / С.И. Полосков, В.А. Ерофеев, А.В. Масленников // Сварочное производство. –2005. –№8. –C. 10 –15.20Полосков, С.И. Определение оптимальных параметров автоматической орбитальной сварки на основе компьютерного моделирования [Текст] / С.И. Полосков, В.А. Ерофеев, А.В. Масленников // Сварочное производство. –2005. –№10. –C. 6 –13.21Черных, А.В. Расчет температуры электродных капель при дуговой сварке плавящимся электродом с помощью метода конечных элементов [Текст] / А.В. Черных, В.В. Черных // Сварочное производство. –2008. –№3. –C. 6 –7.22Лебедев, В.А. Определение параметров импульсной подачи электродной проволоки при механизированной дуговой сварке и наплавке [Текст] / В.А. Лебедев // Сварочное производство. –2008. –№8. –C. 11 –15.23Левченко, О.Г. Математическое моделирование химического состава и уровня выделения сварочного аэрозоля при дуговой сварке [Текст] / О.Г. Левченко // Сварочное производство. –2001. –№7. –C. 46 –50.
Моделирование процессов сварки
В современном мире моделирование играет важную роль в любой отрасли. В строительстве моделирование дает возможность выполнять сложнейшие проекты, при этом сэкономить и получить качественный продукт. В медицине моделирование может предугадать развитие событий без рисков для пациента, что в последствии ускоряет процесс выздоровления после операционных вмешательств. Так и в сварочном производстве моделирование процессов сварки позволяет получить качественное сварное соединение, исключив метод проб и ошибок на производстве.
Моделирование — это исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей; использование моделей для определения и уточнения характеристик и рационализации способов построения вновь конструируемых объектов. Моделирование — одна из основных категорий теории познания: на идее моделирования, по существу, базируется любой метод научного исследования — как теоретический, так и экспериментальный [1].
Математическая модель (ММ) объекта моделирования –это система математических элементов (чисел, переменных, уравнений, неравенств, множеств, матриц, графов и т.д .) и отношений между ними, адекватно отражающая некоторые свойства объекта, его состояние в реальных условиях, созданная для решения той или иной задачи.[2]. Математическая модель разрабатывается по пути модель-алгоритм-программа. Создав математическую модель, исследователь получает в руки универсальный и гибкий инструмент, который вначале отлаживается, тестируется в пробных вычислительных экспериментах. После того, как адекватность математической модели исходному объекту установлена, с ней проводятся разнообразные и подробные опыты, дающие все требуемые качественные и количественные свойства и характеристики объект [3].
Для моделирования сварочных процессов широко применяется компьютерное моделирование.
Возможности моделирования сварочного процесса:
1.Моделирование позволяет конструкторам и технологам анализировать изделие и процесс его изготовления на компьютере на стадии проектирования, а не методом проб и ошибок на производстве;
2.Получение детальной информации о процессе, то есть возможность заглянуть внутрь и оценить каждую характеристику во времени;
3.Эффективное решение нестандартных производственных задач;
4.Оценка прочности с учетом дефектов, привнесенных производством.
Области сварки, охваченные математическим моделированием:
1.Оптимизация сварочных процессов, определение оптимальных режимов сварки;
2.Определение напряжений и деформаций в процессе сварки;
3.Тепловые процессы в сварке;
4.Диффузионные процессы в сварке;
5.Металлургические процессы в сварки [4].
Основные этапы моделирования:
1.Построение модели (выявление основных особенностей объекта);
2.Решение математической задачи (разработка алгоритмов и численных методов);
3.Интерпретация полученных методов;
4.Проверка адекватности модели;
5.Модификация модели (упрощение модели, либо усложнение модели) [3].
Сегодня на рынке существуют множество компаний, занимающихся разработкой и поставкой программного обеспечения для моделирования, исследования и оптимизации процессов сварки. Из Российских выделяется программный комплекс QForm 2D/3D. Из зарубежных аналогов EsiSysweld Франция, а также SolidWorks США.
Моделирование процессов сварки является важнейшим инструментом в машиностроительном производстве. Появление данной системы значительно улучшило качество сварных соединений и одновременно повысило производительность сварочных операций.
1.Глинский Б. А. и др. Моделирование как метод научного исследования. М, Изд-во МГУ, 1965./16 стр
3.Самарский А. А., Михайлов А. П. Математическое моделирование. Идеи. Методы. Примеры. 2-е изд., испр. М. : Физматлит, 200
4.Березовский, Б.М. Математические модели дуговой сварки: в 7т.Том 1 Математическое моделирование и информационные технологии, модели сварочной ванны и формирования шва /Б.М. Березовский//. –Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002 – 585 с.
5.Биленко Г. Моделирование процессов сварки при помощи продуктов ESI Group (SYSWELD, PAM-ASSEMBLY) / Г. Биленко // САПР и графика. – № 7. – 2010.
6.Судник В. А., Ерофеев В. А., Масленников А. В., Слезкин Д. В., Цвелев Р. В. — Математическая модель процесса сварки под флюсом и явлений в дуговой каверне// Сварочное производство.-2012.-№7.-с.3-12.
Читайте также: