本發(fā)明涉及ERW鋼管領域，尤其是一種對ERW鋼管焊接過程溫度場進行動態(tài)仿真的模擬方法。

背景技術：

高頻直縫焊管(Electric Resistance Welding，簡稱ERW)是電阻焊的一種形式，是將熱軋板經(jīng)過成型機成型后，使鋼卷變形為圓滑的圓筒狀管坯，當高頻電流通過管坯的V形開口角負載回路時，由于其強烈的趨膚效應和鄰近效應，迫使高頻電流高度地集中在管坯加熱邊部，進而通過熱能將焊接區(qū)迅速地加熱達到焊接狀態(tài)，在擠壓輥擠壓力的作用下，管坯的熔化兩邊緣熔合在一起，經(jīng)冷卻就達到焊接在一起的效果，形成鋼管。

在接觸焊中，焊接區(qū)產(chǎn)生熱量Q＝I²RT，因此影響加熱溫度分布的工藝參數(shù)除了焊接速度外，大體分為兩類：一類是電參數(shù)，包括電流、電流頻率，輸入功率等，另一類是幾何參數(shù)，包括開口角、磁棒(尺寸、數(shù)量及分布方式)、電極形狀以及管坯、電極和磁棒三者之間的相對位置尺寸。這些工藝參數(shù)，不僅對加熱溫度有影響，而且還能互相影響。僅僅對其中單個參數(shù)進行調(diào)節(jié)并不難，但若要把所有參數(shù)都綜合起來，相互匹配以至達到優(yōu)化組合，就非常困難了。

目前人們對高頻焊接的機理還未完全清楚，也很少定性定量的研究各參數(shù)對加熱溫度的影響程度和影響規(guī)律，這就使得焊接工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)缺乏詳實的理論依據(jù)。在實際生產(chǎn)中，這些工藝參數(shù)的確定基本上都是靠前期費時費力的試驗和人們以往總結的經(jīng)驗。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種模擬更加貼近現(xiàn)實、針對不同規(guī)格焊管進行動態(tài)仿真的對ERW鋼管焊接過程溫度場進行動態(tài)仿真的模擬方法。

為實現(xiàn)上述目的，采用了以下技術方案：本發(fā)明所述模擬方法包括以下步驟：

步驟1，建立ANSYS程序庫，開始后執(zhí)行ANSYS程序庫；

步驟2，根據(jù)ERW鋼管焊接裝置模型參數(shù)，建立幾何模型，劃分網(wǎng)格，建立物理環(huán)境庫，確定求解類型；

步驟3，將鋼管的初始溫度作為初始溫度載荷加載在鋼管上，在電極上施加高頻電流并設置邊界條件，根據(jù)溫度值更新材料與電磁相關的物理參數(shù)A，所述物理參數(shù)A包括但不限于相對磁導率、電阻系數(shù)，根據(jù)創(chuàng)建的電磁環(huán)境對整個焊管進行電磁分析，得到熱生成率；

步驟4，載入熱分析物理環(huán)境，施加溫度載荷與所述熱生成率載荷，根據(jù)溫度值更新材料與熱相關的物理參數(shù)B，所述物理參數(shù)B包括但不限于熱傳導率、熱輻射、熱焓，根據(jù)創(chuàng)建的熱環(huán)境對整個焊管進行熱分析，若尚未到達設定時間步數(shù)，重新施加所述熱生成率載荷與溫度載荷進行熱分析，直至計算結束，輸出溫度T；若到達設定時間步數(shù)，直接輸出溫度T；

步驟5，采用DO循環(huán)進行電阻加熱過程的電磁-熱耦合計算，重復步驟3和步驟4進行電磁分析和熱分析，直至電磁-熱耦合計算結束；

步驟6，將焊管V形開口角上周向的節(jié)點溫度向焊管運動方向移動Δd的距離，清除ANSYS內(nèi)的模型，重復步驟2～5進行循環(huán)計算，直至鋼管焊縫處的溫度達到穩(wěn)態(tài)溫度，完成對ERW鋼管焊接過程溫度場進行動態(tài)仿真。

