[发明专利]单丝气电立焊焊接热源模型的建立方法

说明书

本发明提供了一种单丝气电立焊焊接热源模型的建立方法，首先进行步骤S10，建立V形坡口的立板对接三维实体模型，之后对三维实体模型进行网格划分。然后进行步骤S20，基于单丝气电立焊焊后焊缝截面形貌采用两个高斯面热源加一个椭球体热源的组合热源模型。最后进行步骤S30，将步骤S20当中建立的组合热源模型加载到步骤S10当中的有限元模型中，设置模型参数，提交运算获取温度场和焊缝截面形貌。模拟得到的焊缝截面形貌与实验结果吻合良好，组合热源模型适用于单丝气电立焊焊接模拟，从而可以缩短焊接相关从业人员试验周期，减少成本。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种单丝气电立焊焊接热源模型的建立方法。

背景技术

气电立焊是由普通熔化极气体保护焊和电渣焊发展而形成的一种熔化极气体保护电弧焊方法。其焊接效率高，是手弧焊的25-30倍，单丝气电立焊可实现40mm厚钢板一道次成型，且焊缝成形美观，质量优良。这种焊接方法已经广泛应用于贮罐、船体立缝的焊接当中，但是目前的研究主要集中在通过实验来研究单丝气电立焊工艺，而很少有关于气电立焊焊接模拟的工作。

建立合理的热源模型是焊接模拟过程中获得准确、可靠的温度场和应力场的前提，因此，气电立焊焊接过程模拟首要解决的问题是建立合理的焊接热源模型，而国内外关于气电立焊焊接模拟相关工作鲜有报道，并无成熟的热源模型可以应用。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：

对于普通焊接的热源模型建立，例如激光焊接热源模型的建立，激光焊接所形成的的熔池形状为“钉子头”，即熔池宽度由焊接表面向内逐渐减小。但单丝气电立焊所形成的熔池为“双钉头”形，即熔池宽度由焊接表面向内先减小后增大，因此适用于激光焊接或其他焊接的、经典的双椭球热源模型建立方法不再适用于单丝气电立焊。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种单丝气电立焊焊接热源模型的建立方法，能够得到与实际焊缝形貌相吻合的结果。

根据本发明实施例的单丝气电立焊焊接热源模型的建立方法，包括以下步骤：

S10，建立三维有限元模型：

在建模软件中建立工件的几何模型，利用网格划分软件或有限元计算软件对工件进行网格划分；

S20，基于单丝气电立焊焊后焊缝截面形貌建立组合热源模型，组合热源模型包括一个椭球热源模型和两个高斯椭圆面热源模型；

S30，求解焊接温度场并获取焊缝截面形貌：

将步骤S20当中的热源模型加载到步骤S10当中的有限元模型中，设置模型参数，提交运算获取温度场和焊缝截面形貌。

根据本发明实施例的单丝气电立焊焊接热源模型的建立方法，针对垂直对接接头的气电立焊焊接过程和气电立焊的“双钉头”形熔池，采用一个椭球热源模型和两个高斯椭圆面热源模型组成的组合热源模型，模拟得到的焊缝截面形貌与实验结果吻合良好，组合热源模型适用于单丝气电立焊焊接模拟，从而可以缩短焊接相关从业人员试验周期，减少成本。

根据本发明的一些实施例，步骤S10当中，网格沿焊缝向两侧方向由细密变疏散。

根据本发明的一些实施例，步骤S10当中，通过生死单元法进行焊缝的逐步填充。

根据本发明的一些实施例，步骤S30当中的模型参数包括材料属性、环境温度、工件表面的换热系数、热辐射系数和Stefan-Boltzmann常数和对流换热系数。

根据本发明的一些实施例，所述边界条件根据实际装卡情况确定。

根据本发明的一些实施例，所述对流换热系数根据前置水冷铜滑块和后置水冷铜衬板的冷却速率确定。