Новости

Предлагается компьютерный анализ процессов лучевой обработки материалов - с помощью системы моделирования LaserCAD.

Дата публикации: 12/04/2009
Категория: Новости лазерных технологий
Версия для печати

По своим функциям, возможностям и составу система проф.Туричина Г.А. LaserCAD представляет собой средство инженерного компьютерного анализа процессов обработки металлов концентрированными потоками энергии.
Расширение технологических возможностей машиностроительных предприятий связано с появлением новых материалов, обладающих высокими физико-механическими свойствами. Методы дуговой, лазерной и гибридной сварки могут обеспечить высокую прочность конструкциям, износостойкость трущимся поверхностям, залечивать зарождающиеся трещины. Перспективы успешного использования сварочных технологий в сложных многоступенчатых производственных линиях требуют активного внедрения САПР.
Для проектирования процесса сварки необходимы эффективные математические модели, отражающие физические процессы развития пор и дефектов, скорость движения фазовых поверхностей, распределение тепловых полей. Также важно учесть сопутствующие эффекты: термомеханические, расплескивание вещества ванны, гидродинамику течений. Банк данных должен содержать широкую информационную базу по свойствам материалов и параметрам оборудования, программа должна обеспечивать быстродействие и удобный диалоговый интерфейс.
Система LaserCAD предназначена для решения ряда инженерных и научных задач, а именно: расчета геометрических характеристик предполагаемого соединения, подбора оптимальных параметров режима обработки, выбора необходимого технологического оборудования в соответствии с требуемыми параметрами, подбора материалов с учетом предполагаемых свойств соединений, расчета полей температур расплава, твердой и паровой фазы, скоростей течения расплава и разлета продуктов испарения.
По своим функциям, возможностям и составу система LaserCAD представляет собой средство инженерного компьютерного анализа процессов обработки металлов концентрированными потоками энергии. Она позволяет не только прогнозировать глубину и форму сварного шва, но и анализировать изменение химического состава металла сварного шва в процессе сварки, прогнозировать структуру и свойства металла шва и зоны термического влияния.
Система опирается на четыре модели расчета для различных видов обработки: с помощь только лазерной сварки, для электронно-лучевой сварки с глубоким проплавлением, для гибридной сварки с глубоким проплавлением и без него. После того, как выбор режима сварки сделан, необходимо определить химический состав металла в сварочной ванне, учитывая разницу температур кипения соединяемых матери-алов. В основе расчета лежит динамическая модель сварочной ванны и модель фазового состава металла шва и околошовной зоны. База данных в LaserCAD многоуровневая. Она содержит информацию о химическом составе материалов, их физико-технических параметрах и технологических режимах промышленного оборудования. Создан интуитивно понятный диалоговый интерфейс и средства для сохранения результатов расчетов и их последующего анализа.
Модель лазерной сварки с глубоким проплавлением решает задачи теплопереноса в металле в жидкой и твердой фазах, гидродинамики течения расплава, течения паров металла и формирования лазерно-индуцированной плазмы, а также прохождения луча через плазму.
Модель гибридной сварки учитывает помимо характерных для лазерной сварки процессов задачи теплопереноса от дополнительного теплового источника: дугового, плазменного или светового. Для сварки с поверхностным проплавлением она позволяет рассчитать температурные поля на основе численного решения трехмерной задачи нестационарной теплопроводности. Модель электронно-лучевой сварки включает в себя решение задач тепломассопереноса, газодинамики и кинетики разлета паров металла в вакууме, рассеяния луча на парах металла при сварке с глубоким проплавлением. Сегодня еще не создана полная адекватная теоретическая модель динамики сварочной ванны из-за сложности описания протекающих в ней процессов. Поэтому пока для анализа изменения глубины проплавления, ширины парогазового канала и сварочной ванны, развития волн на поверхности парогазового канала, приводящих к формированию пористости и выплеску жидкой фазы, используется математическая модель сварочной ванны, основанная на механике Лагранжа. Совместное решение задачи об испарении и диффузии примесей в расплаве с учетом гидродинамики течения жидкого металла и газодинамики разлета паров позволяет составить прогноз химического состава металла в зоне лучевого воздействия. Информационно-справочная система программы LaserCAD включает в себя базы данных по материалам, оборудованию и качеству получаемых соединений. База данных по материалам содержит сведения о физических свойствах металлов, неметаллов, сталей и алюминиевых сплавов, их химическом составе, а также о структурном составе сталей, полученном на основе термокинетических диаграмм распада аустенита. Банк данных по оборудованию содержит информацию о режимах и условиях обработки. За критерий качества сварных соединений принимают структуру металла шва и околошовной зоны. Надежность конструкции прогнозируется на основе численных расчетов по принятым моделям с учетом значений, выбранных из банков материалов и рабочего оборудования. Программа LaserCAD имеет удобный, интуитивно понятный интерфейс, позволяющий работать в диалоговом режиме. Специальная функция «Ручной оптимизатор» облегчает и ускоряет подбор необходимого режима обработки для достижения требуемого результата.
Система организована по схеме MDI-технологии и может работать в многооконном режиме, который расширяет возможности решения одновременно нескольких поставленных задач, сравнения и анализа получаемых результатов. Базы данных открыты для редактирования и пополнения новой информацией, а также имеют функцию непосредственного выхода в глобальную сеть Internet.
Программа написана на языке Object Pascal в среде Delphi5. При разработке системы были учтены основные принципы организации современных САПР. Программа разработана для работы в среде Windows XP, минимальные системные требования – Pentium-III/500, 64 Mb RAM. Использование оптимизированных алгоритмов позволяет обеспечивать быстродействие системы, необходимое для ее использования в производственной практике (расчет одного варианта режима сварки занимает не более одной минуты).
По своим функциям, возможностям и составу система LaserCAD представляет собой средство инженерного компьютерного анализа (САЕ) процессов обработки металлов концентрированными потоками энергии. Она позволяет не только прогнозировать размеры и форму сварного шва, но и анализировать изменение химического состава металла сварного шва в процессе сварки, прогнозировать структуру и свойства металла шва и зоны термического влияния.
В настоящее время LASERCAD и ее аналоги успешно применяются в нашей стране и за рубежом: в ЦНИИ РТК и ЦНИИ ТС в Санкт-Петербурге, в МВТУ им. Баумана и НИИТ в Москве, в ряде германских институтов и компаний, таких как ISF, ILT, IWS, Weldaix, NMB, SLV Rostock. Помимо использования в процессе проектирования технологических процессов система может быть использована при обучении персонала и в качестве компьютерного тренажера по лучевым технологиям. В настоящее время ведутся работы по разработке модуля наплавки и напыления для LaserCAD.

Источник: «ФОТОНИКА», 2008, №6, с.18-20, http://www.electronics.ru

Статьи по теме:

страницы: 1