📄Работа №215921
Тема: Разработка технологии лазерно-гибридной сварки труб большого диаметра
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
технология конструкционных материалов
Объем:
224 листов
Год:
2022
Просмотров:
2
4880
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Humping Effect
1.2 Исследование по «хампинг эффекту»
1.3 Цель и задачи исследования
2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЛАЗЕРНО-ГИБРИДНОЙ СВАРКИ НА ДЕФЕКТЫ МЕТАЛЛА ШВА
2.1 Исходные данные первого натурного эксперимента
2.2 Схема проведения экспериментов
2.3 План первого эксперимента
2.4 Численное моделирование первого натурного эксперимента
2.5 Результаты математического моделирования первого натурного
эксперимента
2.6 Второй натурный эксперимент
2.4 Численной моделирование второго натурного эксперимента
3 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
3.1 Актуальность компьютерного моделирования
3.2 Процесс задачи модели материала в ESI SYSWELD
3.3 Процесс моделирования сварочной дуги и погонной энергии в ESI SYSWELD
3.4 Процесс внесения данных для лазера в ESI SYSWELD
3.5 Влияние положения фокуса на уровень проплавления корня шва ЛГС ...
4 ЖИДКОТЕКУЧЕСТЬ ОСНОВНОГО И ПРИСАДОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1 Вступление
4.2 Характеристика явления жидкотекучести
4.3 Определение формы для проведения опытов
4.4 Анализ химического состава сварочных проволок
4.5 Подготовка к проведению опытов 78
4.6 Проведение плавки на проволоке 08Г2С 83
4.7 Проведение плавки на проволоке ESAB FILARC PZ6125 1.2 mm 88
4.8 Проведение плавки на проволоке KOBELCO DW – A70L 1.2 мм 92
4.9 Измерение жидкотекучести по методу Юнга 94
4.10 Предварительный план эксперимента 96
4.10.1 Методом выливания капли на поверхность 96
4.10.2 Метод наплавки на сварочном роботе Fanuc 102
4.11 Итоги жидкотекучести 112
5 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ РАЗМЕРА ДОПУСТИМОГО ДЕФЕКТА 114
5.1 Методика проведения модельных и натурных исследований работоспособности сварных соединений ЛГС при наличии дефектов сварки 114
5.2 Моделирование полей остаточных напряжений сварочных и монтажных напряжений методом конечных элементов 115
5.3 Численная оценка вязкой прочности сварного соединения ЛГС при наличии дефектов сварки, остаточных сварочных и монтажных напряжений,
отклонений формы труб и соединений от номинальных параметров 128
5.4 Оценка квазихрупкой прочности соединения ЛГС 132
5.6 Выводы и рекомендации 136
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 137
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ФОТОГРАФИИ ПЛАСТИН ПОСЛЕ СВАРКИ 138
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ФОТОГРАФИИ ШЛИФОВ ПЛАСТИН ПЕРВОГО
НАТУРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 155
ПРИЛОЖЕНИЕ В. ФОТОГРАФИИ КОМПЬЮТЕРНЫЙ МОДЕЛЕЙ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ ПЕРВОГО НАТУРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 172
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. ЗАМЕР ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ ДЕФЕКТА ПЕРВОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 180
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. ФОТОГРАФИИ ГРАТА НА ОБРАТНОЙ СТОРОНЕ
ПЛАСТИН ПОСЛЕ СВАРКИ ЛГС 183
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. ЗАМЕР ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ ДЕФЕКТА ВТОРОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА 188
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ ВТОРОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА, ПОСТРОЕННЫЕ В ESI SYSWELD 204
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. СЕРТИФИКАТЫ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРОВОЛОК 212
ПРИЛОЖЕНИЕ И. СТАТЬЯ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ГРАТА ПРИ ЛАЗЕРНО¬
ГИБРИДНОЙ СВАРКЕ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА 217
ПРИЛОЖЕНИЕ К. ВЛИЯНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ФОКУСА ПРИ ЛАЗЕРНО¬
ГИБРИДНОЙ СВАРКЕ НА РАСПОЛОЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ СВАРНОГО
ШВА 227
ПРИЛОЖЕНИЕ Л. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНО-ГИБРИДНОЙ СВАРКИ НА КАЧЕСТВО СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ 237
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Humping Effect
1.2 Исследование по «хампинг эффекту»
1.3 Цель и задачи исследования
2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЛАЗЕРНО-ГИБРИДНОЙ СВАРКИ НА ДЕФЕКТЫ МЕТАЛЛА ШВА
2.1 Исходные данные первого натурного эксперимента
2.2 Схема проведения экспериментов
2.3 План первого эксперимента
2.4 Численное моделирование первого натурного эксперимента
2.5 Результаты математического моделирования первого натурного
эксперимента
2.6 Второй натурный эксперимент
2.4 Численной моделирование второго натурного эксперимента
3 КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
3.1 Актуальность компьютерного моделирования
3.2 Процесс задачи модели материала в ESI SYSWELD
3.3 Процесс моделирования сварочной дуги и погонной энергии в ESI SYSWELD
3.4 Процесс внесения данных для лазера в ESI SYSWELD
3.5 Влияние положения фокуса на уровень проплавления корня шва ЛГС ...
