Компьютерное моделирование тепловых процессов при дуговой сварке толстостенных конструкций из алюминиевых сплавов

Проведено компьютерное моделирование тепловых процессов, протекающих при сварке толстостенной конструкции из широко распространенного в современной промышленности алюминиево-магниевого сплава АМг6. При моделировании учтены особенности, связанные с интенсивным отводом тепла из зоны сварки, вызванным значительными габаритными размерами сварной конструкции и высокой теплопроводностью используемого материала. На практике указанные особенности увеличивают вероятность образования такого дефекта, как несплавление сварного шва с основным металлом соединяемых элементов. Моделирование выполнено методом конечных элементов в программном комплексе ANSYS. Разработана геометрическая модель, проведено разбиение тел на конечные элементы. Для областей с ожидаемо высокими градиентами температур конечные элементы выбраны значительно меньшего размера, чем таковые в отдаленных от зоны сварки частях геометрической модели. Это увеличило точность решения и значительно снизило время расчетов. Модель источника нагрева построена с учетом постепенного появления наплавленного металла сварного шва по мере перемещения сварочной дуги вдоль соединяемых кромок. Результаты моделирования подтвердили возможность применения имеющихся справочных режимов сварки для исследуемых условий.

Литература

[1] Чернышов Г.Г. Технология сварки плавлением и термической резки. Москва, Академия, 2011. 239 с.

[2] Маслов Б.Г., Выборнов А.П. Производство сварных конструкций. Москва, Академия, 2008. 251 с.

[3] Кархин В.А. Тепловые процессы при сварке. Санкт-Петербург, Изд-во Политехнического ун-та, 2015. 571 с.

[4] ГОСТ 4784–2019. Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки. Москва, Росстандарт, 2019.

[5] Арзамасов Б.Н., Соловьева Т.В., Герасимов С.А. Справочник по конструкционным материалам. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 640 с.

[6] Королев С.А. Методика расчетной оценки стойкости сварных швов листовых конструкций из алюминиевых сплавов против образования продольных кристаллизационных горячих трещин. Дис. … канд. техн. наук. Москва, 2007. 183 с.

[7] ГОСТ 7871–75. Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия. Москва, Изд-во стандартов, 1994. 14 с.

[8] ГОСТ 14806–80. Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Москва, Изд-во стандартов, 1991. 36 с.

[9] Алешин Н.П., Чернышов Г.Г. Сварка. Резка. Контроль: справочник. В 2 т. Т. 1. Москва, Машиностроение, 2004. 624 с.

[10] Куркина С.А., Ховова В.М. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 464 с.

[11] Куркин А.С., Макаров Э.Л. Программный комплекс «Сварка» — инструмент для решения практических задач сварочного производства. Сварка и Диагностика, 2010, № 1, с. 16–24.

[12] ESI SYSWELD — Моделирование и анализ сварки, сборки и термообработки. URL: https://www.esi-group.com/ru/programmnye-resheniya/virtualnoe-proizvodstvo/svarka-termoobrabotka/esi-sysweld (дата обращения 31 января 2020).

[13] Simulating Welding with Simufact Welding. URL: https://www.simufact.com/simufactwelding-welding-simulation.html (дата обращения 31 января 2020).

[14] Thermal Model Simulation Analysis. URL: https://www.ansys.com/products/structures/thermal-analysis (дата обращения 31 января 2020).

[15] Система трехмерного моделирования КОМПАС-3D v19. URL: https://www.kompas.ru/kompas-3d/about/ (дата обращения 31 января 2020).

[16] Кузнецов В.В., Водяков В.Н., Кузнецова О.М. Технология «рождения» и «смерти» конечных элементов ANSYS Inc. (США). Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы. Межвуз. сб. науч. тр., Саранск, Изд-во Мордов. ун-та, 2013, с. 392–401.