[发明专利]一种单丝埋弧焊焊接热影响区宽度的预测方法

说明书

本发明提供了一种单丝埋弧焊焊接热影响区宽度的预测方法，方法包括：建立双椭球热源模型；建立焊接件的有限元模型，并对该模型进行网格划分；对HAZ进行宽度分析，根据材料的相变温度来确定HAZ各子区间的宽度。本发明利用双椭球热源模型，对单丝埋弧焊焊接热影响区宽度进行数值模拟，为埋弧焊焊接接头质量的评定提供了依据，更加有利于生产工艺的优化；本发明采用有限元法，借助SYSWELD软件对焊接热循环过程进行数值模拟计算，根据模拟得到的特征温度值进而得到不同线能量输入下热影响区宽度的变化趋势。通过模拟得到的数值来指导焊接生产，节省了时间、材料、人力物力，也提高了生产率和安全系数。

技术领域

本发明涉及到单丝埋弧焊领域，具体涉及到一种单丝埋弧焊焊接热影响区宽度的预测方法。

背景技术

埋弧焊是现代焊接方法中最重要的焊接方法之一，具有焊接速度快、焊接质量好、劳动条件好、节约金属及电能等优点，由此也成为压力容器、管段制造、箱型梁柱等重要结构制作中的主要焊接方法。近年来，虽然先后出现了许多种高效、优质的新焊接方法，但埋弧焊的应用领域依然未受任何影响。

焊接接头质量的好坏直接决定了焊接是否成功，甚至在工程上直接决定工程安全问题。在对焊接接头质量研究中，焊接接头热影响区的研究显得尤为重要。如热影响区宽度太大，会导致发生脆化的范围增加，加剧了热影响区组织的不均匀性，从而导致力学性能不均匀性增加。所以焊接热影响区宽度预测对调控焊接接头质量具有重要的实际应用意义。但是大量的试验不仅时间周期长，而且还会造成人力物力的浪费。

发明内容

本发明的目的在于解决现有试验技术的不足，提供了一种单丝埋弧焊焊接热影响区宽度的预测方法，解决了需要做大量的试验来测得焊接热影响区宽度的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种单丝埋弧焊焊接热影响区宽度的预测方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：建立双椭球热源模型；

选取热源模型为与实际焊接过程较为贴近的双椭球热源模型，确定该双椭球热源模型的热流密度分布函数，前半球椭球按公式(1)计算，后半球椭球按公式(2)计算：

式中Q为电弧有效功率，Q＝ηUI，U为焊接电压，I为焊接电流，η为电弧有效热效率系数，取值0.77～0.9，f_f和f_r分别为总的输入功率在熔池前后部分的分配指数，且f_f+f_r＝2，a_f、a_r、b、c为热源形状参数，a_f、a_r为椭球的前后半轴长度，a_f、a_r之和为焊缝的熔池的长度，b为椭球的宽度，c为椭球的深度；

步骤二：建立焊接件的有限元模型，并对该模型进行网格划分；

按照1:1数值比例建立焊接件的有限元模型并赋予材料热物理性能参数，在划分网格时，焊缝区及其附近区域网格尺寸小而密，随着远离焊缝区域网格逐渐变大而稀疏。其中，材料的热物理性能参数包括：密度、导热系数、比热容、换热系数。

步骤三：对HAZ进行宽度分析，根据材料的相变温度来确定HAZ及其各个子区间的宽度；

(1)利用SYSWELD软件，在模拟焊接过程中选取合适的模拟焊接时间(使得焊接过程处在准稳态)，沿垂直于焊缝方向选择一条路径，做出温度-距焊缝中心距离的曲线图。

(2)根据温度-距焊缝中心距离的曲线图，结合材料的相变温度，确定各个子区间部分，从而得到HAZ各子区间的宽度及HAZ宽度。