集箱管座多层多道焊焊接过程数值模拟计算方法

摘要

一种集箱管座多层多道焊焊接过程数值模拟计算方法，包括以下步骤。步骤S1：建立管座、集箱、焊缝的三维热力耦合计算模型，将上述集箱管座焊件的实体模型进行有限元网格划分，以形成上述实体模型的若干网格单元。步骤S2：设置焊接模型的初始条件和边界条件。步骤S3：确定集箱管座马鞍形焊缝所用的热源方程和焊接参数。步骤4：任务提交求解，并进行后处理和分析。本发明根据管座集箱马鞍形焊缝的结构特征针对性地建立实体模型，分区域划分网格，修正焊接热源参数，能够预测焊后温度场及应力应变场变化规律，指导实际的马鞍形焊缝焊接工艺。

说明书

技术领域

本发明属于焊接数值模拟领域，特别是涉及一种集箱管座多层多道焊焊接过程数值模拟计算方法，能够实现马鞍形焊缝多层多道焊焊接过程的温度场及应力应变场的数值模拟计算。

背景技术

随着压力容器在工业生产中大范围使用,管与管正交相贯形成的马鞍形曲线焊缝的焊接逐渐成为影响压力容器质量的一个重要因素。这种焊缝厚度较大，应力分布比较复杂，存在严重的应力集中现象，容易出现焊接变形和裂纹，焊接技术难度高。因此，如何有效控制集箱管座焊接接头的焊后残余应力和变形，确保集箱工作是的安全性和可靠性是首要解决的问题。借助计算机强大的计算能力和逻辑推理能力，可以实现在计算机上模拟焊接过程中热学和力学变化，不仅可以预测应力及变形，优化焊接工艺参数，还可以节省成本。运用有限元分析软件，对集箱管座多层多道焊接过程进行数值模拟，并分析其瞬态温度场、应力场以及焊后变形的变化规律。研究结果为管座集箱多层多道焊焊接工艺提供了理论依据。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明提供一种集箱管座多层多道焊焊接过程数值模拟计算方法，包括以下步骤。步骤S1：建立管座、集箱、焊缝的三维热力耦合计算模型，将上述集箱管座焊件的实体模型进行有限元网格划分，以形成上述实体模型的若干网格单元。步骤S2：设置焊接模型的初始条件和边界条件。步骤S3：确定集箱管座马鞍形焊缝所用的热源方程和焊接参数。步骤4：任务提交求解，并进行后处理和分析。

进一步的，步骤S1具体包括以下步骤：选择DN80×15mm的标准构件，根据管座标准件在三维建模软件中建立上述管座集箱实体模型，并将不同部件分别进行合并或接触设置，装配构成几何体模型；设置材料的热学参数和力学参数，并将材料分别赋予相应结构件；最后对整体进行网格划分，网格采用六面体网格，并且细化焊缝位置的网格。

进一步的，步骤S2具体包括以下步骤：设置初始温度环境、预热温度以及约束条件，设置空气换热的边界条件参数：包括换热系数、热辐射条件参数。

进一步的，步骤S3具体包括以下步骤：选择双椭球体热源模型，并且进行热源校核，进一步修正热源参数，设置每一层焊道的焊接电流、焊接电压、焊接速度、热效率。

有益效果

本发明的一种集箱管座多层多道焊焊接过程数值模拟计算方法，通过六面体实体网格节点之间过度连接，建立马鞍形焊缝的网格模型并进行仿真求解，且可实现多层多道焊接的快速建模，可以更加全面地对多层多道焊焊接结构的焊接残余应力和变形进行预测和控制，形成马鞍形焊缝多层多道焊的应力和变形仿真的定量研究方法，在该领域具有显著的铺垫意义。

附图说明

图1为集箱管座多层多道焊结构有限元模型及网格划分；

图2为集箱管座多层多道焊结构热循环曲线图；

图3为集箱管座多层多道焊结构整体变形量分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1，图2，图3所示，本发明所示的一种集箱管座多层多道焊焊接过程数值模拟计算方法，包括以下步骤。步骤S1：建立管座、集箱、焊缝的三维热力耦合计算模型，将上述集箱管座焊件的实体模型进行有限元网格划分，以形成上述实体模型的若干网格单元。步骤S2：设置焊接模型的初始条件和边界条件。步骤S3：确定集箱管座马鞍形焊缝所用的热源方程和焊接参数。步骤4：任务提交求解，并进行后处理和分析。

进一步的，步骤S1具体包括以下步骤：选择DN80×15mm的标准构件，根据管座标准件在三维建模软件中建立上述管座集箱实体模型，并将不同部件分别进行合并或接触设置，装配构成几何体模型；设置材料的热学参数和力学参数，并将材料分别赋予相应结构件；最后对整体进行网格划分，网格采用六面体网格，并且细化焊缝位置的网格。

进一步的，步骤S2具体包括以下步骤：设置初始温度环境、预热温度以及约束条件，设置空气换热的边界条件参数：包括换热系数、热辐射条件参数。

进一步的，步骤S3具体包括以下步骤：选择双椭球体热源模型，并且进行热源校核，进一步修正热源参数，设置每一层焊道的焊接电流、焊接电压、焊接速度、热效率。

进一步的，步骤4：任务提交求解，并进行后处理和分析。在考虑材料随温度变化的热熔以及焊缝凝固过程潜热对温度的影响，通过有限元软件求解计算，最终求解获得马鞍形焊缝焊接过程的温度场和应力应变场，进行后处理分析热循环曲线，应力应变曲线及其变化云图。