CN110362926A - 一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法 - Google Patents
一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110362926A CN110362926A CN201910643261.8A CN201910643261A CN110362926A CN 110362926 A CN110362926 A CN 110362926A CN 201910643261 A CN201910643261 A CN 201910643261A CN 110362926 A CN110362926 A CN 110362926A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- welding
- ansys
- copper alloy
- fire check
- heat source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 214
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 99
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 47
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 33
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 21
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 12
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 6
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 238000002922 simulated annealing Methods 0.000 claims description 5
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- ZRHANBBTXQZFSP-UHFFFAOYSA-M potassium;4-amino-3,5,6-trichloropyridine-2-carboxylate Chemical compound [K+].NC1=C(Cl)C(Cl)=NC(C([O-])=O)=C1Cl ZRHANBBTXQZFSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010011376 Crepitations Diseases 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 244000131316 Panax pseudoginseng Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,包括:S1:确定焊接工艺的参数;S2:确定焊接材料的属性;在ansys中创建有限元模型,选用热分析单元,根据有限元模型的尺寸大小采用扫掠方式划分网格;S4:选择热源模型:根据焊接的工艺条件选用热源模型;S5:对温度场进行计算;S6:对应力场进行计算;S7:根据残余应力和变形预测热裂纹可能出现的位置。本发明的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,通过数值模拟模型对铜合金平板对接焊焊接工艺参数比分析,确定最优的焊接工艺参数,减少热裂纹的产生;并通过数值模拟模型减少了焊接工艺试验,最大限度上节约了人力物力。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域,尤其涉及一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法。
背景技术
铜合金铸件有缺陷需要焊补时,由于铜合金的线性膨胀系数很大,几乎比低碳钢大50%以上,由液态转变到固态时的收缩率也较大,对于刚性大的铸件,焊接时会产生较大的残余应力,而热裂纹主要是由于残余应力造成的,当内部残余应力超过零件的极限强度便造成组件的严重变形和破坏性开裂。因此,通过ansys软件模拟计算,对残余应力做出合理的预测,优化焊件工艺,尽量避免铜合金铸件焊接热裂纹的产生。如CN106695144A现有技术公开了一种由低合金高强钢制成的核电设备的焊接修复方法,设备的尺寸、结构复杂性、现场的焊接修复条件、热处理的变形等问题使焊后热处理实施难度增加,尤其对于在役设备的焊接修复很多情况下无法实施焊后热处理。另一种典型的如KR20190048655(A)的现有技术公开的一种埋弧自动焊,是指电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的一种自动焊方法,是目前广泛使用的一种高效的机械化焊接方法,广泛应用于锅炉、压力容器、石油化工、船舶、桥梁、冶金及机械制造工业中。平板对接是焊接中常见的焊接形式,通常的焊接工艺是开Y形坡口或X形坡口,比如接头开50°坡口时,就需要把两块板气割分别开25°坡口。焊接通常经过如下11道焊接工序:开坡口——打磨坡口——拼接——打底焊——清楚药皮——填充焊(3~5遍)——工件翻转——清根——打磨——填充焊——探伤。对接焊缝多为受力焊缝,须经射线探伤合格才能使用,因此,焊接过程需要有经验的焊工对每一道工序都要细致到位,精心操作。