автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Разработка методики проектирования технологических процессов дуговой сварки алюминиевых сплавов комбинированными импульсами тока

На правах рукописи

ЕЛЬЦОВ Алексей Владиславович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДУГОВОЙ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ КОМБИНИРОВАННЫМИ ИМПУЛЬСАМИ ТОКА

Специальность 05.03.06 "Технологии и машины сварочного производства"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004

Работа выполнена в «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского на кафедре «Технология сварочного производства»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

ФРОЛОВ В. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор кандидат технических наук, доцент

ямпольский в.м.

РЫБАКОВ А. С.

Ведущая организация: ФГУП Ракетно-космический завод ГКНПЦ им. М. В. Хруничева

Зашита состоится^,:? 2004 г. в /'/^на заседании диссертацион-

ного совета Д.212.110.05 в «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского по адресу 121552, г. Москва, Оршанская ул.,д.З. ¿СЧГ/}

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «МАТИ» - Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского.

Автореферат диссертации разослан

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Палтиевич А.Р.

Актуальность работы. Известно, что наиболее распространенным материалом, применяемым в аэрокосмической отрасли, является алюминий и его сплавы. В среднем алюминиевые сплавы составляют 60 - 70 % от общего веса изделия.

В настоящее время цветная металлургия переживает нелегкие времена Резкое сокращение финансирования машиностроительных отраслей сказалось на производителях алюминия - материала, считавшегося, прежде всего стратегическим. В условиях рынка заводы, выпускавшие цветные металлы и'сплавы, вынуждены перестраиваться под выпуск недорогой, но пользующейся спросом продукции. Это приводит к падению качества выпускаемых материалов, и в результате возникают новые проблемы даже при сварке ранее хорошо известных сплавов. При этом особо следует отметить рост вероятности возникновения дефектов наследственного происхождения: пор, несплошностей и др. При сварке плавлением алюминиевых сплавов такие дефекты часто возникают в высокотемпературной области (ВТО) и являются наиболее опасными и трудно устранимыми.

Известно, что одной из эффективных мер борьбы с дефектами является использование способов сварки с модуляцией вводимой энергии. Эти способы обладают рядом преимуществ, обеспечивая более широкие возможности для регулирования процесса проплавления основного металла и формирования шва. Управляя параметрами импульсного процесса, можно эффективно воздействовать на форму и размеры сварочной ванны, на кристаллизацию металла, на формирование шва, на временные и остаточные деформации и другие показатели процесса сварки. Основой механизма воздействия на эти показатели являются тепловые процессы в зоне сварного шва. При этом наиболее широкие возможности управления процессами в ВТО обеспечивают способы сварки с достаточно низкой (менее 5 Гц) частотой модуляции вводимой энергии. Экспериментальное исследование сложных тепловых процессов в ВТО, протекающих при использовании таких способов сварки, вызывает значительные трудности. В связи с этим одним из перспективных способов исследования становится численное моделирование, позволяющее получать данные, которые невозможно, либо крайне трудно получить экспериментальным путем.

Использование численных методов исследования способствует более глубокому пониманию исследуемых явлений, так как они не только позволяют констатировать тенденцию к увеличению числа дефектов при изменении того или иного параметра режима сварки, но и помогают установить причину их возникновения. Это, в свою очередь, дает возможность целенаправленно изменять параметры технологического процесса, а так же вносить изменения в сварочное оборудование и оснастку.

Среди способов сварки с модуляцией вводимой энергии наиболее распространенна импульсно-дуговая сварка (ИДС). Инверторные источники питания с микропроцессорным управлением, получившие широкое распространение в последнее время, позволяют управлять и^им^; шл -1И всмшмов ИДС в

весьма широком диапазоне, обеспечивая практически любую форму импульса. Однако при этом резко возрастает число параметров режима, что значительно усложняет проектирование технологического процесса сварки экспериментальным путем. В связи с этим особенно актуальной становится проблема оптимизации режимов для ИДС со сложной формой импульса, решение которой невозможно без использования современных расчетных методов и компьютерного моделирования.

Целью работы является повышение качества сварных соединений при дуговой сварке алюминиевых сплавов путем использования комбинированных импульсов тока низкой частоты.

Методы исследования

Для изучения структуры стыковых сварных соединений использовали оптическую и электронную металлографию на микроскопах МИМ-8М, «NEOPHOT».

Одним из основных методов исследования было выбрано физико-математическое моделирование (ФММ) процессов, протекающих при ИДС. При разработке модели процесса использован детерминированно-статистический подход. При этом нелинейное нестационарное трехмерное уравнение теплопроводности используется как базовое. Были исследованы алюминиевые сплавы 1420, АМг6, АК4М4.

Для расчетов и обработки результатов экспериментов использовалось современное программное обеспечение (ПО) для ЭВМ.

Достоверность научных результатов вычислительного эксперимента, в целом подтверждалась сравнением расчетных и экспериментальных форм про-плавления.

Научная новизна

1. Показано, что разработанная модель процесса ИДС с шаговым перемещением электрода позволяет проектировать процессы импульсной сварки с более широкими возможностями управления параметрами термического цикла.

2.. Показано, что предложенная расчетно-экспериментальная методика для определения величины тепла, отводимого в прижимы и подкладку, позволяет количественно учесть величину теплоотвода при сварке, соответствующую различным типам технологической оснастки.

3. Установлено, что использование при расчетах экспериментальных данных о нелинейном характере плавления материала позволяет повысить точность вычислений. Показано, что расчетная скорость охлаждения вблизи фронта кристаллизации в хвостовой части ванны в случае неучета характера плавления материала может оказаться завышенной на ~25%.

4. Исследование процесса ИДС, проведенное с помощью разработанной модели, позволило установить диапазон частот модуляции тока, где при расче-

тах тепловых процессов недопустимо использование непрерывно действующего источника теплоты, эквивалентного пульсирующему. Показано, что зона, лежащая между изотермами Tl-Ts, значительно ограничивает процесс распространения температурных колебаний.

Практическая ценность работы состоит в создании исследовательского программного комплекса «Pulse Former 1.0», позволяющего моделировать сложные нестационарные процессы, возникающие при ИДС с низкой частотой модуляции тока. Разработанный программный комплекс позволяет проектиро-Л вать технологические процессы на этапе, предшествующем разработке соответствующего оборудования.

Расчетные параметры термического цикла сварки могут быть использованы для прогнозирования объема водорода, выделившегося в ВТО в сплавах, склонных к образованию пористости наследственного происхождения.

При помощи разработанного программного комплекса найдены параметры технологического процесса ИДС со сложной формой импульса для сплава 1420, при которых обеспечиваются оптимальные условия дегазации ВТО.

Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты работы доложены: на 3-й Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов» (Тула, 2001 г.); на Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Перспективные пути развития сварки и контроля - Сварка и контроль 2001» (Воронеж 2001); на Всероссийской научно-технической конференции «Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве» (Москва 2003); на заседании кафедры «Технология сварочного производства» «МАТИ»- РГТУ им. К.Э. Циолковского.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов по работе, списка использованной литературы и приложений. Она изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок и 4 таблицы. Список литературы включает 73 наименования.

Публикации. Содержание работы изложено в 5 публикациях.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулированы цель и задачи работы.

В первой главе рассмотрено состояние вопроса. Проведен краткий анализ существующих технологий сварки алюминиевых сплавов.

