[发明专利]一种多丝埋弧焊数值模拟热源模型参数确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多丝埋弧直缝焊管温度场数值模拟计算方法，提出一种结合生产工艺快速确定多丝埋弧焊热源模型参数的方法，具体用于多丝埋弧焊接热过程的快速计算，亦可通过数值模拟结果评估焊接工艺，在工程应用中具有重要的作用。

背景技术

多丝埋弧焊接技术是直缝焊管生产中的关键技术，焊接工艺参数的优化与控制不仅是影响焊接接头性能的关键因素，也是影响焊管制造成本和提高生产效率的重要因素，近年来随着计算机技术及有限元数值模拟技术的飞速发展，为采用工艺试验与理论数值模拟技术结合方式实现焊接工艺过程定量分析计算及预测提供强有力手段。

目前，考虑熔化焊过程描述焊接热源最合理的模型是体热源的双椭球固体热传导模型，即考虑焊接熔池形状是一种双椭球形状的内部体热源，以此热源模拟计算的熔池形状和温度场与试验结果符合较好。因此选择该热源模型描述单丝埋弧焊热源过程。

多丝埋弧焊过程的热源可采用多个双椭球热源模型同时叠加来建立(复合的热源模型)，如三丝埋弧焊的热源需要建立三个双椭球热源模型，确定12个形状参数；四丝埋弧焊的热源模型需要建立四个双椭球热源模型，确定16个形状参数，这样为了确定这些热源模型，则需要进行大量的数值计算和优化分析。

对于多丝埋弧焊接过程的数值模拟，国内外的文献很少，对于多丝埋弧焊中热源模型的确定及热源模型参数的确定的探讨则更少。虽然利用加速步长法结合实际温度场的测量可以反演其热源模型参数，但需要做大量的模拟对比分析，直至其与实际测量值误差最小，限制了其在工程实践中的应用。

发明内容

本发明目的是为了更好地利用有限元软件分析多丝埋弧直缝焊接热过程的变化，解决多丝埋弧焊热源模型中热源参数难以确定的问题，提供一种多丝埋弧焊热源参数确定方法。本发明针对多丝埋弧焊接过程的热源模型，提出了结合工艺规范确定其热源模型参数的方法，不仅显著降低计算时间，熔池模拟结果和接头熔池形貌吻合良好，还可以为焊接工艺的优化提供指导性意见。

本发明提供的多丝埋弧焊热源模型参数确定方法，包括以下步骤：(一)依多丝埋弧生产工艺特点确定焊接过程中热流密度分布函数q(x，y，z，t)；(二)热源模型参数确定：需要确定的热源参数包括U_i、I_i、v、n、τ_i、η_i、α_i、b_i、c_i、(三)热源模型的最终确定：热源模型参数确定完成后，将热源模型参数代入热流密度分布函数q(x，y，z，t)，然后用该函数作为数值模拟计算的热学边界条件，利用数值模拟工具进行反复迭代计算，根据每次的计算结果与实际焊接得到的接头熔池形状对比，对热源模型参数b_i、c_i、按照对比结果以5％的幅度进行逐步调整，直到模拟熔池的熔深、熔宽参数与实际接头熔深、熔宽误差小于10％为止，完成多丝埋弧焊热源模型参数的确定。

具体确定方法是：

第1、将每个焊丝处理成一个独立的热源，热源形状采用双椭球模型；考虑到实际焊接过程中不同焊丝间电弧和倾角对熔池深度和长度的影响，对单个焊丝对应的双椭球模型进行修改，热流密度由多个焊丝共同叠加作用形成，确定其焊接过程中热流密度分布函数公式如下：