但是以上的平板对接焊接方法存在以下缺陷:不仅工艺复杂、焊接速度慢、数控切割精度较低、焊接变形不易控制(一般焊接前后都需要做反变形处理),而且焊件点焊后放置时容易受潮氧化导致焊接时产生气孔,从而影响焊接的质量;同时现有的焊接方法故障率高,焊缝金属的强度和韧性低,焊接质量一般。再来看如JP2010050611A的现有技术公开的一种激光电弧复合焊接方法,钛由于耐腐蚀性优异,因此在石油、化学工业、海水的淡水化等工厂或航天领域中,作为热交换器或冷凝器使用。一般来说,钛管的焊接利用TIG电弧进行。TIG电弧焊接(钨极惰性气体保护电弧焊)具有可以获得良好的焊道形状等长处,与之不同,激光由于热源的能量密度高,因此熔深大,可以实现高速焊接,另外,激光焊接由于母材的总热量输入量小,焊接热影响部的宽度极窄,因此焊接金属的冷却速度变大,焊接部的性能(韧性等)也良好。但是,激光焊接中,如果产生贯穿板厚的小孔(keyhole)而不稳定地变动,就会产生向其附近的熔池中卷入气体的气流。在发挥焊接速度快这样的激光焊接的长处的同时,还提高了焊接性、抑制了气孔等焊接缺陷。现有的公开有使用了等离子体焊接和激光焊接的焊接方法。另外还通过在进行高频预热后,进行激光焊接,来防止金属管内面的瘤状突起的产生、抑制气孔等焊接缺陷的产生。其他的,在进行激光焊接时,通过向熔池照射两条激光束,来防止气孔或凝固破裂的产生。
为了解决本领域普遍存在焊接存在应力造成焊接不牢、应力过大产生裂纹等等问题,作出了本发明。
发明内容
本发明的目的在于,针对目前焊接应力过大产生裂纹所存在的不足,提出了一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法。
为了克服现有技术的不足,本发明采用如下技术方案:
一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,包括:
S1:确定焊接工艺的参数;
S2:确定焊接材料的属性:确定铜合金铸件的热分析物理参数和应力分析参数:温度区间、密度、热传导系数、比热容、焓、辐射和对流的总换热系数、弹性模量、屈服强度和切变模量、线膨胀系数、泊松比;
S3:在ansys中创建有限元模型,选用热分析单元,根据有限元模型的尺寸大小采用扫掠方式划分网格;
S4:选择热源模型:根据焊接的工艺条件选用热源模型;
S5:对温度场进行计算:通过生死单元来模拟热源的移动,选择热源计算公式求解出温度场的分布,所述生死单元用来解决单元的非线性问题;
S6:对应力场进行计算:把温度场的分析得到的节点温度加载到模型中,计算出铸件的应力和变形;
S7:根据残余应力和变形预测热裂纹可能出现的位置。
可选的,在所述步骤S1中,对所述焊接的形变量进行拉力测试并得出测试值,依据所述测试值预估出焊接工件。
可选的,根据预估的所述焊接工件得出开裂载荷,并把所述开裂载荷通过所述有限元模块进行网格的划分。
可选的,所述热源模型包括:双椭球体热源模型、Gauss面热源模型、Gauss圆柱热源模型和分布的柱状热源模型。
可选的,所述应力场进行计算的过程还包括模拟退火算法,所述退火算法计算的步骤包括:
确定焊接的设备;
确定焊接件的结构;
确定焊接缝的长度;
根据焊接设备、焊接件和焊缝的长度确定预估焊接时间;
根据焊接时间确定退火的时间。
可选的,根据所述划分网格的走向确定焊接的移动方向。
可选的,焊接方法采用惰性气体保护焊。
可选的,在所述步骤S6中,所述铸件的残余应力的检测采用光学应变片进行检测,所述光学应变片分别设置在所述铸件的背面、起焊点和焊缝中部用于检测焊接过程的残余应力。
可选的,对温度场的计算过程中还生成预测温度曲线,所述预测温度曲线为焊接的过程中提供参考。
本发明所取得的有益效果是:
1.通过数值模拟模型对铜合金平板对接焊焊接工艺参数比分析,确定最优的焊接工艺参数,减少热裂纹的产生;
2.该数值模拟模型减少了焊接工艺试验,最大限度上节约了人力物力;
3.能够对残余应力的分布规律做出预测,从而及时的给出焊后热处理方案。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制,而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中,相同的附图标记指定对应的部分。
图1为本发明的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法的流程图。
图2为本发明的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法使用ansys建立的焊件实体模型图。
图3为本发明的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法用ansys对焊件有限元模型的网格划分结果。
图4为本发明的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法的第一道焊缝第15s时的焊接温度场。
图5为本发明的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法的第一道焊缝冷却10s时的焊接温度场。
图6为本发明的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法的第二道焊缝焊接结束时的焊接温度场。
图7为本发明的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法的第二道焊缝冷却110s时的焊接温度场。
图8为本发明的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法焊接后Y方向的位移分布云图。
