專利名稱：一種多絲埋弧焊數(shù)值模擬熱源模型參數(shù)確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多絲埋弧直縫焊管溫度場(chǎng)數(shù)值模擬計(jì)算方法，提出一種結(jié)合生產(chǎn)工藝快速確定多絲埋弧焊熱源模型參數(shù)的方法，具體用于多絲埋弧焊接熱過(guò)程的快速計(jì)算，亦可通過(guò)數(shù)值模擬結(jié)果評(píng)估焊接工藝，在工程應(yīng)用中具有重要的作用。
背景技術(shù)：
多絲埋弧焊接技術(shù)是直縫焊管生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)，焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化與控制不僅是影響焊接接頭性能的關(guān)鍵因素，也是影響焊管制造成本和提高生產(chǎn)效率的重要因素，近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及有限元數(shù)值模擬技術(shù)的飛速發(fā)展，為采用工藝試驗(yàn)與理論數(shù)值模擬技術(shù)結(jié)合方式實(shí)現(xiàn)焊接工藝過(guò)程定量分析計(jì)算及預(yù)測(cè)提供強(qiáng)有力手段。目前，考慮熔化焊過(guò)程描述焊接熱源最合理的模型是體熱源的雙橢球固體熱傳導(dǎo)模型，即考慮焊接熔池形狀是一種雙橢球形狀的內(nèi)部體熱源，以此熱源模擬計(jì)算的熔池形狀和溫度場(chǎng)與試驗(yàn)結(jié)果符合較好。因此選擇該熱源模型描述單絲埋弧焊熱源過(guò)程。多絲埋弧焊過(guò)程的熱源可采用多個(gè)雙橢球熱源模型同時(shí)疊加來(lái)建立(復(fù)合的熱源模型)，如三絲埋弧焊的熱源需要建立三個(gè)雙橢球熱源模型，確定12個(gè)形狀參數(shù)；四絲埋弧焊的熱源模型需要建立四個(gè)雙橢球熱源模型，確定16個(gè)形狀參數(shù)，這樣為了確定這些熱源模型，則需要進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算和優(yōu)化分析。對(duì)于多絲埋弧焊接過(guò)程的數(shù)值模擬，國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)很少，對(duì)于多絲埋弧焊中熱源模型的確定及熱源模型參數(shù)的確定的探討則更少。雖然利用加速步長(zhǎng)法結(jié)合實(shí)際溫度場(chǎng)的測(cè)量可以反演其熱源模型參數(shù)，但需要做大量的模擬對(duì)比分析，直至其與實(shí)際測(cè)量值誤差最小，限制了其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了更好地利用有限元軟件分析多絲埋弧直縫焊接熱過(guò)程的變化，解決多絲埋弧焊熱源模型中熱源參數(shù)難以確定的問(wèn)題，提供一種多絲埋弧焊熱源參數(shù)確定方法。本發(fā)明針對(duì)多絲埋弧焊接過(guò)程的熱源模型，提出了結(jié)合工藝規(guī)范確定其熱源模型參數(shù)的方法，不僅顯著降低計(jì)算時(shí)間，熔池模擬結(jié)果和接頭熔池形貌吻合良好，還可以為焊接工藝的優(yōu)化提供指導(dǎo)性意見(jiàn)。本發(fā)明提供的多絲埋弧焊熱源模型參數(shù)確定方法，包括以下步驟(一)依多絲埋弧生產(chǎn)工藝特點(diǎn)確定焊接過(guò)程中熱流密度分布函數(shù)q(x，y, z，t) ; (二)熱源模型參數(shù)確定需要確定的熱源參數(shù)包括Ui' Ip v、n、Tp rii、a ^ffi、Jbi、c^aft、aA ;(三)熱源模型的最終確定熱源模型參數(shù)確定完成后，將熱源模型參數(shù)代入熱流密度分布函數(shù)q(x，y，z, t)，然后用該函數(shù)作為數(shù)值模擬計(jì)算的熱學(xué)邊界條件，利用數(shù)值模擬工具進(jìn)行反復(fù)迭代計(jì)算，根據(jù)每次的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際焊接得到的接頭熔池形狀對(duì)比，對(duì)熱源模型參數(shù)bi、Ci、aZ.、％按照對(duì)比結(jié)果以5%的幅度進(jìn)行逐步調(diào)整，直到模擬熔池的熔深、熔寬參數(shù)與實(shí)際接頭熔深、熔寬誤差小于10%為止，完成多絲埋弧焊熱源模型參數(shù)的確定。
