CN104063530A - 一种基于abaqus的焊接接头残余氢预测方法 - Google Patents

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严春妍
史志丹
祁帅
张根元
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Abstract

一种基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法，包括：步骤（1）：编写参数化设计程序；步骤（2）：建立有限元模型；步骤（3）：建立实体模型；步骤（4）：定义材料属性、定义单元属性；划分网格；采用结构化网格来生成六面体；步骤（5）：根据实际工况施加热源载荷、热对流约束以及边界条件，并采用直接法完成温度场、应力场的耦合计算；步骤（6）：将步骤（5）的耦合计算结果与氢扩散场进行间接耦合，并选用DC3D8单元完成对焊接件不同时刻、不同区域残余氢的计算；步骤（7）：选用不同的焊接工艺参数再次按照步骤（1）至步骤（6）进行三场耦合计算分析，得出焊接工艺参数对焊接接头残余氢的影响。

Description

一种基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法
技术领域
本发明涉及一种焊接接头残余氢预测方法，尤其涉及一种基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法。
背景技术
氢致开裂是管道设备常见的失效形式之一。管道设备一旦损坏，特别是管道设备的焊接接头处一旦损坏，哪怕是很小的裂纹也会引起重大的泄露甚至爆炸事故，造成巨大的经济损失与人员伤亡。
目前，采用试验法虽可测得焊后接头中残余氢的含量及焊接接头不同部位的氢扩散系数，但对焊接接头中氢的具体分布及扩散情况仍存在很大的争议。残余氢的测定试验中，仍有许多条件不易掌控，以致试验结果存在一定的误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种使用成本较低、且分析效率及精确度较高的焊接接头残余氢预测方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法，所述方法依次包括：
步骤（1）：应用FORTRAN语言编写参数化设计程序；
步骤（2）：根据实际焊接情况在ABAQUS中建立有限元模型；
步骤（3）：在ABAQUS中建立实体模型；
步骤（4）：首先定义材料属性、定义单元属性；然后划分网格；最后采用结构化网格来生成六面体；
步骤（5）：根据实际工况施加热源载荷、热对流约束以及边界条件，并采用直接法完成温度场、应力场的耦合计算；
步骤（6）：将步骤（5）的耦合计算结果与氢扩散场进行间接耦合，并选用DC3D8单元完成对焊接件不同时刻、不同区域残余氢的计算；
步骤（7）：选用不同的焊接工艺参数再次按照步骤（1）至步骤（6）进行三场耦合分析，得出焊接工艺参数对焊接接头残余氢的影响。
所述步骤（2）中的实际焊接情况包括：焊接电压、焊接电流、焊接速度、是否预热及后热、预热及后热温度。
所述步骤（4）中的材料属性包括：材料密度、热传导系数、比热容、氢扩散系数。
所述步骤（4）中划分网格时，母材区网格尺寸与焊缝及热影响区网格尺寸比值不小于1.5。
所述步骤（5）中在温度场、应力场直接耦合时选用热分析C3D8T单元。
所述步骤（5）中的实际工况包括：环境温度、移动焊接热源的热生成率、焊接件的热传导系数、边界换热系数，及材料在不同温度下弹性模量、线膨胀系数和泊松比。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
由于本发明的基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法，通过模拟计算与对比不同焊接工艺参数，可确定焊接接头残余氢的最低水平及最佳的焊接工艺参数，从而减少试验工作量，提高焊接接头的质量，因此本发明的基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法不仅使用成本较低、同时分析效率及精确度较高。
附图说明
图1是本发明焊接件的有限元分析网格模型；
图2是t=20s的温度场云图；
图3是t=700s的应力场云图；
图4是t=700s的氢分布云图；
图5是板宽方向残余氢分布；
图6是不同预热温度下板宽方向氢浓度分布；
图7是E=19kJ/s时不同区域残余氢的含量；
图8是E=28kJ/s时不同区域残余氢的含量。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法，所述方法依次包括：
步骤（1）：应用FORTRAN语言编写参数化设计程序；
