Системы анализа, моделирования и оптимизации технологических процессов сварки

К группе 2 относятся следующие параметры:

Защитный газ. Наиболее часто в качестве защитного газа применяется аргон (Ar). Горящая в аргоне дуга характеризуется широким конусом в основании. Именно широкий конус и накладывает ограничения на толщину проплавляемого (не более 2,5 мм для углеродистых и 3,5 для аустенитных сталей) и угол разделки кромки (не менее 45º). Применение гелия (He) изменяет геометрические и энергетические характеристики дуги, делает ее кинжальной и значительно увеличивает ее температуру. Температура дуги настолько высока, что позволяет сваривать алюминий и алюминиевые сплавы на прямой полярности. Применение смесей позволяет улучить характеристики Ar-дуги, однако обладает рядом особенностей. При покупке готовых смесей со временем смесь расслаивается на составляющие, тяжелый аргон уходит вниз, а легкий газ поднимается наверх. Неплавящийся электрод.

Неплавящийся электрод из чистого вольфрама применяется в основном при сварке алюминия и алюминиевых сплавов. Во всех остальных случаях применяют вольфрамовые электроды с добавками тория, лантана, цезия и других элементов. Параметрами неплавящегося электрода являются его диаметр и угол заточки. Чем меньше диаметр и угол заточки, тем «уже» сварочная дуга, но в тоже время меньше стойкость электрода.

В этом случае он быстрее разрушается. В случае автоматической сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов ко второй группе относятся параметры, связанные со сварочной проволокой: а) диаметр сварочной проволоки (производители оборудования обычно рекомендуют 0,8 мм, так как он оптимален с точки зрения жесткости и производительности); б) угол ввода сварочной проволоки в сварочную ванну;

в) расстояние между вершиной неплавящегося электрода и сварочной проволокой. Выводы. Сварка неплавящимся электродом в среде инертных газов позволяет сваривать широкую палитру материалов, начиная с углеродистых сталей, жаропрочных и жаростойких сталей и, заканчивая, алюминиевыми и титановыми сплавами. Поэтому она нашла широкое применение в авиастроении. Современные производители сварочного оборудования поставляют на рынок РФ в основном инверторные источники сварочного тока, которые, благодаря особенностями работы инвертора, позволяют предложить большой набор вариантов и параметров, для реализации способа сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов. При сварке неплавящимся электродом в среде инертных газов могут появиться практически все классифицированные в ГОСТ 30 242–97 дефекты. Основными причинами появления дефектов являются неправильно подобранные режимы сварки, небрежная подготовка заготовок под сварку. Технология сварки неплавящимся электродом в среде инертных газов предлагает инженеру технологу широкий набор параметров сварки для управления процессом формирования шва и структуры околошовной зоны при выполнении сварки. Программные и аппаратные продукты, позволяющие оптимизировать организацию сварочных работ и технологию сварки изделия. Программные и аппаратные продукты, позволяющие оптимизировать организацию сварочных работ и технологию сварки изделия. Прежде чем выбирать тот или иной продукт для рационализации (оптимизации) технологии сварки необходимо определиться на каком уровне мы собираемся проводить рационализацию (оптимизацию).Первый уровень — это уровень оптимизации непосредственно режимов сварки (сварочных параметров). На этом уровне каждый производитель сварочного оборудования разрабатывает и развивает свои «уникальные» технологии.

Хотя физические принципы лежащие в основе этих технологий одинаковы, но по маркетинговым соображениям и в зависимости от программной начинки, они у разных производителей называются по-разному. Так, например, фирма EWMпродвигает на рынок технологии EWM-forceArc, EWM-coldArc, EWM-activArc. В случае автоматической сварки, это оборудование поставляется с библиотекой готовых сварочных программ. Оператор может найти наиболее ему близкую, взять ее в качестве базовой и модифицировать под свою задачу. Более продвинутое оборудование позволяет путем интерполяции (экстраполяции) имеющихся режимов получить расчетным путем новые базовые программы. В любом случае, существующие на первом уровне режимы получены в основном эмпирическим путем. Расчетные методы используются в минимальном объеме. Второй уровень — это программное и аппаратное обеспечение, которое позволяет проводить виртуальное обучение сварщиков.

Ярким представителем данного уровня является программный продукт фирмы Fronius-VirtualWelding. Благодаря VirtualWeldingпроцесс сварки TIG также можно изучать в виртуальной среде без риска получения травм и расхода материалов. Кроме навыков работы со сварочной горелкой, пользователи могут отрабатывать приемы применения присадочного материала. Система VirtualWelding предоставляет идеальную среду для приобретения первого опыта работы со сварочным оборудованием. Она состоит из терминала с дисплеем и полки, на которую пользователь кладет пластиковую деталь.

Затем, используя реалистичную модель сварочной горелки, пользователь учится выполнять сварной шов, который отображается на дисплее в режиме реального времени. Очки виртуальной реальности с наголовником создают реалистичную картину выполняемых работ. В пакет входит отдельный датчик, который помогает обучать пользователей применять оптимальное количество присадочного материала. В общей сложности доступно десять заданий симуляции и обучения, которые можно выполнять на различных деталях. Начинающие сварщики могут изучать сварочные системы и проходить базовое обучение без риска получения травм. Более того, при этом не требуются дорогостоящие расходные материалы, такие как металл, проволока и газ. Совершенная дидактическая обучающая система включает процедуры обучения и симуляции, а также обеспечивает высокую мотивацию и быстрое прохождение учебной программы.

