[發明專利]一種基于ANSYS預測CMT焊縫形狀尺寸的方法

無效

• 申請號: 201310217892.6
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103366044A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 董重里;吳開源;蘭艷林;林介東;聶銘;李順華
• 申請（專利權）人: 廣東電網公司電力科學研究院;華南理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑

技術領域

本發明涉及一種基于有限元（ANSYS）的預測冷金屬過渡（Cold?Metal?Transfer，CMT）焊縫形狀尺寸的方法。

背景技術

現代制造業對焊接生產過程提出了高質量和高效率的要求。為了提高焊接質量，要求減少焊接過程中電弧對母材的熱輸入，從而減小工件殘余變形量和熱影響區尺寸。

冷金屬過渡（Cold?Metal?Transfer，CMT）技術是一種全新的革命性的短路過渡技術，實現了無電流狀態下的熔滴過渡，當發生短路時，焊絲即停止前進并自動地回抽，在這種方式中，電弧自身輸入熱量的過程很短，短路發生，電弧即熄滅，熱輸入量迅速地減少，相對于傳統的MIG/MAG焊接過程而言，電弧溫度和熔滴溫度比較低，熱輸入更小。

過去在焊接過程中，焊縫幾何尺寸的測定是在焊接之后，在焊縫長度方向的不同位置，分別截取焊縫的橫截面試樣，制成宏觀金相試樣后，利用讀數顯微鏡（分辨率為0.01mm）測定熔深、熔寬等幾何參數，并在進行大量的工藝試驗后，經過反復測量，取若干次的平均值作為測試結果。這種方法過程比較繁瑣，尤其是在顯微鏡下讀數時受主觀因素較大，這在一定程度上影響了焊縫形狀尺寸的準確度，進而不能夠準確分析焊接質量。

為了實現CMT焊接工藝的工業應用，須解決這種新型焊接方法的關鍵工藝理論問題，對CMT過程進行有限元計算，定量分析相應的焊接溫度場與焊縫形狀尺寸，將為這種新工藝的參數優化提供基礎數據。為了充分反映過程的物理本質，應充分考慮熔池內部流場的作用以及熔池表面的變形，但是，從實際應用的角度出發，應抓住過程的主要特點，將模型和計算過程簡化。因此，將CMT作為適當熱源作用下的固體熱傳導問題來處理，將著重點放在焊縫形狀尺寸的預測上，加快計算分析的速度。

例如技術文獻資料中的“基于有限元分析對新型DE_GMAW焊縫尺寸預測”（張明賢，武傳松，李克海等．焊接學報，2007，02）利用SYSWELD軟件，采用高斯熱源對DE_GMAW焊縫尺寸進行預測。由于SYSWELD主要功能是對焊后工件組織、變形、應力應變的分析，故對焊接溫度場模擬過程的處理相對簡單一些，沒有考慮各種力對熔池的影響。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，就是提供一種基于ANSYS預測CMT焊縫形狀尺寸的方法，本方法過程簡便、預測快速準確，且考慮到各種力對熔池的影響、結果客觀。

解決上述技術問題，本發明采用的技術解決方案如下：

一種基于ANSYS預測CMT焊縫形狀尺寸的方法，其特征是包括以下步驟：

（1）采集焊接過程數據

包括：

焊接參數：焊接電流、焊接電壓、送絲速度和焊接速度；

材料熱物性參數：熱傳導系數、比熱、密度和散熱系數；

初始信息：焊件尺寸和環境溫度；

（2）建立有限元分析模型

對焊縫余高的處理：在有限元分析中，焊縫的余高預先加到工件上，在計算過程中采用單元激活的方法處理；為了簡化計算，設余高橫截面輪廓曲線為：y=ax²(a＜0)，如圖1所示；θ根據焊接工藝的實際情況適當的選取，由圖1可以看出

dydx|y=-h=tanθ]]>

即