图9为本发明的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法焊接后冷却到室温的纵向残余应力分布云图。
图10为本发明的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法焊接后冷却到室温真个焊件的变形图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白,以下结合其实施例,对本发明进行进一步详细说明;应当理解,此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言,在查阅以下详细描述之后,本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统.方法.特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内,并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征,并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”.“下”.“左”.“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位.以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一:一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,包括:S1:确定焊接工艺的参数;S2:确定焊接材料的属性:确定铜合金铸件的热分析物理参数和应力分析参数:温度区间、密度、热传导系数、比热容、焓、辐射和对流的总换热系数、弹性模量、屈服强度和切变模量、线膨胀系数、泊松比;S3:在ansys中创建有限元模型,选用热分析单元,根据有限元模型的尺寸大小采用扫掠方式划分网格;S4:选择热源模型:根据焊接的工艺条件选用热源模型;S5:对温度场进行计算:通过生死单元来模拟热源的移动,选择热源计算公式求解出温度场的分布,所述生死单元用来解决单元的非线性问题;S6:对应力场进行计算:把温度场的分析得到的节点温度加载到模型中,计算出铸件的应力和变形;S7:根据残余应力和变形预测热裂纹可能出现的位置。在所述步骤S1中,对所述焊接的形变量进行拉力测试并得出测试值,依据所述测试值预估出焊接工件。根据预估的所述焊接工件得出开裂载荷,并把所述开裂载荷通过所述有限元模块进行网格的划分。所述热源模型包括:双椭球体热源模型、Gauss
所述应力场进行计算的过程还包括模拟退火算法,所述退火算法计算的步骤包括:确定焊接的设备;确定焊接件的结构;确定焊接缝的长度;
根据焊接设备、焊接件和焊缝的长度确定预估焊接时间;根据焊接时间确定退火的时间。根据所述划分网格的走向确定焊接的移动方向。焊接方法采用惰性气体保护焊。在所述步骤S6中,所述铸件的残余应力的检测采用光学应变片进行检测,所述光学应变片分别设置在所述铸件的背面、起焊点和焊缝中部用于检测焊接过程的残余应力。对温度场的计算过程中还生成预测温度曲线,所述预测温度曲线为焊接的过程中提供参考。
实施例二:一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,包括:
S1:确定焊接工艺的参数;
S2:确定焊接材料的属性:确定铜合金铸件的热分析物理参数和应力分析参数:温度区间(℃)、密度(kg/m3)、热传导系数(W/(m*K))(考虑熔池对流)、比热容(J/kg/K)、焓(J/M3)、辐射和对流的总换热系数(W/m^2*K)、弹性模量(pa)、屈服强度和切变模量、线膨胀系数、泊松比;
S3:在ansys中创建有限元模型,选用热分析单元,根据有限元模型的尺寸大小采用扫掠方式划分网格;所述分析单元采用solid70。
S4:选择热源模型:根据焊接的工艺条件选用热源模型;
S5:对温度场进行计算:通过生死单元来模拟热源的移动,选择热源计算公式求解出温度场的分布,所述生死单元用来解决单元的非线性问题;
S6:对应力场进行计算:把温度场的分析得到的节点温度加载到模型中,计算出铸件的应力和变形;
S7:根据残余应力和变形预测热裂纹可能出现的位置。具体的,确定焊接工艺参数焊接工艺参数为:I=200A,U=30V,焊接热源的热效率K为0.75,焊接速度v为0.01m/s,两块铜合金平板尺寸为L300mm×W150mm×H20mm,上下各一道焊缝,坡口为60°,采用TIG焊。
在确定所述工艺参数后,就要确定所述焊件材料的属性,本发明使用的焊接材料是铜合金,由于焊接过程是材料的非线性分析过程,材料的参数随着温度的变化而改变,当温度过高材料处于熔融状态时一些材料参数难于测量,因此采用插值法和外推法确定材料的热分析物理参数和应力分析参数。
ANSYS可根据温度情况计算出金属在不同温度下的热焓,在金属温度跨越相变点时,通过焓变值应考虑相变潜热。所述铜合金在不同的温度下的属性如下表所示。
在步骤S3中,建立有限元模型进行网络划分。根据焊接铸件的尺寸建立在ansys中建立有限元模型,如图2所示,由热分析得到的温度对结构分析的应变和应力有显著的影响,但结构的响应对热分析结构没有很大的影响,因此采用间接耦合分析方法对其进行分析。单元类型选用solid70热单元,由于热分析中所用单元solid70只有温度自由度,不适用于结构分析,因此需要将该单元类型用可被等效的结构单元替代,与热分析选择规则相似,首先应选择六面体单元,同时综合考虑计算时间和内存,选择8节点单元而非12节点单元,本发明选择的结构单元为solid185;然后划分网格,由于焊缝附近的热源高度集中能量角度,因此在焊缝处网格应划分细致一些,而远离焊缝位置可以划分较疏。因此在焊缝区网格尺寸设置为0.005m,并向周边均匀的过渡,而远离焊缝区的母材单元尺寸设置为0.01m,如图3所示。