步骤（2）：参见图1所示，根据实际焊接情况在ABAQUS中建立有限元模型，其中实际焊接情况包括有：焊接电压、焊接电流、焊接速度、是否预热及后热、预热及后热温度等；
步骤（3）：在ABAQUS中建立实体模型；
步骤（4）：首先定义材料属性，该材料属性包括有：材料密度、热传导系数、比热容、氢扩散系数；然后定义单元属性；划分网格，为得到精确的计算结构，母材区网格尺寸与焊缝及热影响区网格尺寸比值需不小于1.5；最后采用结构化网格来生成六面体；
步骤（5）：根据实际工况施加热源载荷、热对流约束以及边界条件，该实际工况包括有：环境温度、移动焊接热源的热生成率、焊接件的热传导系数、边界换热系数，及材料在不同温度下弹性模量、线膨胀系数、泊松比，并采用直接法完成温度场、应力场的耦合计算，优选温度场、应力场直接耦合时选用热分析C3D8T单元；
步骤（6）：将步骤（5）的耦合计算结果与氢扩散场进行间接耦合，并选用DC3D8单元完成对焊接件不同时刻、不同区域残余氢的计算；
步骤（7）：选用不同的焊接工艺参数再次按照步骤（1）至步骤（6）进行三场耦合分析，得出焊接工艺参数对焊接接头残余氢的影响。
最后处理，完成求解步骤之后可显示出如图2、图3、图4不同时间的温度场、应力场、氢扩散场云图，以及如图5至图8所表示的不同时刻、不同位置的温度、应力、氢浓度分布情况。
综上所述，本发明可通过模拟计算与对比不同焊接工艺参数，可确定焊接接头残余氢的最低水平及最佳的焊接工艺参数。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法，其特征在于：所述方法依次包括：
步骤（1）：应用FORTRAN语言编写参数化设计程序；
步骤（2）：根据实际焊接情况在ABAQUS中建立有限元模型；
步骤（3）：在ABAQUS中建立实体模型；
步骤（4）：首先定义材料属性、定义单元属性；然后划分网格；最后采用结构化网格来生成六面体；
步骤（5）：根据实际工况施加热源载荷、热对流约束以及边界条件，并采用直接法完成温度场、应力场的耦合计算；
步骤（6）：将步骤（5）的耦合计算结果与氢扩散场进行间接耦合，并选用DC3D8单元完成对焊接件不同时刻、不同区域残余氢的计算；
步骤（7）：选用不同的焊接工艺参数再次按照步骤（1）至步骤（6）进行三场耦合计算分析，得出焊接工艺参数对焊接接头残余氢的影响。
2.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法，其特征在于：所述步骤（2）中的实际焊接情况包括：焊接电压、焊接电流、焊接速度、是否预热及后热、预热及后热温度。
3.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法，其特征在于：所述步骤（4）中的材料属性包括：材料密度、热传导系数、比热容、氢扩散系数。
4.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法，其特征在于：所述步骤（4）中划分网格时，母材区网格尺寸与焊缝及热影响区网格尺寸比值不小于1.5。
5.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法，其特征在于：所述步骤（5）中在温度场、应力场直接耦合时选用热分析C3D8T单元。
6.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的焊接接头残余氢预测方法，其特征在于：所述步骤（5）中的实际工况包括：环境温度、移动焊接热源的热生成率、焊接件的热传导系数、边界换热系数，及材料在不同温度下弹性模量、线膨胀系数和泊松比。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5136497A (en) * 1990-07-12 1992-08-04 Bdm International, Inc. Material consolidation modeling and control system
CN101089859A (zh) * 2007-07-20 2007-12-19 哈尔滨工业大学 虚拟制造环境下焊接结构的有限元分析系统

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Non-Patent Citations (2)

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Title
巩建鸣等: ""16MnR钢焊接接头氢扩散三维有限元模拟"", 《机械工程学报》 *
蒋文春等: ""焊接残余应力对氢扩散影响的有限元模拟"", 《金属学报》 *

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