ОГЛАВЛЕНИЕ

ТОМ 1 Математическое моделирование и информационные технологии, модели сварочной ванны и формирования шва
ВВЕДЕНИЕ 9
Глава 1 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СВАРОЧНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ, НАУКЕ И ТЕХНИКЕ 20
1.1. Современные информационные технологии важнейший  компонент индустрии 20
1.1. Математические модели сварочных процессов и их применение 30
1.2.1. Модели для математического обеспечения САПР 32
1.2.2. Математические модели для экспертных систем 37
1.2.3. Модели для программного обеспечения сварочных роботов и робототехнических 42
1.2.4. Математические модели в системах управления процессами дуговой сварки 49
1.2.5. Роль математических моделей в автоматизированных системах научных исследований (АСНИ) 68
Глава 2 АНАЛИЗ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ ПО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ  ПРОБЛЕМЕ  ФОРМИРОВАНИЕ ШВА ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ 72
2.1. Основные особенности и методы исследований информационных потоков в научно-технической литературе по сварке 73
2.2. База данных по публикациям в научно-техническом  направлении Формирование  шва при дуговой сварке 81
2.3. Определение информационного ядра журналов по сварке 93
Глава 3 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ОСОБЕННОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ДУГОВОЙ СВАРКИ 102
3.1. Системный анализ основная методология математического моделирования сварочных процессов. 102
3.2. Математический (вычислительный) эксперимент. 107
3.3. Характеристика и классификация факторов, входящих в математические модели объектов и процессов 118
3.4. Классификация математических моделей сварочных процессов 128
3.4.1. Основные типы моделей, применяемых при математическом моделировании сварочных процессов 131
3.4.2. Регрессионные математические модели сварочных процессов и особенности их использования 138
3.4.3. Нейросетевые математические модели и их применение для моделирования сварочных процессов 153
3.5. Основные типы теоретических математических моделей сварочной  ванны (формирования шва) при сварке плавлением 163
3.5.1. Капиллярно-гидростатические модели (КГСМ) и их использование для моделирования формы поверхности сварочной ванны 169
3.5.2. Объемные тепловые капиллярно-гидростатические модели (ОТКГМ) и их применение для моделирования формирования шва 184
3.5.3. Тепловые магнитогидродинамические модели (ТМГДМ) и их использование для моделирования сварочной ванны 198
3.5.4. Математические модели колебаний жидкого металла в сварочной ванне 205
3.5.5. Основные особенности моделей ТМГДМ и их применение для моделирования сварочной ванны 211
3.6. Адекватность математических моделей 222
3.7. Оптимизация технологических процессов сварки на основе применения математических моделей 225
3.7.1.  Оптимизация с помощью регрессионных моделей и многофакторного планирования экспериментов 231
3.7.2. Оптимизация планированием экспериментов по методу Тагучи 232
3.7.3. Специализированные задачи оптимизации 237
3.7.4. Особенности оптимизации технологических процессов сварочного производства 239
3.7.5. Синергетический подход к моделированию сварочных процессов 244
Глава 4 ПОВЕРХНОСТНЫЕ (МЕЖФАЗНЫЕ) ЯВЛЕНИЯ, ИХ РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ В СВАРОЧНЫХ ПРОЦЕССАХ 252
4.1. ВЛИЯНИЕ СИЛ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ШВОВ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ 259
4.2. ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ НА ПРОПЛАВЛЕНИЕ СВАРИВАЕМОГО МЕТАЛЛА ДУГОЙ 263
4.3. ТЕОРИЯ КАПИЛЛЯРНОСТИ, КАПИЛЛЯРНЫЕ ЭФФЕКТЫ  И ПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ 278
4.3.1. Основные положения теории капиллярности 278
4.3.2. Основные математические модели теории капиллярности 291
4.3.2.1. Математическая модель лежащей капли 292
4.3.2.2. Математическая модель висящей капли 302
4.4. ВАРИАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ  ТЕОРИИ КАПИЛЛЯРНОСТИ 304
4.4.1. Преимущества и особенности применения  вариационных методов 304
4.4.2. Применение вариационных методов для определения равновесной формы поверхности капиллярной жидкости 307
4.5. ПОВЕРХНОСТНОЕ (МЕЖФАЗНОЕ) НАТЯЖЕНИЕ И КАПИЛЛЯРНАЯ ПОСТОЯННАЯ ЖИДКИХ МЕТАЛЛОВ В УСЛОВИЯХ СВАРКИ 311
4.6. СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ КАПИЛЛЯРНЫЕ ЭФФЕКТЫ   316
