автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Исследование и разработка технологического процесса импульсной лазерной сварки тонкостенных алюминиевых конструкций

На правах рукописи // /С'

ЛЕВИН Юрий Юрьевнч

003448350

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИМПУЛЬСНОЙ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ ТОНКОСТЕННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Специальность 05.03.06 «Технологии и машины сварочного производства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

о 2 ОПТ*

Москва 2008

003448350

Работа выполнена на кафедре «Сварка, литье и технология конструкционных материалов» Тульского государственного университета

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

Кандидат технических наук, доцент Ерофеев Владимир Александрович

Доктор технических наук, профессор Шиганов Игорь Николаевич

Кандидат технических наук, доцент Гончаров Алексей Леонидович

ОАО «Станкотехника», г Тула

Защита диссертации состоится «16» октября 2008 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.110.05 в ГОУ ВПО «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского по адресу: 121552, Москва, ул. Оршанская, 3, аудитория 523А

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

Автореферат разослан

г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д212.110 05

Р Палтиевич

Тел. 8(499)1419495

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В настоящее время широкое применение в приборостроении и машино-троении находят алюминиевые конструкции с толщиной стенки до 2 мм, к остоинствам которых относят их коррозионную стойкость и малый удель-ый вес

Анализ особенностей тонкостенных алюминиевых конструкций и требований, предъявляемых к ним, показал, что наиболее эффективным способом получения неразъемных соединений малых толщин является использование импульсной лазерной сварки (ИЛС) твердотельным ЯЛГ-лазером

При неправильно подобранном режиме ИЛС могут возникать такие дефекты, как раковины и брызги металла вследствие возникновения выплесков, а также пустоты, кратеры, непровары в стыке свариваемых деталей При ИЛС трудно подобрать оптимальные параметры режимы сварки (скорость сварки, энергию луча в импульсе, диаметр луча, фокусное расстояние, скважность, частоту импульсов и т д) для получения качественного соединения Необходимо проведение большого количества экспериментов, и поэтому разработка технологии ИЛС является трудоемкой задачей.

Использование компьютерного моделирования процесса ИЛС позволит резко снизить затраты на разработку бездефектной технологии за счет уменьшения объема экспериментальных исследований Существует также и необходимость в создании алгоритмов выбора оптимальных параметров режима на основе компьютерного моделирования процесса ИЛС, что позволит обеспечить получение сварных соединений без дефектов.

Поэтому выявление физико-технологических причин возникновения дефектов, создание программного обеспечения для исследования процесса ИЛС, и методики использования компьютерного проектирования технологии сварки для снижения затрат являются актуальными задачами.

Цель работы

Целью исследования является ускорение технологической подготовки сварочного производства при разработке технологии ИЛС тонкостенных конструкций на основе численного моделирования процесса с учетом физико-технологических причин возникновения дефектов.

Методы нсследова пня

Инструментом исследования являлись разработанные компьютерные программы ИЛС Для верификации результатов компьютерной имитации

3

проведена сварка экспериментальных образцов на сварочной установке KJIT-01 Для металлографических исследований использованы высокоточная цифровая камера Canon 10х и металлографический микроскоп METI. При обработке результатов экспериментов использованы стандартные статистические методы сравнения.

Научная новизна работы

1. Математически описаны физико-технологические условия возникновения дефектов сварки, что позволило расчетным путем получить параметры импульса, обеспечивающие формирование шва без выплесков, пустот, кратеров и непроваров. Установлено, что надо увеличивать мощность луча лазера в начале импульса со скоростью, не превышающей критического значения, зависящего от свойств сплава, диаметра луча и ширины шва, уменьшать мощность луча лазера в конце импульса в течение времени, большего времени кристаллизации расплава, поддерживать мощность в паузе на уровне порогового значения возникновения канала.

2. Разработана физико-математическая модель процесса ИЛС, представляющая собой систему уравнений теплопереноса и равновесия поверхности сварочной ванны, в которой учтены закон изменения параметров луча во времени и процесс фиксации предельного пространственного расположения сварочных ванн, возникающих при воздействии импульсов луча.

Достоверность компьютерной имитации подтверждается соответствием результатов расчета и натурных экспериментов.

Практическая ценность состоит в создании программного обеспечения и методики для определения параметров режима ИЛС, обеспечивающих получение качественного сварного соединения и использование которых позволяет снизить затраты на разработку технологии изготовления тонкостенных конструкций.

Разработанные программное обеспечение было внедрено при создании технологии изготовления узлов антенн на ОАО «АК Туламашзавод», г.Тула

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на 3 Всероссийской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов» (Тула 2003), на международной научной конференции «XXX Га гаринские чтения» (Москва 2004), на 1-ой Международной Интернет

конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов» (Тула 2005)

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 работ

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованных источников Общий объем работы составляет 138 страниц машинописного текста, включая 57 рисунков, 13 таблиц и 118 наименований использованных литературных источников

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель, выбраны методы исследования Показаны теоретическая и практическая значимость работы.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Проведен анализ особенностей тонкостенных алюминиевых конструкций, часто встречаемых на производстве в приборостроении, в электронной и электротехнической промышленности Рассмотрены требования, предъявляемые к ним. Рассмотрены вопросы сварки малых толщин, типы сварных соединений и требования к сварному шву, специфичные для приборостроения

При ИЛС тонкостенных алюминиевых конструкций могут возникать такие дефекты, как раковины и брызги металла вследствие возникновения выплесков, пустоты, кратеры, отсутствие перекрытия точек от действия отдельных импульсов в стыке свариваемых деталей Дефекты могут также возникать вследствие случайных отклонений параметров (погрешность работы оборудования)

Проблемой возникновения пустот при ИЛС занимались Katayama S, Hamada S , Matsunawa А Авторами экспериментально выявлена закономерность образования пустот при импульсной лазерной сварке твердотельным ЯЛАлазером, и предложена оптимальная форма импульса излучения лазера, при которой мощность излучения снижается пропорционально длительности импульса S Sato, К Takahashi, В Mehmetli экспериментально оце-

5

нили влияние положение фокуса относительно свариваемых поверхносте" при различной интенсивности излучения лазера Они показали, что чек выше мощность излучения и меньше расходимость луча и скорость сварки тем шире диапазон фокусировки излучения Колов В А, Мелюков В.В Частиков А.В экспериментально установили, что при импульсной лазерно сварке на прочность сварных соединений, кроме коэффициента перекрытия оказывает влияние частота импульсов, т е для каждого значения перекры тия соответствует определенный диапазон частот Basu S.S., DebRoy Т экс периментально исследовали причины возникновения выплесков расплава которые снижают качество шва Основные положения этих работ учтень при рассмотрении физических причин возникновения дефектов сварки.

