一種對ERW鋼管焊接過程毛刺形態動態仿真的模擬方法與流程

2023-10-05 13:32:29 2

本發明涉及erw鋼管制造領域，尤其涉及一種對erw鋼管焊接過程毛刺形態動態仿真的模擬方法。

背景技術：

高頻直縫電阻焊管(electricresistancewelding，簡稱erw)是電阻焊的一種形式，是將熱軋板經過成型機成型後，使鋼卷變形為圓滑的圓筒狀管坯，當高頻電流通過管坯的v形開口角負載迴路時，由於其強烈的趨膚效應和鄰近效應，迫使高頻電流高度地集中在管坯加熱邊部，進而通過熱能將焊接區迅速地加熱達到焊接狀態，在擠壓輥擠壓力的作用下，管坯熔化的兩邊緣熔合在一起，經冷卻就達到焊接在一起的效果，形成鋼管。

擠壓量和加熱溫度之間的配合是否適當，將會最終影響焊縫接合面的強度和焊縫外觀質量。通常的焊接過程中會出現以下情況：當要求外觀質量時，往往出現焊接溫度過低；當強調焊接強度時，通常就會出現焊接溫度過高；或者焊接溫度適當，擠壓量控制不當等。一般，擠壓量可以有一個適當的範圍，當擠壓量較大時，適當降低加熱溫度；當擠壓量較小時，適當提高加熱溫度，這樣可以確保焊接強度和焊縫形態達到較好的綜合效果。

目前人們對高頻焊接毛刺產生的機理還未完全清楚，也很少定性定量的研究各參數對毛刺形態的影響程度和影響規律，這就使得焊接工藝參數的調節缺乏詳實的理論依據。在實際生產中，這些工藝參數的確定基本上都是靠前期費時費力的試驗和人們以往總結的經驗。

技術實現要素：

本發明目的在於提供一種模擬更加貼近真實的對erw鋼管焊接過程毛刺形態動態仿真的模擬方法。

為實現上述發明目的，本發明採用了以下技術方案：

一種對erw鋼管焊接過程毛刺形態動態仿真的模擬方法，該方法包括以下步驟：

步驟1建立ansys程序庫，將系統的源文件放入自定義的文件夾中，開始後執行ansys程序庫；

步驟2根據erw鋼管焊接裝置模型參數，建立erw鋼管焊接幾何模型，分別對帶v型開口角的鋼管、鋼管的v形開口角截面、電極、導磁體和空氣劃分網格單元，建立erw鋼管焊接的物理環境庫，確定求解類型；

步驟3創建erw鋼管焊接的電磁環境，將鋼管的初始溫度作為初始溫度載荷加載在鋼管上，在電極上施加高頻電流並設置邊界條件，根據溫度值更新材料與電磁相關的a類物理參數，所述a類物理參數主要包括相對磁導率和電阻係數，根據創建的電磁環境對整個焊管進行電磁分析，得到熱生成率；

步驟4創建erw鋼管焊接的熱環境，在鋼管上施加溫度載荷與熱生成率載荷，根據溫度值更新材料與熱相關的b類物理參數，所述b類物理參數主要包括熱傳導率、熱輻射和熱焓，根據創建的熱環境對整個焊管進行熱分析，若尚未到達設定時間步數，重新施加所述熱生成率載荷與溫度載荷進行熱分析，直至計算結束，輸出溫度；若到達設定時間步數，直接輸出溫度；

步驟5採用do循環進行電阻加熱過程的電磁-熱耦合計算，重複步驟3和步驟4進行電磁分析和熱分析，直至電磁-熱耦合計算結束，輸出穩態溫度；

步驟6建立deform程序庫，將系統的源文件放入自定義的文件夾中，開始後執行deform程序庫；

步驟7根據步驟2中建立的erw鋼管焊接幾何模型，在deform中建立平面焊接幾何模型，對焊接平面劃分網格單元，建立力分析物理環境；

步驟8將在步驟5中採用do循環進行電阻加熱過程的電磁-熱耦合計算輸出穩態溫度提取作為穩態溫度載荷載入平面焊接幾何模型，根據溫度值更新材料與熱相關的c類物理參數，所述c類物理參數主要包括彈性模量、流動應力和摩擦係數，施加邊界條件，根據實際生產設置焊接過程所需的擠壓量，根據創建的力分析物理環境對焊接平面進行力分析，最後完成對erw鋼管焊接過程毛刺形態動態仿真。

進一步的，在步驟7中所述在deform中建立平面焊接幾何模型，對焊接平面劃分網格單元，在步驟2中所述建立erw鋼管焊接幾何模型，對帶v型開口角的鋼管的v形開口角截面劃分的網格單元兩者劃分的網格單元相同。

