(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211109072.0 (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 安徽省特种设备检测院 地址 230000 安徽省合肥市包河工业区大 连路45号 (72)发明人 于磊　李志宏　曹东　程浩　姜璐　 (74)专利代理 机构 合肥市浩智运专利代理事务 所(普通合伙) 34124 专利代理师 朱文振 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种管线钢直缝埋弧焊接模拟热源的加载 方法及系统 (57)摘要 本发明提供一种管线钢直缝埋弧焊接模拟 热源的加载方法及方法， 方法包括： 以预置逻辑 处理内焊及外焊参数获取广义双椭球热源模型； 根据三维单元网络通过预置逻辑处理得到新双 椭球热源模型； 确定内焊第1根至第n根焊丝的内 焊焊接工艺参数； 确定外焊第1根至第n根焊丝的 外焊焊接工艺参数； 根据每个焊丝形成的移动热 源的坐标瞬时位置及焊接时间， 确立内焊每根焊 丝在新双椭球热源模型中的能量分布参数及形 状分布函数， 据以完成内焊加载； 根据前述步骤 及能量分布 参数及形状分布函数， 加载外焊的每 根焊丝的独立热源。 本发明解决了效率低下、 使 用成本高以及子程序加载的有效性正确性较低 的技术问题。 权利要求书5页 说明书12页 附图5页 CN 115422680 A 2022.12.02 CN 115422680 A 1.一种管线钢直缝埋弧焊接模拟热源的加载 方法， 其特 征在于， 所述方法包括： S1、 建立三维钢管模型， 分割出相应的焊缝部分和母材部分， 分别赋予所述母材和所述 焊缝部分随温度变化的材 料物理属性； S2、 设置与所述母材和所述焊缝部分相应的时间步、 增量步， 设置焊件的始温、 环境温 度、 对流及辐射系数并输入玻尔兹曼常数； S3、 加载子程序， 并加载 所述焊缝部分的热源， 其中所述 步骤S3包括： S31以预置逻辑处理埋弧焊热过程、 模拟管线钢大壁厚、 内焊及外焊使用的独立焊丝数 目， 以确定内、 外焊 每丝热源 模型； S32、 根据所述三维单元网络获取焊丝坐标原点、 定义XOZ平面为纵缝中心纵向所在截 面， 内外焊丝数量， 每根焊丝均形成独立焊接热源， 使得内、 外焊的每根所述焊丝均在所述 XOZ平面内移动， 并根据焊丝角度数据改写所述广义双椭球模型， 以得到新双椭球热源模 型； S33、 确定所述内焊的第n 根所述焊丝的内焊 焊接工艺参数； S34、 确定所述外焊的第n 根所述焊丝的外焊 焊接工艺参数； S35、 根据所述内焊中， 每根所述焊丝形成的移动热源的坐标瞬时位置及焊接时间， 确 立内焊每根所述焊丝在所述新双椭球热源模型中施加的能量分布参数及形状分布参数， 利 用DFLUX子程序的时间数 组TIME(2)进行内焊每丝焊接热源的加载判断， 根据所述能量分布 参数及所述形状分布参数， 以预置内焊加载逻辑完成内焊加载； S36、 利用所述步骤S35中的加载逻辑处理外焊的所述能量分别参数及所述形状分布参 数， 并利用DFLUX子程序的时间数组TIME(2)进行外焊每丝焊接热源的加载判断， 以预置外 焊加载逻辑完成外焊加载。 2.根据权利要求1所述的一种管线钢直缝埋弧焊接模拟热源的加载方法， 其特征在于， 所述步骤S2中， 赋予的参数包括： 密度、 热导率以及比热容， 划分与所述母材和所述焊缝部 分相应的三 维单元网格， 设置与所述母 材和所述焊缝部 分相应的时间步、 增量步； 根据焊道 的长度、 焊接 速度、 内外焊之间时间 间隔、 内外焊的焊丝数目等设置相应的时间步、 增量 步。 3.根据权利要求1所述的一种管线钢直缝埋弧焊接模拟热源的加载方法， 其特征在于， 所述步骤S31中， 所述热源 模型为广义双 椭球模型。 4.根据权利要求1所述的一种管线钢直缝埋弧焊接模拟热源的加载方法， 其特征在于， 所述步骤S32中， 根据所述广义双 椭球模型： Q＝ ηUI 利用下述逻辑， 根据焊丝角度数据 改写所述广义双椭球模型， 以得到所述新双椭球热权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115422680 A 2源模型： 式中， 电弧轴线与x轴夹角为β， 与y轴夹角为γ， 与z轴夹角为 φ， Q为热源功率， η为热源 效率， U为焊接电压， I 为焊接电流， a1、 a2、 b、 c为形状参数， f1、 f2为热量分布函数， f1+f2＝2。 5.根据权利要求1所述的一种管线钢直缝埋弧焊接模拟热源的加载方法， 其特征在于， 所述步骤S33包括： S331、 确定所述内焊 的所述焊接工艺参数， 其包括： 焊接电压U内n， 电流I内n， 焊接速度V1 (内焊每根焊丝速度均一致)， 焊接效率设为η， 则内焊时每根焊丝的热源功率： Q内n＝η*U内n* I内n； 设内焊第n 根焊丝与x轴夹角为β内n、 与z轴夹角为 ψ内n， (n＝1,2,...)； S332、 确定内焊第n 根焊丝的热源起 点坐标(x内n,y内n,z内n)； S333； 确定内焊第n 根焊丝的热源形状参数a1内n,b内n,c内n,a2内n； S334、 确定内焊 每相邻前后两 丝之间的距离； S335、 设内焊焊接距离为S0， 则内焊总的焊接时间： t1＝(S0+S1n)/V1(n＝2,3...)， 并确 定内焊与外焊之间的时间 间隔t12。 6.根据权利要求1所述的一种管线钢直缝埋弧焊接模拟热源的加载方法， 其特征在于， 所述步骤S34包括： S341、 确定所述外焊的所述焊接工艺参数， 其包括： 焊接电压U外n， 电流I外n， 焊接速度V2， 焊接效率设为η， 则外焊时每根焊丝的热源功率Q外n＝η*U外n*I外n； 设外焊第n根焊丝与x轴夹 角为β外n、 与z轴夹角为 ψ外n， (n＝1,2,...)； S342、 确定 外焊第n根焊丝的热源起 点坐标(x外n,y外n,z外n)； S343、 确定 外焊第n根焊丝的热源形状参数a1外n,b外n,c外n,a2外n； S344、 确定外焊每相邻前后两丝之间的距离， 根据所述外焊每相邻前后两丝之间的距 离， 确定外焊总的焊接时间， 并确定内焊开始至外焊完成时间t内外以及热过程模拟总时间 t总。 7.根据权利要求6所述的一种管线钢直缝埋弧焊接模拟热源的加载方法， 其特征在于， 所述步骤S344包括： S3441、 以外焊速度乘以时间， 以确定所述外焊 每相邻前后两 丝之间的距离； S3442、 根据所述 内焊总焊接时间t1及所述内焊与外焊时间间隔t12， 利用下述逻辑确定 外焊第1根焊丝开始焊接时间t外1： t外1＝t1+t12 处理所述焊接距离除以外焊焊接速度， 加上第1根以第n根所述焊丝的焊丝距离， 除以 外焊焊接速度V2， 据以得到外焊总焊接时间， 其中， 外焊焊接距离为S0， 以下述逻 辑处理得到权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115422680 A 3