XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Введение.

В сегодняшнее время сварка имеет разнообразное применение в новейшей технике и является одним из самых важных технологических процессов во многих отраслях машиностроения. В большинстве случаев сварка – это самый эффективный и единственно допустимый способ получения неразъёмных соединений и бережливых заготовок, которые, как можно больше, соответствуют по геометрии и подходящей форме к готовой детали или продукции.

Жёсткая конкурентная среда мирового рынка требует от промышленных предприятий оперативного исполнения заказов и качества продукции. Бурное развитие компьютерных программ, которые имеют в своём наличии разные функции, поспособствовало образованию новых технологий машиностроения. Все это даёт возможность человеку выполнять проектирование в тесном взаимодействии с компьютерами, т.е. автоматизировать процесс разработки.

Компьютеризация позволяет испытать разные варианты технологий, сократить время и деньги на реальные эксперименты[1].

Сварочное производство так же, как и множество технологических процессов, получило своё развитие в информационных технологиях, поэтому в данной статье предлагаю рассмотреть примеры моделирования сварочных процессов в программном комплексе SYSWELD от ESI Group (Франция).

Основная часть.

SYSWELD — программный пакет для моделирования процессов сварки и термообработки (ТО) с помощью метода конечных элементов. Другими словами, в SYSWELD возможно создание цифрового двойника как изделия, так и процесса.

Цифровой двойник (с англ. «digital twin») – это компьютерная копия физического объекта, процесса, производственного комплекса или даже человека, которая необходима для того, чтобы узнать, что будет с оригиналом в тех или иных условиях [2].

Основные модули, применяемые в SYSWELD:

Модули, применяемые для организации и решении вопросов сварки:

WELD PLANNER – модуль расчёта процессов сварки методом «усадки»;

VISUAL-VIEWER – модуль отображения и вывода результатов;

VISUAL-MESH – генератор сетки конечных элементов;

VISUAL-ASSEMBLY – модуль расчёта задач короблений больший конструкций;

VISUAL-WELD – генератор сетки конечных элементов.

2. Модули, применяемые для организации и решении вопросов ТО:

VISUAL-HEAT TREATMENT – модуль задания входных данных о ТО;

VISUAL-VIEWER – модуль отображения и вывода результатов;

VISUAL-MESH – генератор сетки конечных элементов.

Исследование влияния и улучшение технологических параметров процесса сварки и ТО с целью повышения качества производимой продукции – это основные задачи, которые можно решить, используя SYSWELD.

Отличительной чертой работы SYSWELD от подобных систем является то,

что в нём предусмотрена возможность учитывать несплошность материала после операций сварки и ТО, которые были вызваны металлургическими превращениями. В свою очередь, эти превращения оказывают значительное воздействие на деформации, временные и остаточные напряжения. Также есть библиотека сварочных источников тепла и охлаждающих сред.

SYSWELD непосредственно работает с термокинетическими диаграммами, описывающих кинетику процессов фазовых переходов в материалах, подвергшихся сварке и ТО. В руководстве по работе с SYSWELD такими диаграммами являются CCT-, TTT-, TTA-диаграммы. На русский язык эти диаграммы переводятся следующим образом: CCT (Continuous Cooling Transformation) – диаграмма превращений при постоянном остывании; TTT (Time-Temperature Transformation) – диаграмма изотермического превращения; TTA (Time-Temperature Austenitization) важный вид диаграммы для стали — аустенизация стали, то есть фазовый переход, который сопровождается при нагревании увеличением в структуре аустенита. Помимо этого, существует база данных российских и зарубежных материалов.

Моделирование сварки в VISUAL-WELD.

Имитирование сварочных процессов включает в себя следующие параметры:

характеристики основного и сварочного материала;

количество проходов в многопроходных швах;

режимы сварки: напряжение, ток, скорость сварки;

наличие ТО после сварки;

температуру предварительного подогрева;

условия закрепления конструкции

Расчёты позволяют получить информацию о следующем:

возможность образования холодных и горячих трещин в сварном соединении;

напряжённо-деформированное состояние сварных соединений и частей сварной конструкции в зависимости от условий и вида закреплений;

твёрдость материала по Виккерсу;

эксплуатационные напряжения с учётом остаточных сварочных напряжений и деформаций;

остаточные сварочные напряжения и деформации;

структура шва и ЗТВ;

глубина проплавления, ширина ЗТВ.

