[发明专利]一种分流模挤压非完全对称型材的纵向焊缝焊合质量的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及固态焊接焊缝的焊合质量预测方法，特别是涉及一种分流模挤压非完全对称型材的纵向焊缝焊合质量的预测方法。

背景技术

铝锂合金、铝合金和镁合金等轻质合金挤压型材作为典型的轻金属材料构件，被广泛应用于船舶、轨道交通、建筑、及航空航天等领域。随着我国制造业的飞速发展，复杂化、薄壁化以及宽体化成为铝锂合金、铝合金、镁合金等挤压型材的主要发展趋势，而分流模热挤压工艺是制造这类型材的关键工艺。在分流模挤压过程中，被挤压模具分流桥分开的金属在焊合室内以固态焊接的方式结合在一起并通过模具工作带成形为挤压型材。由于通过分流模挤压工艺所生产的型材必然存在纵向焊缝，因此，纵向焊缝的焊合质量成为决定型材服役性能和生产复杂截面型材的关键因素，焊缝焊合质量的预测也就成为实际生产中普遍关注的问题。

在铝锂合金、铝合金和镁合金挤压型材制造过程中，模具结构和挤压工艺参数对挤压型材焊缝焊合质量具有重要影响。由于分流挤压焊合过程是在挤压模具型腔内进行的，通过实验手段直接监测挤压焊合过程并对焊缝焊合质量做出评估极为困难。因此，目前挤压模具结构设计者和挤压工艺制定者只能在挤压焊合过程完成后，对挤出型材的焊缝质量进行检测，并根据检测结果对挤压模具结构和挤压工艺参数进行调整和优化。这种传统的焊缝质量检测方法已严重限制了挤压模具结构设计者和挤压工艺制定者的工作效率，也影响挤压工艺和模具结构设计的准确性。因此，型材挤压行业迫切需求一种行之有效的挤压型材焊缝焊合质量预测方法。

目前，人们尝试通过数值模拟获得分流挤压模具型腔内焊合平面的温度、压力以及等效应变等物理场量，然后基于现有的Q准则、K准则以及J准则等对焊合质量进行定量评估。但现有的焊缝焊合质量预测方法均针对截面完全对称的挤压型材，即型材截面关于X和Y轴均对称，而对于非完全对称的挤压型材，因其结构的特殊性，目前尚未见与之相关的焊缝质量预测方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种分流模挤压非完全对称型材的纵向焊缝焊合质量的预测方法，该方法不受型材截面形状和挤压模具对称性的限制，可用于预测分流挤压所获得的各种截面形状的型材的纵向焊缝的焊合质量。

一种分流模挤压非完全对称型材的纵向焊缝焊合质量的预测方法的具体方案如下：

一种分流模挤压非完全对称型材的纵向焊缝焊合质量的预测方法，具体步骤如下：

1)采用造型软件，创建挤压型材所对应的分流模具的三维几何模型；

2)利用有限元分析软件，建立分流挤压过程稳态分析模型，并通过数值计算，获得分流挤压模具型腔内所有质点的速度场和坐标值；

3)根据步骤2)中的质点的速度场和坐标值，计算并确定各个材料质点的运动轨迹，从而确定挤出型材纵向焊缝的几何形貌和具体位置；

4)根据材料质点的运动轨迹、坐标值和平均应力值，确定分流挤压过程中材料发生固态焊合的初始位置和终止位置，从而确定材料发生固态焊合的实际路径；

5)提取出实际焊合路径上材料质点在整个焊合过程中所对应的宏观物理量；

6)根据步骤5)获得的宏观物理量，从而预测出挤出型材纵向焊缝的焊合质量。

所述步骤2)在有限元分析软件中采用欧拉网格描述方法，通过划分网格、设置边界条件和挤压工艺条件，建立分流挤压过程稳态分析模型。

所述步骤2)具体实现步骤为：对分流挤压过程中材料所流经的三维区域进行网格划分，并设置边界条件以及挤压工艺条件，利用Qform软件的求解模块，得到分流挤压达到稳定时，挤压模具型腔内所有位置处的材料质点的速度场、温度场、应力场、应变场以及应变速率场。

所述步骤3)具体实现步骤为：根据挤压模具型腔内所有位置处材料质点在t₀时刻的速度场和坐标值，利用Qform软件后处理模块，计算获得材料质点在t₀+Δt时刻的速度场和坐标值，后根据材料质点在t₀+Δt时刻所在位置处的速度场，进一步计算获得材料质点在t₀+2Δt时刻的具体位置，以此类推，最终获得挤压模具各个分流孔内材料质点的运动轨迹，进而确定挤出型材纵向焊缝的几何形貌和具体位置。

为了方便操作，所述步骤4)中初始位置为位于焊合界面两侧的材料质点之间的距离为0时所对应的位置。

所述步骤4)中终止位置为当材料质点进入挤压模具工作带所在区域并且平均应力值为0时所对应的位置。

为了保证测量的准确性，所述步骤5)中宏观物理量包括温度、等效应力、平均应力、速度、应变速率以及时间。