Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья

Коновалов А.В., к.т.н. (МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва, Наша родина)

В текущее время в области свариваемости низколегированных сталей (НЛС) накоплен значимый теоретический и экспериментальный материал, но обеспечение достаточной свариваемости НЛС как и раньше является сложной технологической задачей. Более небезопасным проявлением недостаточной свариваемости НЛС являются прохладные Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья трещинкы (ХТ). Значимые трудности вызывает обеспечение данного комплекса механических и эксплуатационных параметров разных зон сварного соединения.

Скопленный опыт свидетельствует, что значительные резервы обеспечения свариваемости НЛС укрыты в правильном выборе термического режима сварки и сварочных материалов. Но отсутствие научно обоснованной методики такового выбора не позволяет отлично использовать обозначенные резервы и Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья приводит к применению обычных решений – предназначению обогрева, следующего отпуска сварных конструкций, или применению сварочных материалов аустенитного класса, хотя существует принципная возможность заслуги хорошего результата при использовании более дешевеньких сварочных материалов перлитного класса.

Перечисленные недочеты в значимой мере объясняются сложностью и огромным числом взаимосвязанных процессов, протекающих в сталях при сварке Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья, разноплановой зависимостью характеристик свариваемости от характеристик технологии сварки. Совсем разумеется, что только внедрение технических способностей современной компьютерной техники для всеохватывающего анализа технологических вариантов сварки методом моделирования совокупы протекающих в металле процессов, позволит получать рациональные технологические решения при значимом понижении ресурсоемкости самого процесса разработки.

Разработка сварки как объект проектирования

Проектирование технологии сварки заключается Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья в выборе метода сварки, сварочных материалов, определении характеристик режима и критерий сварки, также дополнительных технологических мероприятий, обеспечивающих требуемое качество сварного изделия и нужные технико-экономические производственные характеристики. Техническое задание (ТЗ) обычно клеветает список и спектр допустимых значений характеристик свойства сварного соединения в виде технических требований (ТТ).

Применительно к Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья сварке НЛС обычно регламентируются характеристики сплошности, геометрические свойства и комплекс механических параметров разных зон сварного соединения; технико-экономические характеристики и другие требования, отражающие специфику определенного производства: имеющиеся производственные мощности, санитарно-гигиенические нормы, отраслевые нормы и т.п.

В базе проектирования обычно заложен принцип оптимизации - выбора лучшего по какому Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья-то аспекту варианта из всех допустимых по ТЗ решений. Для компьютерного проектирования нужна формализация объекта в виде адекватной математической модели (ММ), определение функции цели и выбор способа решения задачки оптимизации.

Формирование модели на базе системного анализа

ММ вида Y = M(X) является математическим аналогом объекта. Под оператором М понимается Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья полная система операций, описывающая численные и логические дела меж вектором входных характеристик X и вектором выходных характеристик Y (рис. 1).

Рис.1. Разработка сварки как объект проектирования

Подобные модели решают задачку анализа, т.е. позволяют получать значения характеристик (Y) при данном наборе входных характеристик (X). Правильность анализа определяется степенью адекватности модели исследуемому объекту.

Анализ Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья взаимосвязей процессов, определяющих формирование характеристик свариваемости НЛС (рис. 2) указывает, что эти взаимодействия могут быть описаны ветвящейся структурой с оборотными связями, что приводит к усложнению модели. Для принятия обоснованного решения об упрощениях модели нужен дополнительный анализ существенности выявленных оборотных связей.

Рис. 2. Схема взаимосвязей характеристик свариваемости НЛС с процессами, протекающими Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья в металле при сварке

Оборотное воздействие структурных перевоплощений на протекание термических процессов связано с конфигурацией теплофизических параметров материала при превращениях, также с термическими эффектами этих перевоплощений. Учет этой связи вероятен методом совместного решения температурной и структурной задач.

Если подходы к учету воздействия структурных перевоплощений на НДС отлично известны (через величину Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья фазовой дилатации и характеристики материала), то количественное описание оборотного воздействия не позволяет учитывать его в подабающей мере. По той же причине не учитывается воздействие НДС на диффузию водорода (пунктирные полосы на рис. 2).

В итоге принятых допущений в ММ отсутствуют оборотные связи, и моделирование сводится к поочередному анализу процессов в порядке Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья, определенному структурой связей на рис. 2. Для уменьшения трудозатратности ММ формирование характеристик свариваемости рассматривается не во всем объеме изделия, а только в ОШЗ сварного соединения, более небезопасной исходя из убеждений образования ХТ. На базе разработанной ММ был сотворен инженерный программный комплекс «Свариваемость легированных сталей» [2,4].

Математическая формулировка цели проектирования Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья

Обычно, целью проектирования технологии сварки является достижение лучших технико-экономических характеристик сварочного производства при неотклонимом условии обеспечения требуемого уровня свойства изделия. Так как выполнение комплекса ТТ является обязательным условием пригодности проектного решения, то степень выполнения каждого из критерий работоспособности вида yj < TTjдолжна учитываться при вычислении мотивированной функции. Для Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья устранения заморочек, связанных с различной размерностью и физической сутью характеристик, входящих в условия работоспособности, целенаправлено использовать безразмерные величины, учитывающие разброс выходных характеристик объекта [3]:

где zj - припас работоспособности по j-му выходному параметру;

aj - коэффициент, отражающий значимость выходного параметра;

TTj – нормативное значение выходного параметра; yj - текущее значение выходного параметра; j- величина, характеризующая Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья разброс параметра.