Способы сварки, моделируемые в VISUAL-WELD:

электронно-лучевая сварка;

сварка трением с перемешиванием;

полуавтоматическая сварка неплавящимся электродом в среде инертных газов (TIG-сварка);

ручная дуговая сварка покрытыми электродами (ММА-сварка);

контактная точечная и шовная сварка;

полуавтоматическая сварка плавящимся электродом в среде активных газов (MAG-сварка);

автоматическая сварка под флюсом (SAW-сварка);

лазерная сварка.

Моделирование сварки в WELD PLANNER.

WELD PLANNER – это модуль, в котором можно рассчитывать сварочный процесс «усадочным» методом. При помощи модуля можно за короткое время дать оценку сварочным искривлениям(короблениям) в зависимости от того, как была установлена конструкция. Уменьшить сварочные деформации и искривление конструкции – вот основные проблемы, которые решаются с помощью данного модуля.

Применяя WELD PLANNER, возможно понять форму искривления деталей. Вдобавок к этому можно свести к минимуму данные коробления, если использовать всевозможные вариации выполнения швов и условий закреплений.

«Усадочный» метод включает в себя:

Последовательность выполнения сварочных швов.

Условия закрепления конструкции.

Механические характеристики основного и сварочного материала.

Расчёты позволяют определить поля общих деформаций и перемещений после сварки.

Способы сварки в WELD PLANNER такие же, как в VISUAL-WELD.

Моделирование ТО в VISUAL-HEAT TREATMENT.

Тепловая, металлургическая и механические задачи – задачи, на которых базируется моделирование ТО. При имитации химико-термической обработки(ХТО) принимаются во внимание также диффузионные процессы.

Моделирование процессов ТО включает в себя:

материал детали;

условия закрепления конструкции;

вид охлаждающей среды;

режим ТО: время выдержки, скорость нагрева и охлаждения;

количество циклов ТО.

Данные, определяемые расчётами:

микроструктура изделия;

область напряжений и деформаций;

твёрдость по Виккерсу;

рабочие напряжения с учётом остаточных напряжений и деформаций после ТО;

возможность образования горячих и холодных трещин в детали при ТО;

Моделируемые технологии ТО:

термическая обработка (старение, отжиг, отпуск);

сквозная закалка;

ХТО (цианирование, цементация, азотирование);

поверхностная закалка [3].

Заключение.

Таким образом, SYSWELD – это программное обеспечение, в котором можно создавать цифровые двойники. Что это даст? Проектирование подобных двойников позволит уменьшить количество натурных экспериментов, что является одним из главных преимуществ компьютерного моделирования, время и ресурсы на них, увеличить пригодность выпускаемой продукции. Компьютерное моделирование сварочного процесса даст возможность производить изделие сравнительно простым и экономичным способом, так как заранее можно сравнить все способы [4].

Список использованной литературы.

Моделирование сварочных процессов с помощью программного обеспечения фирмы ESI Group. [Электронный ресурс]. URL: https://www.cadmaster.ru/magazin/articles/cm_57_10.html (дата обращения 16.10.21).

Что такое цифровые двойники и где их применяют. [Электронный ресурс]. URL: https://trends.rbc.ru/trends/industry/6107e5339a79478125166eeb#card_6107e5339a79478125166eeb_1 (дата обращения 23.10.21).

PLM УРАЛ. Решения для цифрового предприятия. [Электронный ресурс]. URL: https://litkons.com/upload/iblock/cb1/Resheniya-dlya-modelirovaniya-protsessov-proizvodstva.pdf (дата обращения 16.10.21).

Применение SYSWELD для исследования сварочных деформаций. [Электронный ресурс]. URL: https://sapr.ru/article/21948 (дата обращения 16.10.21).

Код для цитирования: Скопировать