2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.31897/pmi.2019.3.275 pmi-13193 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13193 Горное дело Mining Modeling of the welding process of flat sheet parts by an explosion Моделирование режима протекания процесса сварки плоских листовых деталей взрывом Marinin M. A. Маринин М. А. Marinin M. A. mihmarinin@yandex.ru Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint-Petersburg Mining University (Saint-Petersburg, Russia) Khokhlov S. V. Хохлов С. В. Khokhlov S. V. khokhlov_sv@pers.spmi.ru Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint-Petersburg Mining University (Saint-Petersburg, Russia) Isheyskiy V. A. Ишейский В. А. Isheyskiy V. A. isheyskiy_va@pers.spmi.ru Санкт-Петербургский горный университет (Санкт-Петербург, Россия) Saint-Petersburg Mining University (Saint-Petersburg, Russia) 25 06 2019 2019 237 275 280 10 01 2019 02 03 2019 25 06 2019 © 2019 М. А. Маринин, С. В. Хохлов, В. А. Ишейский © 2019 M. A. Marinin, S. V. Khokhlov, V. A. Isheyskiy 2019 М. А. Маринин, С. В. Хохлов, В. А. Ишейский M. A. Marinin, S. V. Khokhlov, V. A. Isheyskiy Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/13193

Перечень материалов, подлежащих сварке взрывом, весьма обширен и составляет несколько сотен сочетаний различных сплавов и металлов, а многообразие схем сварки взрывом насчитывает более тысячи вариантов. Практически во всех технических решениях процесс предусматривает последовательное создание физического контакта свариваемых материалов и их соединение за счет пластической деформации контактирующих поверхностей. Прочность такого соединения зависит от режима протекания процесса сварки. При правильном подборе параметров режима возможно получить качественное соединение требуемой прочности, однако экспериментальный подбор таких вариантов является весьма трудоемким и затратным процессом. Компьютерное моделирование и применение математических моделей для решения динамических задач механики взрыва упрощает поиск оптимальных параметров и позволяет в кратчайшие сроки прогнозировать ожидаемый результат. В статье рассмотрены вопросы моделирования сварки металлов взрывом, расчеты, связанные с параметрами процесса образования сварного шва посредством программного пакета Ansys Autodyn. Представлена модель для анализа деформационного процесса сварки взрывом пластины и ее соединения с матрицей. Определены основные параметры сварки взрывом (скорость, давление, время). Адекватность получаемых значений оценивалась в системах алюминий – медь, медь – сталь. Выполнен сравнительный анализ результатов моделирования и натурных экспериментов. На основе численных расчетов обоснован вывод о пригодности полученной модели для предварительного анализа основных параметров сварки на подготовительном этапе.

The list of materials subject to explosive welding is very extensive and amounts to several hundred combinations of various alloys and metals, and the variety of explosive welding schemes has more than a thousand options. In almost all technical solutions, the process involves the sequential creation of physical contact of the materials to be welded and their connection due to plastic deformation of the contacting surfaces. The strength of such a connection depends on the mode of the welding process. With the correct selection of the parameters of the mode, it is possible to obtain a high-quality connection of the required strength. However, the experimental selection of such options is a very laborious and costly process. Computer simulation and application of mathematical models for solving dynamic problems of explosion mechanics simplifies the search for optimal parameters and allows to predict the expected result in the shortest possible time. The article discusses the issues of modeling of explosive welding of metals, calculations related to the parameters of the process of formation of the weld using the Ansys Autodyn software package. A model is presented for analyzing the deformation process of explosion welding of a plate and its connection with a matrix. The main parameters of explosion welding (velocity, pressure, time) are determined. The adequacy of the obtained values was evaluated in the systems aluminum – copper and copper – steel. It also provides a comparative analysis of simulation results and field experiments. Based on numerical calculations, a conclusion was substantiated on the suitability of the model obtained for a preliminary analysis of the main welding parameters at the preparatory stage.

 Ключевые слова математическое моделирование динамические процессы деформационные процессы сварка металлов взрывом режим протекания процесса сварки Keywords math modeling dynamic processes deformation processes explosive metal welding welding process mode Wave formation in oblique collisions: a collection of articles. Ed. bu I.V.Yakovleva. Novosibirsk: Izd-vo Instituta diskretnoi matematiki i informatiki, 2000, p. 221 (in Russian). Denisov I.V., Rozen A.E., Kryukov D.B. et al. Mathematical modeling of deformation and explosive processes occurring during explosion welding. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2006. N 9(24). Seriya «Svarka vzryvom i svoista svarnykh soedinenii». Iss. 2, p. 79-87 (in Russian). Rozen A.E, Los' I.S., Muizemnek A.Yu., Khorin A.V., Zhuravlev E.A. Simulation of the deformation process in the tasks of reinforcement and explosion welding using the LS-DYNA program. Tekhnicheskie nauki. Mashinostroenie i mashinovedenie. 2010. N 1 (13), p. 123-132 (in Russian). Muizemnek A.Yu. Mathematical modeling of processes, impact and explosion in the LS-DYNA program / A.Yu.Muizemnek, A.A.Bogach. Penza: Informatsionno-izdatel'skii tsentr PenzGU, 2005, p. 106 (in Russian). Tyumentsev A.N., Ditenberg I.A., Pinzhin Yu.P. et al. Features of the microstructure and mechanisms of formation of submicrocrystalline copper, obtained by methods of intense plastic deformation. Fizika metallov i metallovedenie. 2003. N 4 (96), p. 33-43 (in Russian). Pshenichnyuk A.I., Kaibyshev O.A., Astanin V.V. A superplasticity model based on the ideas of cooperative grain boundary sliding. Matematicheskoe modelirovanie sistem i protsessov. 1998. N 6, p. 99-109 (in Russian). Gundorin V.V., Ermolovich E.I., Kuznetsov I.A., Smirnov A.S., Yashin V.B. Explosive welding on thin gaps: features and prospects of using bulk explosives. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta. 2016. Vol. 19. N 19, p. 48-52 (in Russian). Explosion Physics: In 2 volumes. Ed. bu L.P.Orlenko. Moscow: FIZMATLIT, 2002. Vol. 2, p. 656 (in Russian). Kuzkin V.A., Mihaluk D.S. Application of numerical simulation for identification of Johnson-Cook material model parameters for aluminum under high-speed loading. Computational Continuum Mechanics. 2010. Vol. 3, p. 32-43. Kaya Y. Investigation of сopper-aluminum composite materials produced by explosive welding. Metals. 2018. Vol. 8. N 780. LS-DYNA: Theoretical Manual / Editer J.Hallquist. Livermore, LSTC, 1998, p. 628. Nan Y., Jiang J., Wang S., Men J. One parameter-obtained method for JWL equation of state considered detonation parameters. Explosion and Shock Waves. 2015. Vol. 35(2), p. 157-163. Shock-Assisted Materials Synthesis and Processing: Science, Innovations and Industrial Implementation. Edited A.A.Deribas, Yu.B.Scheck. Moscow: Torus Press Ltd., 2008, p. 152. Shyue K.M. A Fluid-Mixture Type Algorithm for Compressible Multicomponent Flow with Mie-Gruneisen Equation of State. Journal of Computational Physics. 2001. Vol. 171, p. 678-707.