Введение
Глава 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ РАБОТЫ 17
1.1 Сварка алюминиевых сплавов и коррозионно - стойких сталей 19
1.2 Импульсные источники питания 27
1.2.1 Типы модуляции импульсных источников питания 28
1.2.2 Математическое моделирование источника теплоты 33
1.2.2.1 Энергетические и тепловые процессы в импульсной дуге 33
1.2.2.2 Анодное и катодное падения напряжения 35
1.2.2.3 Столб дуги 37
1.2.2.4 Нагрев и плавление электродной проволоки. . Температура и энтальпия капель 38
1.2.2.5 Эффективный КПД дуги 44
1.3 Моделирование формирования шва 45
1.3.1 Развитие теории тепловых процессов 48
1.3.2 Деформация поверхности ванны 53
1.3.3 Тепловое и силовое распределение дуги 56
Выводы по главе 1 65 Основные задачи работы 67
Глава 2 МОДЕЛИ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОТЫ 70
2.1 Импульсная дуга с плавящимся электродом 70
2.1.1 Исходные параметры для моделирования 70
2.1.2 Схема замещения 70
2.1.3 Подмодель источника питания 72
2.1.3.1 Регулятор базового напряжения 73
2.1.3.2 Динамическая В АХ импульсной дуги 73
2.1.4 Подмодель электрической дуги 77
2.1.4.1 Анодное и катодное падения напряжения, столб дуги 79
2.1.5 Подмодель плавления электрода и отрыва капли 85
2.1.6 Алгоритм и численная реализация модели 90
2.1.7 Калибровка и верификация модели 93
2.1.8 Программное обеспечение 98
2.1.9 Параметрические исследования 103
2.2 Импульсная дуга с плавящимся электродом и
дополнительной низкочастотной модуляцией параметров 107
2.2.1 Сущность процесса 107
2.2.2 Корректировка модели источника и интерфейса пользователя ПО
2.2.3 Верификация модели 111
2.3 Импульсный тандем источник 114
2.3.1 Сущность процесса 114
2.3.2 Корректировка модели и программного обеспечения 118
2.3.3 Верификация модели 118 Выводы по главе 2 120
Глава 3 МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ШВА ПРИ ИМПУЛЬСНОЙ СВАРКЕ ПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ 122
3.1 Концепция построение физико-математических моделей процесса формирования шва в связной постановке 122
3.1.1 Модели теплопереноса 134
3.1.3 Распределение источника теплоты 138
3.2 Свойства материалов 150
3.3 Численные термические модели 158
3.4 Модель формирования поверхностей сварочной ванны 176
3.5 Калибровка и верификация модели формирования шва 181
3.6 Влияние нелинейностей теплофизических свойств
и параметров режима сварки на форму и размеры шва 190
3.7 Влияние технологических особенностей сварки на форму и размеры шва 210
3.8 Оценка точности модели формирования шва 227
3.9 Программное обеспечение 236
Выводы по главе 3 239
Глава 4 УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА СВАРКИ НЕПЛАВЯЩИМСЯ ЭЛЕКТРОДОМ 243
4.1 Конструктивно-технологические мероприятия по повышению производительности дуговой сварки неплавящимся электродом в инертных газах 243
4.1.1 Катод с отогнутой рабочей частью 243
4.1.2 Дуга в магнитном поле 245
4.1.3 Полый составной катод 261
4.1.4 Технология двухдуговой сварки прямошовных труб из стали 12X18Н10Т 271
Выводы по главе 4 287
Глава 5 ПРОЕКТИРОВАНИЕМ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА РАБОТЫ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ ДУГИ 289
5.1 Расчетно-экспериментальные модели оптимального сочетания параметров режима работы источника 290
5.2 Алгоритм и программная реализация 299
5.3 Примеры моделирования сварки тавровых соединений 303 Выводы по главе 5 305
Глава 6 ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ 306
6.1 Импульсная сварка с дополнительной низкочастотной модуляцией параметров 306
6.1.1 Корректировка граничных условий модели теплопереноса 306
6.1.2 Корректировка алгоритма и программного обеспечения 308
6.1.3 Примеры моделирования 308
6.2 Импульсная тандем сварка 312
6.2.1 Корректировка математической модели формирования шва 312
6.2.2 Программное обеспечение и примеры моделирования 315
6.3 Виртуальная импульсная тандем сварка с
дополнительной низкочастотной модуляцией параметров 318
6.3.1 Сущность процесса 318
6.3.2 Импульсный тандем источник с дополнительной модуляцией параметров второй дуги и корректировка граничных условии 318
6.3.3 Примеры моделирования 321
6.4 Обратная задача поиска параметров импульсного источника для обеспечения заданных размеров шва 323
6.4.1 Постановка задачи 323
6.4.2 Выбор регулирующих параметров, алгоритм решения и расчет начальной величины скорости подачи проволоки 329
6.4.3 Разработка модуля корректировки скорости подачи проволоки 334
6.4.4 Программная реализация и примеры расчетов 335
6.5 Автоматизированное проектирование режимов сварки неплавящимся электродом в аргоне 340
6.5.1 Математическая постановка задачи 340
6.5.2 Оптимизация технологии двухдуговой сварки труб по критерию производительности 358
6.6 Экспериментальная установка для определения температуры и энтальпии капель электродных материалов 363
6.6.1 Разработка математической модели нагрева вылета проволоки 364
6.6.2 Численное решение 365
6.6.3 Модель испарения капли 369
6.6.4 Алгоритм и программная реализация 374
6.6.5 Верификация модели и программного обеспечения 379
6.6.6 Параметрические исследования 387
Выводы по главе 6 410
ЗАКЛЮЧЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 413
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 419