Результаты сварки записываются. Затем их можно проанализировать и оценить как непосредственно на терминале, так и на отдельном компьютере при наличии подключения к сети. Третий уровень — это программное и аппаратное обеспечение, которое позволяет в режиме реального времени снимать и архивировать действительные значения сварочных параметров, время работы сварщика, время его перерывов и прочую информацию, которая необходимо считывать и сохранять, чтобы организация сварочного производства соответствовала требованиям таких стандартов, как ISO, ASME и/или AWS. Такое программное обеспечение предоставляет фирма Kemppiпод брендом WeldEye. Четвертый уровень — расчетное программное обеспечение для моделирования следующих процессов:

1) протекание электрического тока в металле, выделение тепла;

2) электрические и световые явления в дуге, плазме, электронном и лазерном луче;

3) электромагнитные явления;

4) гидродинамические явления в сварочной ванне;

5) Тепловые процессы в металле, плавление и кристаллизация;

6) Физико-химические превращения в металле шва и околошовной зоны.

7) Сварочные деформации и напряжения от неравномерного нагрева и структурных превращений.

8) Упругость, пластичность и ползучесть металла в условиях сварки и эксплуатации деталей.

9) Развитие процессов разрушения в условиях неоднородности свойств материала и наличия дефектов под действием сварочных процессов и различных видов эксплуатационных нагрузок. К данному уровню можно отнести следующие программные продукты: программный комплекс «Сварка», программный комплекс «Ресурс», программный комплекс «Simufactwelding», программный комплекс «SYSWELD». Более подробно о программных комплексах «Simufactwelding» и «SYSWELD» можно прочитать в приложении 3. Так как данные программные комплексы используют расчетные методы и математические модели, то, несмотря на заявленные возможности получения режимов сварки, на практике их применение ограничивается сравнительным анализом тех или иных способов сварки при изготовлении конструкции, или сравнительным анализом последовательности сварочных операций (сварочных швов).Выводы.На сегодняшний день на рынке представлено большое количество аппаратных и программных средств, которые помогают отделу главного сварщика решать задачи в области оптимизации организации сварочных работ и технологии сварки изделия. При разработке технологии сварки крупногабаритных сложных конструкций из материалов с удовлетворительной свариваемостью для экономии времени и ресурсов желательно применять программное и аппаратное обеспечение на всех четырех уровнях, которые описаны выше.

Заключение

.

В курсовой работе был выбран один способ сварки — сварка неплавящимся электродом в среде инертных газов без присадочной проволоки и с присадочной проволокой. Причина, по который был выбран данный способ, — он получил широкое распространение в авиастроительной промышленности. Данный способ сварки был рассмотрен во всех ракурсах: организация сварочного производства, режимы сварки, дефекты, возникающие при сварке, применяемое оборудование. Также были рассмотрены различные программные продукты и прилагаемое к ним аппаратное обеспечение, которые помогают отделу главного сварщика решать задачи в области оптимизации организации сварочных работ и технологии сварки изделия. Так как процесс сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов был взят в связи с его распространенностью в качестве маркера и подробно описан, то тему курсовой можно считать раскрытой.

Список литературы

Акулов А.И. «Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х томах», Машиностроение, 1978 г. Виноградов В. С. «Оборудование и технология дуговой автоматической и механизированной сварки», Академия, Москва, 1997 г. Винокуров В. А. «Сварочные деформации и напряжения», Машиностроение, Москва, 1968 г. Вознесенская И. М., «Основы теории ручной дуговой сварки», Академкнига, 2005 г. ГОСТ 30 242–97 «Дефекты соединений при сварке металлов плавлением"ГОСТ Р ИСО 857−1-2009 «Сварка и родственные процессы. Словарь"Деев Г. Ф. «Дефекты сварных швов», Наукова думка, 1984 г. Журнал «САПР и графика», № 6 от 06.2015 г. (.

http://www.sapr.ru/)Журнал «САПР и графика», № 8 от 01.2016 г. (.

http://www.sapr.ru/)Лебедев Б.Д. «Расчетные методы в сварке плавлением», ДГТУ, Днепродзержинск, 1998 г. Малышев Б. Д. «Ручная дуговая сварка», Стройиздат, 1989 г. Николаев Г. А., Куркин С. А., Винокуров В. А, «Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций», Высшая школа, Ленинград, 1982 г. Сайты различных организаций (см. по тексту курсовой) Сварка и свариваемые материалы. Т.

1. Свариваемость материалов (1991) Под ред. Э. Л. Макарова. Смирнов В. В., «Оборудование для дуговой сварки», Энергоатомиздат, Ленинград, 1983 г. Юхин Н. А. «Ручная дуговая сварка неплавящимся электродом в защитных газах (TIG/WIG)», СОУЭЛО, Москва, 2007 г.