Существуют требования ГОСТ 28915-91 «Сварка лазерная импульсна Соединения сварные точечные» к размерам сварной точки. Однако нет ре комендаций по определению параметров режима. Обоснована необходи мость создания компьютерной программы имитации процесса ИЛС. В ос нову разработки компьютерной модели ИЛС положена методика Самарско го А А. «модель-алгоритм-программа» Проведен анализ ранее выполне ных работ по моделированию процесса импульсной лазерной сварки, св занный с именами Судника В.А., Бадьянова БН., Смурова И.Ю., Не Fuerschbach P.W. и DebRoy Т. Рассмотренные модели позволяют рассчить вать геометрию шва и не учитывают возможность возникновения дефекто сварки.

Исходя из этого разрабатываемая модель должна позволять-

1) воспроизводить геометрию сварного соединения;

2) воспроизводить влияние основных параметров режима сварки,

3) прогнозировать образование дефектов шва.

В связи с этим в диссертационной работе предстояло решить следующ задачи

1) исследовать физические явления, приводящие к возникновению д фектов при ИЛС, выявить физико-технологические условия возни новения дефектов при ИЛС;

2) разработать методику определения оптимальных параметров импул са, учитывающую условия обеспечения бездефектного формирован шва;

3) разработать математическую модель ИЛС, алгоритм и компьютерну программу на их основе для решения технохюгических задач

ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗДЕФЕКТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Глава посвящена исследованию процесса ИЛС и установлению закономерностей возникновения дефектов сварки.

Выплеск. Выплеск может стать причиной возникновения раковин в шве и появлению брызг. Возможны два механизма возникновения выплеска в начале импульса.

Первой причиной является формирование выпуклости вследствие образования парогазового канала и термического расширения металла, рис. 1. Под действием сил поверхностного натяжения выпуклость в поперечном сечении шва приобретает форму, близкую к сегменту тора. Если диаметр тора превысит ширину ванны, то начинается смыкание горловины канала. После уменьшения диаметра горловины до диаметра луча излучение лазера вызывает кипение металла и выброс расплава силой Р реактивной отдачи пара. Объём выпуклости V геометрически оценивается как:

У = -КГ?2С+-КЯ22С "И'

3 {ро ) где гс , К - радиусы парогазового канала и ванны на поверхности детали, соответственно; гс - глубина проплавления; р^, р; - плотности твёрдого и расплавленного металла. Здесь К определяется градиентом температуры, гс равен радиусу сфокусированного луча на поверхности, 2Я - ширина шва. Объём выпуклости V формирует поверхность ванны в форме сегмента тора с высотой выпуклости /г , IV

/г =____Допустив, что форма выпукло-

ста при /1<-{я~гс) исключает возможность заполне-I ния горловины канала, то соотношение

8 4У

можно считать геометрическим условием возникновения выплеска расплава.

Второй причиной возникновения выплеска является быстрое заглубление луча с образованием парогазового канала, которое сопровождается вытеснением расплава из канала с большой скоростью. Это вызывает течение

2гс

2R

Рис. 1. Форма расплавленной сварной точки

О)

расплава от дна канала в направлении поверхности У поверхности течение жидкости создает скоростной напор Скоростной напор увеличивает давление на поверхности и может преодолеть силы поверхностного натяжения Скорость движения расплавленного металла V/. вблизи поверхности оценивается по скорости заглубления канала и рашеру сварочной ванны

у^ = . Движение расплава создаёт на поверхности сварочной ванны

Ы

2

давление скоростного напора рУЬ =Р1~ Эт°мУ давлению противостоит

капиллярное давление, которое не превышает значения р <—-—

К-гс

Если давление скоростного напора превысит капиллярное, то возникнет выплеск. Поэтому соотношение

к, -(л-'ьк

* Ы V Я.

2а

<1 (2)

можно считав динамическим условием возникновения выплеска расплава.

Пустоты. Для исключения пустот в конце импульса луча лазера, необходимо, чтобы время заполнения канала было меньше времени кристаллизации 1к расплава ванны. Поэтому соотношение

'с^'к (3)

можно считать условием возникновения пустот в конце импульса Время заполнения канала расплавом оценивается значением:

(4)

2 а

Время кристаллизации расплава оценивается значением.

Я

* Ц2гс + К)СР/-

(5)

К г, — + л

\cpit 3

где с - удельная теплоемкость, X - коэффициент теплопроводности, I - время излучения.

Кратеры. Причиной возникновения кратеров в паузе между импульсами луча является термическое расширение металла в результате нагрева, формирование выпуклости и частичная фиксация этой выпуклости при кристаллизации металла При кристаллизации металла в центре сварной точки образуется усадочный кратер

Для обеспечения минимального значения выпуклости необходимо после лавного уменьшения мощности луча для предотвращения пустот в шве одогревать поверхность лучом лазера при пороговой мощности, при кото-ой поверхность остается расплавленной на все время кристаллизации ме-алла в глубине шва Объем выпуклости при этом минимален

тш

= -ЯД-

РА. 1Р0

-1 , а минимальная глубина кратера не превысит значения'

^шп * у

£4 Р0

-1

(6)

Согласно условиям возникновения дефектов необходимо, чтобы свароч-ая ванна имела большую площадь, а скорость роста глубины канала была ала. Необходимо обеспечить постепенное увеличение мощности луча ла-ера в начале импульса В паузе между импульсами ее нужно поддерживать а пороговом уровне возникновения парогазового канала:

Р0=-±-Щгс, (7)

4е о

де 80 - 0,006 I - коэффициент отражения излучения, Ляаз- длина вол-V

ы лазера; руь - удельное электросопротивление при температуре кипения еталла Ту.

Непровары. При импульсной сварке для случаев нахлесточного соеди-ения необходимо обеспечить взаимное перекрытие точек, сформирован-ых отдельными импульсами в стыке свариваемых деталей, рис. 2.

Длина ванны в стыке оценивается соотношением:

Т -т

2С

где I - длина ванны на поверхности, Ьь=2гс-, г/ - толщина верхнего листа

Длительность импульса определяется заданной глубиной противления гс, а длительность паузы временем кристаллизации (5).

\

Рис. 2 Схема перекрытия точек ва для нахлесточного соединения-1,2- верхняя и нижняя детали, со-тветственно

Перекрытие точек шва в стыке от отдельных импульсов обеспечивается выбором скорости сварки по условию1

vw<Ls/tp, (В

где tp - длительность импульса

Алгоритм расчёта параметров импульса (изменение мощности луч во времени) основан на решении обратной задачи моделирования ИЛС учетом физико-технологических условий обеспечения бездефектного фор мирования шва.