读取温度场文件将各节点温度作为载荷施加到结构模型上,然后根据铸件的基体情况施加约束条件,然后求解残余应力分布和变形,如图8,图9所示。
在所述步骤S1中,对所述焊接的形变量进行拉力测试并得出测试值,依据所述测试值预估出焊接工件。具体的,根据求得焊接后的残余应力分布和变形程度预测可能出现热裂纹的位置。
根据预估的所述焊接工件得出开裂载荷,并把所述开裂载荷通过所述有限元模块进行网格的划分。具体的,确定所述焊接的网格后,焊接的方向就能沿着所述网格的走势进行焊接。在实际的焊接的过程中,焊接人员在焊接的过程中根据实际的需要进行焊接,使得焊接的过程能够顺利的进行。焊接后的所述铜合金平板要进行应力的测试,测试后符合工艺的要求才能达到最佳的的修复水平。
所述热源模型包括:双椭球体热源模型、Gauss面热源模型、Gauss圆柱热源模型和分布的柱状热源模型。具体的,热源模型的选择需要根据具体的焊接方法来确定,选择何种热源对与结果的准确性有着很大的影响,我们常见的模拟热源有高斯热源、双椭球热源、体生热率热源、半椭球热源,这些热源作为热源模型已经被广泛的应用,但是他们是面热源无法体现出坡口对于整个焊接中热量船体分配的影响,因此本发明采用体生热率热源。体生热率热源计算公式:HGEN=K*U*I/A*V*DT;其中,K为焊接效率,U为焊接电压,I为焊接电流,A为焊缝横截面积,V为焊接速度,DT为为每个载荷步的时间,这里要注意的是DT的设置最好为软件划分网格一个单元所经历的时间,这样能给以后的计算提供更多的便利。
所述应力场进行计算的过程还包括模拟退火算法,所述退火算法计算的步骤包括:确定焊接的设备;确定焊接件的结构;确定焊接缝的长度;根据焊接设备、焊接件和焊缝的长度确定预估焊接时间;根据焊接时间确定退火的时间。具体的,在实际焊接生产现场,各焊接工位的各焊缝的焊接过程中的温度变化情况和实际焊接时间,具体可以采用热电偶点焊仪将热电偶焊接在焊接点的附近用于检测温度的变化,优选地采用示波仪记录焊接过程中的温度变化,根据记录的温度数据和时间数据,得到实际温度变化曲线。需要说明的是,实际温度变化曲线是对应于某一焊缝变化情况和实际焊接时间,然后与所述预测温度曲线进行对比的操作,在实际的焊接的过程中,要时刻警惕所述焊接工件的温度的变化,保证实时的温度值与预测的温度值达到统一的,从而保证所述铜合金平板的修复的强度。
另外,所述焊接设备的电流强度的大小和设备等均需要对其进行有针对性的预判。在预判的过程中,所述示波仪记录焊接过程中的温度变化,根据记录的温度数据和时间数据,得到实际温度变化曲线。提醒焊接操作者警惕温度变化对焊接位置的影响,同时,把所述设备、焊接件的结构、焊缝的长度通过ansys中进行分析得出所述退火算法,把所述焊缝的冷却的时间进行控制,使得所述焊缝中不会存在裂纹的情况,有效保护所述焊接的两个平板之间的强度得到高效的保护。在本实施例中,所述模拟退火算法最大程度的降低所述焊缝之间的强度,使得该位置的冷却后的强度达到最大的承受力。
根据所述划分网格的走向确定焊接的移动方向。具体的,确定所述焊接的网格后,焊接的方向就能沿着所述网格的走势进行焊接。在实际的焊接的过程中,焊接人员在焊接的过程中根据实际的需要进行焊接,使得焊接的过程能够顺利的进行。焊接后的所述铜合金平板要进行应力的测试,测试后符合工艺的要求才能达到最佳的修复水平。
焊接方法采用惰性气体保护焊。具体的,既定焊接方法中可以采用CO2气体保护焊焊接所有焊缝,—焊接设备、焊丝、保护气体等可以是选择确定的,例如,焊接设备的型号具体为MOTOWELD EH500电源,焊丝具体为JM56,保护气体具体为:80%氢气和20%C02气体。但是,这不是限制性的,根据焊接工件的焊接要求等,可以具体选择确定。倡要理解的是,既定的焊接方法可以为传统的或者针对该焊接工件已有的焊接方法,其焊接工艺参数是本领域技术人员所能确定的。
在所述步骤S6中,所述铸件的残余应力的检测采用光学应变片进行检测,所述光学应变片分别设置在所述铸件的背面、起焊点和焊缝中部用于检测焊接过程的残余应力。具体的,在焊接的过程中,焊接引起的温度的变化对所述铜合金平板修复存在一些影响,因而在焊接的过程中,需要针对焊接时温度的变化以及冷却过程温度的变化引起的应力的改变,从而引发所述铜合金平板强度的改变。在焊接的过程中,需要通过采用光学应变片对焊接的位置进行实时的检测,保证所述焊接的所述铜合金平板产生的应力在合理的范围内。
对温度场的计算过程中还生成预测温度曲线,所述预测温度曲线为焊接的过程中提供参考。具体的,因为焊接过程是一个从无到有的过程,因此热源的移动需要“生死单元”才能实现,然后通过“生死单元”的方法逐步对每一道焊缝温度场逐层进行模拟计算。此过程中载荷步设置为自动步长,而温度场边界条件为热辐射和热对流,此时考虑辐射和对流的总换热系数(W/m^2*K),加载时按对流加载。图4、图6分别所表示为第一焊缝冷却10s时的焊接温度场和第二道焊缝焊接结束时的焊接温度场,图5、图7表示第一道焊缝和第二道焊缝冷却分别冷却10S和110S的温度场分布。
实施例三:在实施例二的基础上,本实施例的能替换为,具体的