進一步的，步驟5電磁-熱耦合是將電磁分析所產(chǎn)生的焦耳熱從數(shù)據(jù)庫中提取出來，作為內(nèi)熱源施加到熱分析中；將熱分析所產(chǎn)生的溫度從數(shù)據(jù)庫中提取出來，作為初始載荷施加到電磁分析中，即每次步驟3和步驟4的循環(huán)計算中，步驟4輸出的溫度T為步驟3的初始溫度載荷。

進一步的，在步驟6的循環(huán)計算中，移動后的節(jié)點溫度載荷為步驟3的初始溫度載荷。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點：

1、采用節(jié)點溫度的移動代替管坯的運動，可實現(xiàn)對ERW鋼管焊接過程進行動態(tài)仿真；

2、可以根據(jù)工廠各種生產(chǎn)工藝修改焊接功率、開口角大小等參數(shù)進行模擬，使模擬更加貼近現(xiàn)實；

3、可以修改焊管模型參數(shù)，針對不同規(guī)格的焊管進行感應加熱過程的動態(tài)仿真。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明方法中幾何模型進行網(wǎng)格劃分后的示意圖。

圖3是本發(fā)明方法中節(jié)點溫度移動的示意圖。

圖4本發(fā)明方法得到的ERW鋼管焊接過程溫度場云圖。

附圖標號：1-磁棒、2-鋼管、3-電極。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明方法做進一步說明：

實施例1：

對規(guī)格為Φ219×8.94mm、材料為J55的焊管進行電阻加熱，在ANSYS平臺上，運用本發(fā)明方法實現(xiàn)對ERW鋼管焊接過程溫度場進行動態(tài)仿真模擬。

本發(fā)明模擬方法的流程圖如圖1所示，主要包括如下步驟：

步驟1，開始后啟動ANSYS程序庫；

步驟2，根據(jù)ERW鋼管焊接裝置模型參數(shù)，建立幾何模型，如圖2所示。整個幾何模型包括磁棒1、鋼管2和2個電極3；電極3對稱放置于鋼管2的開口角邊上，磁棒1與鋼管2同軸放在鋼管2內(nèi)部；由于高頻電流的集膚效應與臨近效應，在鋼管2的焊縫區(qū)域需要在劃分網(wǎng)格時進行加密處理；建立物理環(huán)境庫，確定求解類型；

步驟3，首先需要將鋼管的初始溫度作為初始溫度載荷加載在鋼管上，在電極上施加高頻電流并設置邊界條件，根據(jù)溫度值更新材料與電磁相關的物理參數(shù)，如相對磁導率、電阻系數(shù)等，根據(jù)創(chuàng)建的電磁環(huán)境對整個焊管進行電磁分析，得到熱生成率；

步驟4，載入熱分析物理環(huán)境，施加溫度載荷與所述熱生成率載荷，根據(jù)溫度值更新材料與熱相關的物理參數(shù)，如熱傳導率、熱輻射、熱焓等，根據(jù)創(chuàng)建的熱環(huán)境對整個焊管進行熱分析，若尚未到達設定時間步數(shù)，重新施加所述熱生成率載荷與溫度載荷進行熱分析，直至計算結束，輸出溫度T；

步驟5，采用DO循環(huán)進行電阻加熱過程的電磁-熱耦合計算，重復步驟3和步驟4進行電磁分析和熱分析，直至電磁-熱耦合計算結束；電磁-熱耦合是將電磁分析所產(chǎn)生的焦耳熱從數(shù)據(jù)庫中提取出來，作為內(nèi)熱源施加到熱分析中；將熱分析所產(chǎn)生的溫度從數(shù)據(jù)庫中提取出來，作為初始載荷施加到電磁分析中，即每次步驟3和步驟4的循環(huán)計算中，步驟4輸出的溫度T為步驟3的初始溫度載荷。

步驟6，如圖3所示，將焊管V形開口角上周向的節(jié)點溫度向焊管運動方向移動Δd的距離，清除ANSYS內(nèi)的模型，此時移動后的節(jié)點溫度載荷為步驟3的初始溫度載荷，重復步驟2～5，直至鋼管焊縫處的溫度達到穩(wěn)態(tài)溫度，完成對ERW鋼管焊接過程溫度場進行動態(tài)仿真。圖4為通過本發(fā)明方法得到的ERW鋼管焊接過程溫度場。

以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發(fā)明的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明權利要求書確定的保護范圍內(nèi)。