[发明专利]埋弧焊熔池的数值仿真方法、装置、电子设备及存储介质

说明书

本申请提供了一种埋弧焊熔池的数值仿真方法、装置、电子设备及存储介质，该方法包括：根据焊接电压、焊接电流，确定焊渣热流密度和电弧热流密度模型；根据真空磁导率、焊接电流确定电弧压力模型；根据渣‑金界面系数信息、气‑金界面系数信息确定界面张力模型；根据焊渣热流密度、电弧热流密度模型确定电弧热流的体积热或焊渣热流的体积热模型；根据电弧压力模型、渣‑金界面张力模型、气‑金界面张力模型确定电弧压力的体积力或界面张力的体积力模型；将电弧热流的体积热模型、焊渣热流的体积热模型、电弧压力的体积力模型、界面张力的体积力模型加载到流体仿真软件中对埋弧焊熔池进行数值仿真。本申请可以准确地对埋弧焊熔池进行数值仿真。

技术领域

本发明涉及焊接数值仿真技术领域，具体而言，涉及埋弧焊熔池的数值仿真方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

焊接加工技术是现代制造业的重要基石之一。埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧的特殊焊接方法，它集焊接效率高、焊缝质量好、生产条件好等优点于一体，被广泛运用于船舶工程，桥梁工程，冶金机械制造业，海洋构建工程等重要领域。但由于焊剂层的遮挡以及焊接过程的复杂性，难以通过常规实验方法获取瞬时熔池状态，这阻碍了埋弧焊接工艺的发展以及焊接质量和生产效率的提高。

利用数值模拟的方法研究埋弧焊过程可以定量的获取瞬时熔池状态，这对分析熔池温度分布及流动状态、揭示焊接工艺参数与焊剂特性的影响机理具有重要意义。不同于熔池裸露在气体中的其它电弧焊，熔融焊剂很大程度上影响了埋弧焊熔池的温度分布及流动状态。假若对埋弧焊熔池进行数值模拟计算时仅考虑电弧表面热/力模型、熔池内部电磁力模型、熔滴过渡模型等常规电弧焊数值模型，而忽略熔融焊剂与熔池界面间的热量交换与张力作用，则会使模拟得到的熔池温度分布、流动状态及熔池轮廓与实际的焊接结果存在较大误差。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种埋弧焊熔池的数值仿真方法、装置、电子设备及存储介质，考虑了界面张力，可以更准确的对埋弧焊熔池进行数值仿真。

第一方面，本申请实施例提供了一种埋弧焊熔池的数值仿真方法，该埋弧焊熔池的数值仿真方法包括：

获取埋弧焊熔池的物理性质、焊接电压、焊接电流、埋弧焊总热效率，真空磁导率，渣-金界面系数信息，气-金界面系数信息；

根据焊接电压、焊接电流，确定焊渣热流密度模型；根据焊接电压、焊接电流、埋弧焊总热效率，确定电弧热流密度模型；根据真空磁导率、焊接电流，确定电弧压力模型；根据渣-金界面系数信息、气-金界面系数信息，确定界面张力模型；

根据焊渣热流密度模型、电弧热流密度模型，确定电弧热流的体积热模型或焊渣热流的体积热模型；根据电弧压力模型、渣-金界面张力模型、气-金界面张力模型，确定电弧压力的体积力模型或界面张力的体积力模型；

将埋弧焊熔池的物理性质、电弧热流的体积热模型、焊渣热流的体积热模型、电弧压力的体积力模型、界面张力的体积力模型、预置的埋弧焊熔池的数学模型、熔池计算域和熔滴滴落频率条件，加载到流体仿真软件中对埋弧焊熔池进行数值仿真。

在一种可能的实施方式中，根据焊接电压、焊接电流，确定焊渣热流密度模型，包括：

通过下列公式确定焊渣热流密度模型；

其中，q_s为焊渣热流密度模型，η_s为焊渣热效率，U为焊接电压，I为焊接电流，R_s1为焊渣热源的内径，R_s2为焊渣热源的外径，为单位时间焊剂消耗速率，C_pf为焊剂比热，T_L为母材液相线温度，T₀为室温。

在一种可能的实施方式中，根据焊接电压、焊接电流、埋弧焊总热效率，确定电弧热流密度模型，包括：