综上所述,本发明的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,通过数值模拟模型对铜合金平板对接焊焊接工艺参数比分析,确定最优的焊接工艺参数,减少热裂纹的产生;该数值模拟模型减少了焊接工艺试验数量,最大限度上节约了人力物力;能够对残余应力的分布规律做出预测,从而及时的给出焊后热处理方案。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明,但是应当理解,在不脱离本发明的范围的情况下,可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法,系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略,替换或添加各种过程或组件。例如,在替代配置中,可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法,和/或可以添加,省略和/或组合各种部件。而且,关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合,如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外,随着技术发展其中的元素可以更新,即许多元素是示例,并不限制本公开或权利要求的范围。
在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而,可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如,已经示出了众所周知的电路,过程,算法,结构和技术而没有不必要的细节,以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置,并且不限制权利要求的范围,适用性或配置。相反,前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下,可以对元件的功能和布置进行各种改变。
综上,其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的,并且应当理解,以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后,技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (9)
1.一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,其特征在于,包括:
S1:确定焊接工艺的参数;
S2:确定焊接材料的属性包括确定铜合金铸件的热分析物理参数和应力分析参数:温度区间、密度、热传导系数、比热容、焓、辐射和对流的总换热系数、弹性模量、屈服强度和切变模量、线膨胀系数、泊松比;
S3:在ansys中创建有限元模型,选用热分析单元,根据有限元模型的尺寸大小采用扫掠方式划分网格;
S4:选择热源模型:根据焊接的工艺条件选用热源模型;
S5:对温度场进行计算:通过生死单元来模拟热源的移动,选择热源计算公式求解出温度场的分布,所述生死单元用来解决单元的非线性问题;
S6:对应力场进行计算:把温度场的分析得到的节点温度加载到模型中,计算出铸件的应力和变形;
S7:根据残余应力和变形预测热裂纹可能出现的位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,其特征在于,在所述步骤S1中,对所述焊接的形变量进行拉力测试并得出测试值,依据所述测试值预估出焊接工件。
3.如前述权利要求之一所述的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,其特征在于,根据预估的所述焊接工件得出开裂载荷,并把所述开裂载荷通过所述有限元模块进行网格的划分。
4.如前述权利要求之一所述的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,其特征在于,所述热源模型包括:双椭球体热源模型、Gauss面热源模型、Gauss圆柱热源模型和分布的柱状热源模型。
5.如前述权利要求之一所述的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,其特征在于,所述应力场进行计算的过程还包括模拟退火算法,所述退火算法计算的步骤包括:
确定焊接的设备;
确定焊接件的结构;
确定焊接缝的长度;
根据焊接设备、焊接件和焊缝的长度确定预估焊接时间;
根据焊接时间确定退火的时间。
6.如前述权利要求之一所述的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,其特征在于,根据所述划分网格的走向确定焊接的移动方向。
7.如前述权利要求之一所述的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,其特征在于,焊接方法采用惰性气体保护焊。
8.如前述权利要求之一所述的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,其特征在于,在所述步骤S6中,所述铸件的残余应力的检测采用光学应变片进行检测,所述光学应变片分别设置在所述铸件的背面、起焊点和焊缝中部用于检测焊接过程的残余应力。
9.如前述权利要求之一所述的一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法,其特征在于,对温度场的计算过程中还生成预测温度曲线,所述预测温度曲线为焊接的过程中提供参考。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910643261.8A CN110362926B (zh) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | 一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910643261.8A CN110362926B (zh) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | 一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110362926A true CN110362926A (zh) | 2019-10-22 |