Модель ИЛС учитывает воздействие луча на металл, рост глубины паро газового канала и рассчитывает размеры сварочной ванны с учетом потер энергии на отражение луча от поверхности, парообразование, теплоотвод металл При многократном моделировании итерационно подбираются па раметры импульса, пока все условия отсутствия дефектов не будут выпол нены. Корректировка скорости роста мощности луча до получения макси мально допустимого значения рассчитывается одновременно для KdViKgn соотношению:

Кг=КгЧ1~^, (9

где Кг - скорость роста; Kr.¡ - скорость роста на предыдущем шаге, К значения критериев Kj и Ks Укрупненный алгоритм решения этой задач

представлен на рис. 3___

Исходные данные: тип соединения (стыковое, угловое, нахлесточное), то щина свариваемых листов, теплофизические свойства сплава, диаметр луч

мощность луча, глубина проплавления_

Расчет пороговой мощности (7)__

Цикл расчета скорости роста мощности луча__

Цикл расчета размеров шва _

Расчет параметров процесса__

Оценка условий возникновения выплесков (1,2)_

до достижения заданной глубины проплавления__

Корректировка скорости роста мощности луча (9)_

до получения максимального значения без выплесков_

Расчет времени затекания канала (4) и времени кристаллизации (5)

Оценка условия возникновения пустот в шве (3)_

Расчет скорости сварки по условию обеспечения перекрытия точек шва (8)

Расчет размеров глубины кратера (6) _

Вывод результатов___________

Рис. 3. Алгоритм расчета формы импульса и скорости сварки

10

Для выполнения расчетов по алгоритму (рис. 3) была создана программа «PldsedLaserWelding-inverse». Результаты расчетов программой были проверены натурным экспериментом. На рис. 4 представлены копия экрана программы с результатами расчета параметров импульса (рис. 4, а) и экспериментальный шлиф с изображением продольного сечения шва (рис. 4, б).

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Тип соедиения ГОСТ 28915-91------

Стыкорое! Наклеегочное! Углрвое

3 геЗЫЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

ътшшшммн шишки, . .щ»

«1, мм ¡0.6 е, мм ¡1

$2, мм ¡2 в несущ, мм |й(

Р. Вт А

(мер, мс 13.1 Критерии Формирования 1огр, мс 0.0 еыллесков нет

(спадания, мс 0.4 I паузы, мо 2.1

Т импульса, ме 15.6

к, мм -0.07 Ь несущ, мм 0.18

Частота, Гц Скважность

64.0 0.Э

Ро.Вт

Р,8т 1» Рпаузы, Вт

554.22

1390.48

554.22

Тип установки----—

Средняя мощность, Вт Диаметр луча, мм

Марка сплава АМг2

Скорость сварки. м/мин Энергия импульса, Дж

для чг лотер) соединения смещение, мм угол, град

7.0 13.0

ШШтР

х 10

а)

б)

Рис. 4. Результаты расчета оптимальной формы импульса программой (а) и экспериментальный шлиф (б) с изображением продольного сечения шва

Были выполнены три натурных эксперимента, при которых время нарастания импульса, мощность в паузе между импульсами и скорость сварки отклоняли от расчетных значений, полученных программой (рис. 4). Результаты трех опытов в виде экспериментальных шлифов представлены в табл. 1.

Таблица 1. Изменяемые параметры импульса и экспериментальные шлифы

Время нарастания импульса 6 мс

Мощность луча в паузе между импульсами О Вт

Скорость сварки 4 м/мин

выплеск

пустоты

непровар

В первом эксперименте уменьшение времени нарастания импульса с 8 до 6 мс вызвало появление выплесков. Во втором эксперименте сварка без подогрева в паузе между импульсами привела к появлению пустот. В третьем эксперименте увеличение скорости сварки с 2,7 до 4 м/мин привело к непровару.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ИМПУЛЬСНОЙ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ

В главе описана разработанная физико-математическая модель процесса ИЛС твердотельным ИАГ-лазером. Она предназначена для расчета параметров зоны проплавления и размеров шва по заданным параметрам режима сварки с учетом технологических факторов: параметрам импульса, скорости сварки, сборочного зазора, неточности позиционирования луча и т.д.

Основой являлась математическая модель нестационарной лазернот сварки в непрервном режиме, созданная Судником В.А., Ерофеевым В.А.!

арпухиным Е В, учитывающая процессы формирования парогазового ка-ала, поверхности ванны и кристаллизации шва

Разработанная автором диссертационной работы модель ИЛС отличается т вышеупомянутой учетом закона изменения параметров луча во времени параметров импульса), а также описанием процесса фиксации предельного ространнственного расположения сварочных ванн, возникающих при воз-ействии импульсов луча

Основой разработанной модели ИЛС является нелинейное дифференци-льное уравнение энергии (10) для подвижной системы координат, которая перемещается со скоростью сварки V№ вдоль оси х дН , г.,„ч дН

&

- с!1\{ЦТ)ёгаат\

ох

(10)

где Л(Т) — коэффициент теплопроводности, зависящий от температуры Т, <2(х,у, 2,1) - объемный источник теплоты, Н(х,у,г) - энтальпия свариваемого материала в точке с координатами (х,у,г), связанная с температурой уравнением состояния.

т

Н(Т)= ¡срЖ+хН,, (11)

>0

где р - плотность среды; Т0 - начальная температура; Н,- теплоты фазовых и агрегатных превращений

Для моделирования ИЛС источник теплоты описан как функция времени и характеризуется интенсивностью излучения луча, энергией, формой и длительностью импульса, частотой следования импульсов Интенсивность излучения лазера = приведена к объемному источни-

ку £)(х, у, 2,1) делением на толщину слоя, прогреваемого за один импульс

д(х,у,г(х,у),0

где а - коэффициент температуропроводности; - эффективная погло-щательная способность поверхности деталей; 4 - пространственное распределение интенсивности излучения

Рис 5 Временная форма импульса

При ИЛС лазерный луч характеризует ся временным распределением интенсивности излучения (рис 5) и описывается системой уравнений (12) для твердотельного лазера

1, =

/2(1 -е т') при 12 )

1хе Ъ

О

при < / < /р ; при

при г <г2;

(12)

при г >г2,

где / _ рь - интенсивность излучения на поверхности деталей; Рь - мощ-2 2 * 'г

ность луча; т/, т2 - время нарастания и спадания импульса соответственно, г2 - радиус луча в фокусе на расстоянии г от поверхности деталей Равновесное состояние поверхности q(x,y,Z(x,y),t) 2(х,у) канала (рис. 6) достигается при у температуре поверхности канала, при которой капиллярное давление ра урав- х новешивает давление пара металла ртр и гидростатическое давление рЁ\ , а

где Г - условное внутреннее давление, Рис 6 ф поверхности рас-которое определяется из условия сохра- плава

нения массы расплава.

Дифференциальное уравнение для поверхности ванны имеет вид1

¿\-"¿к-¿Став

о(Т)

'Ъ22 д22Л

дх1 ду'

= Ё*,У,ехр /=1

4

Т(х,у)

+ В,

**тах

(13)

где X, - атомная доля 1-компонента сплава; У,- активность /-компонента сплава, А,, В/- термодинамические коэффициенты для * - элемента

Граничные условия для уравнения (13) - это линии сопряжения поверхностей между расплавом и поверхностью твердого металла деталей.