進一步的，在步驟5中採用do循環進行電阻加熱過程的電磁-熱耦合計算輸出穩態溫度；將穩態溫度所對應的節點溫度提取並保存到excel中，再從該excel中選擇焊接平面的節點溫度載入步驟8中deform的模型。

與現有技術相比，本發明方法具有如下優點：

1、可以根據工廠實際生產過程中焊接溫度與擠壓量的大小，實現對erw鋼管焊接過程毛刺形態動態仿真；

2、可以修改焊管模型參數，針對不同規格的焊管進行焊接過程毛刺形態動態仿真，可進一步研究焊接毛刺形態與焊接質量之間的關係。

附圖說明

圖1是本發明方法的流程圖；

圖2是本發明方法在ansys中建立erw鋼管焊接幾何模型的示意圖；

圖3是本發明方法在deform中建立erw鋼管焊接幾何模型及劃分網格的示意圖；

圖4本發明方法得到的erw鋼管焊接過程毛刺形態的示意圖。

圖中標號：1-磁棒、2-鋼管、3-電極。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明方法做進一步說明：

實施例1：

對規格為φ219×8.94mm、材料為j55的焊管進行電阻加熱，在ansys和deform平臺上，運用本發明方法實現對erw鋼管焊接過程毛刺形態動態仿真模擬。

本發明的一種對erw鋼管焊接過程毛刺形態動態仿真的模擬方法，該模擬方法的流程圖如圖1所示，其內容包括如下步驟：

步驟1，建立ansys程序庫，將系統的源文件放入自定義的文件夾中，開始後啟動執行ansys程序庫；

步驟2，根據erw鋼管焊接裝置模型參數，建立erw鋼管焊接幾何模型，如圖2所示。整個幾何模型包括磁棒1、鋼管2和2個電極3；電極3對稱放置於鋼管2v型開口角的兩邊上，磁棒1與鋼管2同軸放在鋼管2內部；分別對鋼管2、鋼管2的v形開口角截面、電極3、磁棒1和空氣劃分網格單元，由於高頻電流的集膚效應與臨近效應，在鋼管2的焊縫v型開口角區域需要在劃分網格時進行加密處理；建立erw鋼管焊接的物理環境庫，確定求解類型；

步驟3，創建erw鋼管焊接的電磁環境，首先需要將鋼管的初始溫度作為初始溫度載荷加載在鋼管上，在電極上施加高頻電流並設置邊界條件，根據溫度值更新材料與電磁相關的a類物理參數，主要包括相對磁導率和電阻係數，根據創建的電磁環境對整個鋼管進行電磁分析，得到熱生成率；

步驟4，創建erw鋼管焊接的熱環境，在鋼管上施加溫度載荷與熱生成率載荷，根據溫度值更新材料與熱相關的b類物理參數，主要包括熱傳導率、熱輻射和熱焓，根據創建的熱環境對整個焊管進行熱分析，若尚未到達設定時間步數，重新施加所述熱生成率載荷與溫度載荷進行熱分析，直至計算結束，輸出溫度；若到達設定時間步數，直接輸出溫度；

步驟5，採用do循環進行電阻加熱過程的電磁-熱耦合計算，重複步驟3和步驟4進行電磁分析和熱分析，直至電磁-熱耦合計算結束，輸出穩態溫度；

步驟6，建立deform程序庫，將系統的源文件放入自定義的文件夾中，開始後執行deform程序庫；

步驟7，根據步驟2中建立的erw鋼管焊接幾何模型，在deform中建立平面焊接幾何模型，對焊接平面劃分網格單元，所劃分的網格單元在步驟2中所述建立erw鋼管焊接幾何模型，對帶v型開口角的鋼管的v形開口角截面劃分的網格單元相同，建立力分析物理環境，如圖3所示；

步驟8，將在步驟5中採用do循環進行電阻加熱過程的電磁-熱耦合計算輸出穩態溫度提取作為穩態溫度載荷載入平面焊接幾何模型，將穩態溫度所對應的節點溫度提取並保存到excel中，再從該excel中選擇焊接平面的節點溫度載入步驟8中deform的模型；根據溫度值更新材料與熱相關的c類物理參數，主要包括彈性模量、流動應力和摩擦係數，施加邊界條件，根據實際生產設置焊接過程所需的擠壓量，根據創建的力分析物理環境對焊接平面進行力分析，最後完成對erw鋼管焊接過程毛刺形態動態仿真。圖4所示為通過本發明方法得到的erw鋼管焊接過程毛刺形態。

以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案做出的變形和改進，均屬於本發明的保護範圍內。