Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку Едомин, Денис Михайлович

Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку
<
Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Едомин, Денис Михайлович. Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку : диссертация ... кандидата технических наук : 05.03.06.- Киров, 2006

Содержание к диссертации

Введение

1. СВАРКА СТАЛЕЙ, ИМЕЮЩИХ ВЫСОКИЙ УГЛЕРОДНЫЙ ЭКВИВАЛЕНТ 17

1.1. Технологические особенности сварки сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент 17

1.2. Технологические возможности сварки двумя источниками нагрева , 23

1.3. Методика расчета температур предварительного подогрева при сварке 28

1.4. Анализ технологических процессов соединения синхронизатора с шестерней 30

1.5. Гидродинамическая неустойчивость ванны сварного шва при использовании одного луча лазера 33

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО ПРОЦЕССА ДВУХЛУЧЕВОЙ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ КОЛЬЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ 41

2.1. Формирование распределения плотности мощности при воздействии нескольких источников нагрева 41

2.2. Моделирование теплового процесса в кольцевом соединении 49

2.3. Построение математической модели двухлучевой лазерной сварки 52

2.4. Задача оптимального управления тепловым процессом двухлучевой лазерной сварки кольцевых соединений 55

2.4.1. Построение заданного распределения температуры 55

2.4.2. Функция управляющего воздействия двух источников 59

2.4.3. Задача управления тепловым процессом сварки 60

2.4А. Постановка задачи оптимизации теплового процесса 61

2.4.5. Влияние термокапиллярных сил и качественная оценка повышения

устойчивости жидкой фазы при формировании сварного шва 62

3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДВУХЛУЧЕВОИ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ КОЛЬЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ 65

3.1. Определение технологических параметров режима двухлучевои лазерной сварки 65

3.2. Определение плотности мощности д} и д2 при двухлучевои лазерной сварке ,.,,.68

3.3. Исходные данные для численного моделирования 71

3.4. Решение задачи оптимизации управляющего параметра у 72

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ДВУХЛУЧЕВОИ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ 76

4.1. Описание процесса двухлучевои лазерной сварки с последовательным расположением лучей 76

4.2. Технологические параметры двухлучевои лазерной сварки 79

4.3. Технологическое оборудование и технологическая оснастка для ведения процесса двухлучевои лазерной сварки 80

4.4. Технологический процесс изготовления сварного соединения шестерни с синхронизатором двухлучевои лазерной сваркой 85

5. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СВАРНОГО

СОЕДИНЕНИЯ СТАЛЕЙ, ПРОШЕДШИХ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКУЮ

ОБРАБОТКУ ПРИ ДВУХЛУЧЕВОИ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКЕ 87

5.1. Исследование дефектообразования сварного соединения 87

5.2. Анализ свойств сварного соединения выполненного двухлучевои лазерной сваркой 91

5.2.1. Изменения химического состава металла шва сварного соединения при двухлучевой лазерной сварке „ 91

5.2.2. Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) сварного соединения...92

5.2.3. Металлографические исследования сварного соединения 95

5.2.4. Метрологические исследования сваренной конструкции 98

5.2.5. Испытания механических свойств сварного соединения 99

5.2.6. Испытания на статическую прочность сварного соединения и усталостные испытания 100

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 101

ЛИТЕРАТУРА 103

Введение к работе

Одной из основных задач современного производства является повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции за счет снижения ее себестоимости, увеличения ресурса работы. Ресурс работы деталей машин и механизмов во многом определяется рациональностью выбора марки конструкционных материалов и технологией их обработки [І].

Для увеличения ресурса работы, детали машин и механизмов подвергают химико-термической обработке, в частности, нитроцементации, для уменьшения износа деталей, работающих в условиях тяжело нагруженных контактных нагрузках [38,39,40,41,42,43,44]. Нитроцементация является наиболее распространенным видом химико-термической обработки в машиностроении. Но если прошедшая химико-термическую обработку деталь в процессе изготовления машин и механизмов должна проходить технологическую операцию сварки, то возникают проблемы со свариваемостью [15,16],

Одной из тенденций развития современного машиностроения является широкое использование сварки, как эффективного метода снижения себестоимости выпускаемой продукции. Сварка позволяет существенно повысить коэффициент использования материалов, снизить трудозатраты на изготовление деталей машин и механизмов, то есть в конечном итоге снизить себестоимость выпускаемой продукции за счет широкого использования сварных узлов.

