[發(fā)明專利]模擬激光電弧復(fù)合焊接中熔滴對熔池沖擊作用的計算方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710858075.7 | 申請日： | 2017-09-21 |
| 公開（公告）號： | CN107609288B | 公開（公告）日： | 2019-12-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 虞鋼;陳旭陽;何秀麗;鄭彩云;李少霞;寧偉健 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院力學(xué)研究所 |
| 主分類號： | G06F17/50 | 分類號： | G06F17/50;B23K26/348 |
| 代理公司： | 11390 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) | 代理人： | 胡劍輝<國際申請>=<國際公布>=<進入 |
| 地址： | 100190 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 模擬 激光 電弧 復(fù)合 焊接 中熔滴 熔池 沖擊 作用 計算方法 | ||
1.模擬激光電弧復(fù)合焊接中熔滴對熔池沖擊作用的計算方法，其特征在于，
將熔滴對熔池的沖擊作用分成動量沖擊、質(zhì)量添加和能量添加三個方面，然后分別整理成相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)進行計算，最終得到熔滴沖擊下熔池的表面變形、溫度和速度分布狀態(tài)，處理步驟如下：
步驟1、根據(jù)當前焊絲的狀態(tài)信息整理成函數(shù)Pd(x,y)來代表熔滴的動量沖擊，然后將函數(shù)Pd(x,y)添加到熔池的表面方程中；
步驟2、焊絲溶化成熔滴進入熔池后引起熔池的質(zhì)量增加，增加量與相應(yīng)時間的送出的焊絲質(zhì)量相等，以熔滴與熔池的密度一致為條件，則單位時間內(nèi)熔池增加的體積即為焊絲的體積，把該等量關(guān)系作為熔池表面方程的約束條件；
步驟3、熔滴的能量添加反映在熱量變化上，根據(jù)熔滴進入熔池前后的溫度變化將熔滴的熱量整理成函數(shù)Qd(x,y)，再將其添加到邊界條件中；
所述步驟3中，將熔滴的熱量整理成函數(shù)Qd(x,y)的過程如下：
步驟31、設(shè)每個熔滴的質(zhì)量為
步驟32、則每個熔滴進入熔池后的熱量變化為
步驟33、熔滴進入熔池時其熱量在熔池表面近似服從高斯分布，因此最終得到的熔滴熱量的表達式為：
其中，dw為焊絲的直徑，Uw為送絲速度，f為熔滴過渡的頻率，ρw為焊絲的密度，Cw為熔滴的比熱，Tw為熔滴的溫度，為Tl熔池的液相線，rf為熔滴的作用半徑；
步驟4、結(jié)合熔池的表面方程、邊界條件和Navier-Stokes方程，即可計算在當前熔滴沖擊下熔池的表面變形、溫度和速度分布狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其特征在于，
所述步驟1中函數(shù)Pd(x,y)通過如下方式得到：
步驟11、設(shè)單位時間內(nèi)焊槍送絲的體積為每個熔滴過渡的時間間隔為1/f，則每個熔滴的體積為
其中，dw為焊絲的直徑，Uw為送絲速度，f為熔滴過渡的頻率；
步驟12、考慮熔滴在下落過程中的影響因素后，將熔滴沖擊熔池表面的速度設(shè)為Vd；
步驟13、熔滴的動量沖擊在熔池表面的分布近似服從高斯分布，因此得到熔滴動量沖擊的表達式為：
其中，dw為焊絲的直徑，Uw為送絲速度，f為熔滴過渡的頻率，ρw為焊絲的密度，Vd為熔滴沖擊熔池時的速度，rf為熔滴的作用半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其特征在于，
所述步驟2中的表面方程為：
步驟21、
其中，φ為描述熔池表面變形的形狀函數(shù)，γ為表面張力系數(shù)，ρ為熔池的密度，g為重力加速度，F(xiàn)為熔池表面受到的合力，Pa為電弧壓力，Pd(x,y)o熔滴的動量沖擊；
步驟22、由于添加焊絲的體積與熔池變化的體積相等，作為熔池變形的約束條件可得：
其中，G代表約束函數(shù)，ΔVd為添加焊絲的體積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其特征在于，
所述步驟3中的邊界條件為：
其中，nb為熔池表面的法向量，qlaser為激光能量，qarc為電弧能量，Qd(x,y)為熔滴能量，為輻射損失的能量，hc(T-Ta)為對流損失的能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其特征在于，
所述步驟4的具體計算過程如下：
步驟41、確定當前待焊接材料的熱物性參數(shù)和焊接工藝參數(shù)；
步驟42、利用計算機根據(jù)尺寸和網(wǎng)格劃分信息生成當前材料相應(yīng)的計算網(wǎng)格；
步驟43、結(jié)合表面方程、邊界條件和Navier-Stokes方程，建立數(shù)學(xué)分析模型，編寫程序，開始進行熔滴沖擊下熔池的表面變形、溫度和速度分布的數(shù)值模擬；
步驟44、讀入當前材料的熱物性參數(shù)；
步驟45、初始化模型，并給相關(guān)參數(shù)賦予初值；
步驟46、用數(shù)值算法開始迭代求解，直至收斂；
步驟47、輸出并分析計算結(jié)果。
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