Граничные условия на фронте плавления имеют вид

ЛТ*

г(х,у) = г 1 для Т(х,у,2х) = Т1 и — >0, (14)

ш

Граничные условия на фронте кристаллизации имеют вид-2 ^

^ = 0 для Т{х,у^х) = Т, и ~<0, (15)

дх Ж

где 21 - поверхность детали для уравнения (14), закристаллизовавшегося шва для уравнения (15) при сварке предыдущих точек

Так как уравнение (13) математически справедливо только для малых прогибов, то используется условие сшивки поверхности ванны с поверхностью парогазового канала:

2{х, у) = 0 при х2 + у2 = г2, (16)

Диаметр канала принимается равным диаметру луча Глубина канала 2ст находится из уравнения

Ст^ V Г V ^г/ А> , Р '

**тах ) (17)

2гс 1=1 V

Таким образом, математическая модель процесса ИЛС представляет собой следующую систему уравнений:

- уравнение сохранения энергии (10) и соотношение (11), связывающее энтальпию с температурой;

- закон изменения параметров луча (12),

- дифференциальное уравнение для поверхности ванны (13) с граничными условиями на фронте плавления (14) и фронте кристаллизации (15);

- уравнение парогазового канала (17);

- условие сшивки (16) поверхности ванны с поверхностью канала.

Эта система уравнений решалась численно с малым шагом по времени. Решение уравнения энергии осуществлялось методом конечных разностей в трехмерной ортогональной равномерной сетке с шагом ¿/¿/6 (¿4 - диаметр сфокусированного лазерного луча), а уравнение поверхности (13) - в двумерной сетке с тем же шагом. При решении на каждом шаге по'времени корректировалась принадлежность каждого узла сетки к определенной среде (расплавленный металл, твердый металл, парогазовый канал) в зависимости от полученного решения.

Рис. 7. Стадии формирования сварочной ванны

При ИЛС форма ванны изменяется при заглублении луча, рис. 7. В начальный момент вся энергия луча выделяется на поверхности и ванна имеет значительную ширину (], рис. 7). при заглублении луча ширина ванны сверху заметно уменьшается (2, 3, рис. 7). Наблюдаемый профиль шва соответствует максимальному удалению изотермы плавления (4, рис. 7) от оси. Сварной шов формируется из сварочных ванн, возникающих при воздействии импульсов луча, рис. 8. Для определения размеров сварного шва разработан метод моделирования, основанный на фиксации предельного пространственного расположения сварочной ванны переменного размера. Для отображения предельйого пространственного положения используется специальный массив M(x',y,z), в котором координата x'=x+vwt. В этот массив заносится маркер пребывания точки рис § Результаты модели-пространства выше температуры ликвидуса. рования

На основе физико-математической модели ИЛС" создана компьютерная программа «PulsedLaserWelding-direct», состоящая из препроцессора (ввод данных), процессора (расчет) и постпроцессора (визуализация результатов расчета). В приложении представлены копии экранов программы «PulsedLaserWelding-direct» (рис. П.1 - П.4). Проведена оценка погрешности моделирования на основе проведения серии экспериментов.

Для проведения экспериментов использован тех-нонологический лазерный комплекс КЛТ-01 производства ОАО «АК Тула-машзавод», который включает в себя промышленный ИАГ-пгзер МЛТИ-1200, рис. 9.

fft

Рис. 9. Лазерный комплекс КЛТ-01

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 (Ь - ширина шва, е - глубина про-плавления): а)Ъ = 0,89 мм, е = 1,12 мм; б )Ь = 0,88 мм, е = 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 е и глубина к, на которой обеспечивается перекрытие отдельных импульсов; ограничения по мощности луча, энергии импульса, диаметру луча на поверхности свариваемых деталей.

С помощью программы «РulsedLaserWelding-inver.se» 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 исследо-

вание влияния возникновения случайных отклонений смещения луча, мощ ности луча, скорости сварки, зазора между деталями на форму проплавле ния. Результатом исследования являются допускаемые значения перечис ленных отклонений параметров. На основании рассчитанных режимов под бирается сварочное оборудование.

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

А

в

Рис 11. Узел антенны:

а) узел антенны РА-06\

б) Т-образное соединени антенны РА-06;

в) угловое соединени антенны РА-06

а)

В)

Технологическим требованием к данному узлу антенны является сохра нение его формы Появление выплесков, прожогов, кратеров и зазоров стыке в процессе сварки приводит к нарушению первоначальной формы уз ла антенны В процессе эксплуатации это приводит к искажению отражеш радиоволн, что недопустимо.

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

Согласно разработанной методике при имеющихся исходных данных помощью программы ^<PulsedLaserWeldmg-mverse» были определены опти мальные форма импульса и скорость сварки

Было установлено, что при сварке сплава АМг2'

- формирование шва глубиной 1 мм обеспечивается при длительности им пульса 15 мс, максимальной мощности луча лазера 1000 Вт, диаметр луча 0,5 мм, скорости сварки 7 м/мин,

- выплески не возникают при скорости нарастания мощности менее 2 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 «РиЬеёЬавег-Weldlng-lnverse» были подставлены в программу <(Ри1$е(1Ьа$егЦгеШ\щ-скгеЫ» С учетом погрешности сборки и точности позиционирования луча были уточнены параметры режима сварки Установлено, что допустимо отклонение мощности в пределах 1000А180 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 Р, Вт Р, Вт

1000 800 400 0 юсо 800 554 400 0

) /

С

С го 40 60 во 1, мс а С 20 «0 60 60 1, МС о> - ю й 12 ®

Режимы сварки Р = 1000 Вт,/= 25 Гц ^ = 40 мс*, 122 мм/с ¿ь =0,5 мм Р= 1000 Вт,/=13 Гц 1рр= 80 мс, уи,= 77 мм/с йъ =0,5 мм

Наличие дефектов прожоги раковины ( - . ... .1

И М И ' ' ! I ! ) * л

* (рр- период следования импульсов

19

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, чго 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 непровароЕ. - 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

20

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

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

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Левин Ю.Ю., Ерофеев В.А. Расчет параметров импульсной лазерной варки алюминиевых сплавов малой толщины // Сварочное производство, Га4,2008, с. 20-24.

2. Левин Ю.Ю., Ерофеев В.А., Судник В.А. Физико-технологические ус-овия 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 / "XXX Гага-ринские чтения" // Доклады международной научной конференции: Сб.докл., М.: "МАТИ" -РГГУ им. К.Э.Циолковскогс>, 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 / "XXX Гагаринские чтения" // Доклады международной научной конференции: Сб.докп., 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 «РиЬеаЬазегУУеМ^-Шге^»

Задаче ■ еесд данных

Н астр

Рабочий <рл'м • выбор ЗНАНИЯ

р&Ы """_•] • Показать • -значення / рисунок ]

Параметры | 3<*м--а И Имдавммя «¡ароч»«1й еа»*1 ■ ;}£»■ Процесс = I ЕЗ Импульсная лазерная ым ; : ИСТОЧИ»*. Число и«пульсов

Мощность Р1,8т рййГ

Мощность Р2. Вт ¡гаюо

{й: Тип совд»«*иия :\ И 1«5ро&ов 1-Т 1 В ^ЙСИ.» ЛрИОМКМ Р Нет Мощность РЗ, Вт робао

Мощность Р4, Вт |кшГ

Я имтел*носгъ импугьса О., мс

I Длительность ют^п&л »3. мс р и 1

| Ддктслснссгъ имгупла Л, »-1С ¡100

( Длительность паузы, мс ¡2.0 м

<Рс>*уснов р«сст;яни*. мм [100.0 т.! ;

Диаметр гт/ча на ъфньле по <и, мм (яю Я

Дидмегф лучл на ялокялв по ф, мм |Зхо

Дйл>«егр лучз » ч-ос.^с« по «Ь<, ММ ¡0.50

Диаметр луча ь по ф, мм ¡0.И яХ

Отиииеж* «игенеивноствй, М9*с/ср«ин ¡1 О Я л

г'Гехмояег*».................................................................................. битный газ >АВ1№

| | л' Щ...... 1¿1 щ

< ■ >, РаСЧЭТ по ез^яемным дгииым ..............]