Вследствие высокого содержания в поверхностном

нитроцементированном слое металла углерода, получение качественного сварного соединения известными традиционными методами сварки невозможно, так как при формировании сварного соединения возникают многочисленные дефекты (горячие и холодные трещины, пористость и раковины в литой зоне шва, несплавления и т.д.) [2,3, 38,39,40,41,42,43,44].

Поэтому при сварке сталей с высоким углеродным эквивалентом применяют различные технологические приемы, повышающие

9 технологическую прочность - предварительный или сопутствующий подогрев, термообработку после сварки, что неизбежно приводит к значительному увеличению себестоимости выпускаемой продукции.

Одним из наиболее действенных приемов для исключения образования холодных трещин при сварке сталей с высоким углеродным эквивалентом является сварка с предварительным общим или локальным (предварительным или сопутствующим) подогревом. Это приводит к уменьшению скорости охлаждения при температурах распада аустенита.

Степень предварительного подогрева зависит от углеродного эквивалента свариваемой стали, толщины свариваемой детали и режима сварки. Чем более склонной к полной закалке является сталь и чем менее пластичным получается мартенсит закалки, тем вероятнее образование трещин в околошовной зоне и тем выше должна быть температура предварительного подогрева перед сваркой.

Основным химическим элементом, увеличивающим закаливаемость и прокаливаемо сть сталей, является углерод. Ориентировочно влияние других химических элементов, в частности ряда легирующих элементов, снижающих скорость распада аустенита, может быть оценено пересчетом их в количество эквивалентно действующего, заменяющего их углерода. Для расчета каждого элемента в эквивалентное количество углерода на основании экспериментальных исследований подбирают соответствующие коэффициенты.

Но разработанные и применяемые в настоящее время технологические приемы не позволяют в полном объеме решить все проблемы свариваемости сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент.

Таким образом, с одной стороны, для увеличения ресурса работы деталей механизмов машин, работающих в тяжело нагруженных условиях и условиях повышенного износа, необходимо применять химико-термическую обработку, а с другой стороны возникают значительные технологические

10 трудности и дополнительные экономические затраты, если детали прошедшие химико-термическую обработку должны подвергаться сварке.

Решение указанной проблемы возможно при использовании высококонцентрированных источников энергии - пучка электронов или излучения лазера, которые обладают рядом факторов-предпосылок, позволяющих получить качественное сварное соединение сталей с высоким углеродным эквивалентом. В первую очередь к ним относятся высокая концентрация энергии, которая позволяет увеличить скорость сварки, уменьшить время теплового воздействия на околошовную зону, ограничить размеры сварочной ванны и снизить размеры зоны термического влияния, что благоприятно сказывается на структурно-фазовом состоянии металла шва и сварного соединения, позволяет повысить технологическую прочность сварного шва и сохранить геометрию сварного узла в поле допуска [4,5,6].

В настоящее время в промышленности начинают использоваться процессы сварки материалов высококонцентрированными потоками энергии с применением гибридных сварочных технологий: лазерно-дуговой, лазерно-плазменной, лазерно-индукционной, тандемной электронно-лучевой и лазерной, лазерно-светолучевой [4,5,6,45,46,53,83,94,95,96].

Электронный луч, как технологический инструмент позволяет осуществить нагрев, сварку, наплавку, испарение, размерную обработку и ряд других технологических операций. Такая универсальность электронного луча дает возможность использовать одно и то же оборудование для различных технологических целей, в различных отраслях промышленности как высококонцентрированный источник энергии. Но его использование в условиях крупносерийного и массового производства затруднено сложностью автоматизации технологических процессов в вакууме.

Поэтому в условиях крупносерийного производства для сварки небольших толщин предпочтительнее использовать луч лазера, так как значительно снижаются затраты на проектирование и изготовление

технологической оснастки и не требуется производить размагничивание деталей перед сваркой [7,60,106,107,108,109,111].

