[发明专利]一种串列双丝埋弧焊数值模拟热源模型参数的确定方法

摘要

本发明公开了一种串列双丝埋弧焊数值模拟热源模型参数的确定方法，包括以下步骤：建立热流密度沿深度方向二次函数衰减的双椭球热源模型；依据前、后两丝热源的相互作用，将串列双丝埋弧焊热流密度分布分为三个区域；对热源模型进行有限元反演，得到相对应的热源模型参数；对热源模型参数以一定的幅度进行调整，对各参数组合分别进行有限元数值模拟，得到多组熔宽熔深样本数值；以确定双椭球热源模型参数和焊接速度对熔宽、熔深的敏感性方程；通过多组样本数值拟合出敏感性方程。本发明利用敏感性方程能够直接预测不同焊接工艺参数所对应的热源模型参数，将焊接模拟的试算工作量大大降低，并大幅提升模拟的精度，减少工艺试验，节约开发成本。

主权项

1.一种串列双丝埋弧焊数值模拟热源模型参数的确定方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一：建立热流密度沿深度方向二次函数衰减的双椭球热源模型，确定双丝模型的热流密度分布函数；衰减函数为二次函数，热流密度分布函数为：前半部分椭球内热流密度分布函数为：后半部分椭球热流密度分布函数为：式中f_fi和f_ri分别为第i根丝总的输入功率在熔池前后部分的分配指数，且f_fi+f_ri＝2，Q_i为第i根丝的电弧有效功率，v为焊接速度；α_i为第i根丝的焊接倾角，a_fi、a_ri为第i根丝对应的双椭球热源模型前、后半球长半轴的长度，b_i为第i根丝对应的双椭球短半轴长度，c_i为第i根丝对应的双椭球深度，公式中部分为二次函数衰减，t为焊接过程进行的时间，i＝1,2；步骤二，依据前、后两丝热源的相互作用，将串列双丝埋弧焊热流密度分布分为三个区域，确定各区域的热流密度；串列双丝埋弧焊热流密度分布可由两个双椭球前、后半球分界线划分为三个区域：区域1热流密度是前丝的双椭球前半部分和后丝的双椭球前半部分叠加；区域2热流密度是前丝的双椭球后半部分和后丝的双椭球前半部分叠加；区域3热流密度是前丝的双椭球后半部分和后丝的双椭球后半部分叠加；步骤三，建立有限元模型，取一组埋弧焊匹配的焊接电压、焊接电流、焊接速度作为模拟基本参数，施加以上确定的各区域热流密度描述的热源载荷，对以上热源模型参数进行有限元反演，得到相对应的热源模型参数；步骤四，对以上所得热源模型参数和焊接速度以设定的幅度进行调整，基于各参数组合得到相应的熔宽、熔深样本数值；以双椭球热源模型参数：b1、b2、c1、c2和焊接速度v为输入参数，以熔宽w、熔深p为输出参数，将对应样本代入回归方程得出敏感性分析结果：其中，x2w、x3w、x4w、x5w、x6w为b1、c1、b2、c2、v对熔宽w的敏感性系数；x2p、x3p、x4p、x5p、x6p为b1、c1、b2、c2、v对熔宽p的敏感性系数；x1w、x1p为与Q1、Q2有关二次函数f(Q1,Q2)、g(Q1,Q2)；步骤五，对所得敏感性方程进行拟合和简化，具体过程为：取x1w、x1p为Q1、Q2有关的二次函数f(Q1,Q2)、g(Q1,Q2)，二次函数的表达式如下：f(Q1,Q2)＝α0+α1Q1+α2Q2+α3Q1Q2+α4Q12+α5Q22g(Q1,Q2)＝β0+β1Q1+β2Q2+β3Q1Q2+β4Q12+β5Q22其中，αj，βj为预拟合常数，j＝0,1,2,3,4,5；将多组样本数值代入敏感性方程中对f(Q1,Q2)、g(Q1,Q2)进行二次拟合；得出精简后的敏感性方程；步骤六，由单丝埋弧焊预测公式得到热源模型参数b1、b2的取值，再利用以上简化敏感性方程预测热源模型其他参数。