[發(fā)明專利]埋弧焊熔池的數(shù)值仿真方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211326390.2
• 申請(qǐng)日: 2022-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN115688413A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王聰;白航宇;王占軍;鐘明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06T17/20;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 劉鳳

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N埋弧焊熔池的數(shù)值仿真方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，該方法包括：根據(jù)焊接電壓、焊接電流，確定焊渣熱流密度和電弧熱流密度模型；根據(jù)真空磁導(dǎo)率、焊接電流確定電弧壓力模型；根據(jù)渣?金界面系數(shù)信息、氣?金界面系數(shù)信息確定界面張力模型；根據(jù)焊渣熱流密度、電弧熱流密度模型確定電弧熱流的體積熱或焊渣熱流的體積熱模型；根據(jù)電弧壓力模型、渣?金界面張力模型、氣?金界面張力模型確定電弧壓力的體積力或界面張力的體積力模型；將電弧熱流的體積熱模型、焊渣熱流的體積熱模型、電弧壓力的體積力模型、界面張力的體積力模型加載到流體仿真軟件中對(duì)埋弧焊熔池進(jìn)行數(shù)值仿真。本申請(qǐng)可以準(zhǔn)確地對(duì)埋弧焊熔池進(jìn)行數(shù)值仿真。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及焊接數(shù)值仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及埋弧焊熔池的數(shù)值仿真方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)

焊接加工技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)的重要基石之一。埋弧焊是一種電弧在焊劑層下燃燒的特殊焊接方法，它集焊接效率高、焊縫質(zhì)量好、生產(chǎn)條件好等優(yōu)點(diǎn)于一體，被廣泛運(yùn)用于船舶工程，橋梁工程，冶金機(jī)械制造業(yè)，海洋構(gòu)建工程等重要領(lǐng)域。但由于焊劑層的遮擋以及焊接過程的復(fù)雜性，難以通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法獲取瞬時(shí)熔池狀態(tài)，這阻礙了埋弧焊接工藝的發(fā)展以及焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高。

利用數(shù)值模擬的方法研究埋弧焊過程可以定量的獲取瞬時(shí)熔池狀態(tài)，這對(duì)分析熔池溫度分布及流動(dòng)狀態(tài)、揭示焊接工藝參數(shù)與焊劑特性的影響機(jī)理具有重要意義。不同于熔池裸露在氣體中的其它電弧焊，熔融焊劑很大程度上影響了埋弧焊熔池的溫度分布及流動(dòng)狀態(tài)。假若對(duì)埋弧焊熔池進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)僅考慮電弧表面熱/力模型、熔池內(nèi)部電磁力模型、熔滴過渡模型等常規(guī)電弧焊數(shù)值模型，而忽略熔融焊劑與熔池界面間的熱量交換與張力作用，則會(huì)使模擬得到的熔池溫度分布、流動(dòng)狀態(tài)及熔池輪廓與實(shí)際的焊接結(jié)果存在較大誤差。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請(qǐng)的目的在于提供一種埋弧焊熔池的數(shù)值仿真方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，考慮了界面張力，可以更準(zhǔn)確的對(duì)埋弧焊熔池進(jìn)行數(shù)值仿真。

第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種埋弧焊熔池的數(shù)值仿真方法，該埋弧焊熔池的數(shù)值仿真方法包括：

獲取埋弧焊熔池的物理性質(zhì)、焊接電壓、焊接電流、埋弧焊總熱效率，真空磁導(dǎo)率，渣-金界面系數(shù)信息，氣-金界面系數(shù)信息；

根據(jù)焊接電壓、焊接電流，確定焊渣熱流密度模型；根據(jù)焊接電壓、焊接電流、埋弧焊總熱效率，確定電弧熱流密度模型；根據(jù)真空磁導(dǎo)率、焊接電流，確定電弧壓力模型；根據(jù)渣-金界面系數(shù)信息、氣-金界面系數(shù)信息，確定界面張力模型；

根據(jù)焊渣熱流密度模型、電弧熱流密度模型，確定電弧熱流的體積熱模型或焊渣熱流的體積熱模型；根據(jù)電弧壓力模型、渣-金界面張力模型、氣-金界面張力模型，確定電弧壓力的體積力模型或界面張力的體積力模型；

將埋弧焊熔池的物理性質(zhì)、電弧熱流的體積熱模型、焊渣熱流的體積熱模型、電弧壓力的體積力模型、界面張力的體積力模型、預(yù)置的埋弧焊熔池的數(shù)學(xué)模型、熔池計(jì)算域和熔滴滴落頻率條件，加載到流體仿真軟件中對(duì)埋弧焊熔池進(jìn)行數(shù)值仿真。

在一種可能的實(shí)施方式中，根據(jù)焊接電壓、焊接電流，確定焊渣熱流密度模型，包括：

通過下列公式確定焊渣熱流密度模型；

其中，q_s為焊渣熱流密度模型，η_s為焊渣熱效率，U為焊接電壓，I為焊接電流，R_s1為焊渣熱源的內(nèi)徑，R_s2為焊渣熱源的外徑，為單位時(shí)間焊劑消耗速率，C_pf為焊劑比熱，T_L為母材液相線溫度，T₀為室溫。

在一種可能的實(shí)施方式中，根據(jù)焊接電壓、焊接電流、埋弧焊總熱效率，確定電弧熱流密度模型，包括：