Процесс лазерной сварки осуществляется при атмосферных условиях в среде защитных газов: Ar, Не, С02, N2 или их смесях. На лазерный луч не влияют магнитные поля свариваемых деталей и технологической оснастки. Лазерный луч с помощью зеркальных оптических систем легко транспортируется и направляется в труднодоступные места. При этом обеспечивается компьютерное управление процессом лазерной сварки с регулированием энергетических характеристик лазерного излучения.

Ведение технологического процесса сварки

высококонцентрированными источниками энергии позволяет значительно увеличить скорость сварки по сравнению с электрической дуговой и аргонодуговой сваркой, значительно уменьшить зону термического влияния, что является хорошей предпосылкой для сварки сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент [5,8,9,10].

Лазерная сварка осуществляется в широком диапазоне режимов, обеспечивающих процесс соединения различных металлов толщиной от нескольких микрон до десятков миллиметров [5,11,15,17,19].

Из всех видов термического воздействия для подогрева деталей, изготовленных из материалов имеющих высокий углеродный эквивалент, перед сваркой наиболее приемлемым является локальный предварительный (сопутствующий процессу сварки) подогрев, так как он обеспечивает минимальные тепловые вложения в свариваемые детали и позволяет сохранить геометрические размеры свариваемого узла в поле допуска.

Если геометрические размеры свариваемого узла находятся в поле допуска несколько микрон или десятков микрон и масса свариваемого узла мала (не превышает одного килограмма), то, как показывает практика, применение классических источников локального подогрева - газового пламени, электрической дуги, плазмы нецелесообразно, так как тепловые вложения в свариваемый узел могут оказаться слишком большими

12 вследствие низкого коэффициента сосредоточенности теплового источника и низкой скорости вложения тепла в свариваемую деталь. Луч лазера обеспечивает наиболее высокую степень локальности подогрева вследствие высокого коэффициента сосредоточенности теплового источника нагрева и точности дозировки энергии. Высокий темп вложения тепла лучом лазера обеспечивает высокую скорость предварительного подогрева, которая совпадает со скоростью движущегося сварочного источника энергии (в данном случае лазерного). Лазерная сварка характеризуется высокими скоростями сварки, поэтому наиболее целесообразным является применение в качестве источника предварительного подогрева также излучение лазера. Использование классических источников предварительного локального подогрева при применении лазерной сварки привело бы к необходимости разделения во времени действия источника предварительного подогрева и сварочного источника энергии, что привело бы к увеличению тепловых вложений в свариваемый узел, так как за время между предварительным подогревом и последующим технологическим процессом сварки деталь будет остывать и потребуется большее вложение тепла, что приводит к повышению вероятности выхода геометрических размеров свариваемых деталей за поле допуска. Поэтому наиболее приемлемым вариантом является локальный (сопутствующий процессу сварки) предварительный подогрев лучом лазера и в этом случае скорость движения теплового источника подогрева совпадает со скоростью сварочного источника энергии.

Данная схема подогрева свариваемых кромок может быть реализована при двухлучевой лазерной сварке, в которой один из лучей лазера выполняет функцию предварительного подогрева.

Разработка процесса лазерной сварки сталей, прошедших химико-термическую обработку (нитроцементацию), является трудоемкой задачей, так как требует проведения большого количества экспериментов. Поэтому для сокращения количества экспериментов и уменьшения времени для оптимизации технологических параметров сварки целесообразно применять

13 математические методы моделирования, которые ускоряют выбор оптимальных технологических режимов сварки за счет получения количественной оценки процессов теплопередачи, что позволяет существенно сократить объем затрат на проведение экспериментальных работ.

Целью дайной работы является исследование и разработка процесса высокоскоростной двухлучевои лазерной сварки сталей с высоким углеродным эквивалентом с сохранением геометрических размеров свариваемого узла в микронном поле допуска и требованием к сварочному процессу как окончательной сборочной операции.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие задачи:

  1. Изучить применяемые в сварочном производстве способы и технологии сварки сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент.