CN110362926B CN110362926B (zh) | 2023-02-07 |
Family
ID=68219719
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910643261.8A Active CN110362926B (zh) | 2019-07-17 | 2019-07-17 | 一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110362926B (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111069754A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-28 | 南京中远海运船舶设备配件有限公司 | 一种基于数值模拟的降低气阀焊接残余应力的堆焊方法 |
CN111366283A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-07-03 | 中国科学院金属研究所 | 一种辅助压痕应变法检测焊接结构件残余应力的方法 |
CN111676354A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-09-18 | 重庆大学 | 基于锤击介入温度的残余应力锤击消除控制方法与系统 |
CN111695279A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-09-22 | 河钢股份有限公司 | 一种热连轧多机架板形有限元仿真方法 |
CN112149330A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-29 | 河海大学常州校区 | 一种风电塔筒油封平台焊接残余应力预测、焊接工艺优化方法 |
CN112906274A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-06-04 | 中国核动力研究设计院 | 用于包壳材料退火仿真的可视化界面及方法 |
CN113959801A (zh) * | 2021-09-14 | 2022-01-21 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种焊接冷裂纹测试评价方法 |
CN115070243A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-20 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种双极化微带天线可靠焊接的焊接方法 |
CN115121905A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-30 | 西南石油大学 | 基于有限元的双金属复合管焊接残余应力预测方法 |
CN115609180A (zh) * | 2022-12-01 | 2023-01-17 | 江苏新恒基特种装备股份有限公司 | 基于焊接过程预测的强化参数生成方法、系统及存储介质 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101571887A (zh) * | 2009-06-16 | 2009-11-04 | 哈尔滨工业大学 | 虚拟环境下焊接凝固裂纹的有限元预测系统 |
US20120136589A1 (en) * | 2009-12-25 | 2012-05-31 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Nuclear-power-plant soundness evaluation system |
JP2014002074A (ja) * | 2012-06-19 | 2014-01-09 | Toshiba Corp | き裂進展予測システム及び方法 |
CN108920792A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-30 | 北京工业大学 | 一种基于小裂纹扩展的搅拌摩擦焊构件疲劳寿命预测方法 |
-
2019
- 2019-07-17 CN CN201910643261.8A patent/CN110362926B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101571887A (zh) * | 2009-06-16 | 2009-11-04 | 哈尔滨工业大学 | 虚拟环境下焊接凝固裂纹的有限元预测系统 |
US20120136589A1 (en) * | 2009-12-25 | 2012-05-31 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Nuclear-power-plant soundness evaluation system |
JP2014002074A (ja) * | 2012-06-19 | 2014-01-09 | Toshiba Corp | き裂進展予測システム及び方法 |