Рассмотрены наиболее характерные дефекты сварки. При дуговой сварке алюминиевых сплавов в среде инертных газов встречаются различные дефекты: газовая пористость, оксидные плены, вольфрамовые включения, трещины, несплавления, смещение кромок и др., при этом наиболее опасны поры и горячие трещины. Для борьбы с этими дефектами используют как металлургические, так и технологические мероприятия. Выделена группа способов сварки, позволяющая активно управлять вводимой энергией. К ним относятся: импульсно-дуговая сварка, сварка сканирующей дугой, сварка вращающимся электродом,

светолучевая сварка, лазерная сварка, сварка с переменной подачей защитных газов.

При использовании указанных способов обеспечиваются различные частоты модуляции вводимой энергии. Можно условно выделить высокочастотную (ВЧ) и низкочастотную (НЧ) модуляцию. При больших частотах модуляции зона температурных колебаний сосредоточена вокруг источника и не оказывает существенного влгания на формирование шва. Зона температурных колебаний при НЧ модуляции значительно больше, а значит больше возможностей для управления тепловыми процессами в ВТО.

По сравнению с обычной дуговой сваркой эти процессы имеют значительно большее количество параметров, которые необходимо оптимизировать в соответствии с индивидуальными особенностями конкретных сплавов.

Современные инверторные источники питания с микропроцессорным управлением позволяют задавать практически любую форму импульса тока. Это дает наиболее широкие возможности по управлению теплофизическими процессами в ВТО и в тоже время сильно затрудняет процесс поиска оптимального режима сварки.

При оптимизации параметров импульсной сварки наиболее важны процессы, протекающие в ВТО. Однако ввиду ограниченности исследуемой области и скоротечности нестационарных теплофизических процессов в ВТО, экспериментальное исследование этой области затруднено. В связи с этим актуальным становится численное исследование процесса сварки с НЧ модуляцией тока, для которого и необходима разработка компьютерной модели.

Приведен анализ современного состояния моделирования процессов дуговой сварки. Первые математические модели процесса сварки плавлением были разработаны Н. Н. Рыкалиным в начале 50-х. Эти модели базировались на аналитическом решении линейного уравнения теплопроводности, и не* позволяли учитывать ряд особенностей процесса.

Совершенствование вычислительной техники способствовало дальнейшему развитию направления моделирования сварочных процессов. Данной тематике посвящено множество работ в России (работы Б. М. Березовского, В. А. Судника, Э. Л. Макарова, В. А. Кархина, Э. А. Гладкова и др.) и за рубежом (Radaj D., Dilthey U. (Германия), Wu С. L., Dora L. (Великобритания), Kim J. -W., Na S. J. (Япония) и др.)

Большинство рассмотренных моделей в определенной мере позволяют находить поля температур и напряжений при сварке, и, опираясь на эти расчеты, прогнозировать геометрию сварного шва и такие дефекты, как непровары, прожоги, подрезы, горячие и холодные трещины. Однако, в этих моделях используется источник теплоты постоянной мощности, что не позволяет использовать их для моделирования процесса НДС.

Рассмотрены немногочисленные модели импульсной сварки.

В работах В. И. Гуревича заложены основы для тепловых расчетов процесса импульсной сварки, сформулирован ряд важнейших принципов, позво-

ляющих рассчитывать параметры непрерывного источника теплоты, эквивалентного пульсирующему для источников с различной формой импульса. При этом используется аналитическое решение.

Работы А. С. Рыбакова посвящены моделированию импульсной сварки плавящимся электродом. Однако в данном случае моделируются процессы с достаточно высокими частотами модуляции.

Модель ИДС, разработанная под руководством Ю. Н. Сараева, описывает нестационарный нелинейный процесс импульсной сварки. Однако, теплофизи-ческая задача в данном случае решена для сталей в неподвижной системе координат, что позволяет вести расчеты на образцах конечного размера. При расчетах процесса ИДС алюминиевых сплавов использование такого подхода приведет к значительным вычислительным затратам.

Таким образом, на основании анализа существующих работ, направление моделирования импульсной сварки развито недостаточно. Поэтому была разработана модель ИДС, которая позволяет рассчитывать нестационарный процесс с НЧ модуляцией тока, с комбинированной формой импульса, обеспечивая приемлемую производительность вычислений при достаточной точности.

На основании изложенного определены следующие основные задачи работы:

1. Разработать ФММ и программу, моделирующую процесс ИДС ачюми-ниевых сплавов с НЧ модуляцией тока, наиболее полно учитывающую особенности моделируемого процесса, и оценить ее адекватность по результатам экспериментов.

2. Экспериментальным и расчетным путем исследовать теплофизические особенности контакта свариваемых деталей с технологической оснасткой (прижимами и подкладкой).

3. Исследовать энергетические и тепловые характеристики процесса ИДС алюминиевых сплавов: влияние частоты импульсов на распространение температурных колебаний; влияние скрытой теплоты плавления и нелинейного характера кристаллизации металла на параметры термического цикла сварки; влияние скрытой теплоты плавления на распространение температурных колебаний при импульсно-дуговой сварке алюминиевых сплавов.

4. Применить разработанную компьютерную модель для расчета объема водорода, выделяющегося в ВТО при сварке сплавов, склонных к образованию пористости наследственного происхождения.

5. Использовать разработанную компьютерную модель нахождения оптимальных параметров технологического процесса ИДС алюминиевых сплавов со сложной формой импульса, разработать технологические рекомендации для разработки сварочного оборудования, реализующего вышеуказанный процесс.

Вторая глава посвящена разработке модели импульсно-дуговой сварки. При разработке модели использованы следующие основные принципы:

Модель должна максимально адекватно отображать теплофизические процессы, протекающие в ВТО при ИДС. Для достижения этого учтены такие

особенности процесса, как нелинейный характер кристаллизации металла, конвекция металла в сварочной ванне, зависимость теплоемкости и теплопроводности от температуры, особенности источника теплоты.

Модель должна обеспечивать приемлемую производительность вычислений при достаточной точности. Для достижения этого использованы современные численные методы, при построении модели использованы подходы, позволяющие сократить размеры расчетной области.

Особенности численной реализации модели НДС.

Для решения задачи теплопереноса используется нелинейное нестационарное трехмерное уравнение теплопроводности, для решения которого выбран метод конечных разностей, как наиболее производительный.

При численном моделировании процессов в ВТО ЗТВ возникает ряд проблем. Небольшой размер исследуемой области требует малого шага по пространственной сетке. Высокая теплопроводность в сочетании с наличием высоких градиентов температур приводит к необходимости делать малые шаги по времени. По этим причинам вычислительные затраты при моделировании процессов в ВТО при сварке алюминиевых сплавов значительно выше, чем при моделировании сварки сталей. Кроме того, температурные колебания, имеющие место ИДС с НЧ модуляцией становятся дополнительным фактором, требующим увеличения размера расчетной области. В связи с этим необходимо сокращение размеров расчетной области. Для этого используется подвижная система координат, моделируется одна симметричная половина зоны сварки.

Величина средней мощности непрерывного источника, эквивалентного импульсному для удаленных точек находится из выражения:

где среднее значение тепловой мощности за импульс;

у - скважность, отношение периода следования к продолжительности импульса.

Полученное из этого выражения значение эффективной мощности используется в аналитическом решении при нахождении температуры на границах расчетной области.

Преимуществом численных методов решения является возможность задания с помощью кусочно-непрерывных функций различных параметров нестационарного процесса ИДС. В разработанной модели функциями от времени заданы: тепловая мощность импульсного источника, вводимая за период q(t), Дж; диаметр активного пятна нагрева da см; скорость перемещения источника У,^), см/с.