  2. Предложить эффективный способ сварки сталей, прошедших химико-термическую обработку - нитроцементацию.

  3. Разработать математическую модель и методику численного моделирования режима двухлучевои лазерной сварки сталей с высоким углеродным эквивалентом.

  4. Поставить задачу оптимизации параметров технологического процесса двухлучевои лазерной сварки с учетом повышения гидродинамической устойчивости жидкой фазы в сварочной ванне.

  5. Разработать и исследовать технологический процесс двухлучевои лазерной сварки кольцевых соединений из сталей, прошедших химико-термическую обработку, с применением оптимального режима лазерной сварки.

  6. Провести металлографические исследования, а также исследования механических свойств сварного соединения.

14 Для решения поставленных задач были использованы следующие методы: методы теории теплопроводности, методы математического и численного моделирования, металлографические методы, методы разрушающего и неразрушающего контроля.

Научная новизна работы

  1. Предложен новый способ двухлучевой лазерной сварки деталей, прошедших химико-термическую обработку, в котором первый луч лазера частично оплавляет присадочный материал и осуществляет локальный предварительный подогрев свариваемых кромок, а второй луч выполняет сварку с минимальным коэффициентом перемешивания основного металла и равномерную кристаллизацию сварного шва.

  2. Обоснована методика выбора оптимальных параметров двухлучевой лазерной сварки с учетом заданных температур нагрева в зоне действия каждого луча и регуляризации термокапиллярного эффекта в сварочной ванне.

  3. Построена математическая модель теплового процесса двухлучевой лазерной сварки кольцевого соединения с заданным распределением мощности и с последовательным расположением лучей лазера.

  4. Поставлена и решена задача оптимального управления тепловым процессом двухлучевой лазерной сварки по критерию качества, который включает в себя следующие показатели: минимизация объема сварочной ванны и дефектообразования сварного шва, сохранение геометрических размеров шестерни и синхронизатора в микронном поле допуска, обеспечение конструкционной прочности сварного соединения и повышение гидродинамической устойчивости расплава при формировании сварного шва.

  5. Разработан технологический процесс двухлучевой лазерной сварки деталей, прошедших химико-термическую обработку, без последующей термической и механической обработки сварного узла, то есть

15 двухлучевая лазерная сварка является окончательной сборочной операцией.

Практическая ценность работы

Проведены экспериментальные исследования влияния режимов двухлучевой лазерной сварки сталей, прошедших химико-термическую обработку, на характеристики сварного соединения, разработаны методы оптимизации параметров режима сварки, которые снижают затраты на экспериментальную отработку режимов двухлучевой лазерной сварки сталей, прошедших химико-термическую обработку, позволяют повысить производительность процесса сварки и, соответственно, снизить себестоимость выпускаемой продукции.

Результаты диссертационной работы докладывались:

  1. Конференция с международным участием «Сварка Урала - 2003», посвященная столетию Н.Н. Рыкалина, г. Киров, 2003 г.

  2. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2003 г.

  3. Международная конференция «Лазерные технологии и способы их реализации» г. Санкт-Петербург, 2003 г.

  4. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2004 г.

  5. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2005 г.

  6. Всероссийская ежегодная научно-техническая конференция «Наука, производство, технология, экология», г. Киров, ВятГУ, 2006 г.

По результатам выполненной работы опубликовано 7 работ.

Диссертация состоит из 5 глав

Технологические особенности сварки сталей, имеющих высокий углеродный эквивалент

Химико-термической обработкой, называют технологические процессы, приводящие к диффузионному насыщению поверхностного слоя сплавов различными химическими элементами [38,39].

Химико-термическую обработку применяют для повышения твердости, износостойкости, сопротивления усталости и контактной выносливости, а также для защиты от электрохимической и газовой коррозии.

Диффузионное насыщение стали углеродом, азотом и совместно этими химическими элементами - наиболее распространенные в промышленности процессы химико-термической обработки.

Углерод и азот легко взаимодействуют с поверхностью стали, образуя с железом твердые растворы внедрения, и сравнительно быстро диффундируют в обрабатываемый сплав.

