Разработка элементов теории и технологических путей обеспечения свариваемости низколегированных сталей при многослойной сварке с использованием компьютерного моделирования

• Автор: Коновалов, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 415 с. : ил.

2 СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Современные представления о свариваемости конструкционных низколегированных сталей. Пути обеспечения свариваемости при проектировании

технологических процессов сварки

1.1. Низколегированные стали, используемые для изготовления

сварных конструкций

1.2. Проблемы свариваемости низколегированных сталей

1.2.1. Горячие трещины при сварке

1.2.2. Холодные трещины при сварке

1.2.3. Охрупчивание и разупрочнение ЗТВ

1.3. Методы оценки свариваемости

1.4. Выбор параметров режима сварки

1.4.1. Влияние режима сварки на форму и размеры шва
1.4.2. Оптимизация теплового режима сварки
1.5. Выбор сварочных материалов
1.5.1. Сварочные материалы, используемые при сварке НЛС
1.5.2. Роль металла шва в обеспечении свариваемости НЛС
1.6. Автоматизация проектирования ТП сварки
1.6.1. САПР и экспертные системы в области сварки
1.6.2. Компьютерные средства моделирования в САПР сварки
1.6.2.1. Тенденции развития рынка средств моделирования
1.6.2.2. Система компьютерного моделирования ВУЭУУЕЮ
1.6.2.3. Программный комплекс СВАРКА
1.6.2.4. Программа «Свариваемость»
Выводы главы 1 и задачи работы

Глава 2. Математическое описание и моделирование
процессов, протекающих в сталях при сварке
2.1. Распространение тепла при сварке
2.2. Формирование сварного шва
2.2.1. Формирование геометрии сварного шва
2.2.2. Формирование химического состава металла шва
2.3. Структурные превращения в сталях при сварке
2.3.1. Общие сведения о структурных превращениях в сталях
2.3.2. Диаграммы анизотермического распада аустенита
при сварке
2.3.3. Математическое описание полиморфных превращений
2.3.4. Математическое описание процессов отпуска
2.4. Диффузионное перераспределение водорода в сталях 110 при сварке
2.4.1. Основные соотношения и закономерности
2.4.2. Растворимость водорода в чистом железе
2.4.3. Влияние легирования на растворимость водорода
2.4.4. Влияние дефектов строения металлов 123 на растворимость водорода
2.4.5. Диффузионная подвижность водорода в железе
2.4.6. Влияние легирующих элементов на диффузионную 125 подвижность водорода в сплавах железа
2.4.7. Подходы к решению задач о диффузии водорода 129 при сварке
2.5. Формирование комплекса механических свойств
2.6. Напряжения и деформации при сварке
2.6.1. Математические модели упругого и упруго-пластического 137 поведения материала
2.6.2. Реализация расчета НДС методом конечных элементов

2.6.3. Методика решения нелинейных задач
2.7. Прогнозирование образования ХТ при сварке
Выводы главы 2
Глава 3. Разработка математической модели анализа
технологического процесса многослойной сварки
низколегированных сталей
3.1. Формализация объекта моделирования и алгоритм анализа
3.1.1. Основные концепции компьютерного моделирования
3.1.1.1. Рациональная степень детализации модели
3.1.1.2. Методы построения математических моделей
3.1.1.3. Декомпозиция сложных моделируемых объектов
на основе системного анализа
3.1.1.4. Критерии качества математических моделей
3.1.2. Системный анализ процесса формирования показателей
свариваемости НЛС в условиях многослойной сварки
3.1.2.1. Анализ иерархии связей между частными процессами
3.1.2.2. Алгоритм анализа процесса многослойной сварки НЛС
3.1.2.3. Требования к математическим моделям
частных процессов
3.2. Решение температурной задачи при многопроходной сварке
3.2.1. Выбор расчетной схемы и моделей источников теплоты
3.2.2. Расчет размеров и положения сварных швов
3.2.3. Расчет размеров зоны проплавления
3.2.3.1. Рабочие гипотезы и алгоритм расчета
3.2.3.2. Учет скрытой теплоты плавления
3.2.3.3. Учет распределенности источника тепла
3.2.3.4. Расчет параметров источников тепла
3.2.3.5. Построение обобщающих моделей
3.2.4. Расчет положения анализируемых точек ОШЗ
процессов с целью получения новой количественной информации об энергетических, тепловых, диффузионных и деформационных процессах, позволяющей принимать инженерные решения и проектировать оптимальные технологические процессы [34]. Особенно интенсивно ведутся работы по созданию экспертных систем [65-69], позволяющих использовать неформализованные знания специалистов-экспертов в области сварки.
Следует отметить, что задачи, решаемые с помощью экспертных систем (ЭС) должны иметь эвристическую (не алгоритмическую) природу, т.е. их решение должно сводиться к применению эвристических правил [63,64]. Задачи, которые могут быть гарантированно решены (с соблюдением заданных ограничений) с помощью некоторых формальных процедур, не подходят для применения ЭС. Это обстоятельство объясняет факт использования ЭС для диагностики сварочного оборудования (например, Robot_diagnosis, TIG [65]), расшифровки результатов
радиографического контроля (Weldex [66]), планирования и адаптивного управления сварочными роботами (Weldexell [68]) и т.п.
1.6.2. Компьютерные средства моделирования в САПР сварки
Важным аспектом АП является расширение возможностей методов математического моделирования по сравнению с натурными испытаниями и лабораторным макетированием [48]. При определенной ограниченности математических моделей (ММ) по степени адекватности их натурному объекту они вместе с тем позволяют резко увеличить число экспериментов, проводить многовариантный анализ и статистические испытания, исследовать объект в условиях, недоступных для натурного макетирования [50]. Перспективными и весьма обнадеживающими являются методы