Моделирование источника теплоты. Из-за сложности процессов, протекающих в зоне горения дуги и сварочной ванне, задача построения адекватной модели источника теплоты до сих пор остается актуальной.

Экспериментальные данные указывают на сложный характер распределения энергии в пятне нагрева. Выделяют две зоны: электрически активное пятно (ЭАП) и зону нагрева потоком разогретого дугой газа. Отмечается также, что

при движении электрода активное пятно, обладая своеобразной инерцией, в начале движения некоторое время удерживается на месте, отставая от оси движущегося электрода. Кроме того, в случае НДС отмечают изменение радиуса ЭАП в течение импульса. Это явление приводит к большей концентрации энергии и оказывает значительное влияние на формирование сварного соединения, поэтому его так же необходимо учитывать.

Наибольшие затруднения при моделировании вызывает учет конвекции жидкости в сварочной ванне. Немногочисленные экспериментальные данные указывают на'сложный характер перемешивания металла, отмечается наличие ламинарного слоя на границе сварочной ванны. Для учета конвекции при моделировании обычно используют искусственные приемы, такие, как коэффициент эффективной теплопроводности или внутренний распределенный,,.источник, однако эти подходы не всегда дают положительный результат.

В качестве источника теплоты в данной работе предлагается использовать сочетание классического поверхностного нормально-кругового источника с объемно распределенным полуэллиптическим (рис 1). Параметры полуэллипсоида меняются в процессе расчета, его форма связана с формой сварочной ванны (так что полуэллиптическим такой источник назван условно). Такое ограничение обусловлено физической природой моделируемого явления: речь идет об учете заглубления дуги и конвекции металла в ванне, а эти явления имеют место только в жидкой фазе.

Рис. 1 Изменение распределения предлагаемого эквивалентного источника в зависимости от скорости сварки: а) в обоих случаях

1„ = 200 А, и« =12 В, Б=4,7 мм

Для имитации пограничного ламинарного слоя, конвективная состав-ляюгцая теплопроводности в котором равна нулю, объемный источник ограничен изотермой что соответствует экспериментальным данным. Заглубление источника можно моделировать, изменяя долю эффективной теплоты, вводимой в объемно распределенную часть источника.

Параметры такого источника определяются экспериментально. Признаком удачной калибровки является совпадение изотерм на шлифе с расчетными. Откалиброванный в стационарных условиях, такой источник может быть использован для моделирования нестационарных процессов. Следует отметить, что такой подход позволяет одновременно учесть несколько явлений: заглубле-

ние источника, отклонение ЭАП от зоны нагрева потоком разогретого дугой газа, и конвекцию металла сварочной ванны, причем все эти составляющие будут зависеть от интенсивности вводимого тепла и от скорости сварки, что вполне соответствует физической природе явлений, происходящих в зоне сварки.

Для учета изменения радиуса ЭАП в процессе импульса при ИДС предложено использовать экспериментальные данные, полученные при исследовании отпечатков ЭАП на быстро вращающемся алюминиевом диске (Рис. 2).

Теплофизические свойства.

Одним из 'важных преимуществ численных методов являет-

0

Рис

2. Изменение диаметра активного пятна (сЦ) во времени при импульсе тока (I) с крутым фронтом (5 кА/с)

ся возможность нелинейного задания теплофизических свойств материалов. Теплоемкость и теплопроводность сплавов могут быть заданы зависимостями или

кусочно-непрерывными функциями, полученными из эксперимента.

При учете теплоты плавления при численном моделировании обычно используют допущение о линейном характере плавления и кристаллизации металла. Однако экспериментальные данные, полученные при ДТА, показывают, что плавление и кристаллизация сплавов происходит неравномерно. Использование допущения о линейном характере плавления и кристаллизации сплавов может приводить к погрешностям при расчетах параметров термического цикла.

В данной работе для учета неравномерного характера кристаллизации металла предложено использовать данные, полученные при ДТА. В этом случае теплоемкость определяется из выражения: если Т < Т5, то сг = сДТ)

с? = • если Т5 <Т <Ти, то с7 = с,(Т)+т7 .Л„(Т) (2) если Т > , то сг = сг(Т)

где -доля твердой фазы, полученная при ДТА, функция от темпе-

ратуры;

где Су (Т)- объемная теплоемкость, кусочно-непрерывная функция от температуры, Дж/(см3-град);

Шу

объемная теплота плавления, Дж/(см -град);

Тб, Ть - температуры солидуса и ликвидуса, К; Т - текущая температура узла разностной сетки, К.

Учет теплоотвода в технологическую оснастку (прижимы и формирующую подкладку)

Известно, что сток теплоты в подкладку и прижимы оказывает влияние на форму сварочной ланны. В случае алюминия, обладающего высокой теплопроводностью, роль теплоотвода возрастает.

Расчеты, проведенные без учета теплоотвода в технологическую оснастку, дают неудовлетворительный результат: полученная форма проплавления соответствует сварке «на весу». Следовательно, этот фактор оказывает существенное влияние на форму и размер сварочной ванны, и его необходимо учитывать.

Условия теплообмена свариваемых деталей с технологической оснасткой можно приближенно описать уравнением Ньютона:

где Т5 - температура,среды, К;

-Температура, граничного слоя, К;

- коэффицйент теплопроводности, Вт/см- град; - тепловая проводимость, Вт/см2-град.

Меняя а» в соответствующих контакту с технологической оснасткой зонах расчетной области можно регулировать сток теплоты, получая широкий спектр граничных условий, при этом нулевое значение будет соответствовать отсутствию теплообмена (адиабатическая граница), большие значения позволят учесть максимальный теплоотвод (изотермическая граница).

Третья глава посвящена исследованию особенностей процесса ИДС.

Методика количественной оценки величины теллоотвода в подкладку и прижнмы.

'Как отмечено выше, роль теплоотвода в технологическую оснастку при сварке изделий из алюминиевых сплавов велика. Теплоотвод необходимо учитывать при расчетах. Однако величина и расположение стоков теплоты будет зависеть от конкретного- типа технологической оснастки, при этом на величину теплоотвода будут влиять дополнительные факторы: шероховатость поверхности, давление прижимов, и пр. Для учета влияния этих факторов предложена расчетно-экспериментальиая методика, суть которой состоит в последовательной изоляции при сварке возможных стоков теплоты (рис. 3).

Все испытания проводились с одинаковыми параметрами режимов: 1св=200—220 А, иен—! 1—13 В, Ус„=18 м/ч. Расход аргона составлял 10-12 л/м.

В первом эксперименте (рис. 3 а) сварка производилась в обычных условиях; во втором эксперименте (рис. 3 б) была обеспечена полная теплоизоляция; в третьем эксперименте (рис. 3 в) были изолированы области зажимов; в четвертом эксперименте была изолирована подкладка (рис. 3 г).

слюда /

Рис. 3 Схема эксперимента по оценке влияния теплоотдачи в подкладку и прижимы, а) обычная схема сборки деталей под сварку, без изоляции; б) при помощи асбеста и слюды изолированы контакты зажим-деталь и деталь-основание; в) полностью изолированы все контакты с прижимами и подкладкой; г) изолирована область подкладки

Полученные в результате экспериментов данные о форме проплавления используются в качестве исходных данных для решения обратной задачи теплопроводности с применением компьютерной модели. При этом варьируются значения коэффициента из выражения (3) в зонах расчетной области, соответствующих местам контакта прижимов и подкладки со свариваемыми деталями. Коэффициенты считаются найденными, если расчетная форма проплав-ления соответствует экспериментальной.