Технологический процесс диффузионного насыщения углеродом поверхности сплавов из газовой фазы называется цементацией. После цементации концентрация углерода в поверхностном слое может достигать 0,8-й,02% при исходном содержании углерода 0,08- 0,25%. Твердость поверхности равна 750- 950 HV, толщина слоя может составлять несколько миллиметров [40,41,42,43,44].

Технологический процесс диффузионного насыщения сплавов азотом из газовой фазы называется азотированием. В зависимости от марки обрабатываемого материала и режимов процесса обработки толщина азотированного слоя может достигать 0,24-0,8 мм.

Твердость азотированного слоя с концентрацией азота до 0,30% составляет 1200 HV [38].

Технологический процесс одновременного диффузионного насыщения стали углеродом и азотом из газовой фазы называется нитроцементацией. Одновременное диффузионное насыщение стали углеродом и азотом, позволяет получать определенные преимущества. Например, азот способствует диффузии углерода, поэтому можно понизить температуру диффузионного насыщения до 850 С и получить такое же науглероживание, как и при цементации, но в этом случае уменьшается рост зерна аустенита. Твердость нитроцементированного слоя достигает до 62 HRC, глубина слоя до 0,3 -0,5 мм и содержание углерода до 1,0%, азота до 1,0% [38].

Нитроцементация деталей изменяет углеродный эквивалент поверхностного слоя, и если деталь входит в свариваемый узел, то возникают трудности со свариваемостью таких деталей.

Технологические особенности и трудности сварки высокоуглеродистых сталей заключаются в том, что повышенное содержание углерода в свариваемых сталях оказывает неблагоприятное влияние на образование холодных и горячих трещин. Углерод способствует расширению температурного интервала кристаллизации и тем самым способствует образованию горячих трещин [12,13,14,15,16,17,18]. Кроме того, углерод увеличивает объемный эффект мартенситного превращения и поэтому увеличивает склонность свариваемой стали к образованию холодных трещин [19,58,59,61,70,71,75,76,77].

Трудности при сварке заключаются также в сложности получения механических свойств сварного соединения равнопрочным свариваемому материалу. Классические способы решения проблем сварки сталей с высоким углеродным эквивалентом достаточно хорошо известны [118] - это предварительная термообработка или общий подогрев, сопутствующий локальный подогрев в процессе сварки, последующая термическая обработка, применение присадочных материалов из сталей аустенитного класса и т.д. Все применяемые технологические приемы частично решают проблему свариваемости сталей с высоким углеродным эквивалентом, при этом увеличивают длительность технологического цикла, увеличивают себестоимость выпускаемой продукции и не позволяют сделать технологический процесс сварки окончательной сборочной операцией, то есть такой операцией, после которой, все геометрические размеры сваренной детали не выходят за пределы поля допуска и сварной узел не требуется подвергать последующей термической и механической обработке.

Формирование распределения плотности мощности при воздействии нескольких источников нагрева

При постановке задач оптимального управления вводится понятие управляющего воздействия и строится его математическая модель с основными управляющими параметрами источника воздействия.

В системах, описывающих тепловые процессы обработки материалов концентрированными потоками энергии (электронный, лазерный и ионный лучи, потоки нагретого газа и плазмы, электрическая дуга и т.д.), управляющим воздействием является концентрированный источник нагрева, который определяется функцией q(x,y,z,t) распределения плотности теплового потока.

Математическая модель источника энергии в общем виде, определяется; произведением двух функций v - вектор скорости перемещения источника (м/с); к- коэффициент сосредоточенности (параметр формы) источника (1/CMZ); x,y,z - оси координат, связанные с источником.

Функция источника д(х,у,г,1)может быть дискретной, непрерывной, кусочно-непрерывной. Для реальных сварочных источников эта функция является знакопостоянной, обычно положительной при нагревательном (однонаправленном) их воздействии. Если в системе кроме источников нагрева действуют стоки тепла, то функция q будет знакопеременной.

Мощность источника Q(t) при непрерывной и кусочно-непрерывной функции q{x,y,z,t) определяется выражением где Q. - область действия источника.

