[发明专利]一种深熔焊的有限元仿真热源模型获取方法

说明书

本发明公开了一种深熔焊的有限元仿真热源模型获取方法，用于获得高熔深锁工艺焊接样本的焊缝所对应的热源模型；其包括以下步骤：(S1)获取焊缝截面的图像；焊缝截面包括非钝化区域以及钝化区域；(S2)获取所述非钝化区域以及所述钝化区域的尺寸参数；(S3)对所述非钝化区域的侧边曲线进行拟合；(S4)根据步骤(S2)和(S3)的结果，确定热源有效作用半径的表达式，并建立旋转体热源模型。本方法采用旋转体热源对深熔焊的热源进行建模，更加贴近深熔焊的实际情况。本发明的热源模型是单一函数热源模型，不存在多个模型的匹配的问题，只需要输入焊缝相关的几何尺寸数据，就可实现热源模型的定义。相对组合热源而言，其优势不言而喻。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种深熔焊的有限元仿真热源模型获取方法。

背景技术

高熔深锁焊接工艺，是一种由Tig焊接工艺发展而来的一种高效率、高质量和大熔深的焊接工艺方法，其采用的电流远大于一般的Tig焊接工艺。其单道熔深能力远胜于传统的Mig焊、Tig焊接工艺。因此，其可以在不开坡口的基础上，实现金属材料的焊接。

由于其工艺特性，其焊接热源性能不同于传统的焊接热源。在有限元仿真中，传统的Mig焊接、Tig焊接采用的是椭球、高斯、双椭球等热源模型。但是这些模型主要针对传统电弧焊这种熔深不高的工艺。对于高熔深焊工艺，其热源模型与传统电弧工艺完全不同。上述的一些热源模型也无法适用高熔深锁焊的工艺仿真。

高熔深锁焊接工艺的焊缝横截面为“倒喇叭”形状，目前针对这种类似的焊接工艺，其仿真时所采用的热源模型基本上都是组合热源，其组合方式主要有：双椭球体热源+圆柱体热源、双椭球热源+锥体热源等。组合方向为：上半部分为双椭球体热源，当深度高于设定值时，热源则变为圆柱体热源或者椎体热源。组合热源对相关参数选择非常重要(主要包括能量分配系数、热源高度等)。参数选择不合适，就会造成热源模型和实际的焊缝形貌不匹配。

发明内容

本发明的目的是提供一种深熔焊的有限元仿真热源模型获取方法，该方采用旋转体热源对深熔焊的热源进行建模，解决了现有技术中双椭球、高斯等热源模型存在的问题。

本发明的技术方案是，一种深熔焊的有限元仿真热源模型获取方法，用于获得高熔深锁工艺焊接样本的焊缝所对应的热源模型；其包括以下步骤：

(S1)从高熔深锁工艺焊接样本中获取焊缝截面的图像；焊缝截面包括自样本上表面至下表面的非钝化区域以及位于非钝化区域底面且从所述样本下表面向下凸起的钝化区域；

(S2)获取所述非钝化区域以及所述钝化区域的尺寸参数，包括非钝化区域厚度H、钝化区域厚度g、所述钝化区域与所述非钝化区域的交界宽度n；

(S3)以所述非钝化区域的顶面中心为原点、以所述非钝化区域的竖向轴线为纵轴，对所述非钝化区域的侧边曲线进行拟合，得到的表达式为：

其中：R为所述侧边曲线上任意一的点到纵轴的距离，z为该点与非钝化区域的顶面的距离；a、b、c为侧边曲线的拟合系数；

(S4)建立旋转体热源模型，其热流密度分布函数为：

其中：r表示热源中任意一点到热源中线的距离，z表示该点到热源原点的竖向距离，r₀表示该点的热源有效作用半径，q_m表示热源原点处的热流密度，有效作用半径r₀的表达式为：

其中，s为热源下端钝化系数，其表达式为：

本发明的进一步改进在于，所述高熔深锁工艺焊接样本由两个厚度相等的工件在不开坡口的情况下采用高熔深锁工艺焊接制得。