低合金钢焊接接头仿真分析毕业论文（上）(4)

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图2.4 双椭球体热源模型

在热源校核时，针对具体的焊接工艺，将初试算所得温度场结果与实际结果进行比较，对比判断出调整哪个形状参数值，考虑该参数值是应该减少还是增大，还是应该同比缩小或增大所有形状参数值，需要多做几组校核数据，从中选出最为合适的形状参数值。热源校核具体步骤如下： 2.2.1 建立热源校核试件模型

SYSWELD软件热源校核工具中自带有多种模型的模板。选取模板，输入想要校核的模型的参数，如：模型几何尺寸、最小网格和最大网格尺寸、网格细密区域大小、热源位置等就可以自动生成所要的模型。本文为对接接头模拟。为了保证校核的精确度，最好是输入的参数与在VE中建立的模型尺寸相一致。而热源的位置应尽可能在靠近工件末端15-20mm左右，用来保证模拟结果更接近实际情况。

2.2.2 加载材料库

SYSWELD有自带的材料库，可以在里面选取，如果没有的话，则需要根据材料的化学成分和物理参数进行创建。本文采用的材料为Q345D，与材料库中的S355J2G3的化学成分和力学性能相近，可以直接调用，以减少创建材料库的麻烦。

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2.2.3 定义工艺过程参数

本文采用二氧化碳气体保护焊。由本章2.2的介绍可知，双椭球型热源最符合实际，所以选择双椭球热源(Double ellipsoid)模型。 在Process界面af，ar，b，c为椭球形状参数，af表示椭球前半轴长度，ar表示后半轴的长度，b影响熔池宽度，c影响熔池深度[16]。

因此，工艺焊接参数的确定主要包括Qf、Qr、af、ar、b、c、ay 、x0、y0、z0和热输入,其中Qf 、Qr分别代表总的输入功率在熔池前、后两部分的分配系数。查资料参考完成所有相关工艺参数的定义。本文由于需要模拟不同的焊接速度下的焊接接头，因此需要进行三次热源校核。校核后的热源参数如下表2.1所示。

表2.1 校核后的热源参数

Qf Qr af ar b c 有效功率/W

焊接速度=4mm/s

13.6918 11.4098 2 4 7 5 2640

焊接速度=6mm/s

17.4471 14.5392 3 5 5.5 4 2640

焊接速度=8mm/s

20.5484 17.1236 4 7 3.5 3 2640

2.2.4 求解

由软件自带的材料库文件可知，S355J2G3的热物理性能参数如下表2.2。因此设定材料的熔点为1505℃，热影响温度为900℃，焊接速度为分别为4mm/s、6mm/s、8mm/s，由于Q345D常温下不需要预热，因此初始温度设定为室温20℃，初始相相关参数设为默认值。根据云图确定热源是否合适。最后生成的热源校核温度云图如图2.5、2.6、2.7所示，与文献资料对比基本吻合[17]。但是由图2.5可以看出，焊接速度为4mm/s的时候，熔池不收敛，说明这时已焊穿，因此焊接速度为4mm/s是不合适的，故舍弃。

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2.2.5 保存热源到函数库

校正热源参数后，把热源参数选中后把热源保存到函数库，保存的热源函数在前处理过程中被调用用于焊接过程。

表2.2 Q345D的热物理性能参数

液相线温度

固相线温度/℃

/℃

1440

1505

相变潜热/(J·kg) 270000

727

867

420

-1

Ac1/℃ Ac3/℃ Ms/℃

图2.5 焊接速度=4mm/s

图2.6 焊接速度=6mm/s

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图2.7 焊接速度=8mm/s

2.3 低合金钢焊接接头模拟前处理设置

前处理是焊接过程模拟中的重要一步 ，为以后的求解过程做准备，主要包括材料物理性能的拟合，热源作用模式的拟合以及设定特殊的边界条件以及冷却条件等。在前处理环节，首先确定当前操作界面在“焊接向导（Welding Wizard）”模块，并启动焊接向导设置界面，

前处理通过6个步骤来完成，这6个步骤在同一个焊接模拟向导界面中实现，整个过程以调用数据库为主：

(1)定义工程名和标题，

(2)数据库的加载，主要包括加载材料数据库、热源函数库、网格导出*.ASC文件等。

(3)设置计算的模式，用户根据具体研究课题选用模型，确定选择二维或三维，本文选用三维实体焊接。

(4)确定材料物理性能参数和焊接过程的定义，这一步项目繁多，在前处理中也最重要，尤其是焊接过程的定义。

(5）约束条件的定义。本文主要研究组织，因此装夹条件只需要部分约束即可。

(6）求解和保存，本文只计算热作用，直接选中后处理（Poseprocessing）选项，让其自动后处理。

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2.4 计算前的检查

焊接模拟前处理结束后，启动检验界面（Check）对焊接模拟工程进行检查，本文只进行热检查。热检查主要是验证该能量与热源模拟时的输入能量是否一致和热源位置是否与热源拟合的位置一致，还可以显示散热面是否与预设情况想符。

2.5 后处理

求解结束后，计算结果在后处理界面中显示出来。结果将通过结果转化程序转化为相应的*_POST1000.fdb，因为在前处理过程中选择了Poseprocessing，所以会生成*_V_post1000，这样在结果分析时就可以直接调用。

当加载*_V_post1000，即为热-冶金结果，可以得到温度场，相变等模拟结果。在显示热-冶金结果的时，软件可以显示整体的结果，也可以有选择地显示某个截面或断面的结果，或同时显示几个横断面的结果，以便进行结果分析比较。

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