В результате проведенных экспериментов найдены значения а« которые составили 4,7 Вт/см*град для области подкладки и 0,8 Вт/см2-град для области прижимов. Таким образом, установлено, что максимальные потери тепла приходятся на рбласть прижимов.

Исследование влияния характера плавления материала на параметры термического цикла сварки.

Интенсивность плавления и кристаллизации сплавов носит сложный характер, о чем свидетельствуют данные, полученные при ДТА. Однако при моделировании процессов сварки либо вовсе пренебрегают наличием скрытой теплоты плавления, либо упрощают расчетную схему, считая процессы плавления и кристаллизации равномерными. При этом возникают погрешности расчетов параметров термического цикла сварки, для оценки которых проведено следующее исследование.

На (рис. 4) представлены расчетные термические циклы для трех случаев: в первом (рис. 4 а) - теплота плавления не учитывается, во втором случае (рис. 4 б) плавление и кристаллизация носит равномерный характер, и в третьем случае (рис. 4 в) интенсивность кристаллизации определяется экспериментальной зависимостью, полученной при ДТА для гранулированного алюминиевого сплава АК4М4 (ГОСТ 1639-78).

а) '' б) " в)

Рис. 4 Влияние темпа плавления на термический цикл: а) без учета теплоты плавления; б) темп плавления задан линейно в) темп плавления задан кусочно-непрерывной функцией

Приведенные зависимости показывают, что пренебрежение теплотой плавления, имеющее место при аналитическом решении, приводит к значительному сокращению времени существования сварочной ванны, дает чрезмерное завышенные скорости охлаждения. На термическом цикле отсутствует «уступ», соответствующий участку кристаллизации. При использовании упрощенной расчетной схемы с равномерной кристаллизацией наблюдается значительное (~25 %) завышение величины скорости охлаждения в хвостовой части сварочной ванны, в близи фронта кристаллизации.

Таким образом, для построения наиболее адекватной модели предпочтительно использование экспериментальных данных о характере плавления материала.

Исследование влияния скрытой .теплоты плавления на распространение температурных колебаний при импульсно дуговой сварке алюминиевых сплавов. Температурные колебания являются основной отличительной чертой процесса ИДС. Однако расчет нестационарного импульсного процесса значительно усложняет расчетную схему. При моделировании процессов с достаточно высокой частотой модуляции успешно применяют упрощенную расчетную схему, заменяя пульсирующий источник теплоты непрерывно действующим источником эквивалентной мощности. Целью данного исследования является оценка диапазона частот» в котором такое допущение правомерно.

Проведена серия вычислительных экспериментов, в ходе которых частота пульсации источника составляла 50, 25,12,5 и 5 Гц (рис. 5). Расчеты велись при постоянном среднем значении тока I

Рис." 5. Расчетные термические циклы (а) и зависимости сГГ/Л (б), при частоте импульсов 50 и 12,5 Гц. Режим сварки 1,^=210 А, ис,=12 В, У«=18 м/ч, 5=5 мм

Сравнение зависимостей ШТ/Ш: от 1, позволяет более четко определить интервал частот, в котором происходит качественное изменение характера колебаний. Этот диапазон в данном случае находится между 25 и 12,5 Гц. Таким образом, использование в расчетных схемах непрерывного источника, эквивалентного пульсирующему при частотах модуляции менее 12,5 Гц приведет к значительным погрешностям при расчетах.

Из приведенных термических циклов видно, что граница сварочной ванны с о лидус-ликвидус ограничивает распространение температурных колеба-

ний даже при низких частотах модуляции. Термический цикл за пределами ВТО практически одинаков для пульсирующего и непрерывного источника при частотах модуляции порядка ~2 Гц. Это делает правомерным применение в расчетах процесса ИДС эквивалентного непрерывного источника в случаях, когда интерес исследования лежит за границами ВТО.

Адекватность модели. В случае стационарных режимов (рис. 6) проводили сопоставление формы проплавления, а в случае импульсного режима сравнивали расчетную и экспериментальную форму чешуек на поверхности сварного шва (рис. 7). Приведенные данные указывают на хорошее соответствие расчетных и экспериментальных данных.

Рис. 6. Сопоставление расчетной формы и экспериментальной формы проплавления: а) АМгб, Б = 4 мм, 1^=220 А, и«=12 В, Усв=12 м/ч; б) АМгб, Б = 6 мм, 1С.=260 А, ис>=12 В, У„=37 и/ч

Рис. 7. Сопоставление расчетной (а) и экспериментальной (б) формы чешуек.

Расчетный термический цикл (в). АМгб, Б = 6 мм, I» = 310 А, 1„ - 0,5 с, 1„ - 0,18 с.

У„=10м/ч

В четвертой главе приведены практического применения разработанной модели.

Прогнозирование газовыделения в сплавах, склонных к образованию наследственной пористости. Известна методика, при которой для расчета объема выделившегося водорода используются данные о времени пребывания участка ВТО выше характерных температур. Расчет ведется по зависимости (4), полученной экспериментальным путем в изотермических условиях для грану-

лировашюго алюминиевого сплава АК4М4. Разработанная модель позволяет рассчитывать газовыделеиие в каждом элементе поперечного сечения ВТО в зависимости от времени пребывания выше определенной температуры

.Т— время пребывания выше температуры 550 °С, с;

&VHL — максимальный объем несплошностей, выделяющихся в об-разие при изотермической выдержке см3/100 г.

Величина, характеризующая объем выделившегося водорода, полученная с применением указанной кинетической зависимости, имеет размерность [см3/100 г].

Этот способ дает возможность установить характер зависимости, объема водорода, выделившегося в ВТО, от параметров режима, что позволяет с определенной степенью точности судить о реальной пористости. < •

Результаты расчета максимального объема несплошностей в ВТО для гранулированного алюминиевого сплава АК4М4 представлены в виде номограммы (рис.8). Для получения этой зависимости газовыделения от параметров режима проведена серия вычислительных экспериментов, при этом варьировались скорость сварки и ток. Изоуровни пористости ограничены областью режимов,. допустимых с точки зрения формы про-плавления. Номограммы могут быть использованы при оптимизации режима сварки, например для нахождения минимальной скорости сварки при допустимом уровне пористости. Исходное газосодержание в образцах может колебаться оп партии к партии, однако для построения подобной номоираммы достаточно исследовать один образец из партии, чтобы установить исходное газосодержание.

Управление дегазацией сварочной ванны с помощью комбинации импульсов различной интенсивности. Рассмотренная в предыдущем разделе методика расчета газовыделения пригодна для прогнозирования пористости лишь для очень узкой группы сплавов. Дело в том, что в случае рассмотренного гранулированного сплава значительная часть выделившегося газа застревает непосредственно в каркасе. При этом активизация перемешивания металла не приводит к более полной дегазации Для управления процессом газовыделения с помощью энергетических парамет-

ров сварки в данном случае возможен единственный подход - увеличение жесткости режима, обеспечивающее минимальную ширину ВТО ЗТВ и минимальное время ее нахождения в температурном интервале ^ - Т

Однако, проблема наследственной пористости не менее остро стоит и в сплавах других групп, например относящихся к системе А1-1Л, таких как 1420 (ГОСТ 478497). Наиболее радикальным методом борьбы с несплошностями в сплавах этой гр> н-ПЫ ЯВЛЯетС)увду^цщй,®ЖИГ. надежный, но дорогой прием. Дегазация ВТО носит у сплавов этой группы: газ выходит по узким каналам

К границеуЙййэ^бйЯ, не застревая в каркасе. Поэтому активизация перемешивания в ^ 5* г**

данном случае Приводит к более полной дегазации. Вероятно, этим объясняется отмечаемое в ряде работ снижение пористости при импульсных режимах.