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

| и>ПУ»еИ5

ошшшаавттпя

■I шг аК 1с.'..

| }> -I Ш'Пи )!■;

Пр^ЦеС! т Нмгг/.иг н;я Л

■■■:■■■■ :■■ . . .'•■' ■ ¡1'" С'

Днлм/чр лучл в фраре нл А/, ми 0 50 1нм 1П, ].. I Щ ш П5У

40

Тижияниеяя? ¡МВЁйЩ

ги 1 /1 I . II - 1 н п

ТТ I и детали, мкг— о б

Рис. П.2. Копия окна процессора

.ЛО Ш

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

Процесс=Р1>/ Тип ег>слмнлнуя*ТТ

Число хмпи«ьсов«1 Мощности Р1. Вг-БОО О Мощность Р2. Вт-300.0 Мощность РЗ, 8т™1000.0 Мощность Р4. Вт»800.0 Моаносгь Р5. В»-600.0 Мое ноет ь Р8. Вг-500.0 Длительность имп^яьса 12, мС-Э.О Длите демоса ь ммлз*ьса (3, Длительность ммп^пьс« !4. мС-Я.О Дямтеяьгос««» имм^яьел мс«11.0 : Ддите/еиность импульса №. мс-15.0 Длительность лвуэы, мс-1.0 Фо*?с.н>о расстояние, мм--.100.0 Диаметр на эеркаяв по А. мм-<2ЛС Диаметр яу«в !*» эвриалв ?ю ф. им=20.0

Диашзгр *<ча я по А;. нм=0.50

Диаметр 0540 о Фокусе по «(у. м»«*0.50

Отновдемия ингенсмвност«). мяк с/а>ея№=1.0

Темоераггдо« «о*огрвв*, град.С »20,0

Скорость **/ым1»4.0

Расхоц Г«М>. я/ммнаЗ.О

Дкэмеггр сопла, мм»З.Я

Расстояние от сип »в ко мм»», мм»10.0

Защитны« гвэ-АЙ-Я002£

Зогйубявиив Фокуса, нм-0.0

Сжинвммв ог «лык«, м»»»0.СЮ

Накис« я^ча ьдояь грПА-0.0

Не* «л» яд^,, попарен стык л. грдд^С.О

М-то/пеиил первой

детали, мм=0.6 Ьюяцика второй яттллм. мм И

Настройки } Исхо«»»э« }

Г Сетка

Изг юбл'КН ГИЛ X: 0.Б мм Еаг <х*т* «к» У; 0,5 мм Шаг пенсы по 0,5 мм

650 С

К ояста длгч звкмя

Рис. Г1.4. Копия окна постпроцессора: результаты расчета

ДЛЯ ЗАМЕТОК

\

Изд лиц №020300 от 12 02 1997 Подписано в печать 09 09 2008г Формат бумаги 60X84 1/16 Бумага офсетная Уел печ л 1 2 Уч изд л 1 0 Тираж 100 экз Заказ №79

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

Отпечатано в Иэдательтве ТулГУ .300600, г Тула, ул Болдина, 151

Введение.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Проблемы сварки тонкостенных конструкций.

1.2. Анализ способов сварки.

1.3. Особенности использования ИЛС.

1.4. Дефекты, возникающие при ИЛС.

1.5. Методы решения технологических задач.

1.6. Компьютерное моделирование процесса сварки.

1.6.1. Физико-математические модели.

1.6.2. Численная реализация ФММ.

Выводы по главе 1.

Цель и задачи работы.

2. Определение физико-технологических условий получения бездефектных соединений.

2.1. Оценка влияния параметров сварочного процесса на размеры шва.

2.2. Разработка модели оценки критериев качества формирования.

2.2.1. Физические явления, вызывающие возникновение дефектов

2.2.2. Разработка математической модели.

2.3. Разработка расчётных методов оценки появления дефектов форми- 47 рования.

2.4. Выбор оптимальных параметров технологии ИЛС.

2.5. Экспериментальная проверка модели и критериев дефектообразования.

Выводы по главе 2.

3. Разработка компьютерной модели процесса ИЛС.

3.1. Физико-математическая модель.

3.1.1. Постановка задачи моделирования.

3.1.2. Построение системы координат и зон формирования соединения

3.1.3. Разработка математической модели нестационарного процесса ИЛС.

3.1.4. Разработка подмодели формирования поверхности канала, ванны и шва.

3.2. Данные по свойствам материалов для моделирования.

3.3 .Численное решение системы дифференциальных уравнений модели.

3.4. Алгоритм численного решения уравнений разработанной модели.

3.5. Структура программного обеспечения.

3.6. Адекватность компьютерной модели.

3.6.1. Проверка модели по опубликованным данным.

3.6.2. Методика проверки модели на адекватность.

3.6.3. Условия проведения эксперимента.

3.6.4. Статистическая оценка погрешности компьютерной имитации.

Выводы по главе 3.

4. Разработка технологического процесса импульсной лазерной сварки.

4.1. Методика определения параметров режима сварки по условиям бездефектного формирования шва.

4.2. Характеристика узла антенны РА.

4.3. Анализ дефектов, возникаемых при использовании базовой технологии сварки, и возможные методы их устранения.

4.4. Разработка технологического процесса сварки узла антенны РА.

Выводы по главе 4.

Актуальность работы

В настоящее время широкое применение в приборостроении и машиностроении находят алюминиевые конструкции с толщиной стенки до 2 мм, к достоинствам которых относят их коррозионную стойкость и малый удельный вес.

Анализ особенностей тонкостенных алюминиевых конструкций и требований, предъявляемых к ним, показал, что наиболее эффективным способом получения неразъемных соединений малых толщин является использование импульсной лазерной сварки (ИЛС) твердотельным Я^Г-лазером.

При неправильно подобранном режиме ИЛС могут возникать такие дефекты, как раковины и брызги металла вследствие возникновения выплесков, а также пустоты, кратеры, непровары в стыке свариваемых деталей. При ИЛС трудно подобрать оптимальные параметры режимы сварки (скорость сварки, энергию луча в импульсе, диаметр луча, фокусное расстояние, скважность, частоту импульсов и т.д.) для получения качественного соединения. Необходимо проведение большого количества экспериментов, и поэтому разработка технологии ИЛС является трудоемкой задачей.

