[發明專利]一種多絲埋弧焊數值模擬熱源模型參數確定方法

有效

• 申請號: 201210132525.1
• 申請日: 2012-05-02
• 公開（公告）號: CN102637235A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）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（專利權）人: 中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司;河北華油鋼管設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;B23K9/095
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及一種多絲埋弧直縫焊管溫度場數值模擬計算方法，提出一種結合生產工藝快速確定多絲埋弧焊熱源模型參數的方法，具體用于多絲埋弧焊接熱過程的快速計算，亦可通過數值模擬結果評估焊接工藝，在工程應用中具有重要的作用。

背景技術

多絲埋弧焊接技術是直縫焊管生產中的關鍵技術，焊接工藝參數的優化與控制不僅是影響焊接接頭性能的關鍵因素，也是影響焊管制造成本和提高生產效率的重要因素，近年來隨著計算機技術及有限元數值模擬技術的飛速發展，為采用工藝試驗與理論數值模擬技術結合方式實現焊接工藝過程定量分析計算及預測提供強有力手段。

目前，考慮熔化焊過程描述焊接熱源最合理的模型是體熱源的雙橢球固體熱傳導模型，即考慮焊接熔池形狀是一種雙橢球形狀的內部體熱源，以此熱源模擬計算的熔池形狀和溫度場與試驗結果符合較好。因此選擇該熱源模型描述單絲埋弧焊熱源過程。

多絲埋弧焊過程的熱源可采用多個雙橢球熱源模型同時疊加來建立(復合的熱源模型)，如三絲埋弧焊的熱源需要建立三個雙橢球熱源模型，確定12個形狀參數；四絲埋弧焊的熱源模型需要建立四個雙橢球熱源模型，確定16個形狀參數，這樣為了確定這些熱源模型，則需要進行大量的數值計算和優化分析。

對于多絲埋弧焊接過程的數值模擬，國內外的文獻很少，對于多絲埋弧焊中熱源模型的確定及熱源模型參數的確定的探討則更少。雖然利用加速步長法結合實際溫度場的測量可以反演其熱源模型參數，但需要做大量的模擬對比分析，直至其與實際測量值誤差最小，限制了其在工程實踐中的應用。

發明內容

本發明目的是為了更好地利用有限元軟件分析多絲埋弧直縫焊接熱過程的變化，解決多絲埋弧焊熱源模型中熱源參數難以確定的問題，提供一種多絲埋弧焊熱源參數確定方法。本發明針對多絲埋弧焊接過程的熱源模型，提出了結合工藝規范確定其熱源模型參數的方法，不僅顯著降低計算時間，熔池模擬結果和接頭熔池形貌吻合良好，還可以為焊接工藝的優化提供指導性意見。

本發明提供的多絲埋弧焊熱源模型參數確定方法，包括以下步驟：(一)依多絲埋弧生產工藝特點確定焊接過程中熱流密度分布函數q(x，y，z，t)；(二)熱源模型參數確定：需要確定的熱源參數包括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：熱源模型參數確定完成后，將熱源模型參數代入熱流密度分布函數q(x，y，z，t)，然后用該函數作為數值模擬計算的熱學邊界條件，利用數值模擬工具進行反復迭代計算，根據每次的計算結果與實際焊接得到的接頭熔池形狀對比，對熱源模型參數b_i、c_i、按照對比結果以5％的幅度進行逐步調整，直到模擬熔池的熔深、熔寬參數與實際接頭熔深、熔寬誤差小于10％為止，完成多絲埋弧焊熱源模型參數的確定。

具體確定方法是：

第1、將每個焊絲處理成一個獨立的熱源，熱源形狀采用雙橢球模型；考慮到實際焊接過程中不同焊絲間電弧和傾角對熔池深度和長度的影響，對單個焊絲對應的雙橢球模型進行修改，熱流密度由多個焊絲共同疊加作用形成，確定其焊接過程中熱流密度分布函數公式如下：