4.6.1. Статические капиллярные эффекты 316
4.6.2. Динамические капиллярные эффекты 318
4.7. КАПИЛЛЯРНО-ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ МЕЖФАЗНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 332
4.7.1. Неустойчивость Рэлея-Тейлора. 334
4.7.2. Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца 340
4.7.3. Неустойчивость Рихтмайера-Мешкова 344
4.8. ЭФФЕКТ МАРАНГОНИ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТЕРМОКАПИЛЛЯРНЫХ ТЕЧЕНИЙ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВАРОЧНЫХ И РОДСТВЕННЫХ  ПРОЦЕССАХ 348
4.8.1. Математические модели конвекции Марангони для областей простой формы 348
4.8.2. Математические модели конвекции Марангони для областей сложной формы с учетом движения межфазной границы плавления 359
Глава 5 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ СТЫКОВОГО ШВА (НАПЛАВЛЕННОГО ВАЛИКА) ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ  В НИЖНЕМ ПОЛОЖЕНИИ 374
5.1. Общая постановка задачи, основные допущения и упрощения 376
5.1.1. Построение концептуальной модели сварочной ванны на основе анализа действующих на  нее сил 378
5.1.2. Физическая и математическая модели зоны кристаллизации сварочной ванны 382
5.1.3. Вывод уравнения равновесия межфазной поверхности кристаллизационной части сварочной ванны вариационно-энергетическим  методом 386
5.1.4. Особенности процессов смачивания и растекания  жидкого металла при дуговой сварке 393
5.2. Математическая модель формирования выпуклости шва (наплавленного валика) при сварке или наплавке  в нижнем положении 403
5.2.1. Формулировка граничной задачи 403
5.2.2. Интегрирование дифференциального уравнения равновесия поверхности хвостовой части сварочной ванны 407
5.3. Технологические методы управления площадью наплавленного металла и шириной шва и методы их расчета по параметрам режима сварки 419
5.3.1. Технологические методы управления площадью наплавленного металла и шириной шва и методы их расчета по параметрам режима сварки 419
5.3.2. Применение математической модели для различных типов сварных швов 435
Глава 6 ВЛИЯНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ СВАРКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ СВАРНОГО ШВА 438
6.1. Математическое моделирование и оптимизация формирования выпуклости шва при сварке в потолочном положении 440
6.1.1. Технологические особенности применения способа дуговой сварки в потолочном положении 440
6.1.2. Физическая и математическая модели процесса сварки в потолочном положении 445
6.1.3. Определение диапазона устойчивости формирования потолочного шва 453
6.1.4. Экспериментальная проверка математической модели формирования потолочного шва 462
6.2. Математическое моделирование и оптимизация формирования шва при сварке в РАЗЛИЧНЫХ пространственных положениях 467
6.2.1. Технологические особенности формирования шва при сварке в различных пространственных положениях 467
6.2.2. Особенности моделирования формирования шва при сварке в различных пространственных положениях 468
6.3. Математическое моделирование формирования горизонтальных швов на наклонной плоскости 473
6.4. Математическая модель формирования горизонтальных швов на вертикальной плоскости
6.4.1. Технологические особенности выполнения сварки в горизонтальном положении на вертикальной плоскости 487
6.4.2. Математическая модель формирования горизонтального шва на вертикальной плоскости 492
6.4.3. Экспериментальная проверка математической модели 496
ПРИЛОЖЕНИЯ 508
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК 521
ТОМ 2 Математическое моделирование и оптимизация формирования различных типов сварных швов
Глава 7 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ  И КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ       ФОРМИРОВАНИЯ УГЛОВЫХ И ГАЛТЕЛЬНЫХ ШВОВ 8
7.1. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ УГЛОВЫХ ШВОВ В СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ 9
7.1.1. Разновидности и конфигурация угловых швов 9
7.1.2. Основные размеры угловых швов и их выбор
7.1.3. Влияние геометрических параметров сварных соединений с угловыми швами на их несущую способность 28
7.1.4. Оптимизация геометрии угловых швов по критерию уменьшения концентрации напряжений в сварном соединении 36