Использование компьютерного моделирования процесса ИЛС позволит резко снизить затраты на разработку бездефектной технологии за счёт уменьшения объема экспериментальных исследований. Существует также и необходимость в создании алгоритмов выбора оптимальных параметров режима на основе компьютерного моделирования процесса ИЛС, что позволит обеспечить получение сварных соединений без дефектов.

Поэтому выявление физико-технологических причин возникновения дефектов, создание программного обеспечения для исследования процесса ИЛС, и методики использования компьютерного проектирования технологии сварки для снижения затрат являются актуальными задачами.

Цель работы

Целью исследования является ускорение технологической подготовки сварочного производства при разработке технологии ИЛС тонкостенных конструкций на основе численного моделирования процесса с учётом физико-технологических причин возникновения дефектов.

Методы исследования

Инструментом исследования являлись разработанные компьютерные программы ИЛС. Для верификации результатов компьютерной имитации проведена сварка экспериментальных образцов на сварочной установке KJ1T-01. Для металлографических исследований использованы высокоточная цифровая камера Canon 10х и металлографический микроскоп МЕТ1. При обработке результатов экспериментов использованы стандартные статистические методы сравнения.

Научная новизна работы

1. Математически описаны физико-технологические условия возникновения дефектов сварки, что позволило расчетным путем получить параметры импульса, обеспечивающие формирование шва без выплесков, пустот, кратеров и не-проваров. Установлено, что надо увеличивать мощность луча лазера в начале импульса со скоростью, не превышающей критического значения, зависящего от свойств сплава, диаметра луча и ширины шва, уменьшать мощность луча лазера в конце импульса в течение времени, большего, времени кристаллизации расплава, поддерживать мощность в паузе на уровне порогового значения возникновения канала.

2. Разработана физико-математическая модель процесса ИЛС, представляющая собой систему уравнений теплопереноса и равновесия поверхности сварочной ванны, в которой учтены закон изменения параметров луча во времени и процесс фиксации предельного пространственного расположения сварочных ванн, возникающих при воздействии импульсов луча.

Достоверность компьютерной имитации подтверждается соответствием результатов расчета и натурных экспериментов.

Практическая ценность состоит в создании программного обеспечения и методики для определения параметров режима ИЛС, обеспечивающих получение качественного сварного соединения и использование которых позволяет снизить затраты на разработку технологии изготовления тонкостенных конструкций.

Разработанные программное обеспечение было внедрено при создании технологии изготовления узлов антенн на ОАО «АК Туламашзавод», г.Тула.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на 3 Всероссийской научно- технической конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов» (Тула 2003), на международной научной конференции «XXX Гагарин-ские чтения» (Москва 2004), на 1-ой Международной Интернет-конференции «Компьютерные технологии в соединении материалов» (Тула 2005).

Публикации.

Основное содержание матералов диссертационной рабоы опубликовано в 1 отраслевом журнале, определенным ВАК РФ, в 1 вузовском сборнике научных трудов и доложено на 5 международных и российских конференциях.

Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованных источников. Общий объем

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 «PulsedLaser Welding-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.

1. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н. Лазерная сварка металлов.-М.:Высш.шк.- 1988,- 207с.

2. New application for TWBs-and laser welding // Welding and Joining Europe.-1998.-№ 10.-P.31

3. Клячкин Я.Л. Сварка цветных металлов и их сплавов.- М.: Машиностроение.- 1964.- 335 с.

4. L.W. Eastwood, Gases in Non-Ferrous Metals and Alloys, American Society for Metals, 1953

5. M.C. Celik and G.H.J. Bennett, Effects of Hydrogen Inclusions on Blistering in High-Purity Aluminium Sheet and Foil on Laboratory Scale, Metals Technology, Vol.6, April 1979, p. 138-144

6. G. Thomas and J. Nutting, Electron Microscopic Studies of Precipitation in Aluminium Alloys, in "The Mechanims of Phase Transformations in Metals", Institute of Metals Monograph and Report Series, №18, 1965, p.57-66

7. Katayama S., Hamada S., Matsunawa A.: Proc. of the 6 Int. welding symposium of JWS, Nov. 19-21, 1996, Nogoya, Japan Welding Society, Vol.1, P.249-254

8. S. Sato, K. Takahashi, B. Mehmetli. Influence of Laser Beam Properties on Aluminium Alloys Welding Characteristics / Proc. Of the 6th Int. Symp., JWS, (1996), Nagoya

9. Козлов В.А. Исследование влияния частоты следования импульсов на прочность сварных соединений, выполненных импульсной лазерной сваркой. Сб. докладов 22-ой НТК «Сварка-Урала-2003».-Киров.-2003 .-С. 139-140

10. Radai D. SchweiBprozeBsimulation Grundlagen und Anwendungen // DVS - Verlag. Dusseldorf.- 1999.- 194 S.

11. Самарский А.А. проблемы использования вычислительной техники и развитие информатики // Вестник АН СССР.-1985.- №3.- с. 59-64

12. Судник В.А., Ерофеев В.А. Расчеты сварочных процессов на ЭВМ.- Тула: ТЛИ.- 1986.- 100с. И Судник В.А., Ерофеев В.А. Математическое моделирование технологических процессов сварки в машиностроении//М.: Машиностроение.- 1987.- 56 с.

13. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики //М.: Наука, 1972.

14. Самарский А.А. Проблемы использования вычислительной техники и развитие информатики // Вестник АН СССР, 1985. №3, С.57-69.

15. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики // М.: Наука, 1977.

16. Самарский А.А., Попов Ю.П. Разностные схемы газовой динамики //М.: Наука, 1980.

17. Курант Р. Уравнения с частными производными // М.: 1964 (пер. с англ.)

18. Ладыженская О.А. Краевые задачи математической физики // М.: Наука, 1973.

19. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.: Маш-гиз. 1951. 296 с.

20. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости (Пер. с англ.). М.: Энергоатомиздат.- 1984- 150 с.

21. Судник В.А., Юдин В.А., Петрухин Н.Ф., Могильников И.В. Численная модель формирования шва при лазерной точечной сварке // Физика и химия обработки материалов.- 1989.- №6.- С. 93-96.

22. Бадьянов Б.Н., Панюхин А.В., Титов В.И. Компьютерная модель формирования шва при импульсной лазерной сварке пластин в отбортовку // САПР и экспертные системы в сварке / Под ред. Суд-ника В.А.- Тула: ТулГУ.- 1995.- С. 77-83.

23. Рыкалин Н.Н., Зуев И.В., Углов А.А. Основы электронно-лучевая обработка материалов И Кархин В.А. Тепловые основы сварки. Учебное пособие. Л.: ЛенГТУ. 1990. 100 с.

24. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Смуров И.Ю. Пространственные нелинейные задачи нагрева металлов излучением лазера//Физика и химия обработки материалов. 1979.№2.C.3-13.

