[發(fā)明專利]一種多絲埋弧焊數(shù)值模擬熱源模型參數(shù)確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210132525.1
• 申請(qǐng)日: 2012-05-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102637235A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王旭;趙波;張紅;楊瑋瑋;韓秀林;劉濤;劉廣川;胡海朝;楊新岐;孫靈麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司;河北華油鋼管設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;B23K9/095
• 代理公司: 天津佳盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

1.一種多絲埋弧焊數(shù)值模擬熱源模型參數(shù)確定方法，其特征包括以下步驟：(一)依多絲埋弧生產(chǎn)工藝特點(diǎn)確定焊接過(guò)程中熱流密度分布函數(shù)q(x，y，z，t)；(二)熱源模型參數(shù)確定：需要確定的熱源參數(shù)包括U_i、I_i、v、n、τ_i、η_i、α_i、b_i、c_i、

(三)熱源模型的最終確定：熱源模型參數(shù)確定完成后，將熱源模型參數(shù)代入熱流密度分布函數(shù)q(x，y，z，t)，然后用該函數(shù)作為數(shù)值模擬計(jì)算的熱學(xué)邊界條件，利用數(shù)值模擬工具進(jìn)行反復(fù)迭代計(jì)算，根據(jù)每次的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際焊接得到的接頭熔池形狀對(duì)比，對(duì)熱源模型參數(shù)b_i、c_i、按照對(duì)比結(jié)果以5％的幅度進(jìn)行逐步調(diào)整，直到模擬熔池的熔深、熔寬參數(shù)與實(shí)際接頭熔深、熔寬誤差小于10％為止，完成多絲埋弧焊熱源模型參數(shù)的確定。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于熱源模型參數(shù)確定的具體方法是：

第1、將每個(gè)焊絲處理成一個(gè)獨(dú)立的熱源，熱源形狀采用雙橢球模型；考慮到實(shí)際焊接過(guò)程中不同焊絲間電弧和傾角對(duì)熔池深度和長(zhǎng)度的影響，對(duì)單個(gè)焊絲對(duì)應(yīng)的雙橢球模型進(jìn)行修改，熱流密度由多個(gè)焊絲共同疊加作用形成，確定焊接過(guò)程中熱流密度分布函數(shù)公式如下：

q(x,y,z,t)=Σi=1n63ffi,biηiUiIia(fi,bi)biciππexp{-3[(x2bi2)+((y+v(τi-t)2(a(fi,bi)cosαi)2)+(z2(cicosαi)2)]}---(1)]]>

式中：q(x，y，z，t)為位置(x，y，z)在t時(shí)刻的熱流密度，式中各參數(shù)釋義如下表所示；

參數(shù)釋義表

第2、熱源模型參數(shù)確定

第2.1、參數(shù)U_i、I_i、v、n、α_i通過(guò)焊接工藝直接確定，τ_i通過(guò)公式S_i/v計(jì)算得到，其中S_i為第i根焊絲與第1根焊絲之間的距離，η_i為埋弧焊的熱效率，一般取0.85～0.9之間；

第2.2、參數(shù)b_i、c_i、的確定，為了工程應(yīng)用上方便快捷的確定多絲埋弧焊雙橢球熱源模型參數(shù)，將焊絲的電壓、電流對(duì)熔深、熔寬的影響看成是一種近似的線性關(guān)系，這樣：

U1b1=U2b2=...=Unbn;]]>I1c1=I2c2=...=Incn---(2)]]>

通過(guò)對(duì)一組多絲埋弧焊焊縫宏觀金相樣的幾何尺寸測(cè)量，獲得該組各金相樣熔池的熔寬、熔深數(shù)據(jù)并取其平均值分別記為：B，C；

根據(jù)多絲埋弧焊工藝特點(diǎn)，U_n＞U_n-1＞…＞U₁故取b_n＝B/2；I₁＞I₂＞…＞I_n，故取c₁＝C；再通過(guò)公式(2)確定b_i，c_i；熱源模型長(zhǎng)度方向參數(shù)通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式確定；

第2.3、為第i根焊絲的雙橢球熱源前后半橢球的能量分配系數(shù)，且ffi+fbi=2,]]>對(duì)于埋弧焊工藝，一般取fbi=1.2:1;]]>

第3、各參數(shù)確定后，代入焊接熱流密度分布函數(shù)q(x，y，z，t)，作為數(shù)值模擬計(jì)算的熱學(xué)邊界條件；

第4、散熱邊界條件設(shè)定：焊接過(guò)程中熱量散失主要通過(guò)熱輻射和對(duì)流換熱方式進(jìn)行，高溫下散失的熱量以輻射換熱為主，低溫則以對(duì)流換熱為主，埋弧焊對(duì)流換熱過(guò)程中周圍介質(zhì)有埋弧焊焊劑和空氣兩種，查閱資料確定鋼鐵材料與大氣的對(duì)流換熱系數(shù)一般取為25W/m²℃，管線鋼覆蓋埋弧焊劑與大氣對(duì)流換熱系數(shù)尚無(wú)資料報(bào)道，本計(jì)算過(guò)程采用反演法逆推換熱系數(shù)，最終確定換熱系數(shù)為2～3W/m²℃，焊劑作用區(qū)域根據(jù)實(shí)際焊接過(guò)程埋弧焊焊劑覆蓋范圍和時(shí)間確定；

第5、裝卡邊界條件設(shè)定，在幾何模型端面選取不在一條直線上的三點(diǎn)，分別記為點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3，點(diǎn)1施加X(jué)，Y，Z方向約束；點(diǎn)2施加X(jué)，Z方向約束；點(diǎn)3施加Y方向約束；

第6、利用商業(yè)化有限元軟件對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何建模和網(wǎng)格劃分；

第7、將確定好裝卡邊界條件、散熱邊界條件、及初步確定熱源模型參數(shù)的熱源模型加載到劃分好網(wǎng)格的焊接結(jié)構(gòu)上，計(jì)算溫度場(chǎng)；

第8、把首次得到的溫度場(chǎng)和實(shí)際測(cè)量得到的溫度場(chǎng)進(jìn)行比對(duì)后，對(duì)加載的網(wǎng)格模型及熱源模型參數(shù)進(jìn)行逐步調(diào)整，調(diào)節(jié)方式：加大近焊縫區(qū)網(wǎng)格密度來(lái)提高計(jì)算精度，以5％的幅度增大或減小第i根焊絲比例來(lái)調(diào)節(jié)雙橢球的能量分配比例，這個(gè)步驟反復(fù)多次進(jìn)行，直到模擬熔池的熔深、熔寬參數(shù)與實(shí)際接頭熔深，熔寬誤差小于10％為止，完成多絲埋弧焊熱源模型參數(shù)的確定。