[發(fā)明專利]一種深熔焊的有限元仿真熱源模型獲取方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011491905.5 | 申請日： | 2020-12-17 |
| 公開（公告）號： | CN112496614B | 公開（公告）日： | 2022-09-13 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 劉紅兵 | 申請（專利權(quán)）人： | 上海工程技術(shù)大學(xué) |
| 主分類號： | B23K37/00 | 分類號： | B23K37/00;G06F30/17;G06F30/23 |
| 代理公司： | 上海伯瑞杰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227 | 代理人： | 曹莉 |
| 地址： | 201620 *** | 國省代碼： | 上海;31 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 熔焊 有限元 仿真 熱源 模型 獲取 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種深熔焊的有限元仿真熱源模型獲取方法，用于獲得高熔深鎖工藝焊接樣本的焊縫所對應(yīng)的熱源模型；其包括以下步驟：(S1)獲取焊縫截面的圖像；焊縫截面包括非鈍化區(qū)域以及鈍化區(qū)域；(S2)獲取所述非鈍化區(qū)域以及所述鈍化區(qū)域的尺寸參數(shù)；(S3)對所述非鈍化區(qū)域的側(cè)邊曲線進(jìn)行擬合；(S4)根據(jù)步驟(S2)和(S3)的結(jié)果，確定熱源有效作用半徑的表達(dá)式，并建立旋轉(zhuǎn)體熱源模型。本方法采用旋轉(zhuǎn)體熱源對深熔焊的熱源進(jìn)行建模，更加貼近深熔焊的實際情況。本發(fā)明的熱源模型是單一函數(shù)熱源模型，不存在多個模型的匹配的問題，只需要輸入焊縫相關(guān)的幾何尺寸數(shù)據(jù)，就可實現(xiàn)熱源模型的定義。相對組合熱源而言，其優(yōu)勢不言而喻。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種深熔焊的有限元仿真熱源模型獲取方法。
背景技術(shù)
高熔深鎖焊接工藝，是一種由Tig焊接工藝發(fā)展而來的一種高效率、高質(zhì)量和大熔深的焊接工藝方法，其采用的電流遠(yuǎn)大于一般的Tig焊接工藝。其單道熔深能力遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)的Mig焊、Tig焊接工藝。因此，其可以在不開坡口的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)金屬材料的焊接。
由于其工藝特性，其焊接熱源性能不同于傳統(tǒng)的焊接熱源。在有限元仿真中，傳統(tǒng)的Mig焊接、Tig焊接采用的是橢球、高斯、雙橢球等熱源模型。但是這些模型主要針對傳統(tǒng)電弧焊這種熔深不高的工藝。對于高熔深焊工藝，其熱源模型與傳統(tǒng)電弧工藝完全不同。上述的一些熱源模型也無法適用高熔深鎖焊的工藝仿真。
高熔深鎖焊接工藝的焊縫橫截面為“倒喇叭”形狀，目前針對這種類似的焊接工藝，其仿真時所采用的熱源模型基本上都是組合熱源，其組合方式主要有：雙橢球體熱源+圓柱體熱源、雙橢球熱源+錐體熱源等。組合方向為：上半部分為雙橢球體熱源，當(dāng)深度高于設(shè)定值時，熱源則變?yōu)閳A柱體熱源或者椎體熱源。組合熱源對相關(guān)參數(shù)選擇非常重要(主要包括能量分配系數(shù)、熱源高度等)。參數(shù)選擇不合適，就會造成熱源模型和實際的焊縫形貌不匹配。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種深熔焊的有限元仿真熱源模型獲取方法，該方采用旋轉(zhuǎn)體熱源對深熔焊的熱源進(jìn)行建模，解決了現(xiàn)有技術(shù)中雙橢球、高斯等熱源模型存在的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種深熔焊的有限元仿真熱源模型獲取方法，用于獲得高熔深鎖工藝焊接樣本的焊縫所對應(yīng)的熱源模型；其包括以下步驟：
(S1)從高熔深鎖工藝焊接樣本中獲取焊縫截面的圖像；焊縫截面包括自樣本上表面至下表面的非鈍化區(qū)域以及位于非鈍化區(qū)域底面且從所述樣本下表面向下凸起的鈍化區(qū)域；
(S2)獲取所述非鈍化區(qū)域以及所述鈍化區(qū)域的尺寸參數(shù)，包括非鈍化區(qū)域厚度H、鈍化區(qū)域厚度g、所述鈍化區(qū)域與所述非鈍化區(qū)域的交界寬度n；
(S3)以所述非鈍化區(qū)域的頂面中心為原點、以所述非鈍化區(qū)域的豎向軸線為縱軸，對所述非鈍化區(qū)域的側(cè)邊曲線進(jìn)行擬合，得到的表達(dá)式為：
其中：R為所述側(cè)邊曲線上任意一的點到縱軸的距離，z為該點與非鈍化區(qū)域的頂面的距離；a、b、c為側(cè)邊曲線的擬合系數(shù)；
(S4)建立旋轉(zhuǎn)體熱源模型，其熱流密度分布函數(shù)為：
其中：r表示熱源中任意一點到熱源中線的距離，z表示該點到熱源原點的豎向距離，r0表示該點的熱源有效作用半徑，qm表示熱源原點處的熱流密度，有效作用半徑r0的表達(dá)式為：
其中，s為熱源下端鈍化系數(shù)，其表達(dá)式為：
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述高熔深鎖工藝焊接樣本由兩個厚度相等的工件在不開坡口的情況下采用高熔深鎖工藝焊接制得。
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于上海工程技術(shù)大學(xué)，未經(jīng)上海工程技術(shù)大學(xué)許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/202011491905.5/2.html，轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