CN108920792A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-30 | 北京工业大学 | 一种基于小裂纹扩展的搅拌摩擦焊构件疲劳寿命预测方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
周丽华 等: "基于BP网络的铝合金焊接热裂纹预测系统", 《第十一次全国焊接会议论文集(第2册)》 * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111069754A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-28 | 南京中远海运船舶设备配件有限公司 | 一种基于数值模拟的降低气阀焊接残余应力的堆焊方法 |
CN111366283A (zh) * | 2020-03-30 | 2020-07-03 | 中国科学院金属研究所 | 一种辅助压痕应变法检测焊接结构件残余应力的方法 |
CN111695279A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-09-22 | 河钢股份有限公司 | 一种热连轧多机架板形有限元仿真方法 |
CN111676354A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-09-18 | 重庆大学 | 基于锤击介入温度的残余应力锤击消除控制方法与系统 |
CN112149330A (zh) * | 2020-09-24 | 2020-12-29 | 河海大学常州校区 | 一种风电塔筒油封平台焊接残余应力预测、焊接工艺优化方法 |
CN112149330B (zh) * | 2020-09-24 | 2024-02-06 | 河海大学常州校区 | 一种风电塔筒油封平台焊接残余应力预测、焊接工艺优化方法 |
CN112906274A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-06-04 | 中国核动力研究设计院 | 用于包壳材料退火仿真的可视化界面及方法 |
CN112906274B (zh) * | 2021-02-22 | 2023-02-28 | 中国核动力研究设计院 | 用于包壳材料退火仿真的可视化界面及方法 |
CN113959801A (zh) * | 2021-09-14 | 2022-01-21 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种焊接冷裂纹测试评价方法 |
CN115070243A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-09-20 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 一种双极化微带天线可靠焊接的焊接方法 |
CN115121905A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-30 | 西南石油大学 | 基于有限元的双金属复合管焊接残余应力预测方法 |
CN115609180A (zh) * | 2022-12-01 | 2023-01-17 | 江苏新恒基特种装备股份有限公司 | 基于焊接过程预测的强化参数生成方法、系统及存储介质 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110362926B (zh) | 2023-02-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110362926A (zh) | 一种基于ansys的铜合金平板对接焊热裂纹预测方法 | |
Kiaee et al. | Optimization of gas tungsten arc welding process by response surface methodology | |
Colegrove et al. | Welding process impact on residual stress and distortion | |
Torabi et al. | Optimizing pulsed Nd: YAG laser beam welding process parameters to attain maximum ultimate tensile strength for thin AISI316L sheet using response surface methodology and simulated annealing algorithm | |
Vemanaboina et al. | Effect of residual stresses of GTA welding for dissimilar materials | |
Wang et al. | Development of a new combined heat source model for welding based on a polynomial curve fit of the experimental fusion line | |
Vemanaboina et al. | Effect of heat input on distortions and residual stresses induced by gas tungsten arc welding in SS 316L to INCONEL625 multipass dissimilar welded joints | |
