Моделирование и управление процессом дуговой сварки

• Автор: Бутаков, Георгий Алексеевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Киев
• Количество страниц: 146 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ ДУГОВОЙ СВАРКИ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ .

1.1. Анализ процесса дуговой сварки как объекта управления.

1.2. Математическое моделирование тепломассообменных процессов при дуговой сварке . .

1.3. Алгоритмы и систедавтоматического управления процессом дуговой сварки

1.4. Постановка задачи исследования .

Глава П. РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕМПЕРАТУРНОГО

ПОЛЯ В СВАРИВАЕМОМ ИЗДЕЛИИ.

2.1. Динамические характеристики температурных полей при дуговой сварке.

2.2. Схематизация процесса переноса тепла массой расплавленного металла в сварочной ванне .
2.3. Математическая модель температурного поля
при дуговой сварке .
2.4. Метод идентификации конвективной составляющей теплового потока в свапочной ванне . .
Выводы.
Глава Ш. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕМ
ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ПРИ НАПЛАВКЕ В С.
3.1. Экспериментальное определение квазистационарного температурного поля на поверхности свариваемого изделия
3.2. Способ определения трехмерного температурного поля в изделии
3.3. Идентификация векторной функции V по заданному распределению температур в изделии
3.4. Проверка достоверности математической модели температурного поля в изделии .
3.5. Пакет прикладных программ решения задачи идентификации математической модели температурных полей при дуговой сварке
Выеоды .
Глава ХУ. СТАБИЛИЗАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ИЗДЕЛИИ С
ПОМОЩЬЮ СКОРОСТИ СВАРКИ
4.1. Задача стабилизации температурного поля в свариваемом изделии
4.2. Алгоритм стабилизации температурного поля поверхности изделия с помощью скорости
сварки.
4.3. Стабилизация температур в зоне термического влияния при переменной ширине зазора .
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Наряду с повышением производительности труда, снижением материальных и трудовых затрат, одной из основных задач автоматизации сварочного производства является достижение заданного качества сварного соединения в условиях воздействия конструктивных и технологических возмущений [,,,,,,,,. Получение сварного соединения с заданными свойствами является доминирующим фактором при разработке автоматизированных и автоматических систем регулирования в сварке, т. Автоматическое управление качеством сварки представляет собой достаточно сложную задачу. Главные трудности ее решения состоят в необходимости определения связи между управляющими воздействиями и динамикой образования прочностных свойств соединения, а также в отсутствии методов и средств оперативного контроля этих свойств непосредственно в ходе сварки. Условно процесс формирования прочностных свойств сварного соединения можно представить как взаимодействие тепло-масообменных, химических, деформационных процессов и процессов плавления и кристаллизации основного и электродного (присадочного) металла [,,8, (рис. J-/ -,СйШ1ЄТ. ШШШЖЫ? ШЛР. И1ЧеСКОГО B. В значительно меньшей степени это относится к масообменным процессам диффузии и переноса тепла потоками расплавленного металла в сварочной ванне [,]. Тепло-массообменные процессы при дуговой сварке определяются рядом параметров, формирующихся на этапах, предшествующих непосредственно сварке, а именно материалом и формой изделия, способом подготовки кромок, типом оборудования и т. Кроме того, на температурное поле в свариваемом изделии действует ряд технологических возмущений, связанных с флуктуациями в источнике питания, отклонением положения электрода относительно стыка, изменением давления защитного газа и т. Тепло-массообменные процессы в свариваемом изделии практически полностью определяют два важнейших показателя прочности соединения - геометрию шва и температурное поле в зоне термического влияния. Они же во многом определяют химические, металлургические и деформационные изменения в изделии [,,]. Этим объясняется широкий интерес к разработке моделей температурных полей при сварке. Существенное влияние на прочность сварного соединения оказывает химический состав металла шва и околошовной зоны. Разработка расчетных методик и регрессионных моделей [,,,7] позволяет оптимизировать химический состав покрытий электродов и флюсов для обеспечения нужных значений того или иного показателя технологического процесса, например, оптимизация содержания газошлакообразующих элементов в материале сердечника электрода позволяет значительно снизить величину потерь электродного металла при сварке самозащитной порошковой проволокой [,]. К сожалению в настоящее время отсутствуют методы и средства контроля химического состава металла шва непосредственно в ходе сварки. С точки зрения управления, химические процессы в шве являются ненаблюдаемым объектом, поэтому управление химическим составом металла шва остается разомкнутым, а математические описания химических процессов служат для априорной оптимизации выбранного показателя [,8]. Химический состав металла сварочной ванны тесно связан с процессами плавления и кристаллизации при сварке [,]. Для получения улучшенных прочностных свойств сварного соединения мелкозернистая структура металла шва является предпочтительной [I, 0]. Выявление причин периодичности кристаллизации при дуговой сварке [2,,], а также способов и средств управления структурой металла шва [3] является важной задачей математической теории сварочных процессов. В [] дан анализ способов воздействия на процессы кристаллизации при сварке. Отмечена перспективность применения периодического воздействия на расплавленный металл сварочной ванны с целью понижения градиентов температур. Наиболее широко с этой целью применяется перемешивание металла сварочной ванны с помощью периодического электромагнитного поля [1,2,3]. Как и в случае химического состава кристаллизация металла при сварке - процесс ненаблюдаемый. Параметры управляющего воздействия (частота электромагнитного поля, амплитуда и частота колебаний электрической дуги, колебания изделия и т.