4 ЖИДКОТЕКУЧЕСТЬ ОСНОВНОГО И ПРИСАДОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1 Вступление
4.2 Характеристика явления жидкотекучести
4.3 Определение формы для проведения опытов
4.4 Анализ химического состава сварочных проволок
4.5 Подготовка к проведению опытов 78
4.6 Проведение плавки на проволоке 08Г2С 83
4.7 Проведение плавки на проволоке ESAB FILARC PZ6125 1.2 mm 88
4.8 Проведение плавки на проволоке KOBELCO DW – A70L 1.2 мм 92
4.9 Измерение жидкотекучести по методу Юнга 94
4.10 Предварительный план эксперимента 96
4.10.1 Методом выливания капли на поверхность 96
4.10.2 Метод наплавки на сварочном роботе Fanuc 102
4.11 Итоги жидкотекучести 112
5 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОЦЕНКИ РАЗМЕРА ДОПУСТИМОГО ДЕФЕКТА 114
5.1 Методика проведения модельных и натурных исследований работоспособности сварных соединений ЛГС при наличии дефектов сварки 114
5.2 Моделирование полей остаточных напряжений сварочных и монтажных напряжений методом конечных элементов 115
5.3 Численная оценка вязкой прочности сварного соединения ЛГС при наличии дефектов сварки, остаточных сварочных и монтажных напряжений,
отклонений формы труб и соединений от номинальных параметров 128
5.4 Оценка квазихрупкой прочности соединения ЛГС 132
5.6 Выводы и рекомендации 136
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 137
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ФОТОГРАФИИ ПЛАСТИН ПОСЛЕ СВАРКИ 138
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ФОТОГРАФИИ ШЛИФОВ ПЛАСТИН ПЕРВОГО
НАТУРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 155
ПРИЛОЖЕНИЕ В. ФОТОГРАФИИ КОМПЬЮТЕРНЫЙ МОДЕЛЕЙ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ ПЕРВОГО НАТУРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 172
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. ЗАМЕР ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ ДЕФЕКТА ПЕРВОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 180
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. ФОТОГРАФИИ ГРАТА НА ОБРАТНОЙ СТОРОНЕ
ПЛАСТИН ПОСЛЕ СВАРКИ ЛГС 183
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. ЗАМЕР ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ ДЕФЕКТА ВТОРОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА 188
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ ВТОРОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА, ПОСТРОЕННЫЕ В ESI SYSWELD 204
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. СЕРТИФИКАТЫ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРОВОЛОК 212
ПРИЛОЖЕНИЕ И. СТАТЬЯ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ГРАТА ПРИ ЛАЗЕРНО¬
ГИБРИДНОЙ СВАРКЕ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА 217
ПРИЛОЖЕНИЕ К. ВЛИЯНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ФОКУСА ПРИ ЛАЗЕРНО¬
ГИБРИДНОЙ СВАРКЕ НА РАСПОЛОЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ СВАРНОГО
ШВА 227
ПРИЛОЖЕНИЕ Л. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНО-ГИБРИДНОЙ СВАРКИ НА КАЧЕСТВО СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ 237
📖 Введение
История лазера началась с его открытия в 1960 г. Теодором Майманом. Это достаточно молодое изобретение, на в наше время его уже много где используют, и технологии с применением лазеров уже давно вышли вперед. Лазер, в том числе, используется и в сварочном производстве. Основные функции лазера, в производстве это резка и сварка. Резка используется для получения высокоточных резов с отличным качеством кромки.
