Операційний контроль як засіб оцінки якості зварних з’єднань при контактному стиковому зварюванні сучасних високоміцних сталей методом оплавлення

Abstract

Вступ. Контактне стикове зварювання оплавленням (КСЗО) рейок в реальному часі контролюється за допусками на основні параметри процесу згідно з даними, закладеними в технічні умови (ТУ). Використовуваний алгоритм операційного контролю дозволяє своєчасно виявляти неякісні з’єднання і неприпустимі тенденції в процесі. Проблематика. Для контролю відповідності ТУ зварювання рейок з нових високоміцних сталей, додатково до діючої методики, необхідно враховувати ширину зони термічного впливу (ЗТВ) при їхньому нагріванні. Наявні чисельні методи розрахунку ЗТВ в реальному часі не можуть бути реалізовані через недостатні обчислювальні можливості сучасних систем управління. Мета. Розробити відповідний технічним умовам алгоритм контролю в реальному часі КСЗО з прогнозуванням ширини ЗТВ. Матеріали й методи. Чисельний метод розрахунку теплових полів при стиковому зварюванні; регресійний аналіз для прогнозування ЗТВ. Розрахунок ширини ЗТВ виконано за даними параметрів процесу на етапі оплавлення і за величиною осадки. Результати. Розроблено алгоритм контролю КСЗО в реальному часі для сучасних високоміцних сталей з прогнозування ширини ЗТВ, в основу якого покладено математичне моделювання процесу формування з’єднань при контактному зварюванні. Алгоритм контролю відповідності КСЗО ТУ подано у вигляді «нечіткого» класифікатора Сугено, вхідними величинами якого є розрахункова ширина ЗТВ, параметри процесу при підвищенні швидкості укорочення рейок перед осадкою та під час неї. Висновки. Для розрахунку ширини ЗТВ в реальному часі з необхідною для практичного застосування точністю можна використовувати регресійну залежність у вигляді полінома другого порядку або MLP нейронної мережі зі структурою: три вхідних нейрона, два в прихованому шарі і один на виході. Прогнозування ширини ЗТВ при операційному контролі розширює можливості його застосування для контактного стикового зварювання високоміцних рейок. Розроблений алгоритм дозволив збільшити точність і надійність операційного контролю КСЗО в реальному часі.

Introduction. Flash-butt welding (FBW) of rails is controlled in real time based on the tolerances of the main process parameters according to the data of specifications. The operational control algorithm enables real-time detection of low quality weld and inadmissible trends in the process. Problem Statement. In addition to the existing method, in order to control the compliance of welding of new high-strength steel rails with the specifications, it is necessary to take into account the width of the heat-affected zone (HAZ). The known numerical methods for calculating the HA HAZ in real time cannot be implemented because of insufficient computational capabilities of modern control systems. Purpose. To develop an algorithm for real-time monitoring of FBW with predicting the width of the HAZ, in compliance with technical specifications. Materials and Methods. A numerical method for calculating thermal fields during flash-butt welding, a regression analysis for HAZ prediction. The HAZ width is calculated based on the process parameters at the burning-off stage and on the upsetting. Results. A real-time algorithm has been developed for controlling FBW of modern high-strength steels with prediction of the HAZ width. The algorithm is based on mathematical modeling of joints formation during flash-butt welding. Conclusions. The regression equation in the form of a second-order polynomial or MLP neural network with a structure of 3 neurons in the input layer — 2 neurons in the hidden layer — 1 neuron in the output layer can be used for calculating the HAZ width in real time with the required accuracy for practical use. Prediction of the HAZ width during operational control expands the possibilities of its use for resistance butt-welding of high-strength rails. The developed algorithm has increased the accuracy and reliability of operational control of FBW in real time.