[发明专利]一种水下湿法焊接熔合区t8/5的预测方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程学科中的焊接领域，更加具体地说，涉及一种确定水下湿法焊接熔合区t_8/5的方法。

背景技术

对于海洋工程结构的生产制造以及装配维护，水下焊接是一项直接的技术手段。目前应用的水下焊接方法主要分为：湿法、干法和局部干法。湿法焊接是指在工件与水接触的情况下，焊工在水下直接施焊的方法。由于湿法焊接可以迅速应用于紧急情况下的结构制造及修复、且经济适用于全位置焊接，因此对该项方法的深入分析和工艺优化具有重要的工程意义。

然而水下湿法焊接是一个快速而不均匀的热过程，水环境的存在使得焊件的冷却速度大大加快。焊接时熔合区从800℃到500℃的冷却时间t_8/5，直接反映了该处在焊接过程中冷却速度的大小，对其组织转变以及焊接接头的性能有着决定性的影响。对于在气体环境中进行的焊接，一般通过温差热电偶和测温仪进行测量来确定t8/5参数的大小。但在测量湿法焊接时，由于测温系统不能保证绝缘的状态，因此上述方法不可行。

发明内容

本发明的目的在于建立一种针对水下湿法焊接的实际工况，能够比较客观的确定熔合区t_8/5参数的数值计算方法，从而解决热电偶测量技术的不可行性。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案予以实现预测方法：利用有限元计算软件SYSWELD，首先建立水下湿法焊接的有限元模型并设置求解约束；之后进行热源参数校核，完成焊接过程的热模拟；最后根据结果选取熔合区的目标节点，通过提取该点的热循环曲线上的数据确定熔合区的t_8/5值。具体实施步骤如下：

（1）确定水下湿法焊接的焊接条件，至少包括焊接形式（堆焊、对接焊、搭接焊等）、焊件尺寸、焊件材质、焊接工艺等；

（2）根据焊件尺寸，使用相关前处理软件建立湿法焊接的计算模型；

（3）确定湿法焊接热过程的求解约束，包括水环境温度、焊件初始温度、焊接热源类型、焊件与周围环境之间热边界条件，并根据上述约束条件对焊接过程进行设定；

（4）利用SYSWELD的热源校核工具根据焊接工艺计算热源参数，之后应用已知的热源参数完成每道焊接过程的模拟，参照计算结果适当调节热源参数进行下一次模拟计算，如此迭代计算，直到获得合适的焊缝形状，即可认为给定热源模型的参数是合理的；

（5）应用合理的的热源模型完成水下湿法焊接过程的热模拟。在温度场计算结果中得到熔合区节点的热循环曲线，通过提取曲线上的数据点即可确定熔合区的t_8/5参数。

本发明提供了一种水下湿法焊接熔合区t_8/5的预测方法，该方法运用数值模拟技术，能够比较客观的给出湿法焊接熔合区的t_8/5参数值。在已知t_8/5参数的基础上，可以结合材料的焊接CCT曲线图进行组织转变的预测，为焊接工艺参数的优化及焊接材料的选择提供合理依据，从而提升焊接接头的性能。

附图说明

图1为本发明中水下湿法焊接的计算模型。

图2为本发明中焊缝及热影响区的模拟结果与熔合区节点的位置。

图3为本发明中模拟得到的熔合区节点的热循环曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步对本发明作详细说明。

(1)确定水下湿法焊接的焊接条件，其中焊接形式为焊条电弧焊的平板堆焊，焊板尺寸为100mm×60mm×8mm（长×宽×厚），焊板材质为X65钢，焊条采用TS202水下专用焊条，工艺参数如下：焊接电流160A、电弧电压30-34V、焊接速度3.0mm/s；

(2)应用前处理建模软件Visual-Weld创建水下湿法焊接的计算模型，完成网格划分的三维实体模型如图1所示；

(3)在SYSWELD中设定水环境温度为15℃，焊件温度为水环境温度；焊接热源选用功率比为1:1.1的高斯热源与双椭球热源的复合模型；焊件与周围环境之间的换热条件设定为水环境传热，对流传热系数取500W/(m²·K)；

(4)完成上述设定后，将计算模型载入至SYSWELD中，根据焊接工艺参数和热源校核工具计算热源参数，借此完成焊接过程的初次模拟，参照计算结果适当调节热源模型的尺寸参数进行下一次计算，直到获得熔宽达到焊缝宽度尺寸、熔深合理的焊缝形状；