Использование 3D-моделирования при визуализации процессов, протекающих при сварке

Размещено на http://www.allbest.ru/

80

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование 3D-моделирования при визуализации процессов, протекающих при сварке

В последнее время быстрыми темпами развиваются компьютерные технологии. И если раньше рисование простейшей двухмерной модели являлось очень трудоёмким процессом, то сейчас любой пользователь персонального компьютера (ПК), имеющий необходимый опыт работы на компьютере, может создавать трехмерные модели - от простых до более сложных. Выбор программ для этих целей весьма обширен. Это такие гиганты, как «Discreet 3D Studio Max» и «Alias Maya», или более лёгкие программы, вроде «Newtek LightWave 3D» и «Amabilis 3D Canvas».

Наибольшее предпочтение обычно отдают программам «3D Studio Max» или «Alias Maya», так как у этих программ огромные возможности, большое количество выпускаемых плагинов и учебников.

В статье представлена возможность использования 3D-моделирования при визуализации процессов, протекающих при сварке.

При сварке различными способами происходит сложное взаимодействие разнообразных процессов, воздействующих на свариваемые детали. Основными из них, характерными для большинства способов сварки, являются:

- протекание электрического тока через сварное соединение;

- распространение теплоты от нагрева проходящим током и другими источниками, а также при последующем охлаждении;

- диффузия примесей, структурные, фазовые и химические превращения в металле шва и околошовной зоны, в том числе плавление и кристаллизация;

- деформация металла под действием как нагрева, так и других технологических факторов, приводящая к изменению его свойств, возникновению напряжений, а иногда к повреждению или полному разрушению [Куркин 2002: 2].

Для оценки и повышения надежности сварной конструкции необходимо исследовать влияние на нее протекающих процессов. Основным современным средством такого исследования является проведение численных экспериментов на компьютерных моделях материалов и процессов.

Эксперименты на металлических образцах остаются необходимыми для определения свойств материала, проверки модели, ее корректировки для решения новых задач, но за счет применения компьютерного моделирования они резко сокращаются по объему и сложности.

Процессы, протекающие при сварке, очень сложны, и их не всегда легко отобразить простым (на плоскости) рисунком. В этом случае на помощь должно приходить 3D-моделирование.

В качестве примера рассмотрим процессы переноса электродного металла. Процессы переноса электродного металла в столбе дуги требуют учета комплекса сил, действующих на каплю электродного металла: сил поверхностного натяжения, силы тяжести, сил электромагнитного характера (электродинамическая сила или пандеромоторные силы).

Используя 3D-моделирование, возможно представить действие этих сил на каплю в пространстве, что облегчает дальнейшую работу по описанию и расчету процессов.

Для визуализации процессов переноса при участии автора была разработана модель захвата капли электродного металла столбом сварочной дуги. При этом необходимо было учесть особенности импульснодуговой сварки, которые заключаются в обеспечении управляемого переноса электродного металла. Сварку выполняют на двух энергетических уровнях, соответствующих действию импульса тока (высокий уровень) и паузы (низкий уровень), когда сила тока либо равна нулю, либо для улучшения стабильности дугового процесса имеет небольшую величину. Импульс тока имеет, как правило, прямоугольную или близкую к ней форму, частота переноса капель соответствует частоте следования импульсов тока f?25 Гц [Потапьевский 2007: 3].

Так как на интервале паузы и импульса сварочная дуга изменяет свою форму, было решено рассмотреть и создать пространственную модель для этих этапов. Первый этап - этап паузы (выравнивание капли на торце электрода при минимальном размере столба дуги) (см. Рис. 1); второй этап - этап импульса (расширение столба сварочной дуги, охват столбом капли электродного металла, втягивание капли в сварочную дугу для отрыва ее и переноса в сварочную ванну) (см. Рис. 2).

Рис. 1. Модель столба дуги на первом этапе: 1 - электрод; 2 - капля электродного металла; 3 - анодное пятно; 4 - столб дуги

трехмерный компьютерный программа сварка

Рис. 2. Модель столба дуги на втором этапе: 1 - электрод; 2 - капля электродного металла; 3 - анодное пятно; 4 - столб дуги

На основании этой модели были разработаны условия охвата и отрыва капли электродного металла при сварке с импульсным питанием сварочной дуги, которые были положены в написания научной статьи.

По сравнению с проведением обычных «натурных» экспериментов, компьютерное моделирование требует предварительных усилий для создания моделей в виде программного обеспечения. Однако в дальнейшем эксперименты на модели оказываются гораздо более оперативными, дешевыми и эффективными.

Список использованной литературы

1. Князьков А.Ф., Крампит А.Г., Крампит Н.Ю. Управление процессом каплепереноса при сварке в СО₂ длинной дугой // Сварочное производство. - 2007. - №6. - С. 28-30.

2. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций: Учебное пособие для вузов / С.А. Куркин, В.М. Хохлов и др. - М.: Издат-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 464 с.

3. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. - К.: Екотехнологiя, 2007. - Ч. 1. Сварка в активных газах. - 192 с.

Размещено на Allbest.ru