7.1.5. Математическое моделирование и оптимизация формирования углового шва при сварке способом  в угол 51
7.1.6. Технологические методы управления формой углового шва 67
7.2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГАЛТЕЛЬНЫХ ШВОВ   75
7.2.1. Влияние геометрических параметров сварных соединений на их прочностные характеристики 75
7.2.2. Цели и особенности применения галтельных швов для повышения работоспособности сварных соединений и конструкций 80
7.2.3. Технологические особенности выполнения галтельных швов 83
7.2.4. Математическая модель формирования галтельных швов для оптимизации их геометрических параметров 97
7.2.5. Оптимизация наложения галтельных швов по критерию снижения коэффициента концентрации напряжений в сварном соединении 103
Глава 8 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ШВОВ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ ТОНКОГО МЕТАЛЛА  СО СКВОЗНЫМ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ И КОРНЕВЫХ ШВОВ НА ВЕСУ 109
8.1. ПРОБЛЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ СВАРКИ ТОНКОГО МЕТАЛЛА 109
8.1.1. Технологические особенности выполнения сквозных швов 116
8.1.2. Технологические особенности выполнения корневых швов 125
8.2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ СКВОЗНЫХ И КОРНЕВЫХ ШВОВ НА ВЕСУ 139
8.2.1. Математические модели на основе баланса давлений 142
8.2.2. Плоские капиллярно-гидростатические модели формирования сквозных швов 147
8.2.3. Математические модели на основе баланса сосредоточенных сил 153
8.3. ДВУМЕРНАЯ КАПИЛЛЯРНО-ГИДРОСТАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ  СКВОЗНОГО ШВА 157
8.3.1. Оптимизация формирования шва при сварке со сквозным проплавлением на весу по размерам проплава 168
8.3.2. Применение математической модели для анализа процесса формирования шва при сварке волокнистых композиционных материалов 172
8.3.3. Использование объемных тепловых капиллярно-гидростатических моделей моделей (ОТКГСМ) 177
8.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ШВОВ ПРИ СВАРКЕ  СО СКВОЗНЫМ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ НА ВЕСУ 179
8.5. УСТОЙЧИВОСТЬ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ ПРИ СВАРКЕ СО СКВОЗНЫМ ПРОПЛАВЛЕНИЕМ НА ВЕСУ 204
Глава 9 ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ СТЫКОВОГО ШВА ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБ 210
9.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБ 214
9.1.1. Математические модели формирования швов неповоротных стыков труб 236
9.1.2. Аналитическое решение объемной задачи определения формы поверхности жидкой фазы при сварке плавлением в произвольном пространственном положении 250
9.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ФОРМИРОВАНИЯ ШВОВ ПРИ СВАРКЕ НЕПОВОРОТНЫХ СТЫКОВ ТРУБ 262
Глава 10 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ШВА ПРИ МНОГОПРОХОДНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКЕ ТОЛСТОГО МЕТАЛЛА 273
10.1. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРОБЛЕМЫ МНОГОПРОХОДНОЙ СВАРКИ ТОЛСТОГО МЕТАЛЛА 274
10.1.1. Управление процессом автоматической многопроходной дуговой сварки 285
10.1.2. Выбор режимов и оптимизация процесса многопроходной дуговой сварки металла большой толщины 295
10.2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ СЛОЯ МЕТАЛЛА ПРИ ДУГОВОЙ НАПЛАВКЕ 306
10.2.1. Эмпирические и регрессионные математические модели для оптимизации формирования слоя металла при дуговой наплавке 308
10.2.2. Аналитическая математическая модель формирования слоя металла 310
10.3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ШВА ПРИ СВАРКЕ МЕТАЛЛА В УЗКУЮ РАЗДЕЛКУ 320
10.3.1. Основные варианты технологии многопроходной сварки в узкую (щелевую) разделку 320
10.3.2. Особенности формирования шва при сварке в узкую разделку 333
10.3.3. Математическое моделирование и оптимизация формирования шва при сварке толстого металла с узкой (щелевой) разделкой кромок 337
10.3.4. Математическая модель процесса формирования валика в узкой разделке по схеме один валик в слое 339
10.3.5. Экспериментальные исследования формирования шва при сварке в узкую (щелевую) разделку 358
10.3.6. Математическая модель процесса формирования валика в узкой разделке по технологическим схемам два валика в слое и три  валика в слое 362
Глава 11 ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОПЛАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ 370