Сварка может производится с присадочным материалом в виде проволоки, как при сварке полуавтоматом, либо в настоящее время разрабатываются и используются методы гибридной сварки – вместе с лазером добавляют дуговой способ сварки полуавтоматом. Это дает определенные преимущества, в том числе глубокое проплавление, и очень малую зону термического влияния.
В данной работе рассматривается один из таких способов, лазерно-гибридная сварка толстостенных труб большого диаметра. Этот способ используется на предприятии АО «ЧТПЗ», в данное время способ такой сварки внедрен и используется для труб меньшего диаметра с меньшей толщиной стенки, он уже отработан и заказчики предприятия используют такие трубы.
При сварке толстостенных труб большого диаметра предприятие столкнулось с проблемой, у них образуется «Humping Effect» (Грат), который мешает для наложения следующих облицовочных швов, что в свою очередь очень сильно увеличивает время производства и трудозатраты.
В данной работе мы разберемся в проблеме образования «грата», и научимся его контролировать, что будет полезно для разработки процессов для других толщин и других диаметров.
Так же в данной работе мы сделаем «классификатор» дефектов, который позволит определить максимальный размер допустимого дефекта, по нормам Газпрома.
Сварка может производится с присадочным материалом в виде проволоки, как при сварке полуавтоматом, либо в настоящее время разрабатываются и используются методы гибридной сварки – вместе с лазером добавляют дуговой способ сварки полуавтоматом. Это дает определенные преимущества, в том числе глубокое проплавление, и очень малую зону термического влияния.
В данной работе рассматривается один из таких способов, лазерно-гибридная сварка толстостенных труб большого диаметра. Этот способ используется на предприятии АО «ЧТПЗ», в данное время способ такой сварки внедрен и используется для труб меньшего диаметра с меньшей толщиной стенки, он уже отработан и заказчики предприятия используют такие трубы.
При сварке толстостенных труб большого диаметра предприятие столкнулось с проблемой, у них образуется «Humping Effect» (Грат), который мешает для наложения следующих облицовочных швов, что в свою очередь очень сильно увеличивает время производства и трудозатраты.
В данной работе мы разберемся в проблеме образования «грата», и научимся его контролировать, что будет полезно для разработки процессов для других толщин и других диаметров.
Так же в данной работе мы сделаем «классификатор» дефектов, который позволит определить максимальный размер допустимого дефекта, по нормам Газпрома.
✅ Заключение
1. Разработана технология лазерно-гибридной сварки труб большого диаметра толщин от 30,9 до 41 мм с притуплением 17 мм.
2. Компьютерным моделированием и натурными испытаниями установлено, что изменение положения фокуса влияет на уровень проплавления и величину образования грата. При увеличении расфокуса от +20 до +60 размеры лазерного луча увеличиваются от 1,320/2,296 до 3,250/4,327 мм (верх/низ, соответственно), что приводит увеличению площади нагрева притупления за счет более широкого луча и снижению ширины расплавленной кромки в нижней части. Это объясняется снижением плотности мощности лазерного луча в 6 раз с 25,57 кВт/мм2 при положении фокуса +20 мм до 4,22 кВт/мм2 при положении фокуса +60 мм. При увеличении фокуса с +20 до +40..60 мм грат уменьшается.
3. Разработаны регрессионные математические модели, позволяющие оценить дефектность шва ЛГС в зависимости от режимов сварки (мощность лазера, скорость сварки, положение фокуса и толщины трубы). Установлены на основании коэффициентов регрессии наиболее значимые факторы процесса сварки ЛГС: на глубину проплавления в большей степени влияет скорость сварки, а на уровень проседания и ширину шва в корне сварного соединения в большей степени влияет положение фокуса.