具體確定方法是第I、將每個(gè)焊絲處理成一個(gè)獨(dú)立的熱源，熱源形狀采用雙橢球模型；考慮到實(shí)際焊接過(guò)程中不同焊絲間電弧和傾角對(duì)熔池深度和長(zhǎng)度的影響，對(duì)單個(gè)焊絲對(duì)應(yīng)的雙橢球模型進(jìn)行修改，熱流密度由多個(gè)焊絲共同疊加作用形成，確定其焊接過(guò)程中熱流密度分布函數(shù)公式如下
權(quán)利要求
1.一種多絲埋弧焊數(shù)值模擬熱源模型參數(shù)確定方法，其特征包括以下步驟(一)依多絲埋弧生產(chǎn)工藝特點(diǎn)確定焊接過(guò)程中熱流密度分布函數(shù)q(X，y，z，t) ;(二)熱源模型參數(shù)確定需要確定的熱源參數(shù)包括Ui、Ip V、n、Ti、Hi、a i、//;、/ 、b” Cpa/;、ah . (三)熱源模型的最終確定熱源模型參數(shù)確定完成后，將熱源模型參數(shù)代入熱流密度分布函數(shù)q(x，y, z，t)，然后用該函數(shù)作為數(shù)值模擬計(jì)算的熱學(xué)邊界條件，利用數(shù)值模擬工具進(jìn)行反復(fù)迭代計(jì)算，根據(jù)每次的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際焊接得到的接頭熔池形狀對(duì)比，對(duì)熱源模型參數(shù)bpCpl、\按照對(duì)比結(jié)果以5%的幅度進(jìn)行逐步調(diào)整，直到模擬熔池的熔深、熔寬參數(shù)與實(shí)際接頭熔深、熔寬誤差小于10%為止，完成多絲埋弧焊熱源模型參數(shù)的確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于熱源模型參數(shù)確定的具體方法是 第I、將每個(gè)焊絲處理成一個(gè)獨(dú)立的熱源，熱源形狀采用雙橢球模型；考慮到實(shí)際焊接過(guò)程中不同焊絲間電弧和傾角對(duì)熔池深度和長(zhǎng)度的影響，對(duì)單個(gè)焊絲對(duì)應(yīng)的雙橢球模型進(jìn)行修改，熱流密度由多個(gè)焊絲共同疊加作用形成，確定焊接過(guò)程中熱流密度分布函數(shù)公式如下
全文摘要
一種多絲埋弧焊數(shù)值模擬熱源模型參數(shù)確定方法。該方法包括(一)確定多絲埋弧焊焊接過(guò)程中熱流密度分布函數(shù)；(二)熱源模型參數(shù)初步確定需要確定的熱源模型參數(shù)包括Ui、Ii、v、n、、、、、、bi、ci、、；(三)熱源模型的最終確定參數(shù)確定完成后代入熱流密度分布函數(shù)，然后作為熱學(xué)邊界條件，利用數(shù)值模擬工具進(jìn)行反復(fù)迭代計(jì)算，根據(jù)每次的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際焊接得到的接頭熔池形狀對(duì)比，對(duì)熱源模型參數(shù)bi、ci、、按照對(duì)比結(jié)果以5%的幅度進(jìn)行逐步調(diào)整，直到模擬熔池的熔深、熔寬參數(shù)與實(shí)際接頭熔深、熔寬誤差小于10%為止，完成多絲埋弧焊熱源模型參數(shù)的確定。
文檔編號(hào)B23K9/095GK102637235SQ20121013252
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者劉廣川, 劉濤, 孫靈麗, 張紅, 楊新岐, 楊瑋瑋, 王旭, 胡海朝, 趙波, 韓秀林 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司, 河北華油鋼管設(shè)計(jì)研究院有限公司