Raftar et al. | Simulation and experiment on residual stress and deflection of cruciform welded joints | |
CN112276313A (zh) | 预测大型钢结构件冷热多丝复合埋弧焊热循环参数的方法 | |
Dewan et al. | Influence of weld defects and postweld heat treatment of gas tungsten arc-welded AA-6061-T651 aluminum alloy | |
Hashemzadeh et al. | Hybrid-laser welding-induced distortions and residual stresses analysis of large-scale stiffener panel | |
Aqeel et al. | Comparative study on autogenous diode laser, CO2 laser-MIG hybrid and multi-pass TIG welding of 10-mm thick Inconel 617 superalloy | |
Vemanaboina et al. | Thermal and Residual Stress Distributions in Inconel 625 Butt‐Welded Plates: Simulation and Experimental Validation | |
Mahapatra et al. | Three-dimensional finite element analysis to predict the effects of shielded metal arc welding process parameters on temperature distributions and weldment zones in butt and one-sided fillet welds | |
Churiaque et al. | FEM simulation and experimental validation of LBW under conduction regime of Ti6Al4V alloy | |
Mooli et al. | Optimal weld bead profiles in the conduction mode LBW of thin Ti-6Al-4V alloy sheets. | |
Akella et al. | Optimisation of welding process parameters for distortion control with Taguchi approach | |
CN105127557A (zh) | 低温环境下海洋工程大厚钢板的药芯气体保护焊返修工艺 | |
Gao et al. | Investigation on residual stress in SA508/Inconel Metal/CF8A dissimilar welded joint for nuclear steam generator safe end using different processes | |
Iordachescu et al. | Specific properties of ferritic/austenitic dissimilar metals welded joints | |
CN103286470A (zh) | 高强钢对接焊接横向裂纹预制方法 | |
Kromm et al. | From the field to the lab: real scale assessment of stresses in welded components | |
Evci et al. | Effect of welding wire and groove angle on mechanical properties of high strength steel welded joints: Einfluss von Schweißzusatzdraht und Fugenwinkel auf die mechanischen Eigenschaften von Schweißverbindungen aus hochfestem Stahl | |
Feng et al. | Report on FY 2021 Fabrication and Testing of Qualified Alloy 709 Welds at ORNL | |
Väistö | Laser narrow gap welding of thick section dissimilar metals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CP03 | Change of name, title or address | ||
CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No.18 Jiangwan Road, Foshan, Guangdong 528000 Patentee after: Foshan University Country or region after: China Address before: No.18 Jiangwan Road, Foshan, Guangdong 528000 Patentee before: FOSHAN University Country or region before: China |