Исследование и разработка технологического процесса импульсной лазерной сварки тонкостенных алюминиевых конструкций

• Автор: Левин, Юрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень условных обозначений и сокращений

Введение

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1. Проблемы сварки тонкостенных конструкций

1.2. Анализ способов сварки

1.3. Особенности использования ИЛС

1.4. Дефекты, возникающие при ИЛС

1.5. Методы решения технологических задач

1.6. Компьютерное моделирование процесса сварки

1.6.1. Физико-математические модели
1.6.2. Численная реализация ФММ
Выводы по главе
Цель и задачи работы
2. Определение физико-технологических условий получения бездефектных соединений
2.1. Оценка влияния параметров сварочного процесса на размеры шва
2.2. Разработка модели оценки критериев качества формирования
2.2.1. Физические явления, вызывающие возникновение дефектов

2.2.2. Разработка математической модели
2.3. Разработка расчётных методов оценки появления дефектов форми- 47 рования
2.4. Выбор оптимальных параметров технологии ИЛС
2.5. Экспериментальная проверка модели и критериев дефектообразо
вания
Выводы по главе
3. Разработка компьютерной модели процесса ИЛС
3.1. Физико-математическая модель
СОДЕРЖАНИЕ
3.1.1. Постановка задачи моделирования
3.1.2. Построение системы координат и зон формирования соединения
3.1.3. Разработка математической модели нестационарного процесса ИЛС
3.1.4. Разработка подмодели формирования поверхности канала, ванны и шва
3.2. Данные по свойствам материалов для моделирования
3.3.Численное решение системы дифференциальных уравнений модели
3.4. Алгоритм численного решения уравнений разработанной модели
3.5. Структура программного обеспечения
3.6. Адекватность компьютерной модели
3.6.1. Проверка модели по опубликованным данным
3.6.2. Методика проверки модели на адекватность
3.6.3. Условия проведения эксперимента
3.6.4. Статистическая оценка погрешности компьютерной имитации
Выводы по главе
4. Разработка технологического процесса импульсной лазерной
сварки
4.1. Методика определения параметров режима сварки по условиям бездефектного формирования шва
4.2. Характеристика узла антенны РА
4.3. Анализ дефектов, возникаемых при использовании базовой технологии сварки, и возможные методы их устранения
4.4. Разработка технологического процесса сварки узла антенны РА
Выводы по главе
Общие выводы и основные результаты работы
Список использованных источников
ПРИЛОЖЕНИЕ!
Перечень условных обозначений и аббревиатур

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
Перемен- Наименование Размерность
ная см2/с
а - коэффициент температуропроводности вещества
Н - энтальпия вещества Дж/г
X - коэффициент теплопроводности Вт/(см град)
б - источник теплоты Вт
с - удельная теплоемкость, Дж/г град
Т - температура град
Р - плотность вещества г/см3
I - интенсивность излучения лазера Вт/см2
сг - поверхностное натяжение Н/см
VI. - скорость движения расплава см/с
Руь - давление скоростного напора Н/см2
к - высота выпуклости СМ
V - объем выпуклости см3
Я - радиус ванны см
Гс - радиус канала см
гс - глубина канала см
Ь - длина сварочной ванны См
Рь - мощность луча Вт
Гг - радиус луча в фокусе см
(1р - диаметр луча в фокусе см
*г - положение фокуса относительно центра координат см
V» - скорость сварки см/с
/ - время
*р - время импульса
Ур.р - период следования импульсов
X - координата вдоль оси шва см
У - координата, поперечная шву см
г - координата по глубине проплавления см
ИЛС Импульсная лазерная сварка
ФММ Физико-математическая модель
ду Дифференциальное уравнение
ГУ Граничные условия
км Компьютерная модель
по Программное обеспечение
мкэ Метод конечных элементов
МКР Метод конечных разностей
Глава 1. Проблемы проектирования технологии

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
1. Проблемами сварки тонкостенных конструкций являются малый размер сварных соединений, соизмеримый с погрешностями сборки, также дефекты, возникающие в сварном соединении.
2. В процессе лазерной сварки могут возникать такие дефекты, как раковины и брызги металла вследствие возникновения выплесков; пустоты, кратеры, непровары в стыке свариваемых деталей.
3. Наиболее эффективным способом получения сварного соединения является использование импульсно-периодической лазерной сварки. При данном способе меньшее тепловложение в детали по сравнению с непрерывной сваркой, что в конечном итоге влияет на микроструктуру шва - его прочность, и снижает вероятность ухудшения коррозионной стойкости сварного соединения.
4. Имеется проблема определения параметров режима ИЛС с целью получения качественного соединения, так как нет методик оценки вероятности возникновения дефектов сварки.
5. Известны методы решения задач проектирования технологии, гарантирующие получение качественных швов и основанные на статистических методах обработки результатов лабораторных опытов. Эффективность этих методов можно существенно увеличить, если заменить реальный процесс виртуальным.
6. Необходимо разработать критерии оценки возникновения дефектов формирования шва при виртуальном исследований импульсной лазерной сварки.
7. Необходимо разработать методику определения параметров режима сварки на основе результатов виртуальных опытов с учетом критериев формирования шва с целью получения бездефектных соединений с заданным проплавлением.