Разработка технологического процесса сварки неповоротных стыков трубопроводов на основе оптимизации параметров режима

• Автор: Масленников, Александр Васильевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Перечень условных обозначений и сокращений

Введение

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи работы

1.1. Технология многопроходной орбитальной сварки

1.2. Трубопроводы АЭС и их материалы

1.3. Оборудование для автоматической орбитальной сварки трубопроводов

1.4. Воспроизводимость качества сварных соединений при многопроходной орбитальной сварке

1.5. Выбор технологии и параметров режима сварки

1.6. Существующие физико-математические модели орбитальной сварки

1.6.1. Модели баланса сосредоточенных сил в ванне
1.6.2. Теплопроводные капиллярно-гидростатические модели
1.7. Ключевые особенности реализации технологии многопроходной орбитальной сварки
Выводы по главе
Цель и задачи работы
Глава 2. Разработка физико-математической модели
многопроходной орбитальной сварки ¥-электродом
2.1. Особенности создания модели
2.2. Физические процессы, пространство моделирования и система координат
2.3. Термодинамическая подмодель сварочной ванны и дуги
2.4. Подмодель формирования поверхностей расплава
2.5. Численная реализация
2.5.1. Общие положения
2.5.2. Решение уравнения энергии
2.5.3. Решение уравнений равновесия давлений
2.6. Свойства материала
2.7. Алгоритм и структура программного обеспечения
2.8. Проверка адекватности модели
2.8.1. Методики оценки адекватности
2.8.2. Условия проведения натурных экспериментов
2.8.3. Оценка адекватности модели
2.8.4. Проверка модели по литературным данным
2.8.4.1. Влияние формы разделки кромок на геометрию шва
2.8.4.2. Влияние пространственного положения на геометрию шва
Выводы по главе

Глава 3. Решение технологических задач на основе
компьютерного моделирования
3.1. Задачи создания технологии сварки
3.2. Определение количества проходов и их раскладка в разделке
3.3. Определение параметров режима сварки
3.3.1. Основные положения
3.3.2. Определение параметров режима сварки первого прохода
3.3.3. Определение параметров режима сварки наплавочных проходов
3.4 Оценка стабильности сварки
3.5. Оценка вероятности получения соединения заданных размеров
3.6. Оценка допусков, обеспечивающих высокую вероятность соответствия размеров шва заданным значениям
Выводы по главе
Глава 4. Использование программы «МиМРавяТЮ V. 1.0» при создании технологии сварки трубного стыка
атомного реактора РБМК-1000
4.1. Исходные данные
4.2. Определение параметров режима сварки
4.3. Оценка стабильности процесса и вероятности получения соединения заданных размеров
4.4. Расчет допусков, обеспечивающих высокую вероятность соответствия размеров шва требуемым значениям
Выводы по главе
Общие выводы и основные результаты работы
Список литературы
Приложения
Перечень условных обозначений и сокращений

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
Переменная Наименование Размер- ность
а - температуропроводность, см2/с
Ъ - ширина полки разделки кромок, мм
с - притупление кромки разделки, мм
с1п - диаметр присадочной проволоки, мм
- диаметр электрода, мм
пр - диаметр притупления электрода, мм
е - ширина шва сверху, мм
е - ширина шва снизу, мм
£ - выпуклость шва сверху, мм
ё - выпуклость шва снизу, мм
н - энтальпия, Дж/см3
Дер - удельная теплота кристаллизации, Дж/'см3
пр - глубина проплавления, мм
/г - высота столба расплава, мм
I - ток дуги, А
1 - длина дуги, мм
П - тепловой радиус пятна нагрева дуги, см
- силовой радиус дуги, см
п - координаты верхней поверхности ванны и шва, см
гг - координаты нижней поверхности ванны и шва, см
1 внеш - радиус трубы внешний мм
Анут - радиус трубы внутренний мм
я - расстояние от оси дуги до рассматриваемой точки см
т - температура, °С
То - температура окружающей среды, °С
твыл - температура выливания сварочной ванны, °С
т 1 СОЛ - температура солидуса, °С
т 1 лик - температура ликвидуса, °С
1 - время,
и - напряжение дуги, В
Уев - скорость сварки, см/с
Уп - скорость подачи присадочной проволоки, см/с
г - координата радиальная шва, см
(р - координата угловая шва, град.
'7 - координата поперечная шва, см
а - коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(см2 °С)
ап - угол подачи присадочной проволоки, град.
р - плотность расплава, г/см3
<7 - поверхностное натяжение, мНУсм
X - коэффициент теплопроводности, Вт/(см °С)
Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи работы

L, cos р ф
Рст = J 2 J— cospcos0i?6?9
(1.6)
О (Г
После двойного интегрирования в [60] получили формулу для интегральной силы поверхностного натяжения:

2asinP

L,sinfl-R pjtL.cosfS

. iesinP-i? 7lR'
2tgfi 2

(1.7)
R 42р
причем радиус цилиндра R, высота проплава к и угол Р связаны соотношениями:
В2 + 41% sin2 р R =
(1.8)
8Le sinP
№ вышеприведенных формул при известных значениях параметров В, Le, G и Рд можно найти величину проплава h.
При формировании шва в положении, отличающемся от нижнего, данные уравнения корректируются введением вместо веса ванны G проекции этого вектора на направление нормали к поверхности G cos а (рис. 1.17).
Рис. 1.17. Положение сварочной ванны в пространстве при сварке неповоротного стыка
Еще одним представителем этого класса моделей является модель капли-ванны на наклонной плоскости. Авторы работы [67] предприняли попытку разработать модель, позволяющую расчетным путем оценить неравномерность формирования шва в неповоротном стыке трубы. В качестве теоретической основы модели они приняли результаты статьи [66], в ко-