В данной работе предлагается при помощи разработанной модели и программного обеспечения спроектировать режим импульсной сварки с учетом особенности процесса дегазации в сплавах этой группы. Предложена следующая постановка задачи.

Разрабатываемый режим состоит из комбинации двух импульсов. Первый импульс обеспечивает удовлетворительною форму проплавления, достаточное время выдержки ВТО для проведения дегазации. Второй импульс должен сообщить не всплывшим пузырькам достаточно сильный тепловой и гидравлический удар, который заставит их всплыть. При этом энергии второго импульса должно быть ровно столько, что бы его изотерма Ts достигла изотермы Те от первого Импульса, но не превысила ее. Это условие направлено на предотвращение дальнейшего выхода газа из областей, которые не были нагреты до Те при первом импульсе. Были проведены расчеты, в ходе которых был найден режим, удовлетворяющий этим условиям (рис. 9). Соответствующие расчетные параметры процесса сварки для предложенного режима приведены на рис.Ю.Использование схемы с шаговым перемещением электрода, при которой сварочная горелка неподвижна в момент импульса, позволило получить наиболее близкий к искомому результат.

На основании проведенных исследований были разработаны технологические рекомендации к сварочному оборудованию, разработанный режим может быть внесен в память управляющего микропроцессора для инверторного источника питания с ЧПУ. Рекомендовано оснащать источники питания блоком, формирующим управляющий сигнал для привода горелки сварочного автомата, синхронизированный с импульсами тока.

у

о

VI *

\ \

- ■

0 11« 111 1.С

Рис. 9. Вычисленные при помощи моделирования параметры режима сварки:1«=0,8 с, 1„=0,2с, 1(,=40+350 А,ис.=П+13В,У„=!8м/ч

- и с

Рис. 10 Расчетные параметры процесса импульсной сварки: термические циклы разработанного режима на различном расстоянии от оси шва, внешний вид шва и форма проплавления.

Основные выводы и результаты работы

1. Известной проблемой при дуговой сварке алюминиевых сплавов являются дефекты - поры и трещины. Одной из технологических мер по снижению числа дефектов является использование импульсной сварки. Использование комбинированных импульсов тока низкой частоты расширяет возможности по воздействию на дефектность сварных соединений, и в то же время затрудняет оптимизацию процесса сварки благодаря большому количеству параметров. Для решения этой проблемы предложено использовать математическое моделирование.

2. Разработана физико-математическая модель импульсно-дуговой сварки, позволяющая моделировать нестационарные тепловые процессы, учитывающая ряд особенностей процесса НДС алюминиевых сплавов. Предложена модель источника теплоты, представляющая собой сочетание поверхностного нормальнок-ругового источника с внутренним полуэллиптическим.

3. Предложена расчетная схема, позволяющая моделировать ИДС с шаговым перемещением электрода. Показано, что использование данного процесса дает более широкие возможности по управлению тепловыми процессами в ВТО.

4. Проведены мероприятия, направленные на повышение адекватности мо-

дели. Изменение радиуса активного пятна нагрева, имеющее место при ИДС, оказывает значительное влияние на формирование шва, его необходимо учитывать при расчетах. Для моделирования этого явления предложено использовать экспериментальные данные. Установлено, что учет неравномерного характера плавления и кристаллизации металла позволяет снизить погрешность при расчете скорости охлаждения в хвостовой части сварочной ванны на 25 %. Предложена и опробована расчетно-экспериментальная методика, позволяющая учитывать при расчетах стоки тепла в прижимы и формирующую подкладку.

5. С помощью разработанной компьютерной модели проведено численное исследование влияния частоты колебаний на параметры термического цикла сварки. Установлен диапазон частот, в которых неправомерно использование при расчетах непрерывного источника, эквивалентного импульсному.

6. Показана возможность использования модели для расчета газовыделения в ВТО для сплавов, склонных к образованию наследственной пористости. Получены номограммы, описывающие характер газовыделения в зависимости от режима сварки, которые могут быть использованы для оптимизации режима сварки.

7. Разработанная модель использована для проектирования процесса дуговой сварки с комбинированной формой импульса, направленного на снижение пористости наследственного происхождения в сплаве 1420 и других сплавов, склонных к образованию наследственной пористости. Оптимальные параметры режима удалось получить при использовании схемы с шаговым перемещением электрода. Разработаны технологические рекомендации для разработки сварочного оборудования, реализующего предложенный процесс.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Ельцов А. В. Никитина Е. В. Моделирование АрДЭС гранулированного материа-ла.//ХХУН Гагаринские чтения: тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. Москва 2-7 апр 2001 г.М.:Латмес, 2001 г, С. 138-139.

2. Фролов В. А., Никитина Е. В., Ельцов А. В. Моделирование процесса образования пор в высокотемпературной области при аргонодуговой сварке // Компьютерные технологии в соединении материалов: Сб. научи, трудов 3-й Всерос. науч.-техн. конф. Тула: ТулГу, 2001. С.63-69.

3. Ельцов А. В., Фролов В. А., Никитина Е. В. Использование новых методов при моделировании процессов в зоне сварки. // Перспективные пути развития сварки и контроля -«Сварка и контроль 2001»//Всеросс. с междунар. участием науч. техн. конф.:Сб. докл. Воронеж.: ВГАСУ 2001. С 60-64.

4. Фролов В. А., Никитина Е. В., Ельцов А. В. Прогнозирование физико-химических процессов при дуговой сварке алюминиевых сплавов // Сварочное производство. 2002. № 7 С 20-25

5. Ельцов А.В. Особенности математического моделирования АрДЭС алюминиевых сплавов. //'МАТЫ - Сварка XXI века" "Технология, оборудование и подготовка кадров в сварочном производстве" //Всеросс. науч.-техн. конф.: Сб. докл., М.: "МАТИ"-РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2003, С. 243-245.

Формат 60 х 84 Усл. печ. л. 1. Уч. изд. л. 0.7. Печать на ризографе. Тираж 100 экз. Заказ № 52 Типография Издательского центра МАТИ 109240. Москва, Берниковская наб.. 14.

Í-730 î

Перечень условных обозначений и сокращений.

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи работы.

1-1 Анализ существующих технологий сварки алюминия и его сплавов

2 Особенности возникновения дефектов при сварке алюминия и его сплавов

1.21 Кристаллизационные (горячие) трещины при сварке.

1.£Z Оксидная пленка. 23 Газовая пористость.

1.2 ¿/Вольфрамовые включения.

3 Анализ существующих математических моделей дуговой сварки.

У. 3 4 Модели, прогнозирующие внешние дефекты, связанные с формой шва (непровары, прожоги, подрезы и пр.).

-3 2 Модели, позволяющие прогнозировать склонность к образованию холодных и горячих трещин.

4.3 3 Модели формирования микроструктуры.

3 4 Модели импульсной сварки.

1. Ц Цель и задачи работы.

Выводы по главе 1.

Глава 2 . Разработка модели импульсно-дуговой сварки. 1 Особенности математического моделирования процессов сварки алюминиевых сплавов.

2.2. Выбор численного метода.

2.3 Теплофизические свойства.

2 I/ Особенности моделирования источника теплоты при дуговой сварке алюминиевых сплавов.

Существующие модели источников.

2. Разработка эквивалентного источника теплоты с учетом особенностей импульсно-дуговой сварки.