В теории сварочных процессов одной из основных является модель источника с нормальным законом распределения теплового потока. Область эффективного воздействия нормально-кругового источника определяется пятном нагрева радиуса го,оз на границе которого qfro.os )=$№ q2m (Я2т максимальное значение удельного теплового потока в центре источника) [25,30]. Модель такого нормально-кругового источника с ограниченным пятном нагрева непрерывна всюду в плоскости действия источника, за исключением точек разрыва первого рода, принадлежащих границе с радиусом TOMS Такая модель является кусочно-непрерывной.

Моделирование сварочных источников в более широком классе кусочно-непрерывных и кусочно-постоянных функций, позволяет описывать с большей точностью целый ряд источников, которых в теории сварочных процессов накопилось к настоящему времени довольно большое количество.

В современной теории сварочных процессов и технологии сварочного производства применяются такие источники нагрева, у которых параметры могут изменяться безынерционно. Так, например, у многих сварочных источников мощность в импульсном режиме изменяется мгновенно, практически безынерционно. А источники нагрева, формируемые электронным лучом и излучением лазера, являются практически безынерционными при управлении их перемещением, мощностью и фокусировкой. Поэтому, учитывая свойство безынерционного (скачкообразного) изменения основных параметров (формы, мощности, распределения плотности мощности по пятну и др.), модель источника необходимо строить в классе разрывных функций. Это в свою очередь позволяет ставить и решать задачи поиска оптимальных режимов сварки с применением новейших методов теории оптимального управления. [22,23,24,26,27].

Определение технологических параметров режима двухлучевои лазерной сварки

Для численного моделирования теплового процесса двухлучевой лазерной сварки и оптимизации его по параметру у принимаем следующие исходные данные: радиус оболочки г = 3 см, диаметр эффективного пятна для осуществления предварительного подогрева первым лучом лазера dx = 0,2 см, диаметр второго луча йг -0,15 см, температура предварительного нагрева Т1Ю1)=\ШС, максимальное значение заданной температуры Г„,=1600 С, чтобы обеспечить проплавление и избежать перегрева, скорость сварки е = 4 см/с, время нагрева /"=0,4 с, удельная мощность теплового потока у,=2 105 Вт/см3, д2 =4-105 Вт/см3, коэффициент температуропроводности а = 0,05 см2/с, удельную объемную теплоемкость с, =5 Дж/см3-град принимаем одинаковыми для присадки и основы, длина свариваемой окружности 18,8 см.

Решение задачи оптимального управления, поставленной в п. 2.4.3, сводится к поиску минимума функционала (2.18), значения которого определяем при углах у, указанных в (3.3) получаем при использовании математического пакета Mathcad 2001 Professional.

Вычисляя J[T(y)] при различных значениях /, получаем зависимость, которая позволяет определить величину у, при которой выражение (2.18) принимает минимальное значение. Кривая зависимости J[T{y)] изображена на рис. 3.4 при вышеуказанных исходных данных задачи.

Как отмечалось в п. 1.3, предварительный подогрев уменьшает скорость охлаждения сварного соединения, т.е. увеличивает длительность сварочного термического цикла. Расчет термического цикла двухлучевои лазерной сварки получим при помощи математического пакета MathCAD 2001 Professional. При расчете будем использовать выражение (2.17).

График термических циклов при двухлучевои лазерной сварке изображен на рис. 3.6.

Основными параметрами термического цикла являются: максимальная температура нагрева Ттт, близкая к температуре плавления Тт, скорость нагрева сов, длительность til5 и скорость охлаждения сош [89].

Анализируя полученный график термического цикла можно сделать вывод, что полученная максимальная температура Ттах близка к заданной температуре Тт, скорость нагрева н материала до температуры предварительного нагрева составляет 1 с, до максимальной температуры Тшх - 2 с. Длительность охлаждения в интервале г8/5 составляет 4 -5 с, что свидетельствует о том, что выбор форулы для расчета углеродного эквивалента с учетом длительности термического цикла сделан верно, поскольку значение tm 24 с, следовательно, методика проведения расчета температуры предварительного подогрева в п. 2.4.1 выбрана верно.

Похожие диссертации на Двухлучевая лазерная сварка сталей, прошедших химико-термическую обработку