4. С увеличением погонной энергии сверх 15,5 кДж/см величина грата достигает недопустимых значений. Рекомендуется использовать режимы с суммарной погонной энергией в диапазоне от 11,5 до 13,5 кДж/см, которые гарантируют полное проплавление для толщин стенок от 30,9 до 41 мм с притуплением 17 мм.
5. Разработана методика оценки жидкотекучести сварочных проволок и проведено ранжирование сварочных проволок по их жидкотекучести. Установлено, что проволока сплошного сечения Св-08Г2С имеет большую жидкотекучесть. Порошковые проволоки приведены в порядке ухудшения жидкотекучести KOBELCO DW – A70L, KOBELCO DW – A65L, ESAB FILARC PZ6125, ESAB FILARC PZ6115. Отмечено, что при разработке технологии сварки ЛГС необходимо учитывать жидкотекучесть как сварочных проволок, так и основного металла.
6. Разработана методика обеспечения конструкционной прочности из условий статической прочности и усталостной долговечности. Численное исследование в программном комплексе ANSYS труб 1420х41 мм позволило установить критический размер дефекта 12,1 мм, который обеспечивает ресурс 20000 циклов и коэффициенты запаса по хрупкой прочности nK = 3,6; по рабочему давлению при вязком разрушении nP = 2,5; по квазихрупкой прочности nCTOD = 4,1.
2. Компьютерным моделированием и натурными испытаниями установлено, что изменение положения фокуса влияет на уровень проплавления и величину образования грата. При увеличении расфокуса от +20 до +60 размеры лазерного луча увеличиваются от 1,320/2,296 до 3,250/4,327 мм (верх/низ, соответственно), что приводит увеличению площади нагрева притупления за счет более широкого луча и снижению ширины расплавленной кромки в нижней части. Это объясняется снижением плотности мощности лазерного луча в 6 раз с 25,57 кВт/мм2 при положении фокуса +20 мм до 4,22 кВт/мм2 при положении фокуса +60 мм. При увеличении фокуса с +20 до +40..60 мм грат уменьшается.
3. Разработаны регрессионные математические модели, позволяющие оценить дефектность шва ЛГС в зависимости от режимов сварки (мощность лазера, скорость сварки, положение фокуса и толщины трубы). Установлены на основании коэффициентов регрессии наиболее значимые факторы процесса сварки ЛГС: на глубину проплавления в большей степени влияет скорость сварки, а на уровень проседания и ширину шва в корне сварного соединения в большей степени влияет положение фокуса.
4. С увеличением погонной энергии сверх 15,5 кДж/см величина грата достигает недопустимых значений. Рекомендуется использовать режимы с суммарной погонной энергией в диапазоне от 11,5 до 13,5 кДж/см, которые гарантируют полное проплавление для толщин стенок от 30,9 до 41 мм с притуплением 17 мм.
5. Разработана методика оценки жидкотекучести сварочных проволок и проведено ранжирование сварочных проволок по их жидкотекучести. Установлено, что проволока сплошного сечения Св-08Г2С имеет большую жидкотекучесть. Порошковые проволоки приведены в порядке ухудшения жидкотекучести KOBELCO DW – A70L, KOBELCO DW – A65L, ESAB FILARC PZ6125, ESAB FILARC PZ6115. Отмечено, что при разработке технологии сварки ЛГС необходимо учитывать жидкотекучесть как сварочных проволок, так и основного металла.
6. Разработана методика обеспечения конструкционной прочности из условий статической прочности и усталостной долговечности. Численное исследование в программном комплексе ANSYS труб 1420х41 мм позволило установить критический размер дефекта 12,1 мм, который обеспечивает ресурс 20000 циклов и коэффициенты запаса по хрупкой прочности nK = 3,6; по рабочему давлению при вязком разрушении nP = 2,5; по квазихрупкой прочности nCTOD = 4,1.
ИЛИ
Поиск аналога
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.