2 5 Учет теплоотвода в технологическую оснастку (прижимы и формирующую подкладку).

2.6 Особенности моделирования процесса импульсной сварки с низкочастотной модуляцией.

2. 7 Разработка программного обеспечения.

Выводы по главе 2.

Глава 3 . Исследование особенностей процесса импульсно-дуговой сварки.

3, ¿[ Методика проведения экспериментальной работы.

3. 2 Методика количественной оценки величины теплоотвода в подкладку и прижимы

3.3 Проверка адекватности модели на стационарных режимах.

3. // Влияние темпа плавления на параметры термического цикла сварки

3.5* Проверка адекватности модели импульсно-дуговой сварки.

3.6 Оценка влияния скрытой теплоты плавления на распространение температурных колебаний при импульсно дуговой сварке алюминиевых сплавов.

Выводы по главе 3.

Глава 4 . Оптимизация и проектирование технологических процессов дуговой сварки алюминиевых сплавов комбинированными импульсами тока.

Расчет объема выделившегося газа. tf ,2 Управление дегазацией сварочной ванны с помощью комбинации импульсов различной интенсивности.

Выводы по главе 4.

Известно, что наиболее распространенным материалом, применяемым в аэрокосмической отрасли, является алюминий и его сплавы. В среднем алюминиевые сплавы составляют 60 - 70 % от общего веса изделия.

В настоящее время цветная металлургия переживает нелегкие времена. Резкое сокращение финансирования машиностроительных отраслей сказалось на производителях алюминия — материала, считавшегося, прежде всего стратегическим. В условиях рынка заводы, выпускавшие цветные металлы и сплавы, вынуждены перестраиваться под выпуск недорогой, но пользующейся спросом продукции. Это приводит к падению качества выпускаемых материалов, и в результате возникают новые проблемы даже при сварке ранее хорошо известных сплавов. При этом особо следует отметить рост вероятности возникновения дефектов наследственного происхождения: пор, несплошностей и др. При сварке плавлением алюминиевых сплавов такие дефекты часто возникают в высокотемпературной области (ВТО) и являются наиболее опасными и трудно устранимыми.

Известно, что одной из эффективных мер борьбы с дефектами является использование способов сварки с модуляцией вводимой энергии. Эти способы обладают рядом преимуществ, обеспечивая более широкие возможности для регулирования процесса проплавления основного металла и формирования шва. Управляя параметрами импульсного процесса, можно эффективно воздействовать на форму и размеры сварочной ванны, на кристаллизацию металла, на формирование шва, на временные и остаточные деформации и другие показатели процесса сварки. Основой механизма воздействия на эти показатели являются тепловые процессы в зоне сварного шва. При этом наиболее широкие возможности управления процессами в ВТО обеспечивают способы сварки с достаточно низкой (менее 5 Гц) частотой модуляции вводимой энергии. Экспериментальное исследование сложных тепловых процессов в ВТО, протекающих при использовании таких способов сварки, вызывает значительные трудности. В связи с этим одним из перспективных способов исследования становится численное моделирование, позволяющее получать данные, которые невозможно, либо крайне трудно получить экспериментальным путем.

Использование численных методов исследования способствует более глубокому пониманию исследуемых явлений, так как они не только позволяют констатировать тенденцию к увеличению числа дефектов при изменении того или иного параметра режима сварки, но и помогают установить причину их возникновения. Это, в свою очередь, дает возможность целенаправленно изменять параметры технологического процесса, а так же вносить изменения в сварочное оборудование и оснастку.

Среди способов сварки с модуляцией вводимой энергии наиболее распространенна импульсно-дуговая сварка (ИДС). Инверторные источники питания с микропроцессорным управлением, получившие широкое распространение в последнее время, позволяют управлять параметрами режимов ИДС в весьма широком диапазоне, обеспечивая практически любую форму импульса. Однако при этом резко возрастает число параметров режима, что значительно усложняет проектирование технологического процесса сварки экспериментальным путем. В связи с этим особенно актуальной становится проблема оптимизации режимов для ИДС со сложной формой импульса, решение которой невозможно без использования« современных расчетных методов и компьютерного моделирования.

Методы исследования. Для изучения структуры стыковых сварных соединений использовали оптическую и электронную металлографию на микроскопах МИМ-8М, «ИЕОРНОТ».

Одним из основных методов исследования было выбрано физико-математическое моделирование (ФММ) процессов, протекающих при ИДС. При разработке модели процесса использован детерминированно-статистический подход. При этом нелинейное нестационарное трехмерное уравнение теплопроводности используется как базовое. Были исследованы алюминиевые сплавы 1420, АМгб, АК4М4.

Для расчетов и обработки результатов экспериментов использовалось современное программное обеспечение (ПО) для ЭВМ.

Достоверность научных результатов вычислительного эксперимента, в целом подтверждалась сравнением расчетных и экспериментальных форм проплавления.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Показано, что разработанная модель процесса ИДС с шаговым перемещением электрода позволяет проектировать процессы импульсной сварки с более широкими возможностями управления параметрами термического цикла.

2. Показано, что предложенная расчетно-экспериментальная методика для определения величины тепла, отводимого в прижимы и подкладку, позволяет количественно учесть величину теплоотвода при сварке, соответствующую различным типам технологической оснастки.

3. Установлено, что использование при расчетах экспериментальных данных о нелинейном характере плавления материала позволяет повысить точность вычислений. Показано, что расчетная скорость охлаждения вблизи фронта кристаллизации в хвостовой части ванны в случае неучета характера плавления материала может оказаться завышенной на ~25%.

4. Исследование процесса ИДС, проведенное с помощью разработанной модели, позволило установить диапазон частот модуляции тока, где при расчетах тепловых процессов недопустимо использование непрерывно действующего источника теплоты, эквивалентного пульсирующему. Показано, что зона, лежащая между изотермами Ть-Тз, значительно ограничивает процесс распространения температурных колебаний.

Разработанная в работе методика проектирования технологических процессов дуговой сварки алюминия и его сплавов комбинированными импульсами тока в совокупности представляет собой основополагающий вклад в развитие и практическое использование импульсной дуги для сварки современных алюминиевых сплавов на этапе конструкторско-технологического проектирования инверторного оборудования и технологической подготовки производства, с оценкой и прогнозированием внешних и внутренних дефектов, их основных причин, и определения путей их снижения в условиях производства сварных конструкций.

Автор глубоко благодарен и признателен за полученные советы и замечания специалистам «МАТИ»-РГТУ им. К. Э. Циолковского: Сидякину В. А., Федорову С. А., Никитиной Е. В., Мачневу Е. А., а так же специалистам Тульского ГУ: Рыбакову А. С., Ерофееву В. А., Зайцеву О. И. и др

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Известной проблемой при дуговой сварке алюминиевых сплавов являются дефекты - поры и трещины. Одной из технологических мер по снижению числа дефектов является использование импульсной сварки. Использование комбинированных импульсов тока низкой частоты расширяет возможности по воздействию на дефектность сварных соединений, и в то же время затрудняет оптимизацию процесса сварки благодаря большому количеству параметров. Для решения этой проблемы предложено использовать математическое моделирование.

2. Разработана физико-математическая модель импульсно-дуговой сварки, позволяющая моделировать нестационарные тепловые процессы, учитывающая ряд особенностей процесса ИДС алюминиевых сплавов. Предложена модель источника теплоты, представляющая собой сочетание поверхностного нормальнокругового источника с внутренним полуэллиптическим.

3. Предложена расчетная схема, позволяющая моделировать ИДС с шаговым перемещением электрода. Показано, что использование данного процесса дает более широкие возможности по управлению тепловыми процессами в ВТО.