11.1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОПЛАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ СВАРКЕ 371
11.1.1. Влияние параметров режима сварки на проплавление металла 372
11.1.2. Зависимость проплавления от геометрических параметров  разделки кромок 389
11.1.3. Влияние химического состава свариваемого металла, сварочных материалов (флюсов, защитных газов и их смесей) на проплавление металла при сварке 400
11.2. СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ФОРМОЙ И РАЗМЕРАМИ ЗОНЫ ПРОПЛАВЛЕНИЯ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ 408
11.2.1. Применение активирующих флюсов 408
11.2.2. Использование газовых смесей с активирующими добавками 427
11.2.3. Анализ причин повышения глубины проплавления при использовании активирующих сварочных  материалов 430
11.2.4. Технологические способы повышения проплавляющей способности дуги и управления формой провара при дуговых способах сварки 433
11.3. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ЗОНЫ ПРОПЛАВЛЕНИЯ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ 447
11.3.1. Эмпирические модели проплавления металла 448
11.3.2. Эмпирические методы расчета параметров зоны проплавления свариваемого металла по режиму сварки 453
11.3.3. Модели проплавления металла на основе теории теплопроводности в твердых телах 457
11.3.4. Математические модели поверхности кратера сварочной ванны 465
11.3.4.1. Модели образования кратера на основе баланса действующих сил и давлений 466
11.3.4.2. Модели образования кратера на основе решения дифференциального уравнения равновесия поверхности сварочной ванны (капиллярно-гидростатические модели). 468
11.4. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ, ФИЗИЧЕСКАЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛИ ОБРАЗОВАНИЯ КРАТЕРНОЙ ЧАСТИ СВАРОЧНОЙ ВАННЫ 480
11.4.1. Математическая модель кратерной части сварочной ванны
11.4.1.1. Уравнение равновесия поверхности кратера 483
11.4.1.2. Решение дифференциального уравнения равновесия поверхности кратера сварочной ванны 489
11.4.2. Численное решение нелинейного дифференциального уравнения равновесия поверхности кратера 493
11.4.3. Влияние присадочного металла и разделки кромок на форму и размеры кратера сварочной ванны (комплексная математическая модель сварочной ванны) 504
11.5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА НА ФОРМУ И РАЗМЕРЫ  КРАТЕРА И ТОЛЩИНУ ЖИДКОЙ ПРОСЛОЙКИ ПОД ДУГОЙ   512
11.5.1. Существующие методы экспериментального определения глубины и формы кратера сварочной ванны 512
11.5.2. Экспериментальное исследование влияния параметров режима сварки на глубину кратера и толщину жидкой прослойки под дугой 521
ПРИЛОЖЕНИЯ 533
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК 547
Т 3 Давление дуги, дефекты сварных швов, перенос электродного металла 7
 Глава 12 СИЛОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ НА СВАРИВАЕМЫЙ МЕТАЛЛ 7
12.1. Механизм возникновения силового воздействия дуги на свариваемый металл 8
12.2.

етоды экспериментального определения характеристик силового воздействия дуги

13
12.1.1. Применение весового метода для измерения интегральной силы давления дуги 17
12.1.2. Влияние типа дуги и основных параметров режима сварки на интегральную силу давления дуги 54
12.1.3.  Применение манометрического метода для измерения распределения давления дуги 67
12.1.4. Влияние внешних магнитных полей на распределение давления дуги 106
 12.1.5. Характеристики давления мощных электрических дуг, применяемых в спецэлектрометаллургии 113
12.2. Методы расчетного определения характеристик силового воздействия дуги на основе ее математических моделей 116
12.3.  Расчет интегральных значений объемных электродинамических сил в свариваемом изделии 132
13 145
13.1. 149
13.1.1. 152
13.1.2. 154
13.2. , 156
13.3. 171
13.3.1. 172
13.4. 201
13.5.   205
13.6. , 222
13.7. 226
13.7.1. 227
13.7.2.

232
13.7.3. 242
13.8. 247
13.8.1. 248
13.8.2. 251
13.8.3. 257
13.9. , 258
13.9.1. 265
13.9.2. 270
13.9.3. 275
14 : , 279
14.1.   279
14.2.    284
14.3.     289
14.3.1.   297
14.3.1.1. 298
14.3.1.2.   306
14.3.2.   307
14.3.3. - 315
14.3.4. 318
14.4.     326
14.5.   337
14.5.1. 339
14.5.1.1. , 339
14.5.2.  355
14.5.3. 371
14.5.4. - 379
14.5.5. (-) 384
14.6. 392
14.6.1.    394
14.6.2.   399
14.7.  
          
418

  лавна