[发明专利]一种评价大线能量焊接用中厚板焊接性能的方法

说明书

本发明涉及焊接领域，一种评价大线能量焊接用中厚板焊接性能的方法，包括如下步骤：利用ANSYS有限元软件根据实际焊接件尺寸建立1:1的三维实体模型，定义三维实体模型的热物性参数，确定三维实体模型单元类型并划分网格；采用体生热率热源模型结合生死单元技术，通过APDL编程语言，利用do‑enddo语句，实现热源模型移动和三维实体模型模拟焊缝填充的动态过程；设置模拟焊接初始温度和边界条件，设置求解器，完成焊接过程模拟；在焊接过程模拟结束后，在ANSYS有限元软件POST1中获得焊接温度场云图及某一时刻焊件上各点的温度值，在POST26中查看各点的温度值随温度变化的曲线。

技术领域

本发明涉及焊接领域，特别是一种评价大线能量焊接用中厚板焊接性能的方法。

背景技术

随着船板钢朝着高强度、大型化方向发展，传统的焊接技术已经无法满足船板钢的建造需求，大线能量焊接技术应运而生。但由于大线能量焊接工艺的热输入较高，导致钢板焊缝附近的粗晶热影响区CGHAZ(Coarse-Grained Heat Affected Zone)裂纹敏感性增加，抗冲击能力和塑性显著降低，致使焊接后的钢板无法满足使用要求。因此，通常将CGHAZ的性能作为钢焊接后的性能。但在实际的焊接中，HAZ各段区域十分狭小仅为数毫米左右，无法实现对指定区域组织及性能的精细研究。通过热力学模拟试验机进行焊接热过程的模拟试验，可以获得CGHAZ的大体积试样，实现对组织性能的细致研究。

准确制定特定位置的焊接热循环曲线是通过热模拟试验获取与实际焊接相符的组织的前提。目前获取CGHAZ热循环曲线主要有三种方法：(1)公式法；(2)实际测量法；(3)有限元模拟分析法。理论经验公式考虑的情况较为简单，并未考虑到材料热物性参数对温度的变化以及较为复杂的焊接情况，计算的热循环参数较为的实际焊接情况相差较大。此外经验公式为试验条件等限制，使用范围小，针对气电立焊工艺的焊接热模拟试验还未见公开报道。实际测量法是在实际焊接过程利用热成像法或热电偶法测量热循环曲线。实际测量法虽然结果直观，但测量精度差，简单的改变焊接参数时却需要重复大量试验，消耗人力物力。

因此本发明通过对焊接温度场的有限元模拟来获取最接近实际焊接的CGHAZ的热循环曲线，并借助热模拟试验再现其焊接过程，通过研究热模拟试验所得试样的组织性能来预测钢的焊接性能。

发明内容

为解决上述问题，一种评价大线能量焊接用中厚板焊接性能的方法，通过对焊接温度场的有限元模拟来获取最接近实际焊接的CGHAZ的热循环曲线，并借助热模拟试验再现其焊接过程，通过研究热模拟试验所得试样的组织性能来预测钢的焊接性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种评价大线能量焊接用中厚板焊接性能的方法，包括如下步骤：

步骤1、建立三维瞬态温度场有限元模型：利用ANSYS有限元软件根据实际焊接件尺寸建立1:1的三维实体模型，定义三维实体模型的热物性参数，确定三维实体模型单元类型并划分网格；

步骤2、热源加载：采用体生热率热源模型结合生死单元技术，通过APDL编程语言，利用do-enddo语句，实现热源模型移动和三维实体模型模拟焊缝填充的动态过程；

步骤3、温度场求解设置：设置模拟焊接初始温度和边界条件，设置求解器，完成焊接过程模拟；

步骤4、焊接温度场计算结果：在焊接过程模拟结束后，在ANSYS有限元软件POST1中获得焊接温度场云图及某一时刻焊件上各点的温度值，POST26中查看各点的温度值随温度变化的曲线。

作为优选的，在步骤4完成后，进行

步骤5、根据模拟结果选取特定点的热循环曲线作为热模拟试验方案，在热模拟试验机上根据热模拟试验方案进行试验，热模拟试验后的试样进行显微组织及力学性能的检测。