WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Для таврового соединения проплавным швом сравнение экспериментальных шлифов и расчетных контуров представлено на рис. 10. Толщина верхнего листа 0,6 мм, толщина и ширина нижнего листа соответственно 1 и 10 мм, средняя мощность 1 кВт, длительность импульса 12 мс, скважность 0,7, фокусное расстояние 100 мм, диаметр луча в фокусе 0,25 мм, скорость сварки 4 м/мин, материал деталей АМг2.

а)

б)

Рис. 10. Сравнение результатов эксперимента (а) и моделирования (б) в продольном и поперечном сечениях шва (b – ширина шва, e – глубина проплавления): а) b = 0,89 мм, e = 1,12 мм; б) b = 0,88 мм, e = 1,07 мм

Проверка адекватности модели выполнялась по продольным и поперечным сечениям сварного шва с использованием стандартных статистических методов. Сравнение результатов показало, что различие экспериментальных данных и результатов расчетов не превышает значения 6% для глубины проплавления, 8% для ширины шва.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИМПУЛЬСНОЙ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ

Разработана методика определения параметров режима сварки для получения сварного соединения с заданной геометрией и без дефектов формирования.

Исходными данными при разработке технологии являются: марка сплава деталей, тип соединения, глубина проплавления e и глубина h, на которой обеспечивается перекрытие отдельных импульсов; ограничения по мощности луча, энергии импульса, диаметру луча на поверхности свариваемых деталей.

С помощью программы «PulsedLaserWelding-inverse» определяются форма импульса и скорость сварки, при которых не возникают выплески, пустоты, кратеры, непровары. Расчетные форма импульса и скорость сварки вводятся в программу «PulsedLaserWelding-direct». Выполняется исследование влияния возникновения случайных отклонений смещения луча, мощности луча, скорости сварки, зазора между деталями на форму проплавления. Результатом исследования являются допускаемые значения перечисленных отклонений параметров. На основании рассчитанных режимов подбирается сварочное оборудование.

Разработанная методика использована при создании технологии изготовления узлов антенн на ОАО «АК Туламашзавод», г.Тула. На рис. 11 схематично представлен узел антенны РА-06 (рис. 11, а) и два типа соединений: Т-образное проплавным швом (рис. 11, б) и угловое (рис. 11, в). Для сварки использовался технологический лазерный комплекс КЛТ-01.

а)

б)

в)

Рис. 11. Узел антенны:

а) узел антенны РА-06;

б) Т-образное соединение антенны РА-06;

в) угловое соединение антенны РА-06

Технологическим требованием к данному узлу антенны является сохранение его формы. Появление выплесков, прожогов, кратеров и зазоров в стыке в процессе сварки приводит к нарушению первоначальной формы узла антенны. В процессе эксплуатации это приводит к искажению отражения радиоволн, что недопустимо.

При использовании базового режима, при котором сварку осуществляли лазером с импульсами прямоугольной формы, наблюдались нарушения геометрии деталей, наличие выплесков, прожогов и усадочных раковин (табл. 2). Сварка проводилась на установке КЛТ-01, в которой средняя мощность лазера для непрерывного режима не превышает 1 кВт. Точность позиционирования луча относительно свариваемого стыка 0,05 мм.

Согласно разработанной методике при имеющихся исходных данных с помощью программы «PulsedLaserWelding-inverse» были определены оптимальные форма импульса и скорость сварки.

Было установлено, что при сварке сплава АМг2:

  • формирование шва глубиной 1 мм обеспечивается при длительности импульса 15 мс, максимальной мощности луча лазера 1000 Вт, диаметре луча 0,5 мм, скорости сварки 7 м/мин;
  • выплески не возникают при скорости нарастания мощности менее 28 кВт/с;
  • пустоты не образуются при скорости снижения мощности менее 34 кВт/с и диаметром луча 0,5 мм;
  • минимальных размеров кратера можно достичь подогревом поверхности лучом пороговой мощности 0,5 кВт в паузе между импульсами;
  • для обеспечения перекрытия сварных точек от отдельных импульсов скорость сварки поддерживается на уровне 7 м/мин и частоты импульсов 64 Гц.

Параметры формы импульса, полученные программой «PulsedLaserWelding-inverse» были подставлены в программу «PulsedLaserWelding-direct». С учетом погрешности сборки и точности позиционирования луча были уточнены параметры режима сварки. Установлено, что допустимо отклонение мощности в пределах 1000±180 Вт, скорости сварки 77+8 мм/с, смещения луча 0±0,1 мм, зазора 0+0,15 мм.

Таблица 2. Сравнение результатов базового и расчетного режимов ИЛС

Критерий

Базовый режим

Расчетный режим

Форма импульса

Режимы сварки

P = 1000 Вт, f = 25 Гц

tp.p = 40 мс*, vw = 122 мм/с

db =0,5 мм

P = 1000 Вт, f = 13 Гц

tp.p = 80 мс, vw = 77 мм/с

db =0,5 мм

Наличие дефектов

прожоги

раковины

* tp.p – период следования импульсов

Сравнение расчетных данных с параметрами комплекса КЛТ-01 показало возможность использования данной установки для сварки рассмотренного изделия. По полученному оптимальному режиму проведена сварка экспериментальных образцов. В таблице 2 приведено сравнение результатов при использовании базового и расчетного режимов ИЛС.