4. Проведены мероприятия, направленные на повышение адекватности модели. Изменение радиуса активного пятна нагрева, имеющее место при ИДС, оказывает значительное влияние на формирование шва, его необходимо учитывать при расчетах. Для моделирования этого явления предложено использовать экспериментальные данные. Установлено, что учет неравномерного характера плавления и кристаллизации металла позволяет снизить погрешность при расчете скорости охлаждения в хвостовой части сварочной ванны на 25 %. Предложена и опробована расчетно-экспериментальная методика, позволяющая учитывать при расчетах стоки тепла в прижимы и формирующую подкладку.

5. С помощью разработанной компьютерной модели проведено численное исследование влияния частоты колебаний на параметры термического цикла сварки. Установлен диапазон частот, в которых неправомерно использование при расчетах непрерывного источника, эквивалентного импульсному.

6. Показана возможность использования модели для расчета газовыделения в ВТО для сплавов, склонных к образованию наследственной пористости. Получены номограммы, описывающие характер газовыделения в зависимости от режима сварки, которые могут быть использованы для оптимизации режима сварки.

7. Разработанная модель использована для проектирования процесса дуговой сварки с комбинированной формой импульса, направленного на снижение пористости наследственного происхождения в сплаве 1420 и других сплавов, склонных к образованию наследственной пористости. Оптимальные параметры режима удалось получить при использовании схемы с шаговым перемещением электрода. Разработаны технологические рекомендации для разработки сварочного оборудования, реализующего предложенный процесс.

1. Николаев Г. А., Фридляндер И. Н. Арбузов Ю. П. Свариваемые алюминиевые сплавы—М.: Металлургия, 1990. 276 с.

2. Сварка в машиностроении: справочник в 4-х томах/ Николаев Г. А., Ольшанский Н. А., Акулов А. И. и др.- М.: Машиностроение, 1978.

3. Шиганов Е В., Казаков В. А. Технология и оборудование для импульсно-дуговой сварки плавящимся электродом алюминиевых сплавов

4. Никитина Е. В. Исследование свариваемости и разработка технологии сварки вторичных алюминиевых сплавов: Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. МАТИ, 1981. - 252 с.:ил.

5. Никифоров Г. Д. Металлургия сварки плавлением алюминиевых сплавов. — М.: Машиностроение, 1972. — 264 с.:ил.

6. Рязанцев В. И., Федосеев В. А. Металлургическая и технологическая пористость алюминиевых сплавов при дуговой сварке// Сварочное производство. 2001. № 11. С. 22-27

7. Рыкалин H.H. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.: Машгиз. 1951. 296 с.

8. Сараев Ю.Н. Импульсные технологические процессы сварки и наплавки. Новосибирск: Наука, 1994. 108 с.

9. Березовский Б. М. Математическое моделирование формирования шва в различных пространственных положениях // Сб. Научн. Трудов ИЭС им. Е. О. Патона: математические методы в сварке. Киев: ИЭС им. Е. О. Патона, 1986. С. 111-116

10. Berezowsky В. М. The mathematical model for optimization of weld shape formation in different position of arc welding. 6th Int. Conf. Computer Technology in Welding. Lanaken 9-12 June. 1996. Paper 12.

11. Макаров Э. JI., Коновалов А. В. Математические модели икомпьютерные программы для расчетов показателей свариваемости // САПР и экспертные системы в сварке. Изв. ТулГТУ. Тула: ТулГТУ, 1995. С. 43-50.

12. Гладков Э. А., Малолетков А. В., Перковский Р. А. Прогнозирование качества стыковых соединений при дуговой сварке неплавящимся электродом с помощью нейросетевых моделей // Сварочное производство. Л997. № 8. С 3-7.

13. Штрикман М. М. Тепловые процессы при аргонодуговой сварке с вертикальной подачей присадочной проволоки// Сварочное производство. 1995. № 7. С 18-20.

14. Гладков Э.А. Задачи прогнозирования качества и управления формированием шва в процессе сварки с использованием нейросетевых моделей//Сварочное производство. 1996. № 10. С 36-41

15. Кархин В.А., Нгуен Н.М. Расчетная оценка предела усталости сварных стыковых, тавровых и крестовых соединений на основе подходов механики трещин// САПР и экспертные системы в сварке. Тула: ТулГТУ, 1995. С. 100-107.

16. Дилтей У., Павлик В., Райхель Т. Компьютерное моделирование формирования микроструктуры металла при сварке плавлением. //Автоматическая сварка. 1997. №3. С. 3-9

17. Судник В. А., Иванов А. В. Програмное обеспечение для проектирования процессов аргонодуговой сварки на базе модели формирования, шва // САПР и экспертные системы в сварке. Изв. ТулГТУ. Тула: ТулГТУ, 1995. С. 108-119.

18. Ерофеев В. А. Решение задач оптимизации технологии на основе компьютерного моделирования процесса сварки//Сварочное производство. 2003. № 7. С 19-26

19. Мокров О. А. Моделирование формирования угловых швов и параметрическая оптимизация процесса сварки сталей плавящимся электродом. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Тула, 1991 г.

20. Ерофеев В. А. Методы решения обратных задач в сварке//Компьютерные технологии в соединении материалов: Сб. научи, трудов 3-й Всерос. науч.-техн. конф. Тула: ТулГУ, 2001. 227 с.

21. Судник В.А, Рыбаков A.C. Программное обеспечение для проектирования процессов аргонодуговой сварки на базе модели формирования шва.// "САПР и экспертные системы в сварке. Изв. ТулГУ. Тула: ТулГУ, 1995, С. 31 38.

22. Амосов А. П., Николаев В. Е., Амосов С. П. Расчет температурного поля с учетом производительности сварки. // Сварочноепроизводство. 1993. № 11-12. С 18-20.

23. Букаров В. А., Ермаков С. С. Механизм образования капли и ее переход в ванну при дуговой сварки// Сварочное производство. 1993. № 11-12. С 20-22.

24. Букаров В. А., Ищенко Ю. С., Лошакова В. Г. Влияние конвекции металла в сварочной ванне на проплавление // Сварочное производство. 1978. № 11. С. 4-7.

25. Киселев С. Н., Топоров В. Г. Расчет температурных полей при сварке пластин в нелинейной постановке с учетом распределенности источника теплоты. // Вопросы атомной науки и техники. М.: НИКИМТ, 1984. Вып. 1(12). С. 25-32

26. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: В 2-х т. Пер. с англ.- М.: Мир, 1990.—728 с.:ил.

27. Локуциевский О. В., Гавриков М. Б. "Начала численного анализа".-М.: ТОО "Янус:, 1995.- 581 с.:ил.

28. Физические величины: справочник / Бабичев А. П., Бабушкина Н. А., Братковский А. М. и др.-М.: Энергоатомиздат, 1991.-1232 с.

29. Лошкарев В. Е., Немзер Г. Г., Самойлович Ю. А. Определение теплофизических характеристик стали из решения обратной задачи теплопроводности// Промышленная теплотехника. 1980. Т. 2. № 3. С. 22-28

30. Рязанцев В. И., Федосеев В. А., Гринин В. В., Кирышева Т. И. Влияние металлургических и технологических факторов на пористостьсварных соединений сплава 1420//Сварочное производство. 1982. № 9. С 21-22

31. Фролов В. А., Никитина Е. В., Ельцов А. В. Прогнозирование физико-химических процессов при дуговой сварке алюминиевых сплавов // Сварочное производство. 2002. № 7 С 20-25

32. Гуревич В. И. Приближенный метод тепловых расчетов при импульсном режиме работы источника тепла. // Сварочное производство. 1966. № 11. С. 8-10

33. Макаров Э. Л., Коновалов А. В., Якушин Б. Ф., Пшенников А. А. Расчетный метод оценки стойкости сварных соединений сплавов против образования горячих трещин // Сварочное производство. 1997. № 11. С 13-16.

34. Прохоров Н. Н. Горячие трещины при сварке. М.: Машгиз, 1954,-220 с.

35. Третяк Н. Г., Илюшенко Р. В., Яворская М. Р., Лещинер Л. И., Латушкнна Л. В! Свариваемость листовых полуфабрикатов сплава 1440//Автоматическая сварка. 1995. №4. С. 27-30

36. Овчинников В. В., Редчиц В. В. О двух механизмах образования зародышей газовых пузырьков при сварке алюминиевых сплавов, легированных литием//Сварочное производство. 1991. № 9. С. 40-43.

37. Овчинников В. В., Рязанцев В. И., Гринин В. В. О причинах пористости при дуговой сварке деформируемых алюминиевых сплавов//Сварочное производство. 1989. № 07. С. 32-34.

38. Никифоров Г. Д., Радченко С. В., Виноградов В. С.Кинетикадиффузионного увеличения объема пузырьков газа в расплаве.// Сварочное производство. 1980. № 5. С 1-4

39. Серенко А. Н., Шаферовский В. А., Пивторак Н. И: Температурные поля при двухдуговой сварке с программированием режима//Сварочное производство. 1992. № 7. С 23-24.

40. Макаров Э. JI., Куркин А. С., Выборное А. П., Сухарев С. Н. Программный комплекс для оценки надежности и остаточного ресурса сварных соединений// Сварочное производство. 2001. № 10. С. 4-9.

41. Березовский Б. М., Суздалев И. В, Сажин О. В. Влияние давления дуги и ширины шва на форму поверхности и глубину кратера сварочной ванны//Сварочное производство. 1990. № 2. С 32-35.

42. Кархин В. А. Расчет температурных полей при использовании источников тепла с периодически изменяющейся мощностью//Автоматическая сварка. 1993. №6. С. 3-7

43. Сараев Ю.Н., Кректулева P.A., Косяков В.А. Математическое моделирование технологических процессов импульсной аргонодуговой сварки неплавящимся электродом//Сварочное производство. 1997. № 4. С 2-4

44. Зайцев О. И., Рыбаков А. С., Судник В. А. Модель источника теплоты при имитации импульсной МИГ-сварки алюминиевых сплавов/ЛСомпьютерные технологии в соединении материалов: Сб. научи, трудов 3-й Всерос. науч.-техн. конф. Тула: ТулГУ, 2001. 227 с.

45. Судник В. А., Иванов А. В., Дилтай У. Адекватность компьютерной имитации процесса импульсной дуговой сварки стальных пластин/ЛСомпьютерные технологии в соединении материалов: Сб. научи, трудов 3-й Всерос. науч.-техн. конф. Тула: ТулГУ, 2001. 227 с.

46. Рыбаков А. С. Физико-математическая модель импульсно-дуговой сварки алюминиевых сплавов: Монография/под общ. ред. В. А. Судника, В. А. Фролова.-Тула: ТулГУ, 2002, 160 с.

47. Щетинина В. И., Лещи некий Л. К., Серенко А. Н. Движениежидкого металла в сварочной ванне//Сварочное производство. 1988. № 04. С. 31-33.

48. Столбов В. И. Роль активного пятна электрической дуги в формировании сварочной ванны//Сварочное производство. 1992. № 4. С. 26-28.

49. Столбов В. И. Потехин В. П. Модель нагрева поверхности сварочной дугой //Автоматическая сварка. 1979. № 12, С. 10-12. %

50. Столбов В. И. Исследование формы сварочной дуги //Автоматическая сварка. 1979. № 2. С. 15-22.

51. Дмитрик В. В. Разработка метода определения температурного режима расплава ванны// Машиностроение Изв. вузов. 1999. №1. С. 7680

52. Славин Г. А., Трохинская Н. М. О связи тепловых и гидродинамических процессов в ванне при сварке непрерывно горящей дугой тонколистовых материалов //Сварочное производство. 1983. № 4. С 4-6

53. Славин Г. А., Трохинская Н. М. О связи тепловых и гидродинамических процессов в ванне при сварке импульсной дугой неплавящимся электродом тонколистовых материалов//Сварочное производство. 1985. № 9. С 39-41

54. Размышляев А. Д. Исследование потоков жидкого металла в ванне при дуговой сварке//Сварочное производство. 1985. № 10. С 31-32

55. Славин Г. А., Трохинская Н. М., Рязанцев В. И., Столпнер Е. А. К вопросу о механизме разрушения оксидных пленок при дуговой сварке неплавящимся электродом алюминиевых сплавов//Автоматическая сварка. 1991. №7. С. 29-30.

56. Судник В.А., Карпухин Е.В., Радаи Д., Хекелер Г. Метод эквивалентного источника теплоты: поверхность солидуса движущейся сварочной ванны для мкэ-расчета трехмерного температурного поля// Компьютерные технологии в соединении материалов: Известия

57. Тульского государственного университета. Под ред. В.А. Судника. Тула: ТулГУ,1999. С. 49-63

58. Goldak J., Chakravarti A., Bibby M. A new fînite element model for welding heat sources. Metallurgical Transactions, 1984. V. 15B, P. 299305.

59. Шоршоров M. X., Барашков A. С. К оценке эффективного радиуса подвижного нормально-кругового источника на поверхности плоского слоя по ширине зоны проплавления//Сварочное производство. 1990. № 8. С 40-42.

60. Пентегов И. В., Сидорец В. К. Силовое воздействие сварочной дуги при учете ее динамики//Автоматическая сварка. 1993. №12. С. 2731

61. Царьков А. В., Орлик Г. В. Определение коэффициента сосредоточенности сварочной дуги при сварке неплавящимся электродом//Сварочное производство. 2001. № 6. С 3-6

62. Ковалев А. А., Никулин В. П., Симоник А. Г. Верещагин С. И. Однопроходная гелиеводуговая сварка погруженным вольфрамовым электродом толстолистового алюминиевого сплава АМг6//Сварочное производство. 1978. № 8. С. 16-17.

63. В.И. Рязанцев, В.А. Федосеев Некоторые аспекты дуговой сварки алюминиевых сплавов на весу//Сварочное производство. 1996. № 10. С 4-6

64. Гринин В. В., Петров А. В., Овчинников В. В., Ширяева Н. В., Гуреева М. А., Филиппова М. А.Свойства сварных соединений сплава 1420, выполненных сканирующей дугой //Сварочное производство.1986. №6. С 20-21

65. Абралов М. А., Абдурахманов Р. У. Механизм образования пор в сварных швах//Сварочное производство. 1988. № 02. С. 39-41.

66. Рязанцев В. И., Славин Г. А., Трохинская Н. М., Толкачев Ю. И., Абрамова А. А. Особенности кристаллизации сварочной ванны при сварке с наложением на дугу кратковременных импульсов тока//Сварочное производство. 1988. № 04. С. 39-41.

67. Илюшенко Р. В., Третяк Н. Г., Лозовская А. В., Ищенко А. Я. Особенности дуговой сварки промышленных полуфабрикатов алюминиевого сплава 1420//Автоматическая сварка. 1991. №4. С. 53-60.