V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Для использования моделирования в технических, инженерных задачах существенное значение имеет автоматизация получения критериев подобияс помощью вычислительных машин. Далее моделирование должно развиваться при сочетании методов теории подобия, планирования эксперимента, регрессионного анализа, исследований при вероятностной и неполной информации. Критериальные зависимости в сочетании с методами планирования эксперимента и статическими методами облегчают задачи оптимизации сложных систем.

Задачей исследований являлось составление математического описания влияния технологических параметров сварки на геометрические параметры корня шва, формируемыми подкладками из глинистых материалов. Для решения поставленной задачи были использованы керамические подкладки, произведенные из глинистого сырья с месторождения оз. Золотое (с. Вознесенское).

Оценка влияния режимов сварки проводилась путем планирования дробного факторного эксперимента типа 2². В качестве входных независимых параметров были выбраны сила сварочного тока (основной уровень 700 А, диапазон варьирования 100 А) и скорость сварки (основной уровень 30 м/ч, диапазон варьирования 10 м/ч). Откликом являлись высота (Y₁) и ширина корня шва (Y₂).

Сварка проводилась сварочной проволокой Св – 08А диаметром 4 мм под флюсом АН – 348 на пластинах из Ст3сп толщиной 8 мм, собранных стыковым соединением С4 по ГОСТ 8713 – 79 с зазором 2 мм. Для корректировки режимов сварки сборка пластин проводилась с выводными планками, подкладки устанавливались со стороны корня шва при помощи клейкой алюминиевой фольги.

По полученным экспериментальным данным (таблица 1) при помощи прикладной программы STATISTICA 6.0 были построены уравнения регрессии, описывающие зависимость геометрических параметров корня шва от силы сварочного тока (Х₁) и скорости сварки (Х₂), полученных при использовании керамических подкладок из глины (формула 1-2).

Y₁=1,25+0,0025Х₁-0,025Х₂ (1)

Y₂=1+0,01Х1-0,05Х₂ (2)

Оценка адекватности полученных уравнений по критерию Фишера доказала полную адекватность полученных уравнений для доверительной вероятности 0,98.

Таблица 1

Матрица планирования эксперимента и результаты опытов

Номер опыта	X1	X2	Сила тока, А	Скорость сварки, м/ч	Высота шва (Y1), мм	Ширина шва (Y2) , мм
1	+	-	800	20	2	7
2	-	-	600	20	3	7
3	+	+	800	40	3	8
4	-	+	600	40	1	4

ГОСТ 8713 – 79 устанавливает следующие размеры корня шва: высота 2^±2 мм; ширина шва имеет достаточно широкие пределы от 4^±2 до 26 мм. Анализ полученных экспериментальных данных показывает соответствие размеров требованиям ГОСТ по высоте и ширине шва (рисунок 1).

Программа STATISTICA 6.0 позволяет вывести уравнения и диаграммы нормального рассеяния высоты и ширины шва от каждого из независимых параметров. Получено 4 уравнения для керамических подкладок, в которые, подставляя требуемые нормативным документом размеры корня шва несложно подсчитать оптимальные режимы сварки и оценить влияние силы тока и скорости сварки на геометрию корня шва:

Y₁ = 0,5+0,025*I_св (3)

Y₂ = - 0,5+0,01*I_св (4)

Y₁ = 3 - 0,025*Vсв (5)

Y₂ = 8 - 0,05*Vсв (6)

На полученных диаграммах можно наблюдать прямую зависимость высоты и ширины корня шва от силы сварочного тока и обратную зависимость этих параметров от скорости сварки.

Для оценки возможности сокращения технологического процесса изготовления подкладок из глинистых материалов были проведены опыты по сварке на подкладках, прокаленных при температурах 120 и 600 ⁰С.

Выявлено, что подкладки не прошедшие полный цикл прокалки не пригодны для сварки. От температурного воздействия жидкого металла подкладки, прокаленные при 120 ⁰С, при сварке полностью сгорели, что привело к прожогу пластин. Подкладки, прокаленные при 600 ⁰С, прогорали по формообразующей поверхности (рисунок 2), что также привело к прожогу пластин.

Выводы:

1. Подкладки из глинистых материалов обеспечивают удовлетворительное формирование корня шва с геометрическими размерами соответствующими нормативному документу.

2. Подкладки должны пройти полный цикл прокалки: естественная сушка в течение 24 ч; сушка при 120⁰С в течение 3-4 ч.; прокалка при 600 – 620 ⁰С в течение 3-4 ч; прокалка при 1080 – 1100 ⁰С в течение 3 – 4ч.

3. Получены уравнения регрессии, описывающие зависимость высоты корня шва и его ширины от силы сварочного тока и скорости сварки.

4. При помощи прикладной программы STATISTICA 6.0 получены уравнения и диаграммы нормального рассеяния высоты и ширины корня шва от каждого из режимов сварки. Выявлено, что высота и ширина корня шва находится в прямой зависимости от силы тока, и в обратной зависимости от скорости сварки.

Код для цитирования: Скопировать