25. Судник В.А., Карпухин Е.В., Радаи Д., Хекелер Г. Метод эквивалентного источника теплоты // Сб. научных трудов. Тула: ТулГУ.-1999.- С.49-63.

26. Не X, Fuerschbach P.W. and DebRoy Т. Heat transfer and fluid flow during laser spot welding of 304 stainless steel // J. Phys. D: J. Appl. Phys.- 2003.- Vol.36.- P.1388-1398.

27. Sudnik W., Radaj D., Erofeew W. Computerised simulation of laser beam welding, model and verification // J. Phys. D: Appl. Phys., 1996. №29. C. 2811-2817.

28. E.A. Metzbower. Keyhole temperatures in Nd:YAG lasers weld aluminium / VI Int. Conf. on welding and melting by electron and laser beams, 1998

29. Katayama S., Matsunawa A. Formation mechanism and prevention of deffects in laser

30. Судник B.A., Ерофеев B.A., Карпухин E.B. Компьютерная имитация нестационарной лазерной сварки // Компьютерные технологии в соединении материалов. Тезисы докладов 3-й Всероссийской научно-технической конференции.- Тула: ТГУ, 2001 С. 110-121.

31. Карпухин Е.В. Математическое моделирование процесса лазерной сварки прерывистых швов нахлесточного соединения. Автореферат диссертации. Тула 2002.

32. Дикшев И. В. Разработка и применение компьютерной имитационной модели для исследования процесса лазерной сварки. Автореферат диссертации. Тула 1999.

33. Судник В.А., Зайцев И.О., Протопопов А.А. Математическая модель испарения металлов при сварке плавлением // САПР и экспертные системы в сварке: Сб. научных трудов. Тула: Тульский государственный ун-т, 1995. С. 92 99.

34. В. А. Судник, Д. Радаи, В. А. Ерофеев. Компьютерное моделирование лазерно-лучевой сварки: концепция и реализация. «Сварочное производство», №9, 1996.37.28915-91. Сварка лазерная импульсная. Соединения сварные точечные

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

36. В. А. Судник, Д. Радаи, В. А. Ерофеев. Компьютерное моделирование лазерно-лучевой сварки: модель и верификация. «Сварочное производство», №1, 1997.

37. Таблицы по математической статистике / П. Мюллер, П. Нойман, Р. Шторм; Пер. с нем. -М.: Финансы и статистика, 1982. 178 с.

38. Судник В.А., Ерофеев В.А. Математическое моделирование технологических процессов сварки в машиностроении // М.: Машиностроение, 1987.

39. Самарский А.А. Лекции по теории разностных схем. М.: Вычислительный центр АН СССР. 1969.

40. Жаблон К., Симон Ж.-К. Применение ЭВМ для численного моделирования в физике. М. : Наука, 1983. 235 с, Пер. с франц.

41. Патон Б.Е. Сварка и математика // Автоматическая сварка. — 1966. -№7. с. 1.

42. ГОСТ 30242-97 Дефекты соединений при сварке металлов плавлением. Классификация, обозначение и определения

43. Рыкалин Н.Н., Углов А.А. Расчёты теплофизических основ технологических процессов (обзор) // ФиХОМ, 1981. № 1. С. 7-18.

44. Rosenthal D. Etude theoretique du regime thermique pendant la soudure a l'arc. 2eml Congres National des Sciences. Brucelles, 1935.

45. Махненко В.И., Великоиваненко Е.И. Тепловые напряжения в элементах конструкции. Киев: Наукова думка, 1966. 257 с.

46. Демченко В.Ф., Сьеренбоген Ю.А., Долох В.Д. и др. // Автомат, сварка. — 1966. № 7. С.3-7.

47. Прохоров Н.Никол. Распределение температуры у поверхности сварочной ванны // ФиХОМ. 1968. - № 3. С. 23-32.

48. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Анищенко JT.M. Высокотемпературные технологические процессы: Теплофизические основы. М.: Наука, 1986. 172с.

49. Махненко В.И. Применение ЭВМ при исследованиях и разработке технологических процессов сварки. М.: Машиностроение, 1975. -63с.

50. Судник В.А. Применение ЭВМ в сварочном производстве // Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. сварка. М., 1987, С.3-71.

51. Махненко В.И. Расчетные методы исследования кинетики напряжений и деформаций. Киев: Наукова думка, 1979. 53 с.

52. Самарский А.А. Теория разностных схем. // М.: Наука, 1989. 616 с.

53. Роуч П.Дж. Вычислительная гидродинамика. -М.: Мир, 1980.

54. Анищенко JI.M., Лавренюк С.Ю. Математические основы проектирования высокотемпературных технологических процессов. М.: Наука, 1986. - 80 с.

55. Коздоба Л.А., Круковский П.Г., Методы решения обратных задач теплопереноса. — Киев: Наука думка, 1982. — 350с.

56. Carslaw H.S. Introduction to the mathematical theory of the conduction of heat in solids. New York: MacMillan, 1921, 150 p.

57. Rosenthal D. Mathematical Theory of Heat Distribution during Welding and Cutting // Welding Journal, 1941. №5. p. 220 234.

58. Рыкалин H.H. Распределение температуры в элементах конструкций при сварке / Автогенное дело, 1938. №5. - с.7 - 9.

59. Амосов С.И. О некоторых задачах теплопроводности, связанных с электросваркой // Изв. Ленингр. Инструм. Инстит. 1937, №24.

60. Naka Т. Temperature Distribution During Welding / J. Jap. Weld. Soc. 1941, №1. P. 4-6.

61. Tanaka S. Temperature Distribution in a finite thick plate due to a moving heat source // J. Jap. Weld. Soc. 1943, 11. №9. P. 347-359.

62. Процессы плавления основного металла при сварке / Под ред. Н.Н. Рыкалина. -М.: Изд-во АН СССР, 1960. 167 с.

63. J. Goldak, М. Bibby, J. Moore, R. House, В. Patel. Computer modelling of heat flow in welds // Metallurgical Transactions, 1986. V.17B. P. 587-600.

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

65. Тюльков М.Д. Роль сил поверхностного натяжения в формировании корня шва // Тр. Ленинград. Полит. Инст. — Машиз. 1957. №189. С.68-82.

66. Ерохин А.А., Ищенко Ю.С. Особенности расчёта кривизны ванны и сил поверхностного натяжения при сварке. // ФиХОМ. — 1967, №1. С.39-44.

67. Тибельский М.И. О форме поверхности жидкой фазы при плавлении сильно поглощающих сред лазерным излечением // Квантовая электроника. 1978, №5. С.804-812.

68. Коган М.Г., Крюковский В.Н. Форма и размеры ванны жидкого металла при сварке // ФиХОМ. 1986. -№4. С.76-82.

69. Friedman Е. Analysis of weld puddle distortion and its effect on penetration // Weld. J. -1978, 57. №6. P.161-170.

70. Григорьянц А.Г., Иванов Ю.Н., Кваша Ю.Н. и др. Расчёты тепловых процессов при лазерной сварке // Изв. Вузов.Сер. Машиностроение. 1981. № 11. С.135-138.

