(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 202210938931.0 (22)申请日 2022.08.05 (71)申请人 湖南大学重庆研究院 地址 401135 重庆市渝北区龙兴镇两江大 道618号 (72)发明人 李落星　向瀚林　徐从昌　 (74)专利代理 机构 湖南正则奇美专利代理事务 所(普通合伙) 4310 5 专利代理师 肖琦 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种高精度铝合金焊接接头温度场仿真预 测方法 (57)摘要 本发明公开了一种高精度铝合金焊接接头 温度场仿真预测方法， 与现有技术相比， 在有限 元建模前， 采用 简单的焊缝测量试验方法， 不仅 对焊缝长度进行了测量， 还详细标定了焊接接头 的焊缝形貌参数， 如焊缝宽度、 焊缝深度、 筋 板与 壁板的焊趾深度。 将焊缝的详细 尺寸轮廓高度还 原应用于仿真模 型中， 焊接仿真热源与试验焊缝 形貌对标精度达到88％以上。 在仿真计算中较高 程度呈现了焊接过程中热源移动的动态过程， 避 免了在焊接仿真分析中热源模型移动不准确的 问题， 实现了焊接接头温度场分布的精确描述， 使得焊接温度场横向与纵向的仿真预测精度可 达到95％以上。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115238558 A 2022.10.25 CN 115238558 A 1.一种高精度铝合金焊接 接头温度场仿真预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 制备焊接试板， 采用电偶对焊接试板壁板与筋板进行实时温度曲线采集； S2： 截取焊缝 试样， 采用研磨设备制备焊缝 形貌样品； S3： 选用熔深测试设备对接头收弧长度和焊缝截面形貌进行观测， 并利用图像处理软 件对接头焊缝形貌进行详细尺寸标定： S4： 通过三维软件建模建立试板与焊接工装的三维装配模型， 导入有限元前处理软件 进行详细网格划分； S5： 检测铝合金化学成分， 然后导入材料性能模拟软件计算得到铝合金材料参数随温 度变化曲线； S6： 将S4获得的有限元网格模型导入焊接有限元分析软件； 将S5所获得的铝合金材料 热物性参数曲线导入软件材 料库， 并定义试板和工装的材 料属性与边界条件； S7： 选用双 椭球热源 模型为焊接 仿真热源； S8： 将S4测得的焊缝 形貌参数的实际值， 在软件中设置； S9： 对焊接热源移动轨 迹节点建立set集， 定义焊接热源移动轨 迹； S10： 建立焊接温度场监测节点； S11： 选择瞬态求 解器， 进行焊接温度场仿真计算； S12： 输出计算结果。 2.根据权利要求1所述的一种高精度铝合金焊接接头温度场仿真预测方法,其特征在 于， 电偶具体为K 型电偶。 3.根据权利要求1所述的一种高精度铝合金焊接接头温度场仿真预测方法,其特征在 于， 在S8中将S4测得的焊缝形貌参数的实际值如接头焊缝长度、 焊缝宽度、 焊缝深度与焊缝 整体轮廓。 4.根据权利要求1所述的一种高精度铝合金焊接接头温度场仿真预测方法,其特征在 于， S7中的热源 模型分布函数为： 前半椭球热源表达式： 后半椭球热源表达式： 其中， Q为热源的瞬间焊接热量， a， b， cf， cr为热源形状参数， f1， f2分别为热源模型前 后椭球的能量分配系数。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115238558 A 2一种高精度铝合金焊接 接头温度场仿真 预测方法 技术领域 [0001]本发明涉及金属材料连接性能分析技术领域， 具体涉及 一种高精度铝合金焊接接 头温度场仿真预测方法。 背景技术 [0002]铝合金因其具有比强度高、 重量轻、 成型性好、 挤压性能优异等特点被广 泛应用于 汽车工业领域。 铝合金焊接技术作为汽车车身主要连接方式之一， 是新能源汽车实现铝合 金结构件 大规模应用的前提。 然而， 由于焊接过程具有复杂的物理化学反应， 铝合金热传导 效率高等特殊的物理特性， 使得铝合金焊接温度场的预测变得极为困难。 目前常规铝合金 焊接温度场的预测主要依赖于大量的试验数据， 并以此为基础进行曲线拟合建立经验模 型。 因此， 在 铝合金焊接过程中， 亟需发明一种焊接温度场准确预测方法。 [0003]如今， 焊接有限元数值分析方法在工程应用上得到广泛应用。 通过焊接数值模拟 软件， 可有效减少试验次数、 节省时间、 降低成本、 给实际生产提供技术指导和理论依据。 现 有的某商用软件是一款专门针对焊接仿真模拟分析 的软件， 其界面操作人性化， 各项指令 操作均可使用鼠标将所需求的模型和相应的物理数据拖拽到进程树中运用。 由于该软件用 户界面操作直观和响应迅速， 可有效帮助CAE工程人员节省研发成本， 因此在 汽车工业领域 中已得到广泛应用。 [0004]目前， CAE工程人员在铝合金焊接仿真分析中， 多数人仅将现场的焊接工艺参数在 焊接软件中设置好， 如焊接电流、 电压、 焊接速度等。 但对于焊接热源椭球参数的设定通常 都是默认值， 极少去焊接现场通过剖焊缝尺寸来标定接头详细焊缝形貌参数值。 如此做法 导致焊接热源移动方式和温度传导与实际情况不符， 致使焊接仿真分析结果精度低， 无法 准确预测铝合金焊接温度场的分布。 发明内容 [0005]本发明的目的就在于解决上述背景技术的问题， 而提出一种高精度铝合金焊接接 头温度场仿真预测方法。 [0006]本发明的目的可以通过以下技 术方案实现： [0007]一种高精度铝合金焊接 接头温度场仿真预测方法， 包括以下步骤： [0008]S1： 制备焊接试板， 采用电偶对焊接试板壁板与筋板进行实时温度曲线采集； [0009]S2： 截取焊缝 试样， 采用研磨设备制备焊缝 形貌样品； [0010]S3： 选用熔深测试设备对接头收弧长度和焊缝截面形貌进行观测， 并利用图像处 理软件对接头焊缝形貌进行详细尺寸标定： [0011]S4： 通过三维软件建模建立试板与焊接工装的三维装配模型， 导入有限元前处理 软件进行详细网格划分； [0012]S5： 检测铝合金化学成分， 然后导入材料性能模拟软件计算得到铝合金材料参数 随温度变化曲线；说　明　书 1/5 页 3 CN 115238558 A 3