[發明專利]單絲氣電立焊焊接熱源模型的建立方法

在審

• 申請號: 202110237067.7
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113033039A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 江坤;劉芳芳;蔣健博;厲文墨;王藝橦;張弛;潘棟;耿志宇;薛晗;李江文
• 申請（專利權）人: 鞍鋼集團北京研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06T17/20;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 杜德海

本發明提供了一種單絲氣電立焊焊接熱源模型的建立方法，首先進行步驟S10，建立V形坡口的立板對接三維實體模型，之后對三維實體模型進行網格劃分。然后進行步驟S20，基于單絲氣電立焊焊后焊縫截面形貌采用兩個高斯面熱源加一個橢球體熱源的組合熱源模型。最后進行步驟S30，將步驟S20當中建立的組合熱源模型加載到步驟S10當中的有限元模型中，設置模型參數，提交運算獲取溫度場和焊縫截面形貌。模擬得到的焊縫截面形貌與實驗結果吻合良好，組合熱源模型適用于單絲氣電立焊焊接模擬，從而可以縮短焊接相關從業人員試驗周期，減少成本。

技術領域

本發明涉及焊接技術領域，具體涉及一種單絲氣電立焊焊接熱源模型的建立方法。

背景技術

氣電立焊是由普通熔化極氣體保護焊和電渣焊發展而形成的一種熔化極氣體保護電弧焊方法。其焊接效率高，是手弧焊的25-30倍，單絲氣電立焊可實現40mm厚鋼板一道次成型，且焊縫成形美觀，質量優良。這種焊接方法已經廣泛應用于貯罐、船體立縫的焊接當中，但是目前的研究主要集中在通過實驗來研究單絲氣電立焊工藝，而很少有關于氣電立焊焊接模擬的工作。

建立合理的熱源模型是焊接模擬過程中獲得準確、可靠的溫度場和應力場的前提，因此，氣電立焊焊接過程模擬首要解決的問題是建立合理的焊接熱源模型，而國內外關于氣電立焊焊接模擬相關工作鮮有報道，并無成熟的熱源模型可以應用。

發明內容

本發明是基于發明人對以下事實和問題的發現和認識做出的：

對于普通焊接的熱源模型建立，例如激光焊接熱源模型的建立，激光焊接所形成的的熔池形狀為“釘子頭”，即熔池寬度由焊接表面向內逐漸減小。但單絲氣電立焊所形成的熔池為“雙釘頭”形，即熔池寬度由焊接表面向內先減小后增大，因此適用于激光焊接或其他焊接的、經典的雙橢球熱源模型建立方法不再適用于單絲氣電立焊。

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的實施例提出一種單絲氣電立焊焊接熱源模型的建立方法，能夠得到與實際焊縫形貌相吻合的結果。

根據本發明實施例的單絲氣電立焊焊接熱源模型的建立方法，包括以下步驟：

S10，建立三維有限元模型：

在建模軟件中建立工件的幾何模型，利用網格劃分軟件或有限元計算軟件對工件進行網格劃分；

S20，基于單絲氣電立焊焊后焊縫截面形貌建立組合熱源模型，組合熱源模型包括一個橢球熱源模型和兩個高斯橢圓面熱源模型；

S30，求解焊接溫度場并獲取焊縫截面形貌：

將步驟S20當中的熱源模型加載到步驟S10當中的有限元模型中，設置模型參數，提交運算獲取溫度場和焊縫截面形貌。

根據本發明實施例的單絲氣電立焊焊接熱源模型的建立方法，針對垂直對接接頭的氣電立焊焊接過程和氣電立焊的“雙釘頭”形熔池，采用一個橢球熱源模型和兩個高斯橢圓面熱源模型組成的組合熱源模型，模擬得到的焊縫截面形貌與實驗結果吻合良好，組合熱源模型適用于單絲氣電立焊焊接模擬，從而可以縮短焊接相關從業人員試驗周期，減少成本。

根據本發明的一些實施例，步驟S10當中，網格沿焊縫向兩側方向由細密變疏散。

根據本發明的一些實施例，步驟S10當中，通過生死單元法進行焊縫的逐步填充。

根據本發明的一些實施例，步驟S30當中的模型參數包括材料屬性、環境溫度、工件表面的換熱系數、熱輻射系數和Stefan-Boltzmann常數和對流換熱系數。

根據本發明的一些實施例，所述邊界條件根據實際裝卡情況確定。

根據本發明的一些實施例，所述對流換熱系數根據前置水冷銅滑塊和后置水冷銅襯板的冷卻速率確定。