Разработка концепции проектирования режимов дуговой сварки металлических конструкций

• Автор: Рыбаков, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 438 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И АББРЕВИАТУР

Глава 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1.1 Сварка алюминиевых сплавов и коррозионно - стойких сталей

1.2 Импульсные источники питания

1.2.1 Типы модуляции импульсных источников питания

1.2.2 Математическое моделирование источника теплоты

1.2.2.1 Энергетические и тепловые процессы

в импульсной дуге

1.2.2.2 Анодное и катодное падения напряжения

1.2.2.3 Столб дуги

1.2.2.4 Нагрев и плавление электродной проволоки.

. Температура и энтальпия капель
1.2.2.5 Эффективный КПД дуги
1.3 Моделирование формирования шва
1.3.1 Развитие теории тепловых процессов
1.3.2 Деформация поверхности ванны
1.3.3 Тепловое и силовое распределение дуги
Выводы по главе 1
Основные задачи работы
Глава 2 МОДЕЛИ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОТЫ
2.1 Импульсная дуга с плавящимся электродом
2.1.1 Исходные параметры для моделирования
2.1.2 Схема замещения
2.1.3 Подмодель источника питания
2.1.3.1 Регулятор базового напряжения
2.1.3.2 Динамическая ВАХ импульсной дуги
2.1.4 Подмодель электрической дуги
2.1.4.1 Анодное и катодное падения напряжения, столб дуги
2.1.5 Подмодель плавления электрода и отрыва капли
2.1.6 Алгоритм и численная реализация модели
2.1.7 Калибровка и верификация модели
2.1.8 Программное обеспечение
2.1.9 Параметрические исследования
2.2 Импульсная дуга с плавящимся электродом и
дополнительной низкочастотной модуляцией параметров
2.2.1 Сущность процесса
2.2.2 Корректировка модели источника и интерфейса пользователя
2.2.3 Верификация модели
2.3 Импульсный тандем источник
2.3.1 Сущность процесса
2.3.2 Корректировка модели и программного обеспечения
2.3.3 Верификация модели
Выводы по главе 2

Глава 3 МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ШВА ПРИ ИМПУЛЬСНОЙ
СВАРКЕ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ
3.1 Концепция построение физико-математических моделей
процесса формирования шва в связной постановке
3.1.1 Модели теплопереноса
3.1.3 Распределение источника теплоты
3.2 Свойства материалов
3.3 Численные термические модели
3.4 Модель формирования поверхностей сварочной ванны
3.5 Калибровка и верификация модели формирования шва
3.6 Влияние нелинейностей теплофизических свойств
и параметров режима сварки на форму и размеры шва
3.7 Влияние технологических особенностей сварки на форму и
размеры шва
♦ 3.8 Оценка точности модели формирования шва
3.9 Программное обеспечение
Выводы по главе 3
Глава 4 УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА СВАРКИ
НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ
4.1 Конструктивно-технологические мероприятия по
повышению производительности дуговой сварки неплавягцимся электродом в инертных газах
4.1.1 Катод с отогнутой рабочей частью
4.1.2 Дуга в магнитном поле
4.1.3 Полый составной катод
4.1.4 Технология двухдуговой сварки прямошовных труб
из стали 12Х18Н10Т
Выводы по главе 4
Глава 5 ПРОЕКТИРОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА РАБОТЫ
ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ ДУГИ
5.1 Расчетно-экспериментальные модели оптимального
сочетания параметров режима работы источника
5.2 Алгоритм и программная реализация
5.3 Примеры моделирования сварки тавровых соединений
Выводы по главе 5
Глава 6 ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ
КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ
6.1 Импульсная сварка с дополнительной низкочастотной
модуляцией параметров
6.1.1 Корректировка граничных условий модели теплопереноса
6.1.2 Корректировка алгоритма и программного обеспечения
6.1.3 Примеры моделирования
6.2 Импульсная тандем сварка
6.2.1 Корректировка математической модели формирования шва
6.2.2 Программное обеспечение и примеры моделирования
6.3 Виртуальная импульсная тандем сварка с
дополнительной низкочастотной модуляцией параметров
6.3.1 Сущность процесса
jk 6.3.2 Импульсный тандем источник с дополнительной
' модуляцией параметров второй дуги и корректировка
граничных условий
6.3.3 Примеры моделирования
6.4 Обратная задача поиска параметров импульсного
источника для обеспечения заданных размеров шва
6.4.1 Постановка задачи
6.4.2 Выбор регулирующих параметров, алгоритм решения
и расчет начальной величины скорости подачи проволоки
6.4.3 Разработка модуля корректировки скорости подачи
проволоки
6.4.4 Программная реализация и примеры расчетов
6.5 Автоматизированное проектирование режимов сварки
неплавящимся электродом в аргоне
6.5.1 Математическая постановка задачи
6.5.2 Оптимизация технологии двухдуговой сварки
труб по критерию производительности
6.6 Экспериментальная установка для определения температуры
и энтальпии капель электродных материалов
6.6.1 Разработка математической модели нагрева вылета
проволоки
6.6.2 Численное решение
6.6.3 Модель испарения капли
6.6.4 Алгоритм и программная реализация
6.6.5 Верификация модели и программного обеспечения
6.6.6 Параметрические исследования
Выводы по главе 6
ЗАКЛЮЧЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Глава 1. Состояние вопроса и задачи работы

(1.9)
Энтальпия Я в температурном интервале плавления / кристаллизации определяется по уравнению состояния
н(Т)= м^ат+успн,,
(1.10)
где у/- доля жидкости в зоне твердое - жидкое , зависящая от температуры и кинетики процесса (0 < [/ < 1).
Зависимости типа (1.10) описываются кубическими и кусочнолинейными аппроксимациями. В этом случае численное решение требует наличия двух - трехмерных массивов энтальпии и температур в памяти ЭВМ. Упрощение находят введением понятия «эффективной
ду
теплоемкости» се«(Т) сплава и величины —— - темпа превращения,

преобразуя (1.10) к виду
Н(Т)=\с(Т) + Н1 дт)
^V=7kff(Г)cЯ
(1.11)
В зависимости от способа задания уг в уравнении (1.11) известные модели кристаллизации разделяют на квазиравновесные и неравновесные. Для случая неравновесного солидуса, при ограниченном характере диффузионных процессов в твердой фазе (£)с=0), что справедливо при высоких скоростях охлаждения (сварочные процессы), последние порции металла затвердевают при температуре эвтектики и темп кристаллизации предложено описывать уравнениями [70]

Г(Г.-7])1 к-1 ду/ Г (1-^)1 -1 Г
[(га-г)] ) дТ [{т*-т) [{та-т)
2-к
, (1.12-1.13)
где Га — температура плавления основы сплава, °С; к — коэффициент распределения легирующего элемента.