Разработанная методика показала свою эффективность по расчету параметров режима сварки для получения качественного соединения, при котором обеспечены требуемые размеры шва и отсутствие дефектов.

Общие выводы и основные результаты работы

  1. Анализ опубликованных данных показал, что трудности разработки технологии ИЛС состоят в определении параметров (мощность, скорость и т.д.), обеспечивающих бездефектное формирование шва.
  2. Исследован процесс ИЛС, выявлены и математически описаны физические причины возникновения дефектов шва, что позволило установить технологические условия исключения дефектов импульсной лазерной сварки:

- выплесков расплава в начале импульса лазера,

- пустот в корне шва,

-отсутствия непроваров - перекрытия сварных точек от отдельных импульсов в стыке между свариваемыми деталями.

3. Разработаны алгоритм и программа «PulsedLaserWelding-inverse» определения оптимальных параметров импульса, основанные на решении обратной задачи моделирования ИЛС с учетом физико-технологических условий обеспечения бездефектного формирования шва. Программа позволяет комплексно определять скорости нарастания и снижения мощности импульса, значения мощности в паузе, длительностей импульса и паузы, а также скорость сварки, обеспечивающюю бездефектное формирование шва по заданному проплавлению и глубине, на которой обеспечивается перекрытие сварочных точек от отдельных импульсов.

4. Разработана ФММ модель процесса ИЛС в виде системы уравнений энергии, равновесия поверхностей сварочной ванны. Модель дополнена описанием закона изменения параметров луча во времени и процесса фиксации предельного пространственного расположения сварочных ванн, возникающих при воздействиях импульсов луча. Разработана программа «PulsedLaserWelding-direct» для численного моделирования процесса ИЛС. Показана адекватность модели реальному процессу ИЛС сопоставлением результатов моделирования и натурных экспериментов.

5. Разработана методика определения параметров режима сварки для получения бездефектных швов, основанная на последовательном использовании компьютерных программ «PulsedLaserWelding-direct» и «PulsedLaserWelding-inverse» с учетом заданных требований к изделию и возможностей имеющегося сварочного оборудования.

6. Разработанное программное обеспечение внедрено на предприятиях ОАО АК «Туламашзавод» и использовано при проектировании технологии сварки узла антенны РА-06.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Левин Ю.Ю., Ерофеев В.А. Расчет параметров импульсной лазерной сварки алюминиевых сплавов малой толщины // Сварочное производство, №4, 2008, с. 20-24.

2. Левин Ю.Ю., Ерофеев В.А., Судник В.А. Физико-технологические условия получения бездефектных соединений при импульсной лазерной сварке / 2-я Международная Интернет-конференция «Компьютерные технологии в соединении материалов» (Тула 2007).

3. Левин Ю.Ю., Ерофеев В.А. Оптимизация процесса при импульсной лазерной сварке тонкостенных изделий из сплавов алюминия / “ХХХ Гагаринские чтения” // Доклады международной научной конференции: Сб.докл., М.: “МАТИ” –РГГУ им. К.Э.Циолковского, 2006, 160 с.

4. Левин Ю.Ю., Ерофеев В.А., Судник В.А. Компьютерная модель формирования шва при импульсной лазерной сварке / 1-я Международная Интернет-конференция «Компьютерные технологии в соединении материалов» (Тула 2005).

5. Левин Ю.Ю. Программное обеспечение ИЛС для оптимизации процесса сварки / Сборник научных трудов студентов и аспирантов технологического факультета (Тула 2005).

6. Левин Ю.Ю. Компьютерное моделирование импульсной лазерной сварки тонколистовых алюминиевых конструкций / “ХХХ Гагаринские чтения” // Доклады международной научной конференции: Сб.докл., М.: “МАТИ” –РГГУ им. К.Э.Циолковского, 2004, 160 с.

7. Левин Ю.Ю. Анализ эффективности использования энергии лазера при сварке / Компьютерные технологии в соединении материалов // 4-я Всероссийская научно-техническая конференция (с международным участием): Сб.тез.докл. – Тула: ТулГУ, 2003. – 156 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ. Копии экранов программы «PulsedLaserWelding-direct»

Рис. П.1. Копия окна препроцессора для ввода исходных данных

Рис. П.2. Копия окна процессора

Рис. П.3. Копия окна постпроцессора: исходные данные

Рис. П.4. Копия окна постпроцессора: результаты расчета

ДЛЯ ЗАМЕТОК

Подписано в печать. Формат бумаги 6084 1/16. Бумага типографская №2

Офсетная печать. Усл. печ. л.. Усл. кр.-отт.. Уч. изд. л..

Тираж экз. Заказ.

Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92.

Редакционно-издательский центр Тульского государственного университета.

300600, г. Тула, ул. Болдина, 151

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»