Максимизация малой из оценок zj увеличивает возможность выполнения того из критерий работоспособности, которое характеризуется на этот момент меньшей вероятностью выполнения [3]. Таким макаром, синтез характеристик технологии сварки НЛС сводится к последующей математической формулировке: для объекта, описываемого моделью Y=M(X) найти таковой вектор входных характеристик X*, лежащий в Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья области допустимых решений ХД, чтоб, во-1-х, достигнуть максимума мотивированной функции малого припаса работоспособности и, во-2-х, обеспечить в -окрестности точки Х*, определяемой вероятными возмущениями по входным характеристикам, устойчивое по выходным характеристикам состояние:

F( X*) = max min zj

X  ХД j = [1:m]

F(X* + X ) = min zj > 0

j = [1:m ]

Выбор Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья способа решения задачки синтеза

Принципиальным свойством мотивированных функций является их гладкость, а именно, отсутствие гребней. Сложность поиска экстремума гребневой функции состоит в том, что при переходе через гребень градиент мотивированной функции резко меняет свое направление на практически обратное, в то время как лучшим направлением поиска является касательная к Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья гребню. Это приводит обычно к «заклиниванию» поиска в округах гребня.

Анализ физической сути ТТ, предъявляемых к сварному соединению НЛС, указывает, что они являются противоречивыми: улучшение 1-го показателя, к примеру, увеличение прочности, приводит к ухудшению другого - понижению пластичности. Зависимо от предъявляемых ТТ может быть даже отсутствие применимого проектного решения. Область поиска Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья проектных решений определяется как прямыми ограничениями на входные характеристики, так и многофункциональными (отсутствие ХТ, требуемый комплекс параметров). Как следует, при выборе способа решения нужно ориентироваться на способы условной оптимизации с ограничениями.

Беря во внимание конфликтность выходных характеристик модели, можно прийти к выводу о неизбежности появления гребневой ситуации в процессе Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья поиска, что позволяет рассматривать задачку оптимизации по максиминному аспекту как задачку поиска при наличии ограничений типа равенств. Для решения таких задач имеется действенный способ поиска – способ проекции градиента. При его использовании линия движения поиска проходит повдоль верхушки гребня, чем обеспечивается значительно более резвое продвижение к цели, чем Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья при применении градиентных способов либо способов прямого поиска [3].

Метод решения задачки проектирования

Большей гибкостью владеют интерактивные средства проектирования, дозволяющие использовать опыт спеца при анализе промежных результатов и принятии решений. Метод таковой интерактивной процедуры применительно к синтезу характеристик технологии сварки НЛС в среде защитных газов представлен на рис. 3.

Рис. 3. Метод Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья решения задачки синтеза характеристик технологии дуговой сварки НЛС в среде защитных газов

На шаге проверки правильности начальных данных оценивается и принципная возможность заслуги применимого решения. Так как характеристики свариваемости являются структурно-зависимыми чертами, определяется допустимый спектр структурных состояний НЛС, обеспечивающих выполнение ТТ к комплексу параметров ЗТВ. В случае невозможности выполнения Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья обозначенных ТТ они признаются несовместными и подлежат корректировке.

Для уменьшения трудозатратности синтеза целенаправлено произвести декомпозицию модели по связи шов - ЗТВ и решать задачку поочередно: поначалу отыскать решение для основного металла без варианты состава металла шва (ТТ к основному металлу, обычно, являются более жесткими), а позже избрать сварочную проволоку.

Оптимизация Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья термического режима сварки делается для обеспечения требуемого комплекса параметров ЗТВ. На этом шаге расчета определяются характеристики режима сварки и подготовки кромок соединения, обеспечивающие получение сварного шва данных размеров, также температура обогрева для заслуги требуемого структурного состояния ЗТВ и стойкости к образованию ХТ (рис. 4).

Рис. 4. Построение области свойства при оптимизации термического режима Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья сварки

После выбора термического режима предпринимается попытка подбора стандартной сварочной проволоки из базы данных, обеспечивающей при определенных ранее параметрах режима сварки получение требуемого комплекса параметров металла шва. Выбор признается удачным, если все ТТ к металлу шва (в том числе по стойкости к ХТ) производятся, и при всем этом показатель Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья сопротивляемости ЗТВ не опускается ниже данного уровня. При отсутствии подходящей стандартной проволоки может быть рассчитан ее требуемый хим состав и сформулировано ТЗ на изготовка специальной проволоки.

Завершающим шагом является проверка стойкости отысканного решения при колебаниях входных характеристик в границах их естественного разброса. Решение признается устойчивым, если проверка способом Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья наихудшего варианта не выводит его за границы области свойства; в неприятном случае нужна корректировка решения, или (при узости области свойства) уменьшение разброса характеристик (за счет выбора сварочного оборудования, стабилизации характеристик режима и т.п.).

Перечень литературы

1. Макаров Э.Л. Прохладные трещинкы при сварке легированных сталей.- М.: Машиностроение, 1981.- 247 с.

2. Макаров Э.Л., Коновалов Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья А.В. Система компьютерного анализа свариваемости и технологии сварки конструкционных легированных сталей // Сварочное создание, 1995.- N3.- С. 6-9.

3. Анисимов Б.В., Белов Б.И., Норенков И.П. Машинный расчет частей ЭВМ.- М.: Высшая школа, 1976.- 336 с.

4. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций: Учеб. пособие для вузов /Под ред. С.А.Куркина Проектирование технологии дуговой сварки на основе модели формирования показателей свариваемости низколегированных сталей - статья и В.М.Ховова.- М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана, 2002.- 464 с.


proektirovanie-gidroizolyacii.html
proektirovanie-goryachego-ceha.html
proektirovanie-grazhdanskogo-zdaniya-kursovaya-rabota.html