71. Sudnik W.A. Digitale und experimentelle Temperaturverteilung in der SchweiBzone bei der Einwirkung des defokussierten Energiestromes // Strahltechnik. DVS Berichte. 1985, № 9. P. 158 161.

72. В.Г. Бабский, Н.Д. Копачевский, Ф.Д. Мышкис и др. Гидромеханика невесомости М.: Наука, 1976. 504 с.

73. Финн Р. Равновесные капиллярные поверхности. Математическая теория. М.: Мир, 1989. 312 с.

74. Березовский Б.М. Математическое моделирование формирования шва при дуговой сварке 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.

75. Кархин В.А. Тепловые основы сварки. Учебное пособие. JL: ЛенГ-ТУ. 1990. 100 с.

76. Eagar T.W., Tsai N.S. Temperature fields produced by travelling distribution heat sources // Weld. J., 1983. №12. -P.346-355.81 .Владимиров B.C. Уравнения математической физики // M.: Наука, 1966.

77. Моисеев Н.Н., Черноусько Ф.Л. Задачи колебаний жидкости, подверженной силам поверхностного натяжения // Журнал вычислительной математики и математической физики, 1965, № 6. С. 1071 1095.

78. Жаблон К., Симон Ж.-К. Применение ЭВМ для численного моделирования в физике. М. : Наука, 1983. 235 с, Пер. с франц.

79. Прохоров Н.Никол. Технологическая прочность сварочных швов в процессе кристаллизации. М.: Металлургия, 1979. 248 с.

80. Демченко В.Ф. // Дис. . д-ра техн. наук. Киев: Институт электросварки им. Е.О. Патона, 1991. 400 с.

81. Сварка и свариваемые материалы: Т1. Свариваемость материалов / под ред. Э.Л. Макарова. М.:Металлургия, 1991.528 с.

82. Э.Л.Макаров, А.В.Коновалов Математические модели и компьютерные программы для расчета показателей свариваемости // САПР и экспертные системы в сварке. Изв. ТулГТУ. Тула: ТулГТУ, 1995. С. 43-50.

83. Судник В.А. Методика прогнозирования качества сварки плавлением для оценки прочности сварных соединений. Механические и физико-химические свойства материалов. 1991, № 1. С. 103 120.

84. Судник В.А. САПР в сварке // САПР и микропроцессорная техника в сварочном производстве. М.: МДНТП, 1991.

85. Судник В.А. Современная система расчета термодинамического и термомеханического состояния металла в зоне сварки // Современные направления в информатизации и управлении в сварочном производстве. Тез. докл. науч.-техн. семинара. М.: ЦРДЗ, 1996.

86. Судник В.А., Ерофеев В.А. Основы научных исследований и техника эксперимента. Компьютерные методы исследования процессов сварки. Тула: ТулПИ, 1988. 95 с.

87. Goldak, J.; Chakravarti, A.; Bibby, М.: A new finite element model for welding heat sources. Metallurgical Transactions, vol. 15B, June 1984, pp. 299-305.

88. DebRoy Т., David S.A. Physical process in fusion welding. Review of modern physics. 1995, No 67. pp. 85-112.

89. Radaj D. Heat effects of welding. Temperature field, Residual stress, Distortion. Springer Verlag, 1992. 350 p.

90. Судник В.А., Ерофеев В.А., Радаи Д. Методика и алгоритм оценки погрешностей компьютерной имитации процессов сварки // Компьютерные технологии в соединении материалов: Тез. докл. 2-й Всерос. науч.-техн. конф. Тула: ТулГУ, 1998. с. 62-65.

91. Винокуров В.А., Григорьянц А.Г. Теория сварочных деформаций и напряжений. М.: Машиностроение, 1984. 280 с.

92. Теория сварочных процессов // В.Н. Волченко, В.М. Ямпольский, В.А. Виникурав и др. // Под ред. В.В. Фролова. М.: Высшая школа, 1988. 559 с.

93. Радаи Д. Возможности применения численного анализа свариваемости при проектировании процессов / САПР и экспертные системы в сварке. Под ред. В. Судника. Тула: ТулГУ. 1995. С. 7-19.

94. Radaj D. Heat effects of welding Temperature field, Residual stresses, Distortion. Berlin:Springer-Verlag, 1992. 348 p.

95. Radaj D., Hauser Н., Braun S. Numerische Simulation Eigenspan-nungen und Verzug bei SchweiBverbindungen aus AlMgSi Legirungen, Konstruktion, 1998. №50. (H. 7/8). S. 31-38.

96. Dowden J., Postacioglu N., Davis M., Kapadia P.D., A keyhole model in penetration welding with a laser // Journal Physics D: Applied Physics, 1987. № 20. P. 36-44.

97. Beck M., Berger P., Hiigel H. Modelling of keyhole melt interaction in laser deep penetration welding // Laser Treatment of Materials, ECLAT'92. Oberursel: DGM Informationsgesellschaft Verlag. 1992. P. 963 698.

98. Fundamental approach to the laser weldability of aluminium- and cooper-alloys / Ju. Rapp, M. Beck, F. Dausinger, H. Hugel / 5th European Conference on Laser Treatment of Materials, ECLAT '94, Bremen 1994. (Dtisseldorf: DVS Verlag. BerichtNr. 163).

99. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов. М.: Наука, 1974. 308 с.

100. Sudnik W., Radaj D., Breitschwerdt S., Erofeew W. Numerical simulation of the weld pool in laser beam welding // J. Phys. D: Appl. Phys., 2000. № 33. C. 622-671.

101. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке металлов. М: Энергоатомиздат, 1985. 208 с.

102. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов Л.А. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена / М.: Наука, 1984. 288 с.

103. Ченцов Н.Н. Статистические решающие правила и оптимальные выводы М., 1972

104. В.А. Судник, В.А. Ерофеев, И.В. Д. Радаи Адекватность компьютерной имитации процессов сварки // Сб. научных трудов. Тула: Тульский государственный ун-т, 1995. С. 92 99.

105. Role of thermophysical properties in weld pool modeling / K. Mun-dra, T. Debroy, T. Zacharia, S.A. David // Welding Journal, 1992. (71). P.313-320.

106. Fuerschbach P.W. Measurement and prediction of energy transfer efficiency in laser beam welding // Welding Journal, 1996. (75). P.24-34.

107. Таблицы по математической статистике / П. Мюллер, П. Ной-ман, Р. Шторм; Пер. с нем. М.: Финансы и статистика, 1982. - 178 с.

108. Оценка тепловых процессов вблизи сварочной ванны // В.И. Махненко, JI.A. Петун, В.П. Прилуцкий, В.М. Замков // Автомат, сварка. 1969. №11. С. 1 -6.

109. Berchnung von Eigenspannungen und Verzug an einer Probeschale aus Aluminiumlegierung AA6056., Daimler Aerospace. 2000

110. Судник В.А. Физико-математические модели процессов кристаллизации сварных швов. Обзор//Автоматическая